У них відсутнє наукове розуміння закономірностей розвитку навколишнього світу, вміння комплексно застосовувати знання, отримані ними щодо основ природничих науку школі. У подоланні цих недоліків в умовах традиційно сформованої системи вивчення основ природничих наук у школі велика роль приділяється міжпредметним зв'язкам.

Найчастіше вчителі обмежуються лише фрагментарним включенням МПС. Вчителі рідко включають учнів у самостійну роботу із застосування міжпредметних знань та умінь щодо програмного матеріалу, а також у процесі самостійного перенесення раніше засвоєних знань у нову ситуацію. Наслідок - невміння хлопців здійснювати перенесення та синтез знань із суміжних предметів.

Немає і наступності у навчанні. Так, вчителі біології безперервно "забігають уперед", знайомлячи учнів з різними фізико-хімічними процесами, що протікають у живих організмах, без опори на фізичні та хімічні поняття.

Рішення міжпредметних завдань вимагає особливих умінь: пов'язувати між собою та узагальнювати предметні знання, бачити об'єкт у єдності його різноманітних властивостей та відносин, оцінювати приватне з позицій загального, що забезпечує формування наукового світогляду школярів.

Вміння комплексної багатосторонньої характеристики об'єкта - це найбільше складний виглядумінь. Це вміння учнів здійснювати комплексні міжпредметні зв'язки. Специфічною для них є пізнавальна дія широкого перенесення предметних знань та умінь у нові умови їх комплексного застосування. Такі вміння у своїй змістовній основі спираються на знання з різних навчальних предметів та узагальнені ідеї, а їх операційна сторона має складну структуру дій різного ступеня узагальненості.

Міжпредметні зв'язки ускладнюють зміст та процес пізнавальної діяльностіучнів. Тому необхідно поступове запровадження як елементів проблемності, і обсягу і складності міжпредметних зв'язків. Важливо забезпечити зростання пізнавальних умінь та навчальних успіхів, що зміцнюють самостійність та інтерес учнів до пізнання зв'язків між знаннями з різних предметів. Методика організації процесу навчання здійснюється такими етапами:

1. односторонні МПС на уроках з суміжних предметів на основі репродуктивного навчання та елементів проблемності;
2. ускладнення міжпредметних пізнавальних завдань та посилення самостійності учнів у пошуку їх вирішення;
3. включення двосторонніх, а потім і багатосторонніх зв'язків між предметами шляхом координації діяльності вчителів (висування спільних) навчальних проблем, їхнє поетапне рішення в системі уроків);
4. розробка широкої системиу роботі вчителів, які здійснюють МПС як у змісті та методах, так і у формах організації навчання (комплексні домашні завдання, уроки, семінари, екскурсії, конференції), включаючи позакласну роботу та розширюючи рамки навчальної програми.

Для тих учнів, які не мають міцної системи знань, вирішення міжпредметних завдань може виявитися непосильним, а їх інтерес до навчання знизиться. Для учнів із високим рівнем знань з предметів опора на міжпредметні зв'язки є необхідною умовоюїх подальшого розвитку у процесі навчання. Тому в організації творчої діяльностіучнів з урахуванням МПС чільне місце займає навчальна робота, спрямовану засвоєння системи предметних знань і оволодіння способами їх перенесення і узагальнення.

«Навчання» учнів досягається за допомогою системи тренувальних самостійних робіт, що відпрацьовують окремі елементи умінь комплексного застосування знань: розпізнавання МПС у навчальних текстах, у уривках з наукових статей, у першоджерелах відбір фактичного предметного матеріалу для підтвердження, докази законів діалектики, загальнонаукових; аналіз конкретних прикладів (в галузі біології, фізики, хімії, історії) з позицій загальних закономірностей, категорій; усвідомлення міжпредметного характеру пізнавальних навчальних завдань; самостійна постановка (бачення) міжпредметних завдань, проблем на основі порівняння та аналізу наукових фактівприкордонних предметів (біохімічних, фізико-хімічних, біофізичних тощо); складання плану на вирішення міжпредметної проблеми та інших.

Важливу роль грають показ зразка виконання таких завдань, проведення настановних бесід, що визначають логіку міркування, що доводять до усвідомлення послідовність дій, що виконуються, диференційований підхідз урахуванням пізнавальних інтересів та можливостей учнів. Необхідні послідовні стадії у формуванні умінь здійснювати міжпредметні зв'язки:

1. пробудження пізнавального інтересу учнів до вирішення міжпредметних завдань, їх розпізнавання та усвідомлення ними необхідності використовувати знання з різних дисциплін;
2. відпрацювання окремих способів творчої діяльності на основі міжпредметних зв'язків;
3. синтез приватних умінь у цілісне вміння комплексного застосування знань під час вирішення міжпредметних завдань. Основною умовою успішного перенесення предметних знань виступають подібність, аналогічність структури змістовних та процесуальних елементів у серії міжпредметних пізнавальних завдань певного типу. На уроках необхідно спонукати учнів до самостійного вирішення таких завдань із виконання ними дій за зразком та засвоєнням узагальнених орієнтирів у синтезі знань.

Взаємодія інтересу та умінь у процесі вирішення міжпредметних завдань.

Розвиток пізнавальних інтересів залежить від оволодіння учнями узагальненими вміннями пошукової діяльності та вміннями здійснювати МПС. Вивчення психології мислення довело, що як внутрішнього спонукача пошукової діяльності, що діє пов'язано зі знаннями та способами, виступає усвідомлення мети, пізнавальної потреби, яка регулює процес пошуку, відбиваючись і на його емоційній насиченості. Ухвалення міжпредметної завдання значною мірою залежить від теоретичної спрямованості пізнавальних інтересів учня, його прагнення пізнання філософських, світоглядних аспектів у предметних знаннях.

Усвідомлене вичленування міжпредметної завдання, будучи одним із проявів творчих дій учнів, сприяє тісній кореляції знань та способів дій у структурі умінь її вирішувати. Обчислення коефіцієнтів кореляції показало тісний зв'язок між рівнями знань та способів дій у роботах учнів, які самостійно виділили міжпредметну пізнавальну задачу.

У процес вирішення міжпредметної пізнавальної задачі учні включають предметні вміння, їх активність залежить і від мотиву інтересу до відповідних навчальним дисциплінам. Тут також спостерігається тісний зв'язок між рівнем інтересу до предмета, широтою та успішністю використання знань із нього. Учні залучають нові відомості з додаткових джерелінформації, знаходять оригінальні способиїх аналізу та зв'язку з програмним матеріалом. Відсутність стійких предметних інтересів та знань позбавляє учня основи у «міжпредметній» діяльності, викликаючи часом негативне ставлення до неї.

Міжпредметні зв'язки на перших етапах включення до пізнавальної діяльності змінюють відповідність рівнів умінь та інтересів учнів з предметів. Уміння, що виявляються при вирішенні міжпредметних завдань, починають більшою мірою залежати від досвіду перенесення, оволодіння його способами, ніж від сформованого, але тим не менш рухливого інтересу до того чи іншого предмета. В одних учнів під впливом міжпредметних зв'язків підвищується інтерес до предметів, які раніше не цікавили, а рівень знань і умінь ще залишається невисоким. В інших, навпаки, значно зростають уміння міжпредметного перенесення, але помітних змін у розвитку предметних інтересів немає. Вони зберігають стійкість. Це тим, що МПС є єдиним чинником, який формує пізнавальні інтереси учнів.

Пізнавальний досвід, обмежений вузькопредметними рамками, заважає побачити добре відоме у новому, незвичайному аспекті, необхідному для творчого вирішення міжпредметного завдання. Виникає на перших етапах пізнавальної діяльності на основі міжпредметних зв'язків неузгодженість між уміннями, що раніше сформувалися, та інтересами учнів у подальшому нівелюється, відбувається посилення взаємозв'язків умінь та інтересу на якісно новій узагальненій змістовній основі. Систематично включаються в навчальне пізнанняМПС позитивно змінюють широту та діапазон застосування знань та умінь. Це сприяє розумовому розвиткушколярів та формування широких пізнавальних інтересів як одного з показників розвитку особистості. У діяльності на основі МПС виникає стійка залежність: широта пізнавальних інтересів – усвідомлене сприйняття міжпредметних завдань – потреба у пізнанні міжпредметних зв'язків – творчий підхід – уміння мислити системно – пізнавальна самостійність учня.

