Химия жаратылыстанудың маңызды және кең салаларының бірі заттарды зерттейтін ғылым сонымен қатар олардың құрамы мен құры

Химия – жаратылыстанудың маңызды және кең салаларының бірі, заттарды зерттейтін ғылым, сонымен қатар олардың құрамы мен құрылымының өзгеруіне әкелетін түрленуіне байланысты қасиеттері – химиялық реакциялар, сондай-ақ, осы түрленулер бағынатын заңдар мен заңдылықтар. Барлық заттар химиялық байланыстар арқылы молекулалар құра алатын атомдардан тұратындықтан, химия, ең алдымен, жоғарыда аталған мәселелерді атом-молекулалық деңгейде, яғни химиялық элементтер мен олардың қосылыстарының деңгейінде қарастырумен айