«Химия — это наука о веществах и их превращениях»

Научные лаборатории — это образовательный проект Политеха для детей разных возрастов. Более 100 уроков по школьной программе помогут детям лучше понять, запомнить и полюбить тот или иной раздел химии, физики, биологии или математики — дети не только получают необходимые по школьной программе знания, но делают это с удовольствием, самостоятельно проводя научные исследования, опыты и эксперименты. Занятия ведут молодые практикующие ученые и специалисты. В преддверии начала нового учебного сезона сайт Политехнического музея публикует серию интервью с руководителями Научных лабораторий.

C руководителем Лабаратории Химии Денисом Жилиным мы поговорили о химии в школе, скуке и радости.

Как вы стали ученым? Когда решили им быть?

Ну, во-первых, я бы не стал называть себя ученым. А вообще так сложилось исторически. В какой-то момент стал интересоваться химией, поступил на химфак. Я начал преподавать и понял, что у нас мало кто умеет преподавать химию. Я стал разбираться, как это нужно делать. Стал заниматься непосредственно методикой преподавания химии, на мой взгляд, она чуть менее, чем полностью заражена вирусом болтологии. Теперь я занимаюсь тем, что устанавливаю границы применимости многочисленных приемов и способов обучения, которые предлагают методисты. И проверяю их на детях.

Что самое главное вы хотели бы сказать о своей работе детям?

Дикари-с не поймут-с. Я лучше их химии буду учить (смеется). Вот бы дети мне сказали, что они считают самым главным в моей работе.

Расскажите о причинах ненависти к химии в школе.

Химия — это наука о веществах и их превращениях. Этим и нужно заниматься, изучать вещества и превращать их в другие. Это очень интересно. А в школе людей заставляют работать с непонятными формулами. Всем становится скучно. Если ребенок что-то не понимает и ему неинтересно, искать причину в ребенке нужно в последнюю очередь.

Как же все-таки заинтересовать ребенка химией?

Просто «грузить» ребенка материалом не имеет смысла, ему будет скучно. У возрастного психолога Марии Осориной есть концепция «спонтанных игр», их получается успешно использовать с детьми самых разных возрастов, даже со старшеклассниками. И обязательно ребенок на занятиях должен сам что-то делать, проводить опыты, чувствовать, разбираться, почему это работает так, а не иначе. В психологии это называется «активная деятельность».

К какому возрасту мы можем с уверенностью говорить о способностях ребенка к той или иной дисциплине?

Вопрос о том, с какого возраста формируются и проявляются те или иные способности школьника — до сих пор в науке дискуссионный. По моему опыту, способности к химии проявляются в 8–9 классах, но их надо развивать.

Что главное в работе руководителя кружка по химии?

Главным, пожалуй, является чувство успеха. Как и чувство провала. Еще совершенно необходимо умение быстро менять подход в случае очевидной неудачи. И не повторять из раза в раз одни и те же ошибки, научиться недостатки обращать на пользу. И, что очень важно, самому педагогу на занятиях не должно быть скучно. В Политехнический музей я пошел работать во многом потому, что здесь не приходится проводить одни и те же занятия из раза в раз, можно создавать что-то новое, ставить новые задачи, экспериментировать. Однообразие утомляет всех: и учителя, и детей.

Лаборатория Химии  — старейшая лаборатория Политеха. Основанная еще в XIX веке, сегодня она проводит множество интерактивных занятий, состоящих из лекций и демонстрации химических опытов. Дети узнают, как применять полученные химические знания в реальной жизни — от приготовления пищи до изготовления оловянных солдатиков. Большое количество реактивов и современной посуды позволяют проводить полноценные практические работы в группе. Кроме этого, лаборатория оборудована системой индивидуальных вытяжек, что дает возможность проводить эксперименты с широким набором веществ. Как и все лаборатории Политеха, Лаборатория Химии проводит разовые занятия, как для школьных групп, так и для индивидуальных посетителей, желающих заниматься химией регулярно. ​

Записаться на занятия можно по телефону: +7 916 008−12−31, +7 495 730−54−38 (доб. 1777) или заполнив форму на нашем сайте.

Химия: наука и искусство материи

Химия это наука, целью которой являются не только открытия, но и – главным образом – созидание. В этом смысле она является искусством по усложнению материи. Чтобы уловить логику последней эволюции в области химии, следует преодолеть временное пространство и вернуться назад на почти четыре миллиарда лет.

Жан-Мари Лен

Химия играет центральную роль как за счет своего места среди естественных и познавательных наук, так и за счет своей экономической значимости и повсеместного присутствия в нашей обыденной жизни. Поскольку она везде и всюду, то о ней часто забывают и, возможно, вскоре и вовсе перестанут упоминать. Она не стремится на авансцену, однако без нее были бы не возможны многие яркие достижения: подвиги в области терапии, отважные шаги космонавтики, чудеса техники. .. Она вносит определяющий вклад в потребности человечества в продуктах питания и лекарствах, одежде и жилье, энергии и сырье, транспорте и средствах коммуникации. Она поставляет материал для физики и промышленности, образцы и субстраты для биологии и фармакологии, свойства и процессы для науки и техники.

Мир без химии был бы миром без синтетических материалов, то есть без телефона, без компьютера, без кино и без синтетических тканей. Это был бы мир без аспирина, мыла, шампуня, зубной пасты, косметики, противозачаточных средств, без бумаги, то есть без книг и газет, без клея, без краски…

Не будем забывать и о том, что химия позволяет историкам искусства проникнуть в тайны изготовления картин и скульптур, которыми мы наслаждаемся в музеях, что она позволяет сотрудникам научной полиции анализировать образцы частиц с «места преступления» и быстрее выйти на след преступников, и что именно она раскрывает молекулярные тонкости блюд, которые обволакивают наши вкусовые рецепторы.

Наряду с физикой, которая раскрывает законы Вселенной, и биологии, которая расшифровывает правила всего живого, химия является наукой материи и ее трансформаций. Жизнь есть ее самое высшее выражение. Она играет основополагающую роль в нашем понимании материальных явлений, в нашей способности воздействовать на них, менять их и контролировать.

Вот уже скоро два века, как молекулярная химия выстроила широкий спектр молекул и все более и более совершенных материй. От синтеза мочевины, произведенного в 1928 г. (что стало настоящей революцией ибо было доказано, что возможно получение «органической» молекулы из минерала) до завершения в 1970-е годы синтеза витамина В12, эта научная дисциплина постоянно утверждала свою власть над структурами и трансформацией материи.

Молекула как Троянский конь

За пределами молекулярной химии простирается область так называемой супрамолекулярной химии, которая интересуется уже не тем, что происходит в молекулах, а тем, что происходит между ними. Ее цель понять и контролировать процесс взаимодействия молекул между собой, их взаимной трансформации, сцепления в определенном порядке. Эмиль Фишер, лауреат Нобелевской премии по химии 1902 г., использовал образ ключа и замочной скважины. Сегодня мы говорим о «молекулярном распознавании».

Роль этих молекулярных взаимодействий наиболее впечатляюща в области биологии: частицы протеинов соединяются, чтобы сформировать гемоглобин; белые тельца распознают и уничтожают чуждые тела; вирус СПИДа находит определенное место для внедрения; генетический код передается в записи и через прочтение алфавита базы протеинов… Возьмем один показательный пример «самоорганизации» вируса мозаики табака: не менее 2 130 простых протеинов соединяются для того, что образовать спиральную башню.

Эффективность и элегантность этих природных явлений настолько увлекательны для химика, что он пытается воспроизвести или же изобрести новый процесс образования молекул, способных создавать новые молекулярные построения с множественными применениями. Почему бы не представить себе молекулы, способные переносить в ядро избранной цели фрагменты АДН, например, для лечения генетических заболеваний? Эти молекулы могли бы стать Троянским конем, который позволял бы своему всаднику преодолевать такие непреодолимые преграды, как клеточные мембраны.

Многие ученые во всем мире терпеливо и, я бы сказал, «по меркам» выстраивают супрамолекулярные структуры. Они наблюдают за тем, как молекулы, казалось бы, перемешанные в беспорядке, находят одна другую, распознают друг друга и затем поступательно связываются между собой, чтобы в итоге спонтанно, но в то же время исключительно четко, возвести супрамолекулярное строение.

Так, у химиков, вдохновленных явлениями, которые нам демонстрирует сама природа, зародилась идея вызвать, а затем пилотировать появление супрамолекулярных соединений, иначе говоря смоделировать «молекулярное программирование». Химик создает основные кирпичики (молекулы, наделенные определенными структурными свойствами и способностью к взаимодействию), затем применяет «цемент» (код соединения), призванный связать их между собой. Таким образом он получает супер структуру путем самоорганизации. Синтез молекулярных кирпичиков, способных к самоорганизации, намного проще, чем синтез финального сооружения. Этот путь исследований открывает широкие перспективы, в частности, в области нанотехнологий: вместо того, чтобы создавать наноструктуры, надо дать наноструктурам самим образовываться путем самоорганизации, то есть надо перейти от производства к самопроизводству.

И уже совсем недавно появилась так называемая адаптативная химия, когда система в целях построения сама совершает селекцию среди свободных кирпичиков и становится способной адаптировать соединение этих объектов в зависимости от требований центра. Эта химия, которую сам я называю «динамичной конституциональной химией», уже приобретает окраску теории Дарвина!

От материи к жизни

Вначале был «Большой взрыв», и воцарилась физика. Затем, при более благоприятных температурах, пришла химия. Частицы образовывали атомы, которые соединялись в молекулы, становившиеся все более и более сложными; они, в свою очередь, соединялись в скопления и мембраны, дав жизнь первым клеткам, из которых и родилась жизнь на нашей планете 3,8 миллиардов лет назад.

От разделенной материи к конденсированной, а затем и организованной, живой и мыслящей… Становление Вселенной под влиянием информации вело эволюцию материи к возрастанию числа сложных соединений путем самоорганизации. Задача химии познать пути этой самоорганизации и проложить пути перехода от инертной материи через дожизненную, чисто химическую, эволюцию к зародышу жизни и затем к живой и, наконец, к мыслящей материи. Она также дает средства для познания прошлого, для изучения настоящего и возводит мосты, ведущие в будущее.

Своим предметом (молекула и материя) химия выражает свою созидательную силу и свою способность производить новые молекулы и материи: новые, поскольку они не существовали до того, как были созданы путем преобразования структур атомов в новые комбинации и ранее не существовавшие, бесконечно разнообразные структуры. За счет пластичности форм и функций химических объектов химия аналогична искусству. Как и художник, химик отражает в материи плоды своего воображения. Камень, звуки, слова становятся произведением искусства только под воздействием скульптора, композитора или писателя. Таким же образом химик создает оригинальные молекулы, новые материалы и неведомые до сих пор свойства из элементов, составляющих материю.

Сущность химии не только в открытии, но и в изобретении и особенно – в созидании. Книгу Химии следует не только читать, ее надо писать. Нотную партитуру Химии следует не только исполнять, ее надо сочинять.

Химия как наука — HimHelp.ru

Химия – наука о веществах, их строении, свойствах и превращениях. В широком понимании, вещество – это любой вид материи, обладающий собственной массой, например элементарные частицы. В химии понятие вещества более узкое, а именно: вещество – это любая совокупность атомов и молекул.

Превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава молекул, называются химическими реакциями. Традиционная химия изучает реакции, которые происходят на макроскопическом уровне (в лаборатории или в окружающем мире), и интерпретирует их на атомно-молекулярном уровне. Известно, например, что сера горит на воздухе голубым пламенем, давая резкий запах. Это – макроскопическое явление.

Современная химия способна изучать химические реакции с участием отдельных молекул, обладающих строго определенной энергией. Пользуясь этим, можно управлять течением химических реакций, подавая энергию в определенные участки молекулы. Управление химическими процессами на молекулярном уровне – одна из основных особенностей современной химии.

Химия как метод изучения химических свойств и строения веществ является чрезвычайно многогранной и плодотворной наукой. На сегодняшний день известно около 15 млн. органических и около полумиллиона неорганических веществ, причем каждое из этих веществ может вступать в десятки реакций, и каждое из них имеет внутреннее строение. Внутреннее строение определяет химические свойства; в свою очередь, по химическим свойствам мы часто можем судить о строении вещества.

Современная химия настолько разнообразна как по объектам, так и по методам их исследования, что многие ее разделы представляют собой самостоятельные науки. Взаимодействие химии и физики дало сразу две науки: физическую химию и химическую физику, причем эти науки, несмотря на сходство названий, изучают совершенно разные объекты. Физическая химия исследует вещества, состоящие из большого числа атомов и молекул, с помощью физических методов и на основе законов физики. Химическая физика основной упор делает на физическом исследовании элементарных химических процессов и строения молекул, ее предметом являются отдельные частицы вещества.

Одним из передовых направлений химии является биохимия – наука, изучающая химические основы жизни.

Чрезвычайно интересные результаты получены в области космической химии, которая занимается химическими процессами, протекающими на планетах и звездах, а также в межзвездном пространстве.

Самой молодой областью химии является возникшая буквально в последнее десятилетие математическая химия. Ее задача – применение математических методов для обработки химических закономерностей, поиска связей между строением и свойствами веществ, кодирования веществ по их молекулярной структуре, подсчета числа изомеров органических веществ. Cовременная химия самым тесным образом взаимодействует со всеми другими областями естествознания. Ни одно серьезное химическое исследование не обходится без использования физических методов для установления структуры веществ и математических методов для анализа результатов.

Основу химии составляют атомно-молекулярная теория, теория строения атомов и молекул, закон сохранения массы и энергии и периодический закон.

Мы сами – химия! – Наука – Коммерсантъ

Юлия Горбунова — член-корреспондент РАН, доктор химических наук, профессор, вице-президент Российского химического общества им. Д. И. Менделеева, главный научный сотрудник Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН и главный научный сотрудник Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН

2019 год был провозглашен Международным годом периодической таблицы химических элементов (IYPT — The International Year of the Periodic Table) Генеральной ассамблеей Организации Объединенных Наций и ЮНЕСКО. Проведение международного года в 2019 году имеет принципиальное значение для нашей страны, поскольку именно 150 лет тому назад, в 1869 году, великий русский ученый Дмитрий Менделеев опубликовал первую схему периодической таблицы в статье «Соотношение свойств с атомным весом элементов» в журнале Русского химического общества. Это общество (сегодня Российское химическое общество имени Менделеева), которому уже больше 150 лет, выступило инициатором проведения Международного года периодической таблицы химических элементов. Нас очень поддержали ведущие международные сообщества: Международный союз по теоретической и прикладной химии (IUPAC), Международный союз теоретической и прикладной физики (IUPAP), Европейская ассоциация химических и молекулярных наук (EuCheMS), Международный астрономический союз (IAU) и более 80 научных сообществ мира, в основном химических. Появились два сайта международного года: русскоязычный iypt2019.ru и англоязычный iypt2019.org — с картой, где можно увидеть мероприятия по всему миру, посвященные этому году.