Формування світоглядної спрямованості пізнавальних інтересів старшокласників.

Включення у процес навчання міжпредметних зв'язків як стимулу пізнавального інтересу якісно перетворює інші його стимули. Це відбувається через те, що навчальний процес являє собою систему, в якій всі компоненти знаходяться в структурно-функціональному зв'язку та зміна одного з них порушує ці зв'язки та викликає необхідність системного підходу до організації всього процесу. Міжпредметні зв'язки, що включаються до змісту уроку, посилюють його новизну, викликають оновлення вже відомого матеріалу, об'єднують нові і колишні знання в систему.

Зв'язки суміжних курсів дозволяють глибше проникнути у сутність предметів, розкрити, наприклад, причинно-наслідкові, фізико-хімічні зв'язки у біологічних процесах. Це дає можливість повніше показати історію науки, методи та досягнення сучасної науки, в якій посилюються інтеграція знань та системний підхід до пізнання. Зміцнюючи стимулюючий зміст уроків, міжпредметні зв'язки активізують процес засвоєння знань, заснований на їх постійному застосуванні. Стає наочною практична потреба та корисність знань з усіх предметів. Усвідомлення потреби знань надійно зміцнює інтерес до їх поглиблення та розширення. Сам процес пізнання, збагачений міжпредметними зв'язками, активізуючи розумові процеси, служить джерелом стійкого інтересу школярів. Міжпредметні зв'язки посилюють узагальнюючий характер змісту навчального матеріалу, який вимагає зміни і методів навчання.

Міжпредметні зв'язки приводять у дію всі стимули пізнавального інтересу, пов'язані з навчальною діяльністю: вносять проблемність, елементи дослідження та творчості, урізноманітнюють форми самостійної роботи, спонукають до оволодіння новими вміннями. Перетворюючи методи навчання, МПС впливають зміну та її організаційних форм. Виникає потреба у колективних формах організації навчальної роботи, які найкраще забезпечують вирішення міжпредметних проблем, створюючи умови прояви знань та інтересів учнів з інших предметів. При цьому можливим є успіх для кожного.

Успішність діяльності, як відомо, є найважливішим спонукачем активності та інтересу до неї. У колективних формах навчальної роботи активно діють стимули пізнавального інтересу, пов'язані із відносинами між учасниками навчального процесу: емоційний тонус, довіра до пізнавальних можливостей учнів, взаємна підтримка діяльності, елементи змагання, заохочення та інші (Г. І. Щукіна).

У процесі формування пізнавальних інтересів учнів міжпредметні зв'язки (змістовні, операційно – діяльні, організаційно – методичні) виконують багатопланові функції. Насамперед, вони виступають як стимул інтересів учнів до уроків, переломлюючись у всіх інших позитивних стимулах, що йдуть від змісту, діяльності та відносин. Навчальна діяльність із опорою на міжпредметні зв'язку викликає безпосередній інтерес до уроків. Здійснюючись систематично, вони стають умовою формування стійких пізнавальних інтересів школярів. Такі вміння формуються на основі встановлення міжпредметних зв'язків, коли вчитель пропонує завдання на кшталт «дати критику», «довести», «обґрунтувати», «аргументувати висновок» тощо. Оцінний фактор у пізнанні стимулює інтерес та активність учнів.

Отже, навчання на основі різнобічних міжпредметних зв'язків активно формує стійкі широкі світоглядні пізнавальні інтереси, що є особливо цінним для всебічного розвитку особистості старшокласника.

Світоглядна спрямованість пізнавальних інтересів - це стійке прагнення школяра до розуміння та обґрунтування суттєвих зв'язків, що пояснюють відносини "особистість і суспільство", "природа і суспільство", "людина та праця". Процес формування світоглядної спрямованості пізнавальних інтересів включає етапи:

1. пробудження інтересу та бажання спиратися на міжпредметні зв'язки при засвоєнні загальнопредметних світоглядних ідей за допомогою елементів проблемності;
2. розвиток та розширення інтересу до засвоєння світоглядних ідей, формування пізнавальної самостійності при вирішенні міжпредметних завдань;
3. зміцнення та поглиблення інтересу до світоглядних проблем у процесі постійно розвивається активності та самостійної діяльності учнів (система творчих робіт та позакласної роботи міжпредметного змісту).

Розвиток пізнавальної самостійності старшокласників у діяльності на основі міжпредметних зв'язків відбувається у тісному взаємозв'язку з формуванням світоглядних, ціннісних орієнтацій особистості, що регулюють її соціальну активність.

Засоби реалізації міжпредметних зв'язків можуть бути різні:

• питання міжпредметного змісту: напрямні діяльність школярів на відтворення раніше вивчених в інших навчальних курсах та темах знань та їх застосування під час засвоєння нового матеріалу.
• міжпредметні завдання, які вимагають підключення знань з різних предметів або складені на матеріалі одного предмета, але які використовуються з певною пізнавальною метою у викладанні одного іншого предмета. Вони сприяють глибшому та осмисленому засвоєнню програмного матеріалу, вдосконаленню умінь виявити причинно-наслідкові зв'язки між явищами.
• домашнє завданняміжпредметного характеру - постановка питань на роздуми, підготовка повідомлень, рефератів, виготовлення наочних посібників, складання таблиць, схем, кросвордів, які потребують знань міжпредметного характеру.
• міжпредметні наочні посібники – узагальнюючі таблиці, схеми, діаграми, плакати. Вони дозволяють учням наочно побачити сукупність знань із різних предметів, що розкриває питання міжпредметного змісту.
• хімічний експеримент - якщо предметом його є біологічні об'єкти та хімічні явища, що відбуваються в них.

Використання міжпредметних зв'язків викликало появу нових форм організації навчального процесу: урок із міжпредметними зв'язками, комплексний семінар, комплексна екскурсія, міжпредметна екскурсія та ін.

Уроки з міжпредметним змістом може бути наступних видів: урок-лекція; урок-семінар; урок-конференція; урок-рольова гра; урок-консультація та ін.

Необхідність міжпредметних зв'язків у навчанні безперечна. Послідовне та систематичне їх здійснення значно посилює ефективність навчально-виховного процесу, формує діалектичний спосіб мислення учнів. До того ж міжпредметні зв'язки - неодмінна дидактична умова розвитку вони інтересу до знань основ наук, зокрема і природних.

ЛІТЕРАТУРА

1. Данилюк Д.Я. Навчальний предмет як інтегрована система/Д.Я. Данилюк // Педагогіка. – 1997. – № 4. – С. 24 – 28.
2. Ільченко В. Р. Перехрестя фізики, хімії та біології. - М: Просвітництво, 1986.
3. Максимова В. Н. Міжпредметні зв'язки та вдосконалення процесу навчання. - М: Просвітництво, 1984. -143с.
4. Максимова В. Н. Міжпредметні зв'язки у навчально-виховному процесі середньої школи. - М: Просвітництво, 1986.

Новікова Ірина Петрівна
вчитель хімії
МОУ Радгоспна сош
Тамбівський район

Хімія – наука про перетворення речовин, пов'язаних із зміною електронного оточення атомних ядер. У цьому визначенні необхідно додатково уточнити терміни «речовина» та «наука».

Відповідно до Хімічної енциклопедії:

Речовина – вид матерії, яка має масу спокою. Складається з елементарних частинок: електронів, протонів, нейтронів, мезонів та ін. Хімія вивчає головним чином речовину, організовану в атоми, молекули, іони та радикали. Такі речовини прийнято поділяти на прості та складні (хімічні сполуки). Прості речовини утворені атомами одного хімічного. елемента і тому є формою його існування у вільному стані, наприклад сірка, залізо, озон, алмаз. Складні речовини утворені різними елементами і можуть мати постійний склад.

