Ежелден адамдарды қоршап тұрған барлық заттардың құрамы, құрылымы және өзара әрекеттесуі қызықтырды. Бұл білім біртұтас ғылымға – химияға біріктірілген. Мақалада біз оның не екенін, химияның бөлімдерін және оны зерттеу қажеттілігін қарастырамыз.
Химия деген не және оны не үшін оқу керек?
Химия – жаратылыстанудың бірнеше саласының бірі, заттар туралы ғылым. Ол оқиды:
- заттардың құрылымы мен құрамы;
- әлем элементтерінің қасиеттері;
- заттардың қасиеттеріне байланысты түрленулері;
- химиялық реакция кезінде зат құрамының өзгеруі;
- заттардағы өзгерістердің заңдары мен үлгілері.
Химия барлық элементтерді атомдық және молекулалық құрамы жағынан қарастырады. Ол биология және физикамен тығыз байланысты. Сондай-ақ ғылымның шекаралық, яғни оларды, мысалы, химиямен де, физикамен де зерттейтін көптеген салалар бар. Оларға мыналар жатады: биохимия, кванттық химия, химиялық физика, геохимия, физикалық химия және т.б.
Әдебиеттегі химияның негізгі салалары:
- Органикалық химия.
- Бейорганикалықхимия.
- Биохимия.
- Физикалық химия.
- Аналитикалық химия.
Органикалық химия
Химияны зерттелетін заттарға қарай жіктеуге болады:
- бейорганикалық;
- органикалық.
Бірінші оқу саласы келесі абзацта қарастырылады. Неліктен органикалық химия жеке тарау болып бөлініп шықты? Өйткені ол көміртегі қосылыстары мен құрамына кіретін заттарды зерттеумен айналысады. Бүгінде 8 миллионға жуық осындай қосылыстар белгілі.
Көміртек көптеген элементтермен біріктіре алады, бірақ көбінесе мыналармен әрекеттеседі:
- оттегі;
- көміртек;
- азот;
- сұр;
- марганец;
- калий.
Сонымен қатар элемент ұзын тізбектер құру қабілетімен ерекшеленеді. Мұндай байланыстар тірі ағзаның өмір сүруі үшін маңызды органикалық қосылыстардың алуан түрін береді.
Органикалық химия пәнінің мақсаттары мен әдістері:
- өсімдіктер мен тірі организмдерден, сондай-ақ қазба шикізаттан жеке дара және арнайы заттарды оқшаулау.
- заттардың қосылыстарын тазарту және синтездеу;
- табиғаттағы заттың құрылымын анықтау;
- химиялық реакцияның жүруін, оның механизмдерін, ерекшеліктерін және нәтижелерін зерттеу;
- органикалық заттардың құрылымы мен оның қасиеттері арасындағы байланыстар мен тәуелділіктерді анықтау.
Органикалық химия тақырыптарына мыналар кіреді:
- Полимерлер химиясы немесе макромолекулалық қосылыстар химиясы. Бұл ғылым саласыполимерлердің химиялық және физика-химиялық қасиеттерін және оларды алу үшін қолданылатын бастапқы реагенттерді зерттеумен айналысады.
- Фармакология. Дәрілік заттар мен олардың адам ағзасына әсерін зерттейтін ғылым саласы.
Бейорганикалық химия
Бейорганикалық химия бөлімі құрамында көміртегі жоқ барлық заттардың құрамын, құрылысын және өзара әрекеттесуін зерттейді. Бүгінде 400 мыңнан астам бейорганикалық заттар бар. Ғылымның осы бөлімінің арқасында заманауи технология үшін материалдар жасау қамтамасыз етілді.
Бейорганикалық химияның заттарын зерттеу және зерттеу Д. И. Менделеевтің периодтық жүйесі сияқты периодтық заңға негізделген. Ғылыми зерттеулер:
- қарапайым заттар (металдар және бейметалдар);
- күрделі заттар (оксидтер, тұздар, қышқылдар, нитриттер, гидридтер және т.б.).
Ғылым мәселелері:
- қажетті қасиеттерге ие болатын жаңа материалдарды жасау жолдарын іздеу және дамыту;
- басқа элементтермен әрекеттесу қабілетінің құрылымы арасындағы байланысты зерттеу;
- қоспаларды тазарту технологияларын әзірлеу және жетілдіру;
- элементтерді синтездеудің жаңа әдістерін іздеу.
Физикалық химия
Физикалық химия химияның ең ауқымды саласы. Физика әдістерін қолдана отырып, заттардың құрылысының, құрылысының және түрленуінің жалпы заңдылықтарын зерттеумен айналысады. Бұл үшін теориялық жәнеэксперименттік.
Физикалық химия мыналар туралы білімді қамтиды:
- молекулалардың құрылымы;
- химиялық термодинамика;
- химиялық кинетика;
- катализ.
Физикалық химияның бөлімдері келесідей:
- Электрохимия - өткізгіштердегі процестерді зерттейтін ғылым.
- Фотохимия – жарық әсеріндегі химиялық өзгерістерді зерттейтін ғылым.
- Беттік құбылыстардың физикалық химиясы.
- Радиациялық химия – иондаушы сәулелену әсерінен болатын процестерді зерттеу;
- Коллоидтық химия - интерфейсте болатын жүйелер мен құбылыстарды зерттейді.