Я считаю, что задача «рассказать обществу о важности роли химии» была вполне успешно решена. Конечно, полностью результаты этой деятельности мы увидим только через несколько лет. Но уже есть примеры, как общество реагировало на этот год. Например, в колонии под Екатеринбургом на конкурсе ледовых скульптур победил барельеф Менделеева и периодической таблицы. Студенты одного из университетов поднялись на вершину горы на Алтае и там поставили портрет Менделеева и провели химический опыт — сделали «вулканчик». Девушки из общества пэчворка (лоскутного шитья) позвонили и рассказали, что проводят конкурс на пошив элементов таблицы Менделеева: сто с лишним швей из разных городов и стран участвовали и сшили 118 элементов. Им нужен был консультант: в интернете есть разные таблицы, а они хотели сделать правильную. Одна швея написала, что в школе не любила химию, так как она казалась ей очень сложным предметом, но появился конкурс, и стало интересно. Чтобы сшить какой-то элемент, надо было о нем прочитать. Она начала читать, и это ее захватило, возвратилась к школьным программам химии. Оказывается, химия — это ужасно интересно!

В России прошло более 800 мероприятий абсолютно разного уровня: научные конференции, выставки, фестивали, форумы, квесты, показы моды и т. д. На XXI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии в Санкт-Петербурге приехало более 4000 человек из 60 стран, он стал самым крупным событием в химической науке.

Основная задача международного года сводилась к международному признанию заслуг великого русского ученого Дмитрия Менделеева, имеющих краеугольное значение для всей линейки естественных наук. Не только химики, но и физики, биологи, медики, астрономы и многие другие ученые считают периодическую таблицу своей. Все вокруг состоит из элементов, все мы состоим из элементов. Кстати, когда задаешь химикам вопрос: «Из каких элементов состоит человек?» — практически никто не отвечает правильно. Человек состоит из 23 элементов, смартфон — из 40 элементов, а в таблице их 118 — причем два десятка синтезированы человеком! Человеческий разум, зная основополагающие законы природы, к которым относится и Периодический закон, может создавать очень сложные вещи, которые меняют наш мир.

Кроме того, была задача показать роль науки и химии в жизни человечества, в устойчивом развитии и решении глобальных проблем. Одной из задач была борьба с хемофобией. У среднестатистического гражданина слово «химия» ассоциируется с вредными продуктами, вредными выбросами и т. д. Но мы сами — химия, и в нас идут химические процессы: мы можем научиться их понимать, регулировать, бороться с болезнями. Все новые лекарства, которые спасают людей,— это результат работы химиков-синтетиков.

Сегодняшние школьники при выборе ЕГЭ избегают химию — только около 3% выбирают этот предмет. Мы хотим посмотреть, как скажутся мероприятия года на этой статистике.

Нобелевскую премию по химии в этом году дали за литий-ионные источники тока. Это пример того, как химический элемент изменил жизнь: благодаря литиевым аккумуляторам появились мобильные устройства и гибридные автомобили. Если мы возьмем приоритеты, которые существуют в Стратегии научно-технологического развития России, они будут так или иначе связаны с химией. Новые материалы, лекарства, виды энергии — все химия. Химики делают устройства, которые позволяют фиксировать опасные вещества или создавать покрытия, защищающие от разных видов излучений и т. д. И в гуманитарных науках есть химия — так называемая «химия отношений», когда включаются гормоны радости и страха, настроения и т. д.

Мои иностранные коллеги говорят, что химикам очень сложно получить в Европе грант на фундаментальные исследования из государственных научных фондов, потому что им говорят: «Пусть вас финансирует химическая промышленность, которая заинтересована в разработках новых технологий». В нашей стране нас поддерживают Российский научный фонд, Российский фонд фундаментальных исследований. Хочу сказать спасибо, что они есть и очень помогают нам развиваться. Но, к сожалению, мы потеряли связку между наукой и промышленностью, которая была в советское время. В самые сложные времена химия выручала нашу страну, разрушенную после войны и попавшую за железный занавес. Тогда, в 1950-х годах, была создана и развернута уникальная государственная программа химизации, и буквально в считаные годы большая химия стала на ноги. Химики накормили страну: удобрения и средства защиты растений резко подняли урожаи. Химики одели страну: появились искусственные волокна. Химики обеспечили оборону страны, а затем — полет в космос: создали твердое ракетное топливо.

Поэтому еще одна наша задача — объединять научные, образовательные и бизнес-сообщества.

Международный год периодической таблицы химических элементов широко прошел по многим странам. В январе 2019 года в Париже в штаб-квартире ЮНЕСКО состоялось открытие международного года, которое посетило более 1500 человек со всего мира. В Москве открытие было в канун Дня науки 6 февраля в РАН, а закрытие — в МГУ им. М. В. Ломоносова 28 ноября. В декабре на закрытии года в Токио выступали президенты химических обществ России, США, Тайваня, Китая, Индии, Японии, Франции и прочие. Они рассказали о большом количестве мероприятий в своих странах. Кроме того, на церемонии закрытия года было предложено ходатайствовать перед ЮНЕСКО и ООН об объявлении 2022 года «Годом фундаментальной науки», и Россия предполагает активно в этом участвовать, ведь именно наша страна отвечает за программу развития фундаментальных наук в ЮНЕСКО.

Главный международный итог для России — на 207-й сессии Исполнительного совета ЮНЕСКО было принято решение об учреждении международной премии ЮНЕСКО—России им. Д. И. Менделеева за достижения в области фундаментальных наук. Премия будет ежегодной, ее размер составит $500 тыс., она будет присуждаться двум лауреатам. В следующем году будет первое вручение. Мы надеемся, что эта премия со временем станет престижной в науке и таким образом утвердит имя Дмитрия Менделеева как величайшего ученого современности. Кроме того, премия станет отличной возможностью провести широкий спектр мероприятий на ее «полях», привлечь внимание международной научной общественности к науке в России и ее достижениям. Новая награда, названная в честь великого русского ученого, преподавателя, популяризатора науки Дмитрия Менделеева, призвана закрепить в программе ЮНЕСКО результаты проведения Международного года периодической таблицы химических элементов и подчеркнуть ведущую роль России в области фундаментальных наук.

интервью с первым в стране незрячим студентом-химиком Даниилом Гараниным

В 2018 году Даниил Гаранин стал первым незрячим победителем регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников по химии, в том же году он поступил на химфак МГУ. Сейчас он учится на втором курсе, ходит на лекции, сдает экзамены с разной степенью успешности, а параллельно придумывает олимпиадные задачи и пишет стихи. Мы поговорили с ним о том, какие его ожидания от учебы оправдались, а какие – нет, с какими непредвиденными сложностями ему пришлось столкнуться и почему литература химии не помеха.

Как у тебя прошла зимняя сессия? Какой предмет оказался самым трудным?

Математический анализ, я за него получил тройку. Тут в принципе сюрпризов не было: сам экзамен достаточно простой, потому что предмет у нас уже три семестра идет, и мы с преподавателем оба понимали, что я знаю матан, но знаю на тройку. Так что все прошло довольно предсказуемо: вытянул билет, ответил. Гораздо тяжелее было с физической химией, я ее сдавал полтора часа. Дело в том, что у этой дисциплины большой математический аппарат, студенты фактически выводят формулы в письменном виде, сделать то же самое устно очень сложно. Кроме того, трудно отвечать билет, не опираясь на графики и картинки. Я надеялся, что мне подобные вопросы задавать не будут, и сделал упор на теорию. Тройка стала неприятной неожиданностью, но она не идет в диплом, надеюсь, в следующем семестре получу четыре. И по матанализу тоже хотелось бы иметь четверку. Наверное, сейчас диплом без троек – это моя цель.

Даниил Гаранин

А что с остальными экзаменами?

Физику я сдал на четыре, хотя мне попался не очень удачный билет: оба вопроса оказались достаточно графическими. Я своей оценкой доволен, мне кажется, она справедлива. Легче всего прошла аналитическая химия, там не было никаких неожиданностей.

Какие у тебя в целом впечатления от учебы? Оправдал ли факультет твои ожидания?

Полностью оправдались мои представления о преподавателях. МГУ – это, конечно, в принципе высокий класс преподавания, а на химфаке особенно контактные и дружелюбные профессора, которые готовы помочь в случае необходимости, тут я полностью удовлетворен. Еще у нас хорошие кафедры и большие возможности для исследований.

А какие из возникших трудностей оказались самыми неожиданными?

Я не представлял, что так мало буду усваивать на общих лекциях. Преподаватели часто используют слайды, что-то пишут на доске. Поэтому на некоторых лекциях я просто сижу, например, на матанализе. Хотя знаю, что в принципе незрячим как-то его освоить реально, например, у нас в школе преподавал Сергей Николаевич Жуковский, и он в свое время все это выучил, но по-моему, это своего рода героизм. Я так просто не могу.

И как ты выходишь из ситуации с лекциями?

Поначалу записывал их на диктофон, но оказалось, что это бесполезно: они длинные, переслушивать их полностью просто физически некогда. Да и не все преподаватели готовы читать под запись, а если класть диктофон рядом с собой, то стук клавиатуры заглушает голос лектора. К тому же, проблемы того, что я не вижу написанного на доске, это не решает. Но преподаватели дают мне дополнительные материалы, часть рисунков распечатывает на 3D-принтере моя школа. А в Центре педагогического мастерства мне помогают с pdf-файлами: их преобразовывают в формат ТеХ. Дело в том, что если в документе встречаются какие-то формулы или отсканированные картинки, то озвучивающая программа на моем компьютере с ними просто не справится или что-то прочитает неправильно, например, переменную «х» заменит на русскую «ха». А после конвертации в ТеХ все их содержимое читается компьютером, можно его прослушать или использовать дисплей Брайля. Его мне, кстати, тоже выделил факультет. Я этим прибором пользуюсь не очень часто, но некоторые вопросы действительно проще разбирать с его помощью.

Когда ты поступил на химфак, писали, что для тебя будет разработана специальная программа обучения. Можешь рассказать, что в нее входит?

У меня всегда есть отдельные семинары по химии: в прошлом году, например, я ходил на занятия по неорганике. Что интересно, у меня был слабовидящий преподаватель, Константин Олегович Знаменков, он частично потерял зрение из-за взрыва банки с калием во время эксперимента. Решили, что он сможет как-то передать мне свой опыт, и действительно, все было достаточно продуктивно. Мы с ним занимались год, всю программу очень хорошо прошли, на экзамене я получил пять.

В этом году у меня были индивидуальные семинары по матанализу, но они проводились нерегулярно, сложно было составить расписание: математики – достаточно занятые люди. По физической химии дополнительного семинара у меня нет, но я выхожу из положения за счет практикумов: пока остальные решают задачу, преподаватель мне что-то объясняет. Таких консультаций у меня было много, поэтому и тройка за экзамен меня несколько расстроила.

А как обстоят дела с семинарами?

Семинары у нас общие, так что тут бывает какая-то помощь именно в индивидуальном порядке. На некоторых предметах мне проще, например, на английском: там я могу работать со всем, кроме текстов. На семинарах по русскому я тоже работал, хотя мне не очень нравится, как этот предмет преподают в технических вузах. Сама программа довольно поверхностная и неэффективная: мы, например, разбирали большую тему «Русский язык в эпоху глобализации», хотя могли бы плотно заняться научным стилем, правилами написания курсовой. Но это проблема не только химфака: я смотрел в сети, никакого прикладного учебника по русскому для технарей не существует. А хорошо бы, чтобы он был.

Еще в этом году у нас идет история, я ее не очень люблю, потому что она полностью копирует школьный курс, только в углубленном виде. И вот эта система, когда ты дважды учишь все, начиная с Рюрика, в школе, а потом еще раз – в университете, сильно угнетает.

Я люблю олимпиады, часто вспоминаю о них, смотрю в интернете новые задания и придумываю свои. Причем химией не ограничиваюсь: у меня есть задачи по математике и физике, есть и шахматные, и просто ребусы

Давай тогда поговорим о практических занятиях. Как они у тебя проходят?

За первый год мои однокурсники провели больше 60 экспериментов, а я – шесть, но тем не менее, какая-то практика у меня была. Например, я собирал аппарат для получения хлора: мне дали колбы, шланги, пробирки, воронку, и всю основную часть я выполнил. По-хорошему, его еще нужно отладить: запустить и проверить, что он работает, что нет протечек и так далее. Во время курса неорганики я проводил титрование: капал титран из бюретки в колбу, а ассистент говорил, какие происходят визуальные изменения. Ассистируют мне всегда аспиранты, одного в лаборатории меня никто не оставит. Еще я проводил опыт по получению чистого металла методом алюмотермии: берется алюминиевый порошок, порошок оксида менее активного металла, все это смешивается, потом в смесь вставляется магниевая проволока и поджигается. Все это остывает, получается сплав, который нужно разбить молотком, чтобы очистить каплю металла от шлака. Молоток мне не доверили, хотя я об этом просил. Но я сделал все, что было безопасно, и ответил на теоретические вопросы по практикуму.

Можешь описать свой обычный день в университете?

Родители завозят меня по дороге на работу, в 9 утра. Если первой пары нет, я сижу в столовой, пью кофе, там хорошо ловит сеть. Потом кто-нибудь из учебной части отводит меня на пару. Личные семинары, как правило, стоят вне расписания: либо в начале учебного дня, либо в конце, а аналитической химией я занимался вместо физкультуры. На нее я не хожу, пишу по ней рефераты, хотя надеялся, что мне зачтут шахматы, я все-таки перворазрядник, почти получил КМС. На обед иду с ребятами: у нас хорошая столовая, готовят тут вкуснее, чем на физфаке. Потом четвертая пара, обычно в день их не больше пяти. После занятий иду в учебную часть либо в холл и жду, когда меня заберут родители. Жаль, что столовая вечером не работает, там сидеть лучше. Если у нас пять пар, то ждать нужно еще час, если четыре – то 2,5 часа, либо ехать на такси. Я пробовал возвращаться домой с мобильной службой метро, но оказалось, что это не очень удобно: бывает, что после занятий я задерживаюсь, подхожу к преподавателю с какими-то вопросами, а сотрудники службы ждут всего 15 минут, у них заявки, график. Так что проблем тут оказалось больше, чем выигрыша.

Олимпиадный опыт как-то помогает тебе в учебе? Может, благодаря соревнованиям тебе удалось развить какие-то полезные черты характера?

Олимпиады очень развили творческое мышление, расширили мой кругозор, это помогает при выборе темы курсовой, например, и дает хороший задел на будущее. Но олимпиады – это все-таки скорее не учеба, а имитация научных задач. С точки зрения боевых качеств, усидчивости, работы с информацией гораздо больше мне дали шахматы, да и занимался я ими дольше. Долгие партии хорошо дисциплинируют ум. Многим детям нравится играть блиц, потому что тут ты получаешь результат за пять минут, а я всегда был тугодумом, да и мой тренер был категорически против того, чтобы я начинал с «быстрых» шахмат. И сейчас я считаю, что он прав.

Не могу сказать, что шахматы помогают мне конкретно с химией. Они все-таки рассчитаны на поиск решения при очень ограниченных ресурсах, это скорее сближает их с математикой. А наука работает по-другому: на основе имеющейся информации выводится закономерность, строится какая-то прорывная теория.

Чем бы ты в идеале хотел заниматься в будущем?

В идеале я бы хотел остаться в МГУ. Может быть, читал бы лекции, где не нужно что-то показывать, например, курс радиационной безопасности на кафедре радиохимии. Когда я поступил, мне предлагали пойти на историю химии. Но у этой кафедры не слишком блестящая репутация: студенты говорят, что туда идут двоечники, которые не могут заниматься «настоящей» наукой. Технари, понятно, считают, что историк химии – это никакой не химик. Но сейчас я несколько изменил свое отношение к этому вопросу. Во-первых, это действительно интересная дисциплина: поиск закономерностей, тенденции, человеческие судьбы. Кроме того, она очень полезна, потому что история любой науки помогает избегать ошибок в будущем.