У трактуванні терміна "наука" існує безліч розбіжностей. Тут цілком докладно висловлювання Рене Декарта (1596-1650): "Визначте значення слів, і ви позбавите людство від половини його помилок". Наукоюприйнято називати сферу людської діяльності, функцією якої є вироблення та теоретична схематизація об'єктивних знань про дійсність; галузь культури, яка існувала не за всіх часів і не у всіх народів. Канадський філософ Вільям Хетчер визначає сучасну науку, як «спосіб пізнання реального світу, що включає в себе як реальність, що відчувається органами почуттів людини, так і реальність невидиму, спосіб пізнання, заснований на побудові перевірених моделей цієї реальності». Таке визначення близьке до розуміння науки академіком В.І.Вернадським, англійським математикомА. Уайтхедом, іншими відомими вченими.

У наукових моделях світу зазвичай виділяються три рівні, які у конкретній дисципліні можуть бути представлені у різному співвідношенні:

* емпіричний матеріал (експериментальні дані);

* Ідеалізовані образи (фізичні моделі);

*математичний опис (формули та рівняння).

Наочно-модельний розгляд світу неминуче веде до приблизності будь-якої моделі. А.Ейнштейн (1879-1955) говорив «Поки математичні закони описують дійсність, вони невизначені, а коли вони перестають бути невизначеними, вони втрачають зв'язок із дійсністю».

Хімія належить до природничих наук, що вивчають навколишній світ з усім багатством його форм і різноманіттям явищ, що відбуваються в ньому. Специфіку природно наукового знанняможна визначити трьома ознаками: істинність, інтерсуб'єктивність та системність. Істинність наукових істинвизначається принципом достатньої підстави: будь-яка істинна думка має бути обґрунтована іншими думками, істинність яких доведена. Інтерсуб'єктивність означає, що кожен дослідник повинен отримувати однакові результати щодо одного й того ж об'єкта в одних і тих же умовах. Системність наукового знання має на увазі його сувору індуктивно-дедуктивну структуру.

Хімія - це наука про перетворення речовин. Вона вивчає склад та будову речовин, залежність властивостей речовин від їх складу та будови, умови та шляхи перетворення одних речовин на інші. Хімічні зміни завжди пов'язані із змінами фізичними. Тому хімія тісно пов'язана із фізикою. Хімія пов'язана з біологією, оскільки біологічні процеси супроводжуються безперервними хімічними перетвореннями.

Удосконалення методів дослідження, передусім експериментальної техніки, призвело до поділу науки на дедалі вужчі напрями. Через війну кількість і «якість», тобто. надійність інформації зросла. Однак неможливість для однієї людини мати повні знання навіть для суміжних наукових областей породила нові проблеми. Як у військової стратегіїсамі слабкі місцяоборони та наступи виявляються на стиках фронтів, у науці найменш розробленими залишаються області, що не піддаються однозначній класифікації. Серед інших причин можна відзначити і складність з отриманням відповідного кваліфікаційного ступеня (наукового ступеня) для вчених, які працюють в галузях «стику наук». Але там робляться і основні відкриття сучасності.

У сучасному житті, особливо у виробничій діяльності людини, хімія відіграє винятково важливу роль. Немає майже жодної галузі виробництва, не пов'язаної із застосуванням хімії. Природа дає нам лише вихідну сировину – дерево, руду, нафту та ін. Піддаючи природні матеріали хімічній переробці, отримують різні речовини, необхідні сільського господарства, промислового виробництва, медицини, побуту – добрива, метали, пластичні маси, лаки, фарби, лікарські речовини, мило тощо. Для переробки природної сировини потрібно знати закони перетворення речовин, а ці знання дає хімія. Розвиток хімічної промисловості – одне з найважливіших умовтехнічний прогрес.

Хімічні системи

Об'єкт вивчення у хімії – хімічна система . Хімічна система – це сукупність речовин, що у взаємодії і подумки чи фактично відокремлено від довкілля. Прикладами системи можуть бути різні об'єкти.

Найпростішим носієм хімічних властивостейслужить атом - система, що складається з ядра і електронів, що рухаються навколо нього. Через війну хімічної взаємодії атомів утворюються молекули (радикали, іони, атомні кристали) –системы, які з кількох ядер, у полі яких рухаються електрони. Макросистеми складаються із сукупності великої кількості молекул – розчини різних солей, суміш газів над поверхнею каталізатора у хімічній реакції тощо.

Залежно від характеру взаємодії системи з довкіллям розрізняють відкриті, закриті та ізольовані системи. Відкритою системою називається система, здатна обмінюватися з навколишнім середовищем енергією та масою. Наприклад, при змішуванні у відкритій посудині соди з розчином соляної кислоти протікає реакція:

Na 2 CO 3 + 2HCl → 2NaCl + CO 2 + H 2 O.

Маса цієї системи зменшується (випаровується вуглекислий газ і частково пари води), частина теплоти, що виділилася, витрачається на нагрівання навколишнього повітря.

Закритою називається система, яка може обмінюватися з навколишнім середовищем лише енергією. Розглянута вище система, що у закритому посудині, буде прикладом закритої системи. В цьому випадку обмін масою неможливий і маса системи залишається постійною, але теплота реакції через стінки пробірки передається довкіллю.

Ізольована Система називається система постійного обсягу, в якій не відбувається обміну з навколишнім середовищем ні масою, ні енергією. Поняття ізольованої системи є абстрактним, т.к. практично абсолютно ізольованої системи немає.

Окрема частина системи, обмежена від інших хоча б однією поверхнею розділу, називається фазою . Наприклад, система, що складається з води, льоду та пари, включає три фази та дві поверхні розділу (рис. 1.1). Фаза може бути механічно відокремлена з інших фаз системи.

Рис.1.1 - Багатофазна система.

Не завжди фаза протягом усього однакові фізичні властивості і однорідний хімічний склад. Прикладом може бути атмосфера землі. У нижніх шарах атмосфера концентрація газів вище, вище і температура повітря, у верхніх шарах відбувається розрідження повітря і зниження температури. Тобто. однорідність хімічного складу та фізичних властивостей протягом усієї фази в даному випадку не дотримується. Також фаза може бути перервною, наприклад, шматочки льоду, що плавають на поверхні води, туман, дим, піна – двофазні системи, в яких одна фаза є перервною.

Система, що складається з речовин, що знаходяться в одній фазі, називається гомогенної . Система, що складається з речовин у різних фазах і має хоча б одну межу розділу, називається гетерогенної .

Речовини, у тому числі складається хімічна система – компоненти. Компонент може бути виділений із системи та існувати поза нею. Наприклад, відомо, що з розчиненні хлориду натрію у питній воді він розпадається на іони Na ​​+ і Cl – , проте ці іони що неспроможні вважатися компонентами системи – розчину солі у питній воді, т.к. вони не можуть бути виділені з даного розчину та існувати окремо. Компонентами будуть вода та хлорид натрію.

Стан системи визначається її параметрами. Параметри можуть бути задані як на молекулярному рівні (координати, кількість руху кожної молекули, валентні кути тощо), так і на макрорівні (наприклад, тиск, температура).

Будова атома.

Подібна інформація.

Успіхи людини у вирішенні великих і малих проблем виживання значною мірою досягнуто завдяки розвитку хімії. Успіхи багатьох галузей людської дійсності, таких як енергетика, металургія, машинобудування, легка та харчова промисловість та інші, багато в чому залежить від стану та розвитку хімії. Величезне значення хімія має для успішної роботисільськогосподарського виробництва, фармацевтичної промисловості, забезпечення побуту. Хімічна промисловість виробляє десятки тисяч найменувань продуктів, багато з яких за технологічними та економічними характеристиками успішно конкурують із традиційними матеріалами, а частина є унікальною за своїми параметрами. Хімія дає матеріали із заздалегідь заданими властивостями, у тому числі й такими, що не зустрічаються в природі.

Хімія як забезпечує виробництво багатьох необхідних продуктів, матеріалів. Багато галузях промисловості широко використовуються такі хімічні методи обробки: відбілювання, фарбування, друкування, що призвело до інтенсифікації процесів підвищення якості.

Хімізація дозволила людині вирішити багато технічних, економічних і соціальних проблем, але масштабність цього процесу торкнулася всі компоненти довкілля: сушу, атмосферу, воду світового океану – впровадилася у природні круговороти речовин. В результаті порушилася рівновага природних процесів на планеті, хімізація стала помітно позначатися на здоров'ї самої людини. У зв'язку з цим виникла самостійна галузь екологічної науки – хімічна екологія.

Фундаментальні засади сучасної хімії

Фундаментальними основами хімії стали квантова механіка, атомна фізика, термодинаміка, статична фізика та фізична кінетика. На основі фізики побудовано теоретичну хімію. На хімічному рівні ми маємо справу з дуже великою кількістю часток, що беруть участь у квантово-механічних процесах обміну електронами (хімічних реакцій).

Базове поняття хімії – валентність – це макроскопічне, хімічне відображення квантово-механічних взаємодій.

Розвиток сучасної хімії, її основні концепції виявилися тісно пов'язаними не лише з фізикою, а й з іншими науками, особливо з біологією.

Сучасний етап розвитку хімії пов'язані з використанням у ній принципів хімізму живої природи.

Поняття «хімічний елемент» та «хімічна сполука» з погляду сучасності

Хімічний елемент – це «цеглинка» речовини. Періодичний закон Д.І. Менделєєва сформулював залежність властивостей хімічних елементіввід атомної маси ознакою елемента стало його місце в періодичній системі, що визначається атомною масою. Фізика допомогла скласти уявлення про атом, як про складну квантово-механічну систему, розкрила зміст періодичного закону на основі будови електронних орбіт всіх елементів.

Сучасне визначення хімічного елемента – це вид атомів із зарядом ядра, тобто. сукупність ізотопів.

А хімічна сполука – це речовина, атоми якого з допомогою хімічних зв'язків об'єднані в молекули, макромолекули, монокристали чи інші квантово-механічні системи, тобто. головною стала фізична природа сил, що з'єднує атоми молекули, обумовлена ​​хвильовими властивостями валентних електронів.

Вчення про хімічні процеси

Вчення про хімічні процеси є областю глибокого взаємопроникнення фізики, хімії та біології. В основі цього вчення знаходиться хімічна термодинаміка та кінетика, які однаково відносяться і до хімії, і до фізики.

Предметом вивчення є умови протікання хімічних реакцій, такі фактори як температура, тиск та ін.

Жива клітина, досліджувана біологічної наукою, є мікроскопічний хімічний реактор, у якому відбуваються перетворення, вивчені хімією.

Вивчаючи ці процеси, сучасна хімія переймає у живої природи досвід, необхідний отримання нових речовин і матеріалів.

Основою хімії живого є каталітичні хімічні реакції.

Більшість сучасних хімічних технологій реалізується з використанням каталізаторів – речовин, які збільшують швидкість реакції, не витрачаючись у ній.

У сучасній хімії набув розвитку напрямок, принципом якого є енергетична активація реагенту (тобто подача енергії ззовні) до стану повного розриву вихідних зв'язків. Це хімія екстремальних станів, що використовує високі температури, великий тиск, випромінювання з великою величиною енергії кванта.

Наприклад, плазмохімія – хімія на основі плазмового стану реагентів, еліонні технології – активація процесу досягається за рахунок спрямованих електронних чи іонних пучків.

Ефективність технології з урахуванням хімії експериментальних станів дуже висока. Вони характеризуються енергозбереженням, високою продуктивністю, високою автоматизацією та простотою управління технологічним процесом, а також невеликим розміром технологічних установок.

Хімія як наука тісно пов'язана із хімією як виробництвом. Основна мета сучасної хімії, навколо якої будується вся дослідницька робота, полягає у дослідженні генези (походження) властивостей речовин та розробки на цій основі методів отримання речовин із заздалегідь заданими властивостями.

Необхідність міжпредметних зв'язків у навчанні безперечна. Послідовне та систематичне їх здійснення значно посилює ефективність навчально-виховного процесу, формує діалектичний спосіб мислення учнів. До того ж міжпредметні зв'язки - неодмінна дидактична умова розвитку в учнів інтересу до знань основ наук, зокрема й природних.

Ось що показав аналіз уроків фізики, хімії та біології: здебільшого вчителі обмежуються лише фрагментарним включенням міжпредметних зв'язків (МПС). Іншими словами, лише нагадують факти, явища чи закономірності із суміжних предметів.

Вчителі рідко включають учнів у самостійну роботу із застосування міжпредметних знань і умінь щодо програмного матеріалу, соціальній та процесі самостійного перенесення раніше засвоєних знань у нову ситуацію. Наслідок - невміння хлопців здійснювати перенесення та синтез знань із суміжних предметів. Немає і наступності у навчанні. Так, вчителі біології безперервно «забігають уперед», знайомлячи учнів із різними фізико-хімічними процесами, які у живих організмах, без опори на фізичні і хімічні поняття, що мало сприяє усвідомленому засвоєнню біологічних знань.

Загальний аналіз підручників дозволяє відзначити: багато фактів і понять викладаються в них неодноразово з різних дисциплін, причому повторне їх викладення практично мало чого додає до знань учнів. Більше того, найчастіше одне й те саме поняття різними авторамиінтерпретується по-різному, тим самим ускладнюючи процес їх засвоєння. Часто у підручниках використовуються маловідомі учням терміни, у яких мало завдань міжпредметного характеру. Багато авторів майже не згадують про те, що якісь явища, поняття вже вивчалися в курсах суміжних предметів, не вказують на те, що дані поняття будуть більш детально розглянуті щодо іншого предмета. Аналіз нині діючих програм з природних дисциплін дозволяє зробити висновок про те, що міжпредметним зв'язкам не приділяється належної уваги. Лише у програмах із загальної біології 10-11 класів (В.Б. Захаров); "Людина" (В.І. Сивоглазов) є спеціальні розділи "Міжпредметні зв'язки" із зазначенням на фізичні та хімічні поняття, закони та теорії, що є фундаментом при формуванні біологічних понять. У програмах з фізики та хімії таких розділів немає, і вчителям доводиться самим встановлювати необхідні МПС. І це завдання складна - координувати матеріал суміжних предметів в такий спосіб, щоб забезпечити єдність в інтерпретації понять.

Міжпредметні зв'язки фізики, хімії та біології могли б встановлюватися значно частіше та ефективніше. Вивчення процесів, що протікають на молекулярному рівні, можливе лише за умови залучення знань молекулярної біофізики, біохімії, біологічної термодинаміки, елементів кібернетики, що взаємно доповнюють один одного. Ця інформація розосереджена за курсами фізики та хімії, але тільки в курсі біології з'являється можливість розглянути складні для учнів питання, використовуючи міжпредметні зв'язки. Крім того, з'являється можливість відпрацювати поняття, загальні для циклу природних дисциплін, такі як речовина, взаємодія, енергія, дискретність та ін.

p align="justify"> При вивченні основ цитології міжпредметні зв'язки встановлюються з елементами знань біофізики, біохімії, біокібернетики. Так, наприклад, клітина може бути представлена ​​як механічна системаі в цьому випадку розглядаються її механічні параметри: щільність, пружність, в'язкість і т. д. Фізико-хімічні характеристики клітини дозволяють розглядати її як дисперсну систему, сукупність електролітів, напівпроникних мембран. Без поєднання «таких образів» навряд чи можна сформувати поняття про клітину як складну біологічну систему. У розділі «Основи генетики та селекції» МПС встановлюються між органічною хімією (білки, нуклеїнові кислоти) та фізикою (основи молекулярно-кінетичної теорії, дискретність електричного заряду та ін.).