- Кванттық химия - кванттық механикаға негізделген заттардың құрылымын, қасиеттерін, реакцияларын зерттейтін ғылым.
- Кристаллохимия - кристалдық құрылымдар туралы ғылым;
- Термохимия – термоәсерлерді, физика-химиялық параметрлердің байланысын зерттейтін химия саласы.
- Атом құрылысы туралы ілім.
- Металдардың коррозиясы (тотығуы) туралы оқыту.
- Химиялық кинетика – сыртқы жағдайларға байланысты химиялық реакцияларды зерттеу.
- Шешім туралы ілім.
- Ядролық химия – ядролық реакциялар мен оларда болатын процестерді зерттейді.
- Дыбыс химиясы – күшті акустикалық толқындар әсер еткенде пайда болатын әсерлерді зерттейтін ғылым.
Аналитикалық химия
Аналитикалық химия – химиялық анализдің теориялық негізін жасайтын химияның бір саласы. Ғылым анықтау, бөлу, анықтау әдістерін жасаудажәне химиялық қосылыстарды анықтау және материалдардың химиялық құрамын анықтау.
Аналитикалық химияны шешілетін міндеттерге байланысты жіктеуге болады:
- Сапалық талдау – үлгіде қандай заттар бар екенін, олардың формасы мен мәнін анықтайды.
- Сандық талдау - сынақ үлгісіндегі компоненттердің мазмұнын (концентрациясын) анықтайды.
Егер белгісіз үлгіні талдағыңыз келсе, алдымен сапалық, содан кейін сандық талдау қолданылады. Олар химиялық, аспаптық және биологиялық әдістермен жүзеге асырылады.
Биохимия
Биохимия – тірі жасушалар мен ағзалардың химиялық құрамын, сонымен қатар олардың тіршілік әрекетінің негізгі химиялық процестерін зерттейтін химия саласы. Ғылым өте жас және биология мен химияның қиылысында.
Биохимия осындай қосылыстарды зерттеумен айналысады:
- көмірсулар;
- липидтер;
- белоктар;
- нуклеин қышқылдары.
Биохимия бөлімдері:
- Статикалық биохимия - организмдердің химиялық құрамын және олардың молекулаларының құрылымын (белоктар, амин қышқылдары, нуклеин қышқылдары, липидтер, витаминдер және т.б.) зерттейді.
- Функционалды биохимия - ағзаның мүшелері мен жүйелерінің жұмыс істеуі кезінде болатын негізгі химиялық реакцияларды зерттейді.
- Динамикалық биохимия зат алмасу кезінде болатын химиялық реакцияларды зерттейді.
Химиялық технология
Химиялықтехнология - табиғи материалдарды тұтыну және өндірісте пайдалану үшін өңдеудің үнемді және экологиялық қауіпсіз әдістерін зерттейтін химия саласы.
Ғылым бөлінеді:
- Органикалық химиялық технология, ол қазба отындарын өңдеумен, синтетикалық полимерлерді, дәрілік заттарды және басқа заттарды өндірумен айналысады.
- Минералды шикізатты (металл кенінен басқа) өңдеумен, қышқылдар, минералды тыңайтқыштар және сілтілер алумен айналысатын бейорганикалық химиялық технология.
Химиялық инженерияда көптеген процестер бар (партиялық немесе үздіксіз). Олар негізгі топтарға бөлінеді:
- гидромеханикалық:
- химиялық;
- механикалық;
- массалық тасымалдау;
- жылу.
Химияны білу қызықты (фактілер)
Кейбір химиялық процестердің жүруі және кейбір заттардың қасиеттері адамдар үшін ерекше қызығушылық тудырады.
Солардың кейбірі:
- Галлий. Бұл бөлме температурасында еріп кететін қызықты материал. Алюминийге ұқсайды. Галлий қасықты 28 градус Цельсийден жоғары температурадағы сұйықтыққа батырса, ол еріп, пішінін жоғалтады.
- Молибден. Бұл материал Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде табылған. Оның қасиеттерін зерттеу заттың жоғары беріктігін көрсетті. Кейінірек одан аты аңызға айналған Үлкен Берта зеңбірегі жасалды. Оның бөшкесі атыс кезінде қызып кетуден деформацияланбаған,бұл мылтықты пайдалануды жеңілдетті.
- Су. Таза су H2O табиғатта кездеспейтіні белгілі. Өзінің қасиеттеріне байланысты ол алдынан шыққанның бәрін сіңіреді. Сондықтан нағыз таза сұйықтықты тек зертханада алуға болады.
- Сонымен қатар судың тағы бір ерекше қасиеті белгілі – оның қоршаған дүниедегі өзгерістерге реакциясы. Зерттеулер бір көзден келетін судың әртүрлі әсерлермен (магниттік, музыка қосулы, адамдардың жанында) құрылымын өзгертетінін көрсетті.
- Меркаптан. Бұл грейпфрутты зерттегеннен кейін табылған тәтті, ащы және қышқыл дәмдердің қосындысы. Адам бұл дәмді 0,02 нг/л концентрацияда байқайтыны анықталды. Яғни, 100 мың тонна су көлеміне 2 мг меркаптан қосса жеткілікті.
Химияны адамзаттың ғылыми танымының құрамдас бөлігі деп айтуға болады. Ол қызық және жан-жақты. Дәл химияның арқасында адамдар заманауи әлемнің көптеген нысандарын пайдалану мүмкіндігіне ие болды.