Еще я, конечно, мечтаю участвовать в организации олимпиад. Я люблю олимпиады, часто вспоминаю о них, смотрю в интернете новые задания и придумываю свои. Причем химией не ограничиваюсь: у меня есть задачи по математике и физике, есть и шахматные, и просто ребусы. Кажется, что все это очень разные сферы, но на самом деле, тут гораздо больше сходств, чем различий: меня привлекает красивая композиция и оригинальные ходы, а они могут встречаться где угодно.

Как я понимаю, во время поступления тебя интересовала еще и квантовая химия.

Сейчас что-то поменялось?

На первом курсе мне казалось, что она так и останется моей несбывшейся мечтой: в этом направлении много картинок и графиков, нужно работать с большими объемами данных. А в этом году все внезапно получилось. Вот как это произошло: я решил писать курсовую по сверхтяжелому элементу дубнию, пришел со своей идеей на кафедру радиохимии, но меня перенаправили на кафедру физической химии. Тут я как раз смог заняться своей темой, причем с позиции квантовой химии.

Сейчас я работаю с Александром Сергеевичем Беловым, интересно, что мы с ним познакомились еще во время моей учебы в школе: он тренер московской сборной на Всероссийской олимпиаде. Так что он уже знает, как со мной заниматься. Мы обсудили все нюансы курсовой, и он выработал приемлемый метод взаимодействия. Мой научный руководитель загружает данные в специальную квантово-механическую программу и передает мне уже отредактированный файл в нужном формате. Я пишу программу на Питоне, которая обрабатывает полученную информацию, и решаю поставленную в курсовой задачу. Думаю, в дальнейшем продолжу развивать этот подход. Таким образом мне удалось сочетать занятия радиохимией с квантовой химией. Правда, к сожалению, пока ни о какой одиночной работе речи не идет, во многих моментах мне требуется помощь.

Даниил Гаранин и Александр Белов во время подготовки к Всероссийской олимпиаде по химии

Помимо химии ты много времени посвящаешь литературе. У тебя никогда не было сожалений о том, что ты выбрал химфак, а не филологию, например?

Я думаю, что химфак в любом случае не мешает литературе. Это, конечно, препятствие к написанию романа: если бы не учеба, он бы уже был готов, на него требуется много времени. Но пробелы со стихами у меня бывают только в тяжелые периоды, например, на сессии. А так учеба им не мешает, потому что стихи не расходуют тех ресурсов, которые на химию идут, в отличие от шахмат, например. Шахматы и химия конкурируют за один и тот же ресурс моего мозга, а стихи и химия не конкурируют.

Может, даже как-то подпитывают друг друга?

Возможно. Я недавно выложил в сеть сборник стихов о химии, правда, химикам его не показываю, потому что там все очень художественно и не очень химично. Кстати, у нас в группе есть второй поэт, мы с ним пытались поговорить о книжках и поэзии, но не сошлись.

Я бы хотел написать о шахматах, и даже не о простых, а о слепецких, потому что тут действительно есть какая-то драма, но пока для этого нет нужных слов, не получаются ни стихи, ни рассказы. Раньше мне вообще не нравилась идея быть кем-то для своих: слепой пишет о жизни слепых, учит слепых. И сейчас у меня тоже есть самый простой путь – стать учителем химии в школе для незрячих. Но я этого не хочу. В нашей школе химия никому не нужна, а быть учителем бесполезного предмета – самое грустное на свете дело. Понятно, что слепые дети химией заниматься не будут, как бы я ее ни преподавал.

Но ты же занялся.

Я занялся, но это было совсем по-другим причинам, не из-за школы. Так что моя антимечта – это как раз преподавать химию в школе.

Ты не думаешь о втором высшем в направлении литературы?

О втором высшем думаю, но мне больше нужна не литература, а философия. Мне это близко. Существует даже философия химии, но на мой взгляд, это уже перебор с теоретизацией: я читал труды по этой дисциплине, очень странное чтиво. А заниматься чисто литературой в университете не вижу большого смысла. Тебе там навязывают шаблоны письма, ничего личного не остается. К тому же, я с таким же успехом могут открыть программу вуза, пройти ее полностью, прослушать лекции, но сдавать экзамен по литературе нет никакого резона.

Зрячие идут в периферийные вузы потому, что им кажется, что на серьезные им не хватит баллов или знаний, а незрячие – потому что боятся, что «в МГУ точно будет сложнее». На самом деле, сложнее будет в периферийном вузе, потому что возможностей помочь незрячему там гораздо меньше

Можешь дать какие-то советы незрячим школьникам, которым хочется заниматься наукой, но они очень сомневаются, стоит ли?

Во-первых, и это касается не только незрячих, хочется предостеречь поступающих от полумер: если идти на химию или физику, то нужно найти хороший вуз. Зрячие идут в периферийные вузы потому, что им кажется, что на серьезные им не хватит баллов или знаний, а незрячие – потому что боятся, что «в МГУ точно будет сложнее». На самом деле, сложнее будет в периферийном вузе, потому что возможностей помочь незрячему там гораздо меньше. Плюс преподавательский и управленческий состав в МГУ лучше, все вопросы решаются достаточно эффективно и оперативно. Кроме того, тут просто работает принцип больших чисел: если есть один инвалид и одна организация, то чем больше в ней сотрудников, тем выше вероятность того, что кто-то из них окажет помощь. Например, на каком-нибудь маленьком химфаке может быть условно две лаборатории и четыре преподавателя химии. А у нас только кафедр 40, а лабораторий и сотрудников бессчетное количество. И вероятность того, что хоть куда-то тебя возьмут, гораздо выше. Пусть даже на историю химии, опять же, такая кафедра есть далеко не во всех вузах. Вообще довольно широко распространена мысль о том, что инвалиду хорошо бы сесть в какую-нибудь маленькую организацию на тихое местечко. Но я наоборот думаю, что интеграция инвалидов в больших организациях более эффективна. Поэтому надо пробовать. Тем более, в тот же МГУ незрячие могут поступить по льготе, а если даже по льготе трудно, то нужно задуматься о собственных возможностях в плане обучения.

А рекомендаций по поводу того, идти в науку или нет, я больше не даю, хотя раньше советовал очень охотно, все время рассказывал, как это классно. Но когда начал учиться в университете, оказалось, что наука – это совсем не то, что я воображал. Хотя и разочарования у меня тоже не было: я довольно творческий человек, и мне кажется, что желание что-то создавать тут необходимо. Ведь научный подход – это именно изобретательность, когда человек что-то переосмысляет. Но вообще выбор профессии – это очень личное. Думаю, если бы существовал объективный способ определить склонности человека, не только незрячего, человека вообще, то у нас был бы совсем другой социум.

Химия – наша жизнь, наше будущее

Главным событием Международного года химии, по всеобщему признанию, стал XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, прошедший в конце сентября в Волгограде

В качестве места проведения съезда город-герой на Волге был выбран неслучайно: здесь, у стен Сталинграда, состоялось величайшее сражение, ставшее переломным в ходе второй мировой войны. Сегодня Волгоградская область, имеющая уникальные природные ресурсы и обладающая высоким научно-техническим потенциалом, входит в число наиболее экономически развитых регионов страны. Ведущее место в экономике занимает промышленность, формирующая 43 процента валового регионального продукта. На ее долю приходится 30 процентов промышленного производства Южного федерального округа и 1,6 процента – Российской Федерации.

В регионе работают ведущие предприятия химической и нефтехимической промышленности, в том числе Волгоградский нефтеперерабатывающий завод, который является самым крупным российским производителем высококачественных моторных масел, не уступающих зарубежным аналогам. Это и компания «ЕвроХим» – крупнейший в стране производитель удобрений, и «Волжский оргсинтез», и объединение «Химпром», и многие другие производители химической продукции.

Волгоградский регион полностью обеспечивает себя высококвалифицированными кадрами для этой отрасли, здесь представлены солидные научные школы по химии, ведутся научные исследования, результаты которых имеют признание в России и за рубежом.

Форум собрал ведущих ученых Европы, Северной Америки и Азии, около 100 членов Российской и других национальных академий наук, руководителей международных и национальных союзов и объединений, специалистов ведущих научных центров, промышленных предприятий и объединений, ректоров вузов, представителей законодательной и исполнительной власти. Всего в работе съезда приняли участие около 3 тыс. специалистов, из них практически каждый пятый – аспирант или студент.

Пленарное заседание первого рабочего дня открыл вице-президент РАН, академик С.М. Алдошин докладом «Достижения и инновационные перспективы химической науки», в котором отдельное внимание уделил нанокомпозитам. Выступление лауреата Нобелевской премии Ады Йонат (Израиль) было посвящено результатам ее исследований рибосомы. Заместитель председателя оргкомитета съезда, ректор Волгоградского государственного технического университета, член-корреспондент РАН И.А. Новаков рассказал об основных направлениях развития науки и промышленности Нижневолжского региона и перспективных проектах крупных предприятий. Докладом «Российская химия: сквозь призму времени» завершил пленарное заседание академик Ю.А. Золотов, который не только позволил совершить экскурс в историю, но и объяснил достижения и неудачи науки в разные исторические периоды.

Помимо пленарных и секционных заседаний, в рамках съезда прошли и другие значимые мероприятия. Особое внимание было уделено вопросам химического образования, обсуждавшимся не только на заседаниях специализированной секции, но и за круглым столом «Проблемы химического образования в России», которым руководил декан химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова В.В. Лунин. Во вступительном слове академик с сожалением констатировал, что сегодняшнее базовое образование оставляет желать лучшего, а химия «живет в основном только в тех регионах, где успешно работают предприятия». В разговоре приняли участие и лучшие учителя химии. Заслуженный учитель РФ, профессор А.А. Карцова (СПбГУ) выступила с докладом «Профильное обучение в современной школе». Она, как и другие учителя, выразила обеспокоенность снижением потенциала школы в связи с отношением к ней как к образовательной услуге. Профессор поделилась своим опытом преподавания химии и особо подчеркнула необходимость прочной связи между школой и вузом. С важностью решения обозначенных проблем согласился и С.А. Москвин, заслуженный учитель России из Екатеринбурга, чей учительский стаж составляет тридцать пять лет.

По результатам работы секции и круглого стола в проект решения съезда был внесен ряд предложений, призванных вызвать интерес подрастающего поколения к изучению естественнонаучных предметов, а также по усовершенствованию химического образования в России.

В рамках съезда прошел круглый стол на особо актуальную сегодня тему по «Взаимодействию химической науки и бизнеса», который провели академик С.М. Алдошин и вице-президент Российского союза химиков С.В. Голубков. Здесь рассматривался целый ряд назревших проблем. А выступление генерального директора ООО «Никохим», управляющей организации ОАО «Каустик», Э.Э. Азизова о перспективах развития российской нефтехимии переросло в оживленную дискуссию. Все присутствовавшие присоединились к обсуждению мероприятий, необходимых для развития химии, которая, по словам докладчика, является базовой для других отраслей. Были подняты вопросы о месте науки в развитии отрасли производств по глубокой переработке углеводородного сырья, безопасности химико-технологических производственных объектов, охране труда на химпредприятиях и многие другие.

Внимание участников и гостей съезда привлекла специализированная выставка продукции и разработок ведущих предприятий Южного федерального округа, на которой самой представительной была экспозиция волгоградского региона.

Как отметил председатель программного комитета съезда, академик А.Ю. Цивадзе, программа съезда была выполнена почти на сто процентов.

Высокую оценку научному форуму химиков дал президент XIX Менделеевского съезда академик О.М. Нефедов, отметивший, что встреча превзошла все предыдущие по представительству участников и широте охвата тем: ведущими учеными были представлены практически все основные направления химии и смежных областей научного знания.

С основными направлениями проекта решения XIX Менделеевского съезда участников ознакомил сопредседатель оргкомитета, академик С.М. Алдошин. Он отметил, что съезд продемонстрировал достижения российской и мировой химической науки в самых разных областях. Одной из важных задач, стоящих перед химическим сообществом, признано участие в распространении научно обоснованной информации о химии с целью формирования в обществе ее положительного имиджа. Было также предложено направить это решение в Отделение химии и наук о материалах РАН и рекомендовать включить его в общее заключение по всем мероприятиям Международного года химии.

На церемонии закрытия съезда были объявлены итоги прошедшего в его рамках VII Отчетно-выборного съезда Российского химического общества. Президентом РХО им. Д.И. Менделеева был вновь избран академик П.Д. Саркисов.

Приятным фрагментом форума стало награждение Международным союзом теоретической и прикладной химии трех молодых участников, представивших лучшие доклады: Марии Тростянской (ВолгГТУ), Татьяны Дубининой (МГУ им. М.В. Ломоносова) и Рената Саликова (Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН).

По окончании XIX Менделеевского съезда многие его участники прислали письма на имя ректора ВолгГТУ с выражением искренней благодарности. Среди них немало зарубежных гостей: Роже Гилар из Университета Бургундии (Франция), Нагао Кобаяши из Университета Тохоку (Япония), Дэвид Блэк из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия), профессор из Канады Ив Дори и другие. Квинтэссенция признаний – в письме Джона Кориша из Университета Дублина (Ирландия): «Впечатления от съезда превзошли все мои ожидания. Возможно, это связано с тем, что он охватил такой широкий круг тем в области химии. Также мне очень понравился высокий уровень организации. Казавшееся крайне сложным мероприятие прошло на одном дыхании. В заключение хотелось бы добавить, что мне очень понравилась культурная программа и посещение исторически значимых мест Волгограда».

Материал подготовлен пресс-центром ВолгГТУ.

Основные направления деятельности » Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН

Главная цель проводимых в Институте фундаментальных исследований — получение новых данных о превращениях и структуре органических соединений, механизме их химических реакций, синтез органических соединений новых классов, открытие новых реакций, разработка новых катализаторов и изучение взаимосвязи их структуры с каталитической активностью, разработка новых, технологически перспективных методов синтеза практически важных органических соединений и новых катализаторов с ценными техническими свойствами.

Принципиальное значение для органической химии в целом имеют теоретические и методологические разработки ученых ИОХ по ряду общих проблем химии, к числу которых относятся:

• теория химического строения и реакционной способности,
• таутомерия и двойственная реакционная способность,
• химия нестабильных молекул и важнейших интермедиатов химических реакций,
• стереохимия и конформационный анализ,
• стратегия целенаправленного синтеза,
• научные основы предвидения каталитического действия,
• инструментальные и вычислительные методы исследования структуры и реакционной способности.

В области органического синтеза, химии природных соединений и органического катализа можно выделить следующие доминирующие направления исследований, в которых достижения Института являются общепризнанными:

• химия ненасыщенных соединений,
• химия диазосоединений, карбенов и малых циклов,
• изучение гомолитических реакций,
• химия нитросоединений,
• химия гетероциклических систем, особенно содержащих азот и серу,
• химия органоборанов и других элементоорганических соединений,
• химические реакции при сверхвысоких давлениях,
• электрохимический органический синтез,
• химия гетероцепных полимеров.

В области химии природных соединений основными и наиболее успешными направлениями исследований являются:

• химия углеводов,
• химия стероидов и оксилипинов.

В области органического катализа фундаментальные исследования направлены на решение следующих проблем:

• исследование элементарных стадий каталитических реакций, в том числе с использованием методов квантовой химии,
• изучение структуры и физических свойств поверхности катализаторов с помощью комплекса современных инструментальных и вычислительных методов,
• развитие каталитического асимметрического синтеза,
• создание научных основ приготовления новых катализаторов на базе отечественных цеолитов,
• создание кинетических, физических и математических моделей для расчета промышленных процессов и реакторов.

В Институте получен ряд крупных научных результатов. Членом-корреспондентом РАН П. П. Шорыгиным с сотрудниками открыто новое физическое явление — резонансное комбинационное рассеяние света, которое в настоящее время успешно используется при изучении строения органических соединений.

Значительный вклад внесен в изучение проблемы двоесвязанности с участием атомов кремния и германия, в частности, было проведено первое экспериментальное наблюдение и изучение двойной связи Si=C. Разработаны принципиально новые методы получения фтораренов на основе реакций [1+2]- и [2+2]-циклоприсоединения фторкарбенов, фторолефинов и фтордиенов к непредельным соединениям. Созданы и успешно применяются различные методы исследования строения и реакционной способности органических соединений, в том числе интермедиатов и других нестабильных молекул, такие как импульсные фотолиз и термолиз, низкотемпературная стабилизация в инертных матрицах. Создано новое научное направление — изучение реакций при сверхвысоких давлениях, включая развиваемые в ИОХ твердофазные реакции при деформации сдвига, широко используется найденная и обоснованная в Институте эмпирическая зависимость константы скорости химических реакций от давления (формула Эльянова-Хаманна), успешно применяются методы межфазного катализа, электрохимии и радиоспектроскопии.

В ИОХ создана и уже полвека успешно развивается крупнейшая в мире школа по химии нитросоединений, в том числе и высокоэнергетических. Полученные результаты позволили обеспечить прочные позиции нашей страны в области высокоэнергетических веществ и укрепить ее оборонный потенциал. С использованием результатов исследований Института был создан исключительно эффективный компонент твердых топлив для ракет стратегического назначения, получен ряд составов и компонентов, используемых в космической технике. В последние годы в Институте проводятся широкие исследования по химической конверсии взрывчатых веществ, в частности, решен ряд принципиальных вопросов химической утилизации наиболее крупнотоннажного взрывчатого вещества — тротила, разработаны пути комплексной переработки его в продукты и материалы гражданского назначения (полимеры, красители, биологически активные соединения). Ведутся многоплановые исследования, открывающие новые пути использования алифатических и ароматических нитросоединений в органическом синтезе.

Одним из важнейших научных направлений Института являются исследования по химии гетероциклов (особенно содержащих азот и серу). Мировое признание получили работы по химии тиофена, пиридина, азолов, фуразанов и фуроксанов. Крупные успехи достигнуты в химии органоборанов; работы в этой области включают создание методов синтеза и изучение свойств этих соединений, а также их применение в органическом синтезе. Проводимые в Институте систематические исследования гомолитических реакций открыли новые возможности препаративного синтеза на их основе алифатических и алициклических функциональных соединений, тиакраун-эфиров, лактонов, включая макроциклические, позволили создать принципиально новый промышленный метод получения ацетопропилацетата. Успешно развиваются работы по синтезу гетероцепных полимеров.

Ученые ИОХ внесли существенный вклад в развитие химии, биохимии и иммунохимии углеводов и углеводсодержащих биополимеров, а также химии стероидов и других физиологически активных веществ. Выполненные в ИОХ фундаментальные исследования по химии углеводов создали научную основу для понимания биологических функций углеводсодержащих биополимеров, что открыло пути к получению новых диагностических и лекарственных препаратов. Оригинальные исследования по синтезу стероидов привели к созданию ранее неизвестных гормональных препаратов с разделенными биологическими функциями.

Исследования в области химического, прежде всего органического, катализа связаны с изучением элементарных стадий каталитических реакций (в том числе методами квантовой химии) и определением структуры и физических свойств поверхности катализаторов с помощью комплекса современных инструментальных и вычислительных методов, развитием каталитического асимметрического синтеза, созданием научных основ приготовления новых катализаторов на базе отечественных цеолитов, разработкой кинетических, физических и математических моделей для расчета промышленных процессов и реакторов.

В рамках этого направления в Институте выполнены основополагающие исследования в области теории органического катализа и изучения элементарных актов ряда каталитических реакций, каталитических превращений углеводородов, цеолитного катализа, синтеза на основе оксида углерода и других одноуглеродных молекул. Разработаны новые высокоэффективные, экологически безопасные каталитические процессы получения изопентана, высокооктановых бензинов, алкилароматических углеводородов, созданы катализаторы для получения стирола, аллилацетата, ацетопропилацетата и превращения углеводородов в компоненты моторных топлив. В промышленности успешно эксплуатируются разработанные в ИОХ совместно с отраслевыми организациями катализаторы гидрирования жиров, очистки синтез-газа в производстве аммиака, очистки инертных и отходящих газов, синтеза жидких углеводородов и церезина из окиси углерода и водорода, получения уксусной кислоты карбонилированием метанола.

Фундаментальные исследования Института стали основой для создания промышленных процессов получения многих лекарственных препаратов и витаминов, в частности акрихина, витаминов В1, В6 и А, гемодеза (кровезаменитель дезинтоксикационного действия), винилина (бальзама Шостаковского), октицила, оротата калия, промедола, цигерола, метапрогерола, мебикара, трибенола, лизоцима, ацикловира (антивирусного препарата), спиртов изопреноидного ряда — ключевых полупродуктов для синтеза витаминов А и Е). Разработан и внедрен эффективный метод выделения и очистки антибиотика стрептомицина. Совместно с другими академическими учреждениями успешно реализуется технология получения антибиотика четвертого поколения фторхинолонового ряда — пефлоксацина. Значительное внимание уделяется синтезу средств защиты растений и животных. Реализованы разработки ИОХ по получению синтетических пиретроидов, феромонов насекомых и аналогов ювенильных гормонов. Организовано промышленное производство дестиобиотина (стимулятора роста пекарских дрожжей). Предложены технологии синтеза на основе тиофена антгельминтиков тивидина и эмбовина. Разработан технологичный метод синтеза и организовано производство абортивного препарата пенкрофтон (за рубежом — мифепристон). Разработана и внедрена в практику технология получения фталоцила (сантогарда) анти-скорчингового аддитива для шинной промышленности. Созданы методы синтеза стабильных бис-нитрилоксидов — уникальных агентов для «холодной» вулканизации каучука. Важное значение для специальной техники имели разработанные Институтом совместно с другими научными и производственными коллективами технологические способы получения высокоэнергетических полициклических углеводородов с уникальными физико-химическими характеристиками.

Большую роль в развитии отечественного научного приборостроения сыграла в 1959-1994 гг. совместная работа ученых Института и сотрудников Специального конструкторского бюро ИОХ по созданию и внедрению в производство различных приборов, прежде всего хроматографов.

В настоящее время в ИОХ работают около 700 человек, включая научных сотрудников, производственный и обслуживающий персонал. Здесь трудятся 500 человек научного персонала, среди которых около 100 докторов наук (включая 7 академиков и 5 членов-корреспондентов РАН) и более 250 кандидатов наук. Среди ныне работающих в ИОХ более 30 сотрудников являются лауреатами Ленинской, Государственных премий, премии Совмина СССР, именных премий РАН, Демидовской премии, международных премий; 8 ученых отмечены почетным званием «Заслуженный деятель науки РФ».

По состоянию на 31.12.2004 г. в Институте имеются 34 лаборатории и 7 научно-исследовательских групп при дирекции, редакционно-издательский отдел, отдел научно-технической информации, учебно-научный отдел. С 1995 г. в Институте работает Научно-технический отдел (на правах лаборатории), созданный на основе ранее существовавшего СКБ ИОХ; отдел осуществляет разработку новых приборов и нестандартного оборудования для нужд Института и других организаций.

В Институте имеются хорошая научная библиотека и Отдел научно-технической информации.

В 1991 г. в Институте созданы Центр компьютерного обеспечения химических исследований Отделения общей и технической химии АН СССР и первая в нашей стране научно-образовательная сеть FREEnet, обслуживающая научные и образовательные организации многих регионов России. Центр поддерживает специализированные информационные и вычислительные ресурсы для химиков, в том числе и Национальный WWW-сервер по химии. Созданная Институтом инфокоммуникационная инфраструктура используется многими учреждениями науки и высшей школы; в частности, она использовалась при обеспечении полета орбитальной станции «Мир» в 1994-2001 гг.

В 1991 г. в Институте был организован Московский центр Международной научно-технической информационной сети STN International для обеспечения ученых РАН современной информацией из базы данных STN и для обучения пользователей.

На фото — действительные члены Российской академии наук, работающие в ИОХ РАН.

академик  В.В. Лунин

В 1996 г. на базе существовавшей в ИОХ Группы охраны окружающей среды создан Экоаналитический центр, аккредитованный в системе Госстандарта РФ, который осуществляет анализ природных и сточных вод по широкому спектру компонентов, а также анализ почв, грунтов, осадков сточных вод, донных отложений и твердых отходов на наличие в них тяжелых металлов, нефтепродуктов, бензо[a]пирена.

Велик вклад Института в подготовку научных кадров высшей квалификации для России, бывших республик СССР (ныне суверенных государств), многих стран мира. За прошедшие годы аспирантуру и докторантуру ИОХ, существовавшие в Институте с момента его образования, окончили около 1000 исследователей. Выпускники аспирантуры ИОХ работают не только в России (в том числе в ИОХ), но и в престижных научных центрах многих стран мира. Многие из них стали крупными учеными, занимали и занимают ведущее положение в науке, руководят институтами и кафедрами, избраны членами Российской академии наук и национальных академий зарубежных государств. Большинство заведующих лабораториями ИОХ окончили аспирантуру Института.

На фото — члены-корреспонденты Российской академии наук, работающие в ИОХ РАН.

В настоящее время в Институте самая многочисленная аспирантура среди химических институтов РАН (около 60 аспирантов и 3 докторанта). Для поощрения молодых ученых и аспирантов ежегодно проводятся научные конкурсы, а лучшие аспиранты, работающие в соответствующих областях химии, кроме того, награждаются именными стипендиями, учрежденными в ИОХ в 1996 г. в память выдающихся ученых Института, внесших значительный вклад в науку — академиков Н. Д. Зелинского (органическая химия и нефтехимия), А. Е. Фаворского (органическая химия), А. Н. Несмеянова (химия элементоорганических соединений), А. А. Баландина (теория катализа), И. Н. Назарова (тонкий органический синтез), Б. А. Казанского (каталитический синтез), членов-корреспондентов Академии наук А. Д. Петрова (химия углеводородов, кремний- и германийорганических соединений), С. С. Новикова (химия нитросоединений и полиазотистых соединений), Б. М. Михайлова (химия борорганических соединений), А. М. Моисеенкова (химия природных соединений), В. А. Пономаренко (химия полимеров), Н. И. Шуйкина (каталитические реакции углеводородов), профессоров Я. Л. Гольдфарба (химия гетероциклов) и А. М. Рубинштейна (исследование физико-химических свойств гетерогенных катализаторов).

В Институте с 90-х годов действует непрерывная система химического образования: «лицей-колледж-аспирантура-докторантура». С целью подготовки химиков-исследователей высокой квалификации и привлечения наиболее одаренных из них к работе в системе Академии наук Институт выступил инициатором создания в 1990 г. Московского химического лицея — учебного заведения нового типа для учащихся старших классов средних школ. Для специализации лицеистов в области органической химии в 1991 г. на базе ИОХ организован Научно-образовательный центр.

Сотрудники ИОХ участвуют в подготовке кадров молодых химиков-исследователей, работая в качестве преподавателей или руководителей практикумов в Высшем химическом колледже РАН, который был создан в 1991 г. по инициативе тогдашнего вице-президента и академика-секретаря Отделения общей и технической химии РАН СССР О. М. Нефедова на базе МХТИ (ныне Московский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева).

Ведущие ученые ИОХ являются членами отечественных и зарубежных академий и научных обществ, научных советов РАН, активно работают в редакциях отечественных и международных журналов. За прошедшие годы сотрудниками Института опубликованы тысячи научных статей и докладов, около 150 монографий и сборников трудов, более десятка учебников и методических руководств (многие из них выдержали несколько изданий, переведены на иностранные языки). Сотрудники ИОХ являются авторами сотен изобретений.

В Институте при активном участии его сотрудников издаются ведущие химические журналы. Около 50 лет на базе ИОХ работает редакция журнала «Известия Академии наук. Серия химическая«. Здесь же находятся редакции журналов «Успехи химии«, «Mendeleev Communications«, «Кинетика и катализ«.

Институт органической химии как один из крупных центров мировой науки эффективно развивает международные связи по основным направлениям своих научных исследований. В 80-х годах проводились совместные исследования и регулярный научный обмен с академиями наук стран Восточной Европы, с учеными Великобритании, США, ФРГ, Франции, Швеции, Индии и Японии. С 90-х годов совместные работы проводятся в рамках соглашений, финансируемых грантами различных международных организаций, программ, фондов, соглашений Российской академии наук с Польской и Болгарской академиями наук, а также в рамках контрактов с фирмами. Ученые ИОХ плодотворно работают по приглашениям или в порядке научного обмена в фирмах и научных учреждениях США, Великобритании, Германии, Дании, Франции, Швеции, Китая, Вьетнама и других стран.

Ученые Института принимают активное участие в отечественных и зарубежных конгрессах, конференциях и симпозиумах практически по всем направлениям органической, физической органической, элементоорганической, биоорганической и каталитической химии, выступая с пленарными, устными и стендовыми докладами. При этом сам Институт является организатором многих из этих научных форумов, а также конференций по инфокоммуникационным технологиям и компьютерному обеспечению исследований в области химии, биологии и медицины.

Успешная и плодотворная деятельность Института содействовала образованию ряда новых научных направлений и институтов Академии наук. В 1954 г. из ИОХ был выделен Институт элементоорганических соединений, ныне носящий имя А. Н. Несмеянова. На базе нескольких лабораторий ИОХ были созданы Институт физики высоких давлений (в 1954 г.) и Институт химии природных соединений (1959 г., ныне Институт биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова). При непосредственном участии ИОХ организованы Иркутский институт органической химии Сибирского отделения Академии наук СССР (ныне Иркутский институт химии им. А. Е. Фаворского СО РАН), Институт биоорганической химии в Минске, Институты органической химии в Бишкеке и Душанбе, Институт химии в Ашхабаде.

Основные направления исследований

1. Физическая и синтетическая органическая химия

• Теоретические и экспериментальные основы органической химии, включая исследования структуры и реакционной способности органических молекул в обычных и экстремальных условиях, например в твердой фазе при высоких давлениях в условиях пластического течения вещества.
• Формально-логические подходы к конструированию органических молекул и поиску новых органических реакций. Экспериментальная разработка новых методов синтеза важнейших классов органических соединений, поиск новых универсальных реагентов и строительных блоков (синтонов). Направленный синтез низко- и высокомолекулярных органических соединений с ценными свойствами для различных отраслей техники, для нужд фундаментальной биологии, медицины, сельского хозяйства и т. д.
• Разработка научной базы для развития технологий ближайшего будущего, в частности, на основе электросинтеза и синтеза при высоких давлениях. Создание современных экологически чистых процессов, оптимальных по сырью, аппаратурному оформлению и числу стадий.
• Развитие инструментальных методов анализа для всестороннего изучения структуры и свойств органических веществ и состава их смесей. Проектирование и опытно-конструкторское оформление оригинальных приборов для этих целей.