Вчитель має заздалегідь запланувати можливість здійснення як попередніх, і перспективних зв'язків біології з відповідними розділами фізики. Інформація з механіки (властивості тканин, рух, пружні властивості судин і серця тощо) дає можливість розглядати фізіологічні процеси; про електромагнітне поле біосфери - для пояснення фізіологічних функційорганізмів. Таке значення мають і багато питань біохімії. Вивчення складних біологічних систем (біогеоценози, біосфера) пов'язане з необхідністю засвоєння знань про способи обміну інформацією між окремими особами (хімічною, оптичною, звуковою), але для цього знову ж таки необхідно використовувати знання з фізики та хімії.

Використання міжпредметних зв'язків - одне з найскладніших методичних завдань учителя хімії. Вона вимагає знання змісту програм та підручників з інших предметів. Реалізація міжпредметних зв'язків у практиці навчання передбачає співпрацю вчителя хімії з учителями інших предметів.

Вчитель хімії розробляє індивідуальний план реалізації міжпредметних зв'язків у курсі хімії. Методика творчої роботи вчителя у цьому плані проходить такі етапи:

• 1. Вивчення програми з хімії, її розділу «Міжпредметні зв'язки», програм та підручників з інших предметів, додаткової наукової, науково-популярної та методичної літератури;
• 2. Поурочне планування міжпредметних зв'язків із використанням курсових та тематичних планів;
• 3. Розробка засобів та прийомів реалізації міжпредметних зв'язків на конкретних уроках (формулювання міжпредметних пізнавальних завдань, домашніх завдань, підбір додаткової літератури для учнів, підготовка необхідних підручників та наочних посібників з інших предметів, розробка методичних прийомів їх використання);
• 4. Розробка методики підготовки та проведення комплексних форморганізації навчання (узагальнюючих уроків із міжпредметними зв'язками, комплексних семінарів, екскурсій, занять гуртка, факультативу з міжпредметних тем тощо);
• 5. Розробка прийомів контролю та оцінки результатів здійснення міжпредметних зв'язків у навчанні (питання та завдання на виявлення умінь учнів встановлювати міжпредметні зв'язки).

Планування міжпредметних зв'язків дозволяє вчителю успішно реалізувати їх методологічні, освітні, розвиваючі, виховні та конструктивні функції; передбачити все розмаїття їх видів під час уроків, у домашній і позакласної роботі учнів.

Для встановлення міжпредметних зв'язків необхідно здійснити відбір матеріалів, тобто визначити ті хімії, які тісно переплітаються з темами з курсів інших предметів.

Курсове планування передбачає короткий аналіззмісту кожної навчальної теми курсу з урахуванням внутрішньопредметних та міжпредметних зв'язків.

Для успішного здійснення міжпредметних зв'язків вчитель хімії, біології та фізики повинен знати та вміти:

Когнітивний компонент

• · Зміст та структуру курсів суміжних предметів;
• · Здійснювати узгодження в часі вивчення суміжних предметів;
• · Теоретичні основи проблеми МПС (види класифікацій МПС, способи їх реалізації, функції МПС, основні компоненти МПС тощо);
• · Забезпечувати наступність у формуванні загальних понять, вивчення законів та теорій; використовувати загальні підходи до формування умінь і навичок навчального праці в учнів, наступності у розвитку;
• · Розкривати взаємозв'язки явищ різної природи, що вивчаються суміжними предметами;
• · Формулювати конкретні навчально-виховні завдання, виходячи з цілей МПС фізики, хімії, біології;
• · Аналізувати навчальну інформаціюсуміжних дисциплін; рівень сформованості міжпредметних знань та вмінь у учнів; ефективність застосовуваних методів навчання, форм навчальних занять, засобів навчання на основі МПС

Конструктивний компонент

• · Формувати систему цілей та завдань, що сприяють реалізації МПС;
• · Планувати навчально-виховну роботу, спрямовану на реалізацію МПС; виявляти виховні та розвиваючі можливості МПС;
• · конструювати зміст міжпредметних та інтегративних уроків, комплексних семінарів тощо. Передбачати труднощі та помилки, які можуть виникнути у учнів для формування міжпредметних знань і умінь;
• · Конструювати методичне оснащення уроків, вибирати найбільш раціональні форми та методи навчання на основі МПС;
• · Планувати різні формиорганізації навчально-пізнавальної діяльності; конструювати дидактичне оснащення навчальних занять. Організаційний компонент
• · організовувати навчально-пізнавальну діяльність учнів залежно від цілей та завдань, від них індивідуальних особливостей;
• · Формувати пізнавальний інтерес учнів до предметів природного циклу на основі МПС;
• · Організовувати та керувати роботою між предметних гуртків та факультативів; володіти навичками НЗТ; методами управління діяльністю учнів.

Комунікативний компонент

• · Психологію спілкування; психолого-педагогічні засади формування міжпредметних знань та умінь; психологічні особливостіучнів;
• · орієнтуватися у психологічних ситуаціях у учнівському колективі; встановлювати міжособистісні стосункиу класі;
• · Встановлювати міжособистісні відносини з вчителями суміжних дисциплін у діяльності щодо спільної реалізації МПС.

Орієнтаційний компонент

• · теоретичні основи діяльності щодо встановлення МПС при вивченні предметів природного циклу;
• · орієнтуватися в навчальному матеріалісуміжних дисциплін; у системі методів та форм навчання, що сприяють успішній реалізації МПС.

Мобілізаційний компонент

• · адаптувати педагогічні технологіїдля реалізації МПС фізики, хімії, біології; запропонувати авторську або підібрати найбільш адекватну методику формування міжпредметних знань та умінь у процесі навчання фізики, хімії, біології;
• · Розробити авторську або адаптувати традиційні методики вирішення завдань міжпредметного змісту;
• · Опанувати методику проведення комплексних форм навчальних занять; вміти організувати самоосвітню діяльність з оволодіння технологією реалізації МПС у навчанні фізики, хімії та біології.

Дослідницький компонент

• · Аналізувати та узагальнювати досвід своєї роботи з реалізації МПС; узагальнювати та впроваджувати досвід своїх колег; провести педагогічний експеримент; аналіз своїх результатів;
• · Організувати роботу з методичній теміМПС.

Цю професіограму можна як основу побудови процесу підготовки вчителів фізики, хімії та біології до діяльності з реалізації МПС, як і критерій з метою оцінки якості їх підготовки.

Використання у вивченні хімії міжпредметних зв'язків дозволяє з першого курсу ознайомити студентів із предметами, які вони вивчатимуть на старших курсах: електротехніка, менеджмент, економіка, матеріалознавство, деталі машин, промислова екологія тощо. Вказуючи на уроках хімії, для чого і в яких предметах студентам знадобляться ті чи інші знання, педагог мотивує запам'ятовування матеріалу не тільки на один урок для отримання оцінки, а й змінює особисті інтереси студентів нехімічних спеціальностей.

Взаємозв'язок хімії та фізики

Поряд із процесами диференціації самої хімічної науки, нині йдуть в інтеграційні процеси хімії з іншими галузями природознавства. Особливо інтенсивно розвиваються взаємозв'язки між фізикою та хімією. Цей процес супроводжується виникненням нових і нових суміжних фізико-хімічних галузей знання.

Вся історія взаємодії хімії фізики повна прикладів обміну ідеями, об'єктами та методами дослідження. на різних етапахсвого розвитку фізика постачала хімію поняттями та теоретичними концепціями, що надали сильний вплив на розвиток хімії. При цьому чим більше ускладнювалися хімічні дослідження, тим більше апаратура та методи розрахунків фізики проникали в хімію. Необхідність вимірювання теплових ефектів реакції, розвиток спектрального та рентгеноструктурного аналізу, вивчення ізотопів та радіоактивних хімічних елементів, кристалічних решіток речовини, молекулярних структур зажадали створення та призвели до використання найскладніших фізичних приладів еспектроскопів, мас-спектрографів, дифракційних грат, Електронні мікроскопи і т.д.

Розвиток сучасної науки підтвердив глибокий зв'язок між фізикою та хімією. Зв'язок цей носить генетичний характер, тобто утворення атомів хімічних елементів, з'єднання їх у молекули речовини відбулося на певному етапі розвитку неорганічного світу. Також цей зв'язок ґрунтується на спільності будови конкретних видів матерії, в тому числі й молекул речовин, що складаються зрештою з тих самих хімічних елементів, атомів і елементарних частинок. Виникнення хімічної форми руху у природі викликало подальший розвитокуявлень про електромагнітну взаємодію, що вивчається фізикою. За підсумками періодичного закону нині здійснюється прогрес у хімії, а й у ядерної фізиці, межі якої виникли такі змішані фізико-хімічні теорії, як хімія ізотопів, радіаційна хімія.

Хімія і фізика вивчають практично одні й самі об'єкти, але кожна з них бачить у цих об'єктах свій бік, свій предмет вивчення. Так, молекула є предметом вивчення як хімії, а й молекулярної фізики. Якщо перша вивчає її з погляду закономірностей освіти, складу, хімічних властивостей, зв'язків, умов її дисоціації на складові атоми, то остання статистично вивчає поведінку мас молекул, що зумовлює теплові явища, агрегатні стани, переходи з газоподібної в рідку і тверду фази і назад, явища, не пов'язані зі зміною складу молекул та їх внутрішнього хімічної будови. Супровід кожної хімічної реакції механічним переміщенням мас молекул реагентів, виділення чи поглинання тепла за рахунок розриву чи утворення зв'язків у нових молекулах переконливо свідчать про тісний зв'язок хімічних та фізичних явищ. Так, енергетика хімічних процесів тісно пов'язана із законами термодинаміки. Хімічні реакції, що протікають із виділенням енергії зазвичай у вигляді тепла та світла, називаються екзотермічними. Існують також ендотермічні реакції, що протікають із поглинанням енергії. Все сказане не суперечить законам термодинаміки: у разі горіння енергія вивільняється одночасно із зменшенням внутрішньої енергіїсистеми. У ендотермічних реакціях йде підвищення внутрішньої енергії системи з допомогою припливу тепла. Вимірюючи кількість енергії, що виділяється під час реакції (тепловий ефект хімічної реакції), можна судити про зміну внутрішньої енергії системи. Він вимірюється у кілоджоулях на моль (кДж/моль).

Ще один приклад. Окремим випадком першого початку термодинаміки є закон Гесса. Він говорить, що тепловий ефект реакції залежить тільки від початкового та кінцевого стану речовин і не залежить від проміжних стадій процесу. Закон Гесса дозволяє обчислити тепловий ефект реакції в тих випадках, коли його безпосередній вимір чомусь неможливий.

З виникненням теорії відносності, квантової механікиі вчення про елементарні частинки розкрилися ще глибші зв'язки між фізикою та хімією. Виявилося, що розгадка пояснення істоти властивостей хімічних сполук, самого механізму перетворення речовин лежить у будові атомів, у квантово-механічних процесах його елементарних частинок і особливо електронів зовнішньої оболонки. Саме новітня фізика зуміла вирішити такі питання хімії, як природа хімічного зв'язку, особливості хімічної будови молекул органічних та неорганічних сполукі т.д.

У сфері зіткнення фізики та хімії виник та успішно розвивається такий порівняно молодий розділ з числа основних розділів хімії як фізична хімія, яка оформилася наприкінці XIX ст. внаслідок успішних спроб кількісного вивчення фізичних властивостей хімічних речовин та сумішей, теоретичного пояснення молекулярних структур. Експериментальною та теоретичною базою для цього послужили роботи Д.І. Менделєєва (відкриття Періодичного закону), Вант-Гоффа (термодинаміка хімічних процесів), С. Арреніуса (теорія електролітичної дисоціації) і т.д. Предметом її вивчення стали загальнотеоретичні питання, що стосуються будови та властивостей молекул хімічних сполук, процесів перетворення речовин у зв'язку із взаємною обумовленістю їх фізичними властивостямививчення умов протікання хімічних реакцій і фізичних явищ, що відбуваються при цьому. Зараз фізхімія - це різнобічно розгалужена наука, що тісно пов'язує фізику та хімію.

У самої фізичної хімії до теперішнього часу виділилися і цілком склалися як самостійні розділи, що володіють своїми особливими методами та об'єктами дослідження, електрохімія, вчення про розчини, фотохімія, кристалохімія. На початку XX ст. виділилася також у самостійну наукувиросла в надрах фізичної хімії колоїдна хімія. З другої половини XX ст. у зв'язку з інтенсивною розробкою проблем ядерної енергії виникли і набули великого розвитку новітні галузі фізичної хімії - хімія високих енергій, радіаційна хімія (предметом її вивчення є реакції, що протікають під дією іонізуючого випромінювання), хімія ізотопів.

Фізична хімія сприймається зараз як найбільш широкий загальнотеоретичний фундамент усієї хімічної науки. Багато її вчення та теорії мають велике значення для розвитку неорганічної та особливо органічної хімії. З виникненням фізичної хімії вивчення речовини почало здійснюватися не лише традиційними хімічними методамидослідження, не тільки з точки зору його складу та властивостей, але і з боку структури, термодинаміки та кінетики хімічного процесу, а також з боку зв'язку та залежності останнього від впливу явищ, властивих іншим формам руху (світлове та радіаційне опромінення, світлове та теплове вплив і т.д.).

Примітно, що у першій половині XX ст. склалася прикордонна між хімією та новими розділами фізики (квантова механіка, електронна теоріяатомів та молекул) наука, яку стали пізніше називати хімічною фізикою. Вона широко застосувала теоретичні та експериментальні методи новітньої фізикидо дослідження будови хімічних елементів та сполук та особливо механізму реакцій. Хімічна фізика вивчає взаємозв'язок та взаємоперехід хімічної та субатомної форм руху матерії.

У ієрархії основних наук, даної Ф. Енгельсом, хімія безпосередньо сусідить із фізикою. Це сусідство забезпечило ту швидкість і глибину, з якою багато розділів фізики плідно вклинюються в хімію. Хімія межує, з одного боку, з макроскопічною фізикою – термодинамікою, фізикою суцільних середовищ, а з іншого – з мікрофізикою – статичною фізикою, квантовою механікою.

Загальновідомо, як плідними ці контакти виявилися для хімії. Термодинаміка породила хімічну термодинаміку - вчення про хімічних рівновагах. Статична фізика лягла основою хімічної кінетики - вчення про швидкостях хімічних перетворень. Квантова механіка розкрила суть Періодичного закону Менделєєва. Сучасна теоріяхімічної будови та реакційної спроможності - це квантова хімія, тобто. додаток принципів квантової механіки до дослідження молекул та «X перетворень».

Ще одним свідченням плідності впливу фізики на хімічну науку є застосування фізичних методів, що все розширюється, в хімічних дослідженнях. Вражаючий прогрес у цій галузі особливо чітко видно з прикладу спектроскопічних методів. Ще зовсім недавно з нескінченного діапазону електромагнітних випромінювань хіміки використовували лише вузьку область видимого і примикає до нього ділянок інфрачервоного та ультрафіолетового діапазонів. Відкриття фізиками явища магнітного резонансного поглинання призвело до появи спектроскопії ядерного магнітного резонансу, найбільш інформативного аналітичного методута методу вивчення електронної будовимолекул і спектроскопії електронного парамагнітного резонансу, унікального методу вивчення нестабільних проміжних частинок - вільних радикалів. У короткохвильовій області електромагнітних випромінювань виникла рентгенівська та гамма-резонансна спектроскопія, яка зобов'язана своєю появою відкриття Мессбауера. Освоєння синхротронного випромінювання відкрило нові перспективи розвитку цього високоенергетичного розподілу спектроскопії.

Здавалося б, освоєно весь електромагнітний діапазон, і в цій галузі важко чекати подальшого прогресу. Однак з'явилися лазери – унікальні за своєю спектральною інтенсивністю джерела – і разом із ними принципово нові аналітичні можливості. Серед них можна назвати лазерний магнітний резонанс - високочутливий метод реєстрації радикалів, що швидко розвивається, в газі. Інша, воістину фантастична можливість – це штучна реєстрація атомів за допомогою лазера – методика, основна на селективному збудженні, що дозволяє зареєструвати в кюветі лише кілька атомів сторонньої домішки. Вражаючі можливості вивчення механізмів радикальних реакцій дало відкриття явища хімічної поляризації ядер.

Нині важко назвати область сучасної фізикияка б прямо чи опосередковано не впливала на хімію. Взяти, наприклад, далеку від світу молекул, побудованого з ядер та електронів, фізику нестабільних елементарних частинок. Може здатися дивним, що на спеціальних міжнародних конференціяхобговорюється хімічна поведінка атомів, які мають у своєму складі позитрон або мюон, які, в принципі, не можуть дати стійких з'єднань. Однак унікальна інформація про надшвидкі реакції, які такі атоми дозволяють отримувати, повністю виправдовує цей інтерес.

Оглядаючись історію взаємовідносин фізики і хімії, бачимо, що фізика грала важливу, часом вирішальну роль розвитку теоретичних концепцій і методів дослідження у хімії. Ступінь визнання цієї ролі можна оцінити, переглянувши, наприклад, список лауреатів Нобелівської преміїз хімії. Не менше третини у цьому списку - автори найбільших досягнень у галузі фізичної хімії. Серед них - ті, хто відкрив радіоактивність та ізотопи (Резерфорд, М. Кюрі, Содді, Астон, Жоліо-Кюрі та ін.), заклав основи квантової хімії (Полінг та Маллікен) та сучасної хімічної кінетики (Хіншелвуд та Семенов), розвинув нові фізичні методи (Дебай, Гейєровський, Ейген, Норріш та Портер, Герцберг).

Нарешті, слід пам'ятати й те вирішальне значення, яке починає відігравати у розвитку науки продуктивність праці вченого. Фізичні методи зіграли і продовжують грати в цьому відношенні в хімії революціонізуючу роль. Достатньо порівняти, наприклад, час, який витрачав хімік-органік на встановлення будови синтезованої сполуки хімічними засобами і яку він витрачає тепер, володіючи арсеналом фізичних методів. Безперечно, що цей резерв застосування досягнень фізики використовується далеко не достатньо.

Підіб'ємо деякі підсумки. Ми бачимо, що фізика в дедалі більшому масштабі, і дедалі плідніше вторгається в хімію. Фізика розкриває сутність якісних хімічних закономірностей, забезпечує хімію досконалими інструментами дослідження. Зростає відносний обсяг фізичної хімії, і не видно причин, які можуть сповільнити зростання.

Взаємозв'язок хімії та біології

Загальновідомо, що хімія та біологія тривалий час йшли кожна власним шляхом, хоча давньою мрією хіміків було створення в лабораторних умовах живого організму.

Різке зміцнення взаємозв'язку хімії з біологією відбулося результаті створення А.М. Бутлерова теорія хімічної будови органічних сполук. Керуючись цією теорією, хіміки-органіки вступили у змагання із природою. Наступні покоління хіміків виявили велику винахідливість, працю, фантазію та творчий пошуках спрямованому синтезі речовини. Їх задумом було не тільки наслідувати природу, вони хотіли перевершити її. І сьогодні ми можемо впевнено заявити, що у багатьох випадках це вдалося.

Поступальний розвиток науки XIX ст., що призвів до розкриття структури атома та детального пізнання будови та складу клітини, відкрив перед хіміками та біологами практичні можливості спільної роботи над хімічними проблемами вчення про клітину, над питаннями про характер хімічних процесів у живих тканинах, про обумовленість біологічних функцій хімічними реакціями.

Якщо подивитися на обмін речовин в організмі із суто хімічної точки зору, як це зробив А.І. Опарін, ми побачимо сукупність великої кількостіпорівняно простих і одноманітних хімічних реакцій, які поєднуються між собою у часі, протікають невипадково, а суворої послідовності, у результаті утворюються довгі ланцюга реакцій. І цей порядок закономірно спрямований до постійного самозбереження і самовідтворення всієї живої системи в цілому в умовах довкілля.

Словом, такі специфічні властивості живого, як зростання, розмноження, рухливість, збудливість, здатність реагувати зміни зовнішнього середовища, пов'язані з певними комплексами хімічних перетворень.

Значення хімії серед наук, що вивчають життя, винятково велике. Саме хімією виявлено найважливіша рольхлорофілу як хімічної основифотосинтезу, гемоглобіну як основи процесу дихання, встановлено хімічну природу передачі нервового збудження, визначено структуру нуклеїнових кислоті т.д. Але головне у тому, що об'єктивно у основі біологічних процесів, функцій живого лежать хімічні механізми. Всі функції та процеси, що відбуваються в живому організмі, виявляється можливим викласти мовою хімії, у вигляді конкретних хімічних процесів.

Зрозуміло, було б неправильним зводити явища життя до хімічних процесів. Це було б грубим механістичним спрощенням. І яскравим свідченням цього є специфіка хімічних процесів у живих системах порівняно з неживими. Вивчення цієї специфіки розкриває єдність та взаємозв'язок хімічної та біологічної форм руху матерії. Про це говорять і інші науки, що виникли на стику біології, хімії та фізики: біохімія - наука про обмін речовин і хімічних процесів у живих організмах; біоорганічна хімія - наука про будову, функції та шляхи синтезу сполук, що становлять живі організми; фізико-хімічна біологія як наука про функціонування складних систем передачі інформації та регулювання біологічних процесів на молекулярному рівні, а також біофізика, біофізична хімія та радіаційна біологія.

Найбільшими досягненнями цього процесу стали визначення хімічних продуктів клітинного метаболізму (обміну речовин у рослинах, тваринах, мікроорганізмах), встановлення біологічних шляхів та циклів біосинтезу цих продуктів; було реалізовано їх штучний синтез, зроблено відкриття матеріальних основ регулятивного та спадкового молекулярного механізму, а також значною мірою з'ясовано значення «хімічних процесів» енергетики процесів клітини та взагалі живих організмів.

Нині для хімії особливо важливим стає застосування біологічних принципів, у яких сконцентрований досвід пристосування живих організмів до умов Землі протягом багатьох мільйонів років, досвід створення найдосконаліших механізмів та процесів. На цьому шляху є певні досягнення.

Більше сто років тому вчені зрозуміли, що основою виняткової ефективності біологічних процесів є біокаталіз. Тому хіміки ставлять за мету створити нову хімію, засновану на каталітичному досвіді живої природи. У ній з'явиться нове управління хімічними процесами, де почнуть застосовуватися принципи синтезу собі подібних молекул, за принципом ферментів будуть створені каталізатори з такою різноманітністю якостей, які далеко перевершать існуючі в нашій промисловості.

Незважаючи на те, що ферменти мають загальними властивостями, властивими всім каталізаторам, тим щонайменше, вони тотожні останнім, оскільки функціонують у межах живих систем. Тому всі спроби використати досвід живої природи для прискорення хімічних процесів у неорганічному світі стикаються із серйозними обмеженнями. Поки що може йтися лише про моделювання деяких функцій ферментів та використання цих моделей для теоретичного аналізу діяльності живих систем, а також частково-практичного застосування виділених ферментів для прискорення деяких хімічних реакцій.

Тут найперспективнішим напрямом, очевидно, є дослідження, орієнтовані застосування принципів біокаталізу в хімії та хімічної технології, навіщо потрібно вивчити весь каталітичний досвід живої природи, зокрема й досвід формування самого ферменту, клітини і навіть організму.

Теорія саморозвитку елементарних відкритих каталітичних систем, в самому загальному виглядівисунута професором МДУ О.П. Руденко у 1964 р., є загальною теорієюхімічної еволюції та біогенезу. Вона вирішує питання про рушійних силахта механізми еволюційного процесу, тобто про закони хімічної еволюції, про відбір елементів і структур та їх причинну обумовленість, про висоту хімічної організації та ієрархію хімічних систем як наслідок еволюції.

Теоретичним ядром цієї теорії є положення про те, що хімічна еволюція є саморозвитком каталітичних систем і, отже, еволюціонуючим речовиною є каталізатори. У ході реакції відбувається природний відбір тих каталітичних центрів, які мають найбільшу активність. Саморозвиток, самоорганізація і самоускладнення каталітичних систем відбувається за рахунок постійного припливу енергії, що трансформується. Оскільки основним джерелом енергії є базисна реакція, то максимальні еволюційні переваги отримують каталітичні системи, що розвиваються з урахуванням екзотермічних реакцій. Звідси базисна реакція не лише джерелом енергії, а й знаряддям відбору найпрогресивніших еволюційних змін каталізаторів.

Розвиваючи ці погляди, А.П. Руденко сформулював основний закон хімічної еволюції, згідно з яким із найбільшою швидкістю та ймовірністю утворюються ті шляхи еволюційних змін каталізатора, на яких відбувається максимальне збільшення його абсолютної активності.

Практичним наслідком теорії саморозвитку відкритих каталітичних систем є так звана «нестаціонарна технологія», тобто технологія з умовами реакції, що змінюються. Сьогодні дослідники приходять до висновку, що стаціонарний режим, надійна стабілізація якого здавалася запорукою високої ефективності промислового процесу, є лише окремим випадком нестаціонарного режиму. У цьому виявлено безліч нестаціонарних режимів, сприяють інтенсифікації реакції.

В даний час вже видно перспективи виникнення та розвитку нової хімії, на основі якої будуть створені маловідходні, безвідходні та енергозберігаючі промислові технології.

Сьогодні хіміки дійшли висновку, що, використовуючи самі принципи, у яких побудована хімія організмів, у майбутньому (не повторюючи точно природу) можна буде побудувати принципово нову хімію, нове управління хімічними, процесами, де почнуть застосовуватися принципи синтезу собі подібних молекул. Передбачається створення перетворювачів, які використовують із великим ККД сонячне світло, перетворюючи його на хімічну та електричну енергію, і навіть хімічну енергію у світ великий інтенсивності.

Висновок

Сучасна хімія представлена ​​безліччю різних напрямів розвитку знань про природу речовини та способи її перетворення. У той же час хімія є не просто сумою знань про речовини, а високо впорядкованою, постійно системою, що розвиваєтьсязнань, що має своє місце серед інших природничих наук.

Хімія вивчає якісну різноманітність матеріальних носіїв хімічних явищ, хімічної форми руху матерії. Хоча структурно вона перетинається у певних галузях і з фізикою, і з біологією, і з іншими науками, але зберігає при цьому свою специфіку.

Однією з найбільш істотних об'єктивних підстав виділення хімії як самостійної природничо дисципліни є визнання специфічності хімізму взаємовідносини речовин, що проявляється, перш за все, в комплексі сил і різних типів взаємодій, що зумовлюють існування двох і багатоатомних сполук. Цей комплекс прийнято характеризувати як хімічну зв'язок, що виникає чи розривається під час взаємодії частинок атомного рівня організації матерії. Для виникнення хімічного зв'язку характерний значний перерозподіл електронної густини в порівнянні з простим положенням електронної густини незв'язаних атомів або атомних фрагментів, зближених на відстань зв'язку. Ця особливість найбільш точно відокремлює хімічний зв'язок від різноманітних проявів міжмолекулярних взаємодій.

Те, що відбувається нині неухильне зростання в рамках природознавства ролі хімії як науки супроводжується швидким розвитком фундаментальних, комплексних і прикладних досліджень, прискореною розробкою нових матеріалів із заданими властивостями та нових процесів у галузі технології виробництва та переробки речовин.

Весь навколишній нас різноманітний світ – це матерія, яка проявляється у двох формах: речовини та поля. Речовинаскладається з частинок, що мають власну масу. Поле- Така форма існування матерії, яка характеризується енергією.

Властивістю матерії є рух. Форми руху матерії вивчаються різними природничими науками: фізикою, хімією, біологією тощо.

Не слід вважати, що існує однозначна сувора відповідність між науками з одного боку, і формами руху матерії з іншого. Необхідно мати на увазі, що взагалі немає такої форми руху матерії, яка існувала б у чистому вигляді, окремо від інших форм. Усе це підкреслює складність класифікації наук.

Х іміюможна визначити як науку, що вивчає хімічну форму руху матерії, під якою розуміють якісну зміну речовин: Хімія вивчає будову, властивості та перетворення речовин.

До хімічним явищамвідносять такі явища, у яких одні речовини перетворюються на інші. Хімічні явищаназивають інакше хімічними реакціями. Фізичні явищане супроводжуються перетворенням одних речовин на інші.

В основі кожної науки лежить деякий набір попередніх переконань, фундаментальних філософських установок та відповідей на питання про природу реальності та людського знання. Цей набір переконань, цінностей, що поділяються членами цієї наукової спільноти, називається парадигмами.

Основні парадигми сучасної хімії:

1. Атомно-молекулярна будова речовини

2. Закон збереження матерії

3. Електронна природа хімічного зв'язку

4. Однозначний зв'язок будови речовини та її хімічних властивостей (періодичний закон)

Хімія, фізика, біологія лише з погляду можуть здатися далекими друг від друга науками. Хоча лабораторії фізика, хіміка та біолога дуже несхожі, всі ці дослідники мають справу з природними (природними) об'єктами. Це відрізняє природничі науки від математики, історії, економіки та багатьох інших наук, що вивчають те, що створено не природою, а насамперед самою людиною.

Близько природничих наук примикає екологія. Не слід думати, ніби екологія - це "хороша" хімія, на відміну від класичної "поганої" хімії, яка забруднює довкілля. Немає "поганої" хімії або "поганої" ядерної фізики - є науковий і технічний прогресабо його недолік у якійсь галузі діяльності. Завдання еколога - використовувати нові досягнення природничих наук для того, щоб при максимальній вигоді звести до мінімуму ризик порушення довкілля живих істот. Баланс "ризик-вигода" є предметом вивчення екологів.

Між науками немає суворих кордонів. Наприклад, відкриття та вивчення властивостей нових видів атомів колись було прийнято вважати завданням хіміків. Однак вийшло так, що з відомих на сьогоднішній день видів атомів частина відкрита хіміками, а частина – фізиками. Це лише один із багатьох прикладів "відкритих кордонів" між фізикою та хімією.

Життя є складним ланцюгом хімічних перетворень. Усі живі організми поглинають із довкілля одні речовини і виділяють інші. Значить, серйозному біологу (ботаніку, зоологу, лікареві) не обійтися без знання хімії.

Пізніше ми переконаємося в тому, що немає абсолютно точної межі між фізичними і хімічними перетвореннями. Природа єдина, тому ми завжди повинні пам'ятати про те, що неможливо розібратися в устрої навколишнього світу, заглибившись лише в одну з областей людського знання.

Дисципліна "Хімія" пов'язана з іншими природничими дисциплінами міжпредметними зв'язками: попередніми - з математикою, фізикою, біологією, геологією та іншими дисциплінами.

Сучасна хімія – це розгалужена система багатьох наук: неорганічної, органічної, фізичної, аналітичної хімії, електрохімії, біохімії, які освоюються студентами наступних курсах.

Знання курсу хімії необхідне успішного вивчення інших загальнонаукових і спеціальних дисциплін.

Рисунок 1.2.1 – Місце хімії у системі природничих наук

Удосконалення методів дослідження, передусім експериментальної техніки, призвело до поділу науки на дедалі вужчі напрями. Через війну кількість і «якість», тобто. надійність інформації зросла. Однак неможливість для однієї людини мати повні знання навіть для суміжних наукових областей породила нові проблеми. Як у військовій стратегії найслабші місця оборони та наступи опиняються на стику фронтів, у науці найменш розробленими залишаються області, що не піддаються однозначній класифікації. Серед інших причин можна відзначити і складність з отриманням відповідного кваліфікаційного ступеня (наукового ступеня) для вчених, які працюють в галузях «стику наук». Але там робляться і основні відкриття сучасності.