Химия для чайников. Урок 1. Что такое химия и "с чем ее едят"?

В этом цикле статей я постараюсь рассказать в простой и доступной форме о такой науке, как химия. Эти уроки будут полезны как студентам, так и школьникам, а так же любым другим людям, которые внезапно захотели освежить свои знания.

Надо сказать, что зачатки химии возникли еще в первобытные времена. Конечно, тогда химия еще не была наукой. Да и науки в древние времена еще никакой не было. Но люди, тем не менее, наблюдали за явлениями окружающего мира и как то систематизировали уведенные факты, что бы потом использовать в повседневной жизни. В частности, люди заметили, что при горении огня из дерева образуется уголь и зола, что вода при охлаждении замерзает а при обратном нагревании лед тает, что из руды можно получать металлы и плавить их. Гончарное дело, изготовление стекла, парфюмерия, были известны еще до нашей эры.

Гораздо позднее появилась алхимия. Люди видели, что одни вещества превращаются в другие. "Значит",  - думали они, - "Можно каким то образом из железа получить золото". Ядерной физики тогда еще не было, и такая мысль казалась людям логичной. Вот они и проводили разные эксперименты, иногда попутно делая открытия. Постепенно накопилось много практического и теоретического материала, и химия стала самостоятельной наукой. Еще позже стало известно молекулярное строение вещества, а так же состав самих молекул.

Химия делиться на органическую и неорганическую.  Многие ошибочно думают, что отличие органической и неорганической химии в том, что неорганическая химия занимается веществами неживой природы, а органическая - живой. На самом же деле граница между живым и неживым очень зыбка и расплывчатая. В частности, в организме человека содержаться такие вещества, которые практически любой человек смело отнес бы к неживой природе - железо, фосфор, сера, и даже олово! И эти вещества не просто содержаться в организме, а выполняют в нем очень много разных жизненно важных функций. С другие стороны, многие вещества, которые, казалось бы, относятся к неживой природы, являются органическими. Например, пластмасса, нефть и нефтепродукты и прочее. Так в чем же разница между органикой и неорганикой?

Неорганическая химия - это наука о химических элементах и их неорганических соединениях. Соединения считаются органическими, если в них присутствует углерод, за исключением некоторых простейших соединений, которые традиционно считаются неорганическими.

Органическая химия. Этот раздел изучает так называемые органические соединения, соединения на основе углерода. Дело в том, что в отличии от других элементов углерод способен образовывать множество очень сложных соединений с другими элементами, многие из которых так или иначе связаны с живой природой.

Что же входит в круг вопросов, которые изучает химия?

Во первых, это изучение многообразия различных веществ, закономерности их взаимодействия и свойства. Во вторых, это строение веществ, внутренние устройства их молекул.  Каким образом все это изучается? Есть ряд методов:

1. Самый древний способ - смешить различные вещества и смотреть, что будет.

2. Сложные вещества можно разложить на более простые, вплоть до отдельных химических элементов и на основе этого определить их состав. правда, такой способ не дает информации о пространственной структуре молекул.

3. Спектральный анализ. Суть этого метода заключается в том, что вещество взаимодействует с электромагнитным излучением, чаще всего ИК-диапазона (инфракрасное излучение). Это изучение при поглощении возбуждает колебательные и вращательные уровни молекул.  Опорными данными являются число, частота и интенсивность колебаний молекулы, связанных с изменением дипольного момента (ИК-спектроскопия) или поляризуемости (КР-спектроскопия). Методы позволяют установить наличие определённых функциональных групп в молекуле. Часто используются и для того чтобы подтвердить идентичность исследуемого вещества с некоторым уже известным веществом путём сравнения спектров.

4. Метод ядерно магнитного резонаса. Основан на взаимодействии ядер, обладающих собственным магнитным моментом (спином) и помещённых во внешнее постоянное магнитное поле, с электромагнитным излучением радиочастотного диапазона. Один из главных методов, который может быть использован для определения химической структуры. Метод используют также для изучения пространственного строения молекул, динамики молекул.

5. Другие различные методы.