2. Органическая химия природных соединений

• Исследования структуры и синтез сложных природных соединений, разработка необходимых для этого органохимических и физико-химических методов. Разработка методов полного синтеза сложных природных соединений, а также получения их аналогов, фрагментов, биосинтетических предшественников и практически полезных производных.
• Корреляция структуры природных соединений с их физико-химическими свойствами и биологической активностью. Поиск оптимальных путей использования природных соединений в органическом синтезе, новых источников сырья для выделения соединений с ценными техническими свойствами или биологической активностью.
• Основные классы исследуемых природных соединений — углеводы и сложные углеводсодержащие биополимеры, стероиды, оксилипины и терпеноиды.

3. Каталитический органический синтез и физико-химические основы катализа

• Новые каталитические методы органического синтеза в области превращений парафинов, особенно низкомолекулярных, олефинов, ароматических, гетероциклических и полифункциональных соединений, синтеза на основе водорода и оксидов углерода, асимметрического синтеза с применением гетерогенных и гомогенных каталитических систем.
• Создание научных основ приготовления и модифицирования полифункциональных оксидных, металлических нанесенных и цеолитных катализаторов для одностадийного проведения сложных каталитических процессов, в первую очередь практически важных. — Применение комплекса современных квантово-химических, кинетических и инструментальных методов, включая методы физики поверхности, для анализа структуры, электронных и кислотно-основных свойств поверхности катализаторов и исследования природы и реакционной способности реагирующих поверхностных частиц с целью выяснения механизма катализа.

4. Компьютерная химия и современные информационные технологии

• Компьютерное моделирование химических микро- и макропроцессов.
• Компьютерное прогнозирование новых веществ с заданными свойствами.
• Связи между структурой и свойствами молекул.
• Развитие новых способов интерпретации топологических и геометрических свойств волновых функций многоэлектронных систем.
• Разработка современных инфокоммуникационных технологий и инфраструктуры научных коммуникаций.

1.1: Что такое химия? — Химия LibreTexts

Цели обучения

• Признать широту, глубину и размах химии.
• Дайте определение химии по отношению к другим наукам.
• Определите основные дисциплины химии.

Химия — это изучение материи: из чего она состоит, каковы ее свойства и как они меняются. Возможность описать ингредиенты торта и то, как они меняются при выпекании торта, называется химией.Материя — это все, что имеет массу и занимает пространство, то есть все, что является физически реальным. Некоторые вещи легко идентифицировать как материальные — например, эту книгу. Остальные не так очевидны. Поскольку мы так легко перемещаемся по воздуху, мы иногда забываем, что это тоже материя.

Химия — одна из отраслей науки. Наука — это процесс, с помощью которого мы узнаем о естественной Вселенной, наблюдая, проверяя, а затем создавая модели, объясняющие наши наблюдения. Поскольку физическая вселенная настолько обширна, существует множество различных областей науки (рис. \ (\ PageIndex {1} \)).Таким образом, химия изучает материю, биология изучает живые существа, а геология изучает горные породы и землю. Математика — это язык науки, и мы будем использовать его для передачи некоторых идей химии.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Взаимосвязь между некоторыми из основных разделов науки. Химия находится более или менее посередине, что подчеркивает ее важность для многих областей науки.

Хотя мы разделяем науку на разные области, между ними есть много общего.Например, некоторые биологи и химики так много работают в обеих областях, что их работа называется биохимией. Точно так же геология и химия пересекаются в области, называемой геохимией. Рисунок \ (\ PageIndex {1} \) показывает, сколько отдельных областей науки связаны между собой.

Есть много других областей науки, помимо перечисленных (биология, медицина и т. Д.)

Алхимия — это ни в коем случае не химия!

Поскольку наше понимание Вселенной со временем изменилось, изменилась и научная практика.Химия в ее современной форме, основанная на принципах, которые мы считаем актуальными сегодня, была разработана в 1600-х и 1700-х годах. До этого изучение материи было известно как алхимия и практиковалось в основном в Китае, Аравии, Египте и Европе.

Алхимия была несколько мистическим и скрытным подходом к обучению манипулированию материей. Практики, называемые алхимиками, считали, что вся материя состоит из четырех основных элементов — огня, воды, земли и воздуха в разных пропорциях, — и считали, что если вы измените относительные пропорции этих элементов в веществе, вы сможете изменить это вещество. .Давние попытки «превратить» обычные металлы в золото представляли одну цель алхимии. Другой важной целью алхимии было синтезировать философский камень, материал, который может дать долгую жизнь — даже бессмертие. Алхимики использовали символы для обозначения веществ, некоторые из которых показаны на прилагаемом рисунке. Это было сделано не для лучшего обмена идеями, как сегодня делают химики, а для сохранения секретности алхимических знаний, не позволяя другим делиться ими.

Первая таблица соответствия. Таблица различных соотношений, наблюдаемых в химии между различными веществами; Воспоминания Королевской академии наук, стр. 202-212. Алхимики использовали подобные символы для обозначения веществ.

Несмотря на эту секретность, в свое время алхимию уважали как серьезное научное занятие. Исаак Ньютон, великий математик и физик, также был алхимиком.

Алхимия и ACS (Американское химическое общество)

Пока смотрите видео ниже и ответьте на следующие вопросы.

Вопросы

1. Какова была главная цель алхимика согласно видео?
2. Что философский камень может сделать с мочой?
3. Алхимия — это настоящая наука?
4. Когда моча превращается в белую пасту, как называется и символ полученного элемента?
5. Перечислите некоторые свойства этого элемента, которые обсуждались в видео.
6. Богатые люди производили больше этого элемента, чем бедные?
7. К каким типам приложений (прикладная наука) привел нас этот элемент?
8. Как можно вместо сбора мочи собрать более высокие концентрации этого элемента?
9. На видео обсуждается фосфорная кислота (формула: H ₃ PO ₄ ). Назовите все элементы в этом соединении.
10. Каковы упомянутые применения фосфорной кислоты?
11. Каковы некоторые из органических и биохимических применений элемента 13?

Направления химии

Изучение современной химии имеет множество разделов, но обычно может быть разбито на пять основных дисциплин или областей исследования:

• Физическая химия: Физическая химия — это изучение макроскопических свойств, атомных свойств и явлений в химических системах.Физик-химик может изучать такие вещи, как скорость химических реакций, перенос энергии, происходящий в реакциях, или физическую структуру материалов на молекулярном уровне.
• Органическая химия: Органическая химия — это изучение химических веществ, содержащих углерод с водородом. Углерод — один из самых распространенных элементов на Земле, способный образовывать огромное количество химических веществ (на данный момент более двадцати миллионов). Большинство химических веществ, содержащихся во всех живых организмах, основаны на углероде.
• Неорганическая химия: Неорганическая химия — это изучение химических веществ, которые, как правило, не содержат углерода. Неорганические химические вещества обычно встречаются в горных породах и минералах. Одна из важных в настоящее время областей неорганической химии связана с конструкцией и свойствами материалов, используемых в энергетике и информационных технологиях.
• Аналитическая химия: Аналитическая химия — это изучение состава вещества. Основное внимание уделяется разделению, идентификации и количественному определению химических веществ в образцах вещества.Химик-аналитик может использовать сложные инструменты для анализа неизвестного материала с целью определения его различных компонентов.
• Биохимия: Биохимия — это изучение химических процессов, происходящих в живых существах. Исследования могут охватывать основные клеточные процессы, вплоть до понимания болезненных состояний, чтобы можно было разработать более эффективные методы лечения.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): (слева) Измерение следов металлов с помощью атомной спектроскопии. (справа) Измерение концентрации гормона.

На практике химические исследования часто не ограничиваются одной из пяти основных дисциплин. Конкретный химик может использовать биохимию для выделения определенного химического вещества, обнаруженного в организме человека, такого как гемоглобин, переносящий кислород компонент красных кровяных телец. Затем он или она может приступить к анализу гемоглобина, используя методы, относящиеся к областям физической или аналитической химии. Многие химики специализируются в областях, которые представляют собой сочетание основных дисциплин, таких как биоинорганическая химия или физическая органическая химия.

Химики за работой

Американское химическое общество (ACS) разработало серию видеороликов, иллюстрирующих различные области, которыми может заниматься химик. Пожалуйста, посмотрите это 2-х минутное 23-секундное видео и ответьте на следующие вопросы:

1. Какой тип химии исследует доктор Джейкобс (посмотрите на пять типов химиков, перечисленных выше).
2. Как доктор Джейкобс и связанные с ней исследования применяют свою химию к реальной проблеме?
3. Какие типы профессионалов делает Dr.Джейкобс сотрудничает с?
4. Что труднее охарактеризовать и почему: белки или небольшие молекулы?

Сводка

• Химия изучает материю и изменения, которым она претерпевает, и учитывает как макроскопическую , так и микроскопическую информацию.
• Материя — это все, что имеет массу и занимает пространство.
• Пять основных дисциплин химии: физическая химия, органическая химия, неорганическая химия, аналитическая химия и биохимия.
• Многие цивилизации внесли свой вклад в развитие химии. Многие ранние химические исследования были сосредоточены на практическом использовании. Основные теории химии были разработаны в девятнадцатом веке. Новые материалы и аккумуляторы — лишь некоторые из продуктов современной химии.

Авторы и авторство

Обзор химии | Безграничная химия

Исследование химии

Химия — это изучение состава, структуры, свойств и превращения материи.

Цели обучения

Изложите общие цели и предмет химии

Основные выводы

Ключевые моменты

• Химию иногда называют «центральной наукой», потому что она связывает физику с другими естественными науками, такими как геология и биология.
• Химия — это изучение материи и ее свойств.
• Поддомены химии включают: аналитическую химию, биохимию, неорганическую химию, органическую химию, физическую химию и биофизическую химию.

Ключевые термины

• материя : что-то, что имеет массу, занимает пространство (имеет объем) и составляет почти все в мире.
• химия : Раздел науки, изучающий состав и строение веществ, а также изменения, которым они подвергаются в результате изменений в строении их молекул.

Антуан-Лоран де Лавуазье : Антуан-Лоран де Лавуазье считается «отцом современной химии» за его работу над принципом сохранения массы и за разработку новой системы химической номенклатуры.

Химия — это изучение вещества и химических реакций между веществами. Химия также изучает состав, структуру и свойства материи. Материя — это, по сути, все в мире, занимающее пространство и обладающее массой. Химию иногда называют «центральной наукой», потому что она связывает физику с другими естественными науками, такими как геология и биология.

История химии

Основная химическая гипотеза впервые возникла в классической Греции, когда Аристотель определил четыре элемента: огонь, воздух, землю и воду.Лишь в XVII и XVIII веках такие ученые, как Роберт Бойль (1627–1691) и Антуан Лавуазье (1743–1794), начали преобразовывать старые алхимические традиции в строгую научную дисциплину.

Как одна из естественных наук, химия дает ученым возможность познакомиться с другими физическими науками и дает мощные аналитические инструменты для инженерных приложений. Биологические науки и их ответвления, такие как психология, уходят корнями в биохимию, и ученые только сейчас начинают понимать, как разные уровни организации влияют друг на друга.Например, в основе современной медицины лежат биохимические процессы человеческого организма.

Химия и мир природы

Химия способна объяснить бесчисленные явления в мире, от обычных до причудливых. Почему ржавеет железо? Что делает пропан таким эффективным и экологически чистым топливом? Как сажа и алмаз могут быть такими разными по внешнему виду, но при этом такими химически похожими? Химия дает ответы на эти и многие другие вопросы. Понимание химии — ключ к пониманию мира, каким мы его знаем.

Химия : Химия изучает свойства, состав и преобразование материи.

Различные отрасли химии

Изучение химии можно разделить на отдельные разделы, в которых особое внимание уделяется подмножествам химических понятий. Аналитическая химия стремится определить точный химический состав веществ. Биохимия — это исследование химических веществ, содержащихся в живых организмах (таких как ДНК и белки). Неорганическая химия изучает вещества, не содержащие углерода.Органическая химия изучает вещества на основе углерода. Физическая химия — это изучение физических свойств химических веществ. Биофизическая химия — это приложение физической химии в биологическом контексте.

Научный метод

Научный метод — это процесс, при котором наблюдения ставятся под сомнение; гипотезы создаются и проверяются; и результаты анализируются.

Цели обучения

Обсудить гипотезы и компоненты научного эксперимента как часть научного метода

Основные выводы

Ключевые моменты

• В научном методе наблюдения приводят к вопросам, требующим ответов.
• В научном методе гипотеза — это проверяемое утверждение, предлагаемое для ответа на вопрос.
• В научном методе эксперименты (часто с элементами управления и переменными) разрабатываются для проверки гипотез.
• В научном методе анализ результатов эксперимента приводит к принятию или отклонению гипотезы.

Ключевые термины

• научный метод : способ открытия знаний, основанный на создании фальсифицированных прогнозов (гипотез), их проверке и разработке теорий на основе собранных данных
• гипотеза : обоснованное предположение, которое обычно встречается в формате «если… то…»
• контрольная группа : группа, которая содержит все особенности экспериментальной группы, за исключением того, что в ней нет манипуляций, которые предполагаются

Научный метод

Биологи изучают живой мир, задавая вопросы о нем и ища научно обоснованные ответы.Этот подход характерен и для других наук, и его часто называют научным методом. Научный метод использовался даже в древние времена, но впервые он был задокументирован английским сэром Фрэнсисом Бэконом (1561–1626), который ввел индуктивные методы для научных исследований. Научный метод может применяться практически во всех областях обучения как логический, рациональный метод решения проблем.

Сэр Фрэнсис Бэкон : Сэр Фрэнсис Бэкон (1561–1626) считается первым, кто определил научный метод.

Научный процесс обычно начинается с наблюдения (часто проблема, которую необходимо решить), которая приводит к вопросу. Давайте подумаем о простой проблеме, которая начинается с наблюдения, и применим научный метод для ее решения. Подросток замечает, что его друг действительно высокий, и задается вопросом, почему. Поэтому его вопрос может быть таким: «Почему мой друг такой высокий? ”

Научный метод : Научный метод состоит из серии четко определенных шагов.Если гипотеза не подтверждается экспериментальными данными, может быть предложена новая гипотеза.

Предложение гипотез

Напомним, что гипотеза — это обоснованное предположение, которое можно проверить. Гипотезы часто также включают объяснение обоснованного предположения. Для решения одной проблемы можно предложить несколько гипотез. Например, ученик может подумать, что его друг высокий, потому что он пьет много молока. Его гипотеза может быть такой: «Если человек пьет много молока, он вырастет очень высоким, потому что молоко полезно для ваших костей.Как правило, гипотезы имеют формат «Если… то…» Имейте в виду, что на вопрос могут быть другие ответы; поэтому могут быть предложены другие гипотезы. Вторая гипотеза может быть такой: «Если у человека высокие родители, они тоже будут высокими, потому что у них есть гены, чтобы быть высокими. ”

После выбора гипотезы ученик может сделать прогноз. Прогноз похож на гипотезу, но на самом деле это предположение. Например, они могут предсказать, что их друг высокий, потому что он пьет много молока.

Проверка гипотез

Действительная гипотеза должна быть проверена. Он также должен быть опровергнутым, что означает, что он может быть опровергнут экспериментальными результатами. Важно отметить, что наука не претендует на «доказательство» чего-либо, потому что научное понимание всегда может быть изменено с добавлением дополнительной информации. Этот шаг — открытость опровергающим идеям — и есть то, что отличает науки от ненаучных. Например, присутствие сверхъестественного нельзя ни проверить, ни опровергнуть. Чтобы проверить гипотезу, исследователь проведет один или несколько экспериментов, направленных на устранение одной или нескольких гипотез.Каждый эксперимент будет иметь одну или несколько переменных и один или несколько элементов управления. Переменная — это любая часть эксперимента, которая может изменяться или меняться в ходе эксперимента. Контрольная группа содержит все особенности экспериментальной группы, за исключением предполагаемых манипуляций. Например, контрольной группой может быть группа разных подростков, которые не пили молоко, и их можно сравнить с экспериментальной группой, группой разных подростков, которые действительно пили молоко. Таким образом, если результаты экспериментальной группы отличаются от результатов контрольной группы, разница должна быть связана с предполагаемой манипуляцией, а не с каким-то внешним фактором.Чтобы проверить первую гипотезу, ученик должен выяснить, влияет ли употребление молока на рост. Если употребление молока не влияет на рост, значит, у роста друга должна быть другая причина. Чтобы проверить вторую гипотезу, ученик мог проверить, есть ли у его друга высокие родители. Каждую гипотезу следует проверять путем проведения соответствующих экспериментов. Имейте в виду, что отклонение одной гипотезы не определяет, будут ли приняты другие гипотезы. Он просто исключает одну неверную гипотезу.Используя научный метод, отвергаются гипотезы, не согласующиеся с экспериментальными данными.

Хотя этот пример «высоты» основан на результатах наблюдений, другие гипотезы и эксперименты могут иметь более четкий контроль. Например, ученик может прийти на урок в понедельник и понять, что ему трудно сосредоточиться на лекции. Одна из гипотез, объясняющих это явление, может быть такой: «Если я завтракаю перед уроком, я лучше могу обращать внимание». Затем учащийся может разработать эксперимент с контролем, чтобы проверить эту гипотезу.

Научный метод может показаться слишком жестким и структурированным. Важно помнить, что, хотя ученые часто следуют этой последовательности, существует гибкость. Часто наука не работает линейно. Вместо этого ученые постоянно делают выводы и обобщения, находя закономерности в ходе своих исследований. Научные рассуждения сложнее, чем предполагает один научный метод.

Что для вас сделала химия?

Для многих химия — это чуждое понятие, принадлежащее миру академических кругов и учебников, имеющее мало отношения к нашей повседневной жизни.На самом деле, вам будет сложно найти аспект вашего распорядка дня, на который химические исследования не повлияют напрямую.

Химия — это изучение молекул: строительных блоков материи. Он занимает центральное место в нашем существовании и ведет наши исследования человеческого тела, Земли, продуктов питания, материалов, энергии, а также всего и везде между ними. Химическая промышленность, поддерживаемая химическими исследованиями, во многом способствует нашему экономическому прогрессу и обеспечивает благосостояние и процветание для общества.В Австралии в химической промышленности занято 60 000 человек, и она вносит в наш ВВП около 11,6 миллиардов долларов ежегодно.

Далее следует краткий снимок — лишь небольшая выборка — основных открытий в химии, которые помогли сформировать наш образ жизни. От первых работ по металлу в медном веке в 5000 году до нашей эры до цифровой эры и новых передовых технологий сегодня, таких как нанонаука и биотехнология, химики чаще всего были движущей силой прогресса в нашей уровень жизни.

Металлы

Химическая теория развивалась задолго до того, как «химик» стал возможным выбором профессии. Явление огня было одним из первых чудес, которые человечество стремилось понять, а использование огня привело к изучению металлов и манипуляциям с ними. Это восходит к 5000 году до нашей эры, когда впервые была обнаружена медь, которая заменила камень в качестве материала для изготовления инструментов.Он был получен с помощью процесса, называемого
плавка

, и считалось, что он также произвел первое стекло в качестве побочного продукта.

Бронзовый век наступил, когда было обнаружено, что медь может быть объединена с оловом для получения более твердого металла — как вы уже догадались, бронзы. Это был первый
сплав

когда-либо производились и привели к более сильному оружию и инструментам. Торговля этими инструментами способствовала обмену технологиями и знаниями между ранними цивилизациями. В железном веке, наступившем примерно в 1200 году до нашей эры, увеличилась распространенность железа как основного металла, используемого для изготовления режущих инструментов и оружия.Железо как материал эволюционировало медленнее, потому что для обработки металла требовались более высокие температуры. Этот сдвиг привел к изменению методов плавки, совершенствованию печных технологий, а также развитию
ковка

, в отличие от
Кастинг

техники, использовавшиеся в бронзовом веке.

Открытие бронзы (сплава, созданного при соединении меди с оловом) привело к созданию более прочного оружия и инструментов в бронзовом веке. Источник изображения: Национальный музей Кореи, Сеул / Wikimedia Commons.

Материалы и производство

Железный век также стал свидетелем развития многих основных элементов городского развития, с которыми мы знакомы сегодня, таких как цемент, строительные растворы и битум. В течение этого периода население крупных городов становилось все более урбанизированным, что привело к строительству первых надлежащих дорог.

Около 500 лет назад химия стала серьезным занятием.Идентифицировались элементы, отличные от встречающихся в природе металлов, и изучались их свойства, хотя они все еще не были полностью изучены. Люди еще не очень хорошо разбирались в фундаментальной науке, которая определяет свойства материалов, и было неясно, сколько существует различных базовых или элементарных строительных блоков.

Еще одним важным событием стало развитие
вулканизированная резина

, в 1843 году Чарльзом Гудиером. Это привело к
пневматический

шины и положили начало производству полимеров и пластмасс, которые позже произвели революцию в производстве товаров для дома.Открытие Альфредом Нобелем динамита в 1867 году и более совершенных взрывчатых веществ позже привело к быстрому расширению добычи полезных ископаемых как средства добычи руд и минералов.

Изобретение Чарльзом Гудиером вулканизированной резины в 1843 году положило начало производству полимеров и пластмасс. Источник изображения: Anthony / Flickr.

Синтез первого искусственного красителя, пурпурного цвета, позже названного мовеином, произошел в 1856 году. Это было случайное открытие, сделанное 18-летним Уильямом Перкином, который на самом деле пытался создать искусственный хинин.Исторически сложилось так, что синие и пурпурные пигменты были невероятно редкими, и мовен пользовался большим спросом. Его разработка стимулировала дальнейшие исследования в области органической химии и производства соответствующих красок и пигментов. Некоторые из крупнейших мировых компаний в области органической химии сегодня были основаны примерно в это время из-за спроса на производство красителей.

Несмотря на растущее использование химических соединений, только в 1870 году Дмитрий Менделеев придумал систематический способ упорядочить все известные химические элементы в периодической таблице.Таблица основана на общих химических свойствах и тенденциях их поведения. Это краткий, насыщенный информацией каталог всех известных различных типов атомов, и он по-прежнему является важным инструментом для изучения химии сегодня.

Совсем недавно Гарольд Крото, Ричард Смолли, Джеймс Хит, Шон О’Брайен и Роберт Керл из Университета Райса сделали новое открытие, касающееся того, что, как мы думали, мы полностью поняли — они открыли новую форму углерода. Крото, Керл и Смолли позже были удостоены Нобелевской премии по химии 1996 года за открытие фуллеренов, совершенно нового расположения атомов углерода, образующих шарообразные структуры, похожие на клетки.Они были полезны при разработке материалов и могли иметь ряд биомедицинских приложений.

Эта область исследований также привела к разработке углеродных нанотрубок. Углеродные нанотрубки используются для создания сверхпрочных и легких материалов, например, для использования в самолетах.

Волокнистый материал из углеродных нанотрубок. Диаметр каждой нанотрубки более чем в тысячу раз меньше диаметра человеческого волоса. Источник изображения: Кристиан Хокер, инженер Кембриджа / Flickr.

Другой формой углерода, обладающей уникальными свойствами, является графен. Графен — это лист, состоящий из одного слоя атомов углерода, и хотя один слой атомов может казаться чрезвычайно хрупким, на самом деле он чрезвычайно прочен, в 200 раз прочнее стали, сверхлегкий, гибкий и отличный проводник. Хотя ученые довольно давно знали, что графит состоит из листов атомов углерода, только в 2004 году профессора Андре Гейм и Костя Новоселов смогли самостоятельно выделить один слой и сделать графен.Графен еще не так широко распространен в нашей повседневной жизни, как некоторые другие великие открытия в области химии — в данном случае это скорее вопрос: «Что графен сделает для вас в будущем?» Благодаря своим уникальным свойствам он имеет потенциал для имеют огромное влияние в нескольких областях, включая электронику, материалы, энергетические технологии и биомедицинские приложения.

Энергия

Один из ключевых вкладов, который область химии внесла в наше растущее общество, — это способность использовать и хранить электрическую энергию — электричество.Электричество долгое время было предметом интеллектуального любопытства, и этот феномен стал более понятным благодаря экспериментам химиков и физиков.

Традиционное производство энергии за счет сжигания и термодинамики ископаемого топлива привело к промышленной революции. Этот бум в промышленности с середины 1700-х до 1800-х годов был эпохой роста, когда инженеры-химики выходили на первый план, чтобы масштабировать и индустриализировать процессы производства. Именно в это время были разработаны многие практические применения химии, на которые мы полагаемся сегодня.

Батареи, от которых зависят многие наши устройства, поддерживаются химической реакцией, в результате которой образуется электричество. Первую электрическую батарею создал Алессандро Вольта, который доказал, что электричество течет по проводам, прикрепленным к разным металлам, а используемые типы металлов влияют на напряжение. Термин «вольт» как мера электрического потенциала назван в честь него. Хотя современные батареи намного сложнее, чем во времена Вольты, наблюдается возобновление интереса к дальнейшему продвижению этой жизненно важной химической технологии, чтобы можно было хранить устойчивую энергию, производимую солнечными элементами или энергией ветра.

Продовольствие и сельское хозяйство

Комплексные технологии используются в современном пищевом производстве. От почвоведения до анализа питания и от испытаний на безопасность до упаковки и консервирования пищевых продуктов — задействованные химические процессы обширны и часто не получают должного внимания. Например, если бы не охлаждение, наши системы распределения продуктов питания были бы ограничены, а хранение — недолговечным.Первые системы охлаждения были разработаны в 1874 году. В них использовался диметиловый эфир, но вскоре появились системы на основе аммиака, которые до сих пор используются в промышленных холодильниках.

Аммиак также является неотъемлемой химической инновацией для производства продуктов питания, в основном из-за его использования в производстве удобрений. Действительно, по оценкам, около 1 процента мировой энергии используется для производства аммиака. Повышение продуктивности наших систем выращивания продуктов питания стало необходимым из-за совокупного давления роста населения, изменения климата и нехватки воды.Если бы не процесс Габера-Боша, наше нынешнее сельскохозяйственное производство было бы неустойчивым. Он был впервые разработан в 1909 году и позволяет эффективно производить крупномасштабное производство аммиака (NH ₃ ) путем взаимодействия атмосферного азота (N ₂ ) с водородом (H ₂ ) при высокой температуре и давлении. Это привело к легкодоступному пути к производству удобрений и привело к четырехкратному увеличению продуктивности сельского хозяйства. Открытие пестицидов и гербицидов еще больше повысило урожайность сельскохозяйственных культур, ключевыми соединениями которых являются ДДТ и глифосат.Сегодня около 40–60% урожая в мире зависит от искусственных удобрений.

Химические процессы, особенно те, которые связаны с созданием удобрений, необходимы для современного производства продуктов питания. Источник изображения: Андреас Коллморген / Flickr.

Человеческое население во всем мире полагается на химию для обеспечения безопасных запасов чистой воды. Переработка будет иметь важное значение для сохранения этого ресурса в будущем. Здесь, в Австралии, засуха вынудила нас за последнее десятилетие сократить потребление воды и пересмотреть нашу зависимость от плотин и водохранилищ и подумать об альтернативных источниках воды.Уже есть три крупных завода по опреснению воды в Сиднее, Мельбурне и Перте. Без этого развития химического машиностроения страны, включая Саудовскую Аравию, Кувейт, Объединенные Арабские Эмираты, Бахрейн и Ливию, скорее всего, не имели бы достаточно пригодной для использования воды, чтобы поддерживать свое нынешнее население. Эффективное управление ресурсами становится все более важным, поскольку мы сталкиваемся с экологической неопределенностью, когда химия играет решающую роль в потенциальных решениях.

Здоровье

Современное здравоохранение основано на многих важных достижениях в области химии.К ним относятся разработка новых фармацевтических препаратов, диагностических инструментов и улучшенного диагностического оборудования, такого как рентгеновские аппараты, МРТ, тесты на рак и наборы для беременных. Аналитическая химия и судебная медицина имеют решающее значение для выявления ядов и токсинов в продуктах питания, растениях и животных, а также для отслеживания и идентификации неизвестных химических веществ и материалов.

Медицинская практика также резко изменилась по мере развития химических знаний. Открытие обезболивающих и анестетиков открыло совершенно новые возможности для практикующих врачей.Стало возможным продвинутое хирургическое вмешательство (а не простая ампутация). Такие соединения как
оксид азота

(N ₂ O), или веселящий газ, стали популярными, и незначительные хирургические вмешательства и стоматологическая работа стали немного менее рискованными, хотя инфекция по-прежнему оставалась серьезной проблемой. Здесь на помощь (снова!) Пришла химия с первыми антисептиками. В 1867 году Джозеф Листер представил карболовую кислоту в качестве антисептика для очистки хирургических ран. Смертность в его хирургии снизилась с 45,7% до 15%.

Прорыв в химических процессах привел к открытию анестетиков, открывающих передовые методы хирургии. Источник изображения: Медиаархив Королевского военно-морского флота / Flickr.

Еще на этом фронте, но несколько позже, Александр Флеминг в 1928 году открыл первый антибиотик, пенициллин. Это открытие открыло новую эру в борьбе с болезнями, передаваемыми бактериями. Однако только в 1940-х годах, когда Ховард Флори, ученый из Аделаиды, начал производить пенициллин в больших масштабах, он стал широко применяться.Его работа позволила легко вылечить инфекцию, а также спасла миллионы жизней. Но микробы начали сопротивляться, а это значит, что наши дни просто излеченных инфекций могут скоро позади. В связи с постоянно растущей распространенностью устойчивости к противомикробным препаратам дальнейшая работа в этой области химии важна как никогда.

Мария Кюри была первой женщиной, получившей Нобелевскую премию, и первым человеком, получившим две Нобелевские премии, и по сей день является одной из двух обладателей двух в двух разных научных областях (физика и химия).Она является важным символом науки и, в частности, химии, поскольку ее работа по открытию
радиоактивные элементы

обеспечил основу для инноваций в области рентгеновской визуализации, ядерной энергетики и лучевой терапии.

В 1953 году Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон опубликовали структуру и механизмы ДНК, которые во многом основывались на работах Розалинды Франклин и Мориса Уилкинса. Крик, Уотсон и Уилкинс были удостоены Нобелевской премии по медицине 1962 года за это открытие, когда Розалинда Франклин, к сожалению, умерла от рака.С тех пор эта работа помогла объяснить, как болезни передаются из поколения в поколение, и объясняет другие загадки, например, почему мы похожи на своих родителей, как клетки функционируют на микроуровне и как развивается жизнь. Это был поворотный момент для академических исследований, который сформировал направление исследований в области медицины и здоровья с толчком к персонализированной медицине.

Технологии

Одним из аспектов химических инноваций, который в значительной степени воспринимается как должное, но является неотъемлемой частью повседневной жизни многих людей, являются экраны дисплеев в смартфонах, телевизорах и компьютерах.Эти устройства используют молекулы, известные как жидкие кристаллы, для управления светом и изображениями, что дало им название — ЖК-экраны (жидкокристаллические дисплеи). Жидкие кристаллы возникают, когда вещество находится в промежуточном состоянии между твердым телом и жидкостью. Вместо одной точки плавления, описывающей переход от твердого тела к жидкости, жидкий кристалл имеет две — начальную температуру, при которой вещество плавится с образованием
мутный

жидкость, и четкая вторичная точка плавления, при которой эта мутная жидкость становится прозрачной.Между этими двумя точками находится жидкокристаллическое состояние.

ЖК-экраны используют молекулы, известные как жидкие кристаллы, для управления светом и изображениями. Источник изображения: e3Learning / Flickr.

Жидкие кристаллы обладают светомодулирующими свойствами и поэтому используются в экранах. Впервые они были обнаружены в 1888 году ботаником и химиком Фридрихом Рейнитцером, который наблюдал эффект холестерина, извлеченного из моркови. В ближайшее десятилетие ЖК-технологии, вероятно, будут вытеснены светодиодами.Светодиодные экраны более долговечны и потребляют меньше электроэнергии. Их влияние будет зависеть от дальнейших достижений в области материалов в области проводящих полимеров и наноматериалов, таких как квантовые точки, которые обеспечивают яркие живые цвета, необходимые для экранов дисплеев.

Вывод

Химия имеет далеко идущие последствия. Химия в значительной степени способствовала формированию общества в том виде, в каком мы его знаем; от разработки более прочных материалов для крупномасштабного строительства до того, какие косметические продукты вы используете каждый день.Общество извлекло огромную пользу из достижений в этой области, и несколько ключевых открытий, описанных здесь, представляют собой лишь небольшую часть химических инноваций, которые стимулировали развитие общества. Хотя открытия в химии оказали огромное влияние и по-прежнему обладают огромным потенциалом, нам также необходимо обеспечить их ответственное использование для обеспечения устойчивости в будущем.

Что такое химия? | Новый ученый

Автор: Мэтт Хэмбли

Химия, находящаяся между биологией и физикой, иногда называется центральной наукой.Эта отрасль науки имеет дело не с самыми основными элементами реальности, такими как элементарные частицы или сложный мир живых организмов, а с промежуточным миром атомов, молекул и химических процессов.

Химия — это изучение материи, анализ ее структуры, свойств и поведения, чтобы увидеть, что происходит, когда они изменяются в химических реакциях. Таким образом, он может считаться отраслью физических наук наряду с астрономией, физикой и науками о Земле, включая геологию.

Важной областью химии является понимание атомов и того, что определяет их реакцию.Оказывается, реакционная способность часто в значительной степени определяется электронами, вращающимися вокруг атомов, и тем, как они обмениваются и используются для создания химических связей.

Химия теперь разделена на множество отраслей. Например, химики-аналитики могут измерить следы соединений в древней керамике, чтобы определить, что люди ели тысячи лет назад.

Биохимия — это изучение химических процессов, происходящих в живых организмах, например, в сельском хозяйстве, а также влияние получаемых продуктов на метаболизм нашего организма.

Органическая химия, изучение соединений, содержащих углерод, соединяет молекулы новыми способами для создания и анализа множества материалов, от лекарств до пластмасс и гибкой электроники. Неорганическая химия — это изучение материалов, в основе которых лежат не углеродные элементы, а другие элементы. Неорганические соединения могут быть пигментами, удобрениями, катализаторами и т. Д.

Физическая химия предполагает рассмотрение химии через призму физики для изучения изменений давления, температуры и скорости превращения, например, при реакции веществ.

Химики помогают нам понять природу и свойства окружающего нас мира, и история химии изобилует открытиями, которые способствовали этому. Антуан Лавуазье проложил путь современной химии. Он помог создать структуру поля, разработав упорядоченный язык и символику. А его понимание составных частей воздуха, а также процесса горения опровергло многовековое неверное мышление. Но, возможно, нет более важного химика, чем Дмитрий Менделеев, русский, который в 1869 году записал символы для всех известных химических элементов, расположив их в соответствии с их атомным весом.Он создал периодическую таблицу, позволяющую предсказать, как один элемент будет реагировать с другим, какие соединения он будет образовывать и какие физические свойства он будет иметь.

Химики впоследствии дали нам лекарства от рака, расширили наше понимание радиоактивных элементов и разработали мобильные рентгеновские лучи для использования в полевых госпиталях — и это всего лишь Мария Кюри. Розалинда Франклин помогла нам понять, что ДНК имеет структуру двойной спирали, проложив путь современной революции в генетической науке.

Совсем недавно достижения в области химии и биологии способствовали разработке вакцин против коронавируса, используя наши знания о ДНК и РНК для создания первых одобренных вакцин с информационной РНК (мРНК). От разработки пластмасс, а с ним и нейлона, водонепроницаемой одежды и даже пуленепробиваемых жилетов до жидкокристаллических дисплеев, на которых вы, скорее всего, читаете эту информацию, вплоть до полного синтеза лекарств — вклад химии в современную жизнь огромен.

Зачем изучать химию — химию и биохимию

Химия — невероятно увлекательная область обучения. Поскольку химия играет фундаментальную роль в нашем мире, она играет важную роль в жизни каждого человека и тем или иным образом затрагивает почти все аспекты нашего существования. Химия необходима для удовлетворения наших основных потребностей в пище, одежде, жилье, здоровье, энергии и чистом воздухе, воде и почве. Химические технологии улучшают качество нашей жизни во многих отношениях, предлагая новые решения проблем со здоровьем, материалами и энергопотреблением.Таким образом, изучение химии полезно для подготовки к жизни в реальном мире.

Химию часто называют центральной наукой, потому что она объединяет физику и математику, биологию и медицину, а также науки о Земле и окружающей среде. Таким образом, знание природы химических веществ и химических процессов дает представление о различных физических и биологических явлениях. Знать что-то о химии полезно, потому что это дает отличную основу для понимания физической вселенной, в которой мы живем.Хорошо это или плохо, но все химическое!

хим-графический

Химия:
Центральная Наука

Изучение химии также дает человеку прекрасную возможность выбирать из множества полезных, интересных и вознаграждающих профессий. Человек с химическим образованием на уровне бакалавра хорошо подготовлен к занятию профессиональных должностей в промышленности, сфере образования или государственной службы. Диплом по химии также служит отличной основой для углубленного изучения ряда смежных областей.Список возможностей карьерного роста для людей с химическим образованием обширен и разнообразен. Даже во времена высокого уровня безработицы химик остается одним из самых востребованных и нанятых ученых.

Поведение атомов, молекул и ионов определяет мир, в котором мы живем, наши формы и размеры и даже то, как мы себя чувствуем в данный день. Химики, разбирающиеся в этих явлениях, очень хорошо подготовлены к решению проблем, с которыми сталкивается наше современное общество. В любой день химик может изучать механизм рекомбинации молекул ДНК, измерять количество инсектицида в питьевой воде, сравнивать содержание белка в мясе, разрабатывать новый антибиотик или анализировать лунный камень.Чтобы создать синтетическое волокно, лекарство для спасения жизни или космическую капсулу, необходимы знания химии. Чтобы понять, почему осенний лист становится красным, или почему алмаз твердый, или почему мыло очищает нас, необходимо, во-первых, базовое понимание химии.

Для вас может быть очевидно, что образование в области химии важно, если вы планируете преподавать химию или работать в химической промышленности, разрабатывая химические товары, такие как полимерные материалы, фармацевтические препараты, ароматизаторы, консерванты, красители или ароматизаторы.Вы также можете знать, что химики часто работают в качестве ученых-экологов, химиков-океанографов, специалистов по химической информации, инженеров-химиков и продавцов химических веществ. Однако для вас может быть менее очевидно, что значительные знания химии часто требуются в ряде смежных профессий, включая медицину, фармацию, медицинские технологии, ядерную медицину, молекулярную биологию, биотехнологию, фармакологию, токсикологию, науку о бумаге, фармацевтику, обращение с опасными отходами, консервация произведений искусства, судебная медицина и патентное право.Таким образом, степень по химии может эффективно сочетаться с продвинутой работой в других областях, что может привести, например, к работе в высшем руководстве (иногда со степенью MBA), в области медицины (со степенью врача) или в области патентов ( возможно со степенью юриста).

Часто наблюдается, что сегодняшние выпускники, в отличие от выпускников поколения назад, должны рассчитывать не на одну должность у одного работодателя или в одной отрасли, а скорее на множество карьер. Вы будете хорошо подготовлены к этому будущему, если в годы учебы в колледже воспользуетесь возможностью получить широкое образование, научиться гибкости и творчески решать проблемы.Знания и навыки, полученные на курсах вашего колледжа, могут быть напрямую применены на вашей первой работе, но наука и технологии меняются быстрыми темпами. Вы будете идти в ногу со временем и оставаться впереди, если вы закончите учебу, обладая навыками и самодисциплиной, чтобы учиться всю жизнь. Поскольку химия дает многие из этих навыков и является фундаментальным фактором развития бизнеса и коммерции нашего общества, химики и биохимики, вероятно, будут пользоваться постоянным спросом.

Степень бакалавра химии также является идеальной подготовительной степенью.Медицинским школам не требуется специальность в колледже, но знание химии поможет в углубленном изучении биохимии, эндокринологии, физиологии, микробиологии и фармакологии. Химия также является отличным направлением для студентов, планирующих карьеру в других медицинских профессиях, таких как фармацевтика, стоматология, оптометрия и ветеринария. Для поступления на все эти профессиональные программы требуется химия. Для большинства требуется как минимум один год общей химии и один год органической химии, и то и другое с лабораториями.Многие студенты обнаружили, что химическое образование дает им явное преимущество в этих профессиональных программах.

Независимо от того, хотите ли вы стать хирургом или ученым-исследователем, учителем или специалистом в области информации, вы должны изучать химию в колледже. Это не для всех; но те студенты, которые выбирают химию, обычно находят ее столь же интересной, сколь и сложной, и они всегда очень гордятся степенью, которую они получают на бакалавриате.

наука и искусство материи

Химическая наука — это не только открытия.Это также, и особенно, о творении. Это искусство усложнения материи. Чтобы понять логику последних открытий в области нанохимии, нам нужно совершить прыжок на 4 миллиарда лет назад во времени.

Жан-Мари Лен

Химия играет ключевую роль как в силу своего места в естественных науках и знаниях в целом, так и в силу своего экономического значения и вездесущности в нашей повседневной жизни. Но, поскольку это повсюду, мы часто об этом забываем и даже не могли упомянуть об этом.Химия не выставляет напоказ себя, но без нее никогда бы не было достигнуто некоторых поистине впечатляющих достижений, таких как прорывы в лечении болезней, освоение космоса и чудеса техники. Он вносит существенный вклад в развитие человечества в виде продуктов питания и лекарств, одежды и жилья, энергии и сырья, транспорта и связи. Он поставляет материалы для физики и промышленности, модели и субстраты для биологии и фармакологии, а также свойства и процедуры для науки и техники.

Мир без химии был бы миром без синтетических материалов, а это означает отсутствие телефонов, компьютеров и кино. Это также был бы мир без аспирина или мыла, шампуня или зубной пасты, без косметики, противозачаточных таблеток или бумаги — и, следовательно, без газет или книг, клея или красок.

И мы должны помнить, что химия помогает историкам искусства вникать в секреты картин и скульптур в музеях, а также помогает судебным экспертам анализировать образцы, взятые с места преступления, и быстро выслеживать преступников, а также раскрывать молекулярную основу блюд, которые радуют наши вкусовые рецепторы.

В то время как физика расшифровывает законы Вселенной, а биология расшифровывает законы живого мира, химия — это наука о материи и ее преобразованиях. Жизнь — это высшая форма выражения. Химия играет первостепенную роль в нашем понимании материальных явлений, в нашей способности воздействовать на них, изменять их и управлять ими.

За почти два столетия молекулярная химия собрала огромное количество все более сложных молекул и материалов.Эта дисциплина не перестает утверждать свою власть над структурой и преобразованием материала, начиная с синтеза мочевины в 1828 году, который начал настоящую революцию, предоставив доказательство того, что можно получить « органическую » молекулу из минерального компонента. — к синтезу витамина B12 в 2006 году после квеста, начатого в 1948 году.

Молекула как Тройская лошадь

Помимо молекулярной химии, существует обширная область так называемой супрамолекулярной химии, которая не столько интересуется тем, что происходит внутри молекул, сколько тем, что происходит между ними.Его цель — понять и контролировать то, как молекулы взаимодействуют друг с другом, трансформируются, связываются друг с другом, игнорируя при этом других партнеров. Эмиль Фишер (немецкий лауреат Нобелевской премии по химии 1902 года) использовал изображение замка и ключа. Сегодня мы говорим о «молекулярном распознавании».

Именно в области биологии роль этих молекулярных взаимодействий наиболее разительна: белковые единицы группируются вместе, образуя гемоглобин; лейкоциты распознают и уничтожают инородные тела; вирус СПИДа находит свою цель и захватывает ее; генетический код передается путем чтения и записи алфавита белковых основ.Яркий пример «самоорганизации» вируса табачной мозаики: не менее 2130 простых белков соединяются вместе, образуя спиральную башню.

Химик находит эффективность и элегантность этих природных явлений настолько захватывающими, что у него возникает соблазн воспроизвести или изобрести новые процессы для создания новых молекулярных архитектур с множеством приложений. Почему бы, например, не представить себе молекулы, которые могут транспортировать фрагмент ДНК к самому центру мишени в генной терапии? Эти молекулы будут «троянскими конями», которые, в свою очередь, будут преодолевать якобы непреодолимые барьеры, такие как клеточные мембраны.

Множество исследователей по всему миру терпеливо создают «дизайнерские» супрамолекулярные структуры. Они наблюдают, как молекулы, перемешанные без видимого порядка, могут находить и узнавать друг друга, а затем постепенно спонтанно собираться, но совершенно контролируемым образом, чтобы достичь окончательного супрамолекулярного сооружения.

Итак, вдохновленная явлениями, которые нам подарила природа, родилась идея выявления и управления появлением супрамолекулярных ансамблей — другими словами, «молекулярного программирования».Химик придумывает основные строительные блоки (молекулы с определенными структурными и взаимодействующими свойствами), а затем применяет «цемент» (код сборки), чтобы связать их вместе.

Это дает надстройку через самоорганизацию. Синтез молекулярных блоков, способных к самоорганизации, намного проще, чем синтез окончательного сооружения. Это направление исследований открывает широкие горизонты, особенно в области нанотехнологий — вместо того, чтобы создавать наноструктуры, мы позволяем наноструктурам изготавливаться путем самоорганизации, таким образом переходя от изготовления к самопроизводству.

Еще совсем недавно появилась «адаптивная» химия, когда система, чтобы сконструировать себя, делает свой собственный выбор среди доступных строительных блоков и становится способной адаптировать свои объекты к требованиям окружающей среды. В этой форме химии, которую я называю «динамической конституционной химией», есть что-то от дарвиновского привкуса!

От материи к жизни

Вначале был оригинальный взрыв, Большой взрыв, и воцарилась физика. Затем пришла химия с более умеренными температурами.Частицы образовали атомы, которые объединились, чтобы сформировать все более сложные молекулы, которые, в свою очередь, сгруппировались в агрегаты и мембраны, дав начало первым клеткам, когда жизнь появилась на нашей планете 3,8 миллиарда лет назад.

От разделенной материи до конденсированной материи, затем организованной, живой и мыслящей материи, развернувшаяся Вселенная подталкивает эволюцию материи к увеличению сложности за счет самоорганизации под давлением информации. Задача химии — раскрыть пути самоорганизации и проследить пути, ведущие от инертной материи через чисто химическую, пребиотическую эволюцию к созданию жизни и далее к живой, а затем мыслящей материи.Таким образом, он предлагает способы исследовать прошлое, исследовать настоящее и наводить мосты в будущее.

Через свой предмет (молекула и материал) химия выражает свою творческую силу, свою способность производить новые молекулы и материалы, которых никогда не существовало до того, как они были созданы перегруппировкой атомов в оригинальные и бесконечно разнообразные комбинации и структуры. Химия в некотором роде аналогична искусству благодаря пластичности форм и функций химического объекта.Как художник, химик запечатлевает материю продуктами своего воображения. Так же, как камень, звуки и слова не содержат работы, которую скульптор, композитор или автор формирует с их помощью, так и химик создает оригинальные молекулы, новые материалы и неизвестные свойства из элементов, из которых состоит материя.

Особенность химии не только в том, чтобы открывать, но и в том, чтобы изобретать и, прежде всего, создавать. Книгу химии нужно не только читать, но и писать. Партитуру по химии нужно не только играть, но и сочинять.

Химия как наука

1.2 Химия как наука

Цель обучения

1. Узнайте, что такое наука и как она работает.

Химия — это отрасль науки. Хотя саму науку трудно дать точное определение, следующее определение может служить отправной точкой. Наука: процесс познания естественной вселенной посредством наблюдений и экспериментов. это процесс познания естественной вселенной посредством наблюдений и экспериментов.Наука — не единственный процесс познания (например, древние греки просто сидели, а думали ), но за более чем 350 лет она превратилась в лучший процесс, который человечество разработало на сегодняшний день, чтобы узнать о Вселенной вокруг нас.

Научный процесс обычно описывается как научный метод , который довольно наивно описывается следующим образом: (1) сформулируйте гипотезу, (2) проверьте гипотезу и (3) уточните гипотезу. На самом деле, однако, это не так просто.(Например, я не захожу в свою лабораторию каждый день и не восклицаю: «Я собираюсь сформулировать гипотезу сегодня и потратить день на ее проверку!») Процесс не так прост, потому что наука и ученые обладают совокупностью знаний. это уже было определено как исходящее от высочайшего уровня понимания, и большинство ученых строят его на основе этой совокупности знаний.

Обоснованное предположение о том, как устроена естественная вселенная, называется гипотезой — обоснованное предположение о том, как устроена естественная вселенная.. Ученый, знакомый с тем, как устроена часть естественной вселенной, скажем, химик, заинтересован в расширении этих знаний. Этот человек делает разумное предположение — гипотезу, — которая предназначена для того, чтобы увидеть, работает ли Вселенная по-новому. Вот пример гипотезы: «Если я смешаю одну часть водорода с одной частью кислорода, я могу получить вещество, содержащее оба элемента».

Большинство хороших гипотез основаны на ранее понятых знаниях и представляют собой проверяемое расширение этих знаний.Затем ученый придумывает способы проверить, верна эта догадка или нет. То есть учёный планирует эксперименты. Эксперименты — проверка естественной вселенной, чтобы увидеть, верна ли догадка (гипотеза). являются тестами естественной вселенной, чтобы увидеть, верна ли догадка (гипотеза). Эксперимент по проверке нашей предыдущей гипотезы состоял бы в том, чтобы на самом деле смешать водород и кислород и посмотреть, что произойдет. Большинство экспериментов включают наблюдения небольших четко определенных частей естественной вселенной, предназначенные для того, чтобы увидеть результаты экспериментов.

Почему мы должны проводить эксперименты? Зачем нам тестировать? Поскольку естественная вселенная не всегда так очевидна, необходимы эксперименты. Например, совершенно очевидно, что если вы уроните объект с высоты, он упадет. Несколько сотен лет назад (по совпадению, незадолго до зарождения современной науки) концепция гравитации объяснила этот тест. Однако очевидно ли, что вся естественная вселенная состоит всего из 115 фундаментальных химических строительных блоков, называемых элементами? Это могло бы показаться неправдой, если бы вы посмотрели на мир вокруг себя и увидели все различные формы, которые может принимать материя.Фактически, концепции элементу всего около 200 лет, а последний природный элемент был идентифицирован около 80 лет назад. Потребовались десятилетия испытаний и миллионы экспериментов, чтобы установить, что это за элементы на самом деле. Это всего лишь два примера; бесчисленное множество таких примеров существует в химии и науке в целом.

Когда собрано достаточно свидетельств, чтобы установить общий принцип работы естественной вселенной, свидетельства обобщаются в виде теории.Теория — общее утверждение, объясняющее большое количество наблюдений. это общее утверждение, объясняющее большое количество наблюдений. «Всякая материя состоит из атомов» — это общее утверждение, теория, объясняющая многие наблюдения в химии. Теория — очень сильное утверждение в науке. Есть много утверждений, называемых в науке «теорией _______» или «______ теорией» (где пробелы представляют слово или понятие). Написанные таким образом теории указывают на то, что наука имеет огромное количество доказательств своей правильности.В этом тексте мы увидим несколько теорий.

Конкретное утверждение, которое, как считается, никогда не нарушается всей естественной вселенной, называется законом Конкретное утверждение, которое, как считается, никогда не нарушается всей естественной вселенной. и считается неприкосновенным. Например, тот факт, что вся материя притягивает все остальные вещества — закон тяготения — является одним из таких законов. Обратите внимание, что термины теория и закон , используемые в науке, имеют несколько иное значение, чем обычно; Теория часто используется для обозначения гипотезы («У меня есть теория…»), тогда как закон — это произвольное ограничение, которое может быть нарушено, но с потенциальными последствиями (такими как ограничение скорости).Здесь снова наука использует эти термины по-разному, и важно применять их правильные определения, когда вы используете эти слова в науке. (См. Рисунок 1.8 «Определение закона».)

В нашем определении науки есть дополнительная фраза: «естественная вселенная». Наука только занимается естественной вселенной. Что такое естественная вселенная? Это все, что происходит вокруг нас, ну, естественно. Звезды; планеты; появление жизни на земле; и как животные, растения и другая материя функционируют как части естественной вселенной.Наука занимается этим — а только этим.

Конечно, нас беспокоят и другие вещи. Например, является ли английский язык частью науки? Большинство из нас может легко ответить «нет»; Английский — это не наука. Английский, безусловно, стоит знать (по крайней мере, для людей из преимущественно англоязычных стран), но почему это не наука? Английский или любой другой человеческий язык — это не наука, потому что в конечном итоге это надуманное ; это сделано. Подумайте об этом: слово b-l-u-e представляет определенный цвет, и мы все согласны, что это за цвет.Но что, если бы мы использовали слово h-a-r-d-n-r-f для описания этого цвета? (См. Рис. 1.9 «Английский — это не наука».) Это было бы хорошо, если бы все согласились. Любой, кто выучил второй язык, должен сначала задаться вопросом, почему определенное слово используется для описания определенного понятия; в конечном итоге носители этого языка согласились с тем, что конкретное слово будет представлять конкретное понятие. Это было надумано.

Рисунок 1.9 Английский — это не наука

Как бы вы описали этот цвет? Синий или харднрф? В любом случае, вы не занимаетесь наукой.

Это не значит, что язык не стоит знать. Это очень важно в обществе. Но это не наука . Наука занимается только тем, что происходит в природе.

Пример 4

Какая из следующих областей считается наукой?

1. геология, изучение земли
2. этика, изучение нравственности
3. политология, исследование управления
4. биология, изучение живых организмов

Решение

1. Поскольку Земля является естественным объектом, ее изучение действительно считается частью науки.
2. Этика — это раздел философии, имеющий дело с добром и злом. Хотя это полезные концепции, это не наука.
3. Есть много форм правления, но все они созданы людьми. Несмотря на то, что в его названии встречается слово наука , политология не является истинной наукой.
4. Живые организмы являются частью естественной вселенной, поэтому их изучение является частью науки.

Проверьте себя

Что является частью науки, а что нет?

1. динамика, исследование систем, которые изменяются во времени
2. эстетика, концепция красоты

Ответы

1. наука
2. не наука

Область науки стала настолько большой, что ее принято разделять на более конкретные области.Во-первых, математика, язык науки. Все области науки используют математику для самовыражения — в одних больше, чем в других. Физика и астрономия — это научные области, связанные с фундаментальными взаимодействиями между материей и энергией. Химия, как было определено ранее, — это изучение взаимодействия материи с другой материей и с энергией. Биология изучает живые организмы, а геология изучает землю. Можно назвать и другие науки. Поймите, что эти поля не всегда полностью разделены; границы между научными областями не всегда очевидны.Следовательно, ученого можно назвать биохимиком, если он или она изучает химию биологических организмов.

Наконец, поймите, что наука может быть как качественной, так и количественной. Качественный — описание качества объекта. подразумевает описание качества объекта. Например, физические свойства, как правило, представляют собой качественные описания: сера желтого цвета, ваша тетрадь по математике тяжелая или статуя красивая. Количественное описание определенного количества чего-либо.описание представляет собой конкретное количество чего-либо; это означает знание того, сколько чего-то присутствует, обычно путем подсчета или измерения. Таким образом, некоторые количественные описания будут включать 25 студентов в классе, 650 страниц в книге или скорость 66 миль в час. Количественные выражения очень важны в науке; они также очень важны в химии.

Пример 5

Идентифицируйте каждое утверждение как качественное или количественное описание.

1. Золото металлическое желтое.
2. В пачке бумаги 500 листов.
3. На улице снежная погода.
4. На улице 24 градуса по Фаренгейту.

Решение

1. Поскольку мы описываем физическое свойство золота, это утверждение носит качественный характер.
2. В этом заявлении упоминается конкретная сумма, поэтому она носит количественный характер.
3. Слово снежный — это описание того, какой сегодня день; следовательно, это качественное заявление.
4. В этом случае погода описывается определенной величиной — температурой. Следовательно, он количественный.

Проверьте себя

Это качественные или количественные заявления?

1. Розы красные, а фиалки синие.
2. Четыре очка и семь лет назад….

Ответы

1. качественное
2. количественный

Приложение «Еда и напитки: газированные напитки»

Некоторые из простых химических принципов, обсуждаемых в этой главе, можно проиллюстрировать на примере газированных напитков: газированных напитков, пива и игристых вин.Каждый продукт производится по-своему, но все они имеют одну общую черту. Это растворы углекислого газа, растворенного в воде.

Двуокись углерода — это соединение, состоящее из углерода и кислорода. В нормальных условиях это газ. Если вы его достаточно охладите, он станет твердым, известным как сухой лед. Углекислый газ — важное соединение в жизненном цикле Земли.

Несмотря на то, что это газ, углекислый газ может растворяться в воде так же, как сахар или соль растворяются в воде.Когда это происходит, мы имеем гомогенную смесь или раствор углекислого газа в воде. Однако очень мало углекислого газа может раствориться в воде. Если бы атмосфера была чистой углекислым газом, раствор был бы всего около 0,07% двуокиси углерода. На самом деле воздух содержит всего около 0,03% углекислого газа, поэтому количество углекислого газа в воде пропорционально уменьшается.

Однако, когда производятся газированные напитки и пиво, производители делают две важные вещи: они используют чистый углекислый газ и используют его при очень высоких давлениях.При более высоком давлении в воде может раствориться больше углекислого газа. Когда емкость с газировкой или пивом запечатана, внутри упаковки остается углекислый газ под высоким давлением. (Конечно, в содовой и пиве есть больше ингредиентов, кроме углекислого газа и воды.)

Когда вы открываете емкость с газировкой или пивом, вы слышите характерное шипение , когда выходит излишек углекислого газа. Но случается и другое. Углекислый газ в растворе выходит из раствора в виде крошечных пузырьков.Эти пузыри вызывают приятное ощущение во рту, настолько, что в 2009 году только в Соединенных Штатах промышленность по производству газированных напитков продала более 225 миллиардов порций соды.

Некоторые игристые вина производятся таким же образом — путем добавления углекислого газа в обычное вино. Некоторые игристые вина (в том числе шампанское) получают путем запечатывания бутылки вина с небольшим количеством дрожжей. Дрожжи сбраживают — процесс, с помощью которого дрожжи превращают сахар в энергию и избыток углекислого газа.Углекислый газ, производимый дрожжами, растворяется в вине. Затем, когда бутылка шампанского открыта, повышенное давление углекислого газа сбрасывается, и напиток пузырится, как в стакане дорогой газировки.

Основные выводы

• Наука — это процесс познания естественной вселенной посредством наблюдений и экспериментов.
• Ученые проходят строгий процесс, чтобы получить новые знания о Вселенной; этот процесс обычно называют научным методом.
• Наука делится на различные области, одной из которых является химия.
• Наука, включая химию, бывает качественной и количественной.

Упражнения

1. Опишите научный метод.

2. Каково научное определение гипотезы? Почему фраза гипотеза — это всего лишь предположение — неадекватное определение?

3. Зачем ученым проводить эксперименты?

4. Каково научное определение теории? Как это слово неправильно используется в общем разговоре?

5. Каково научное определение закона? Чем оно отличается от обыденного определения закона?

6. Назовите пример области, которая не считается наукой.

7. Какие из следующих областей являются исследованиями естественной вселенной?

   1. биофизика (сочетание биологии и физики)
   2. арт
   3. бизнес

8. Какие из следующих областей являются исследованиями естественной вселенной?

   1. бухгалтерия
   2. геохимия (смесь геологии и химии)
   3. астрономия (изучение звезд и планет [но не Земли])

9. Какие из этих утверждений являются качественными описаниями?

   1. Титаник был самым большим пассажирским судном, построенным в то время.
   2. Население США составляет около 306 миллионов человек.
   3. Пик Эвереста находится на высоте 29 035 футов над уровнем моря.

10. Какие из этих утверждений являются качественными описаниями?

    1. Обычный билет в кино в Кливленде стоит 6 долларов.
    2. Погода в Демократической Республике Конго самая влажная во всей Африке.
    3. Самая глубокая часть Тихого океана — Марианская впадина.

11. Какие из утверждений упражнения 9 являются количественными?

12. Какие из утверждений в упражнении 10 являются количественными?

ответов

1. Проще говоря, научный метод включает три этапа: (1) формулирование гипотезы, (2) проверка гипотезы и (3) уточнение гипотезы.

3. Ученые проводят эксперименты, чтобы проверить свои гипотезы, потому что иногда природа естественной вселенной неочевидна.

5. Научный закон — это особое утверждение, которое, как считается, никогда не нарушает вся естественная вселенная.Повседневные законы — это произвольные ограничения, которые общество накладывает на своих членов.

9. 1. качественное
   2. не качественный
   3. не качественный

11. Заявления b и c являются количественными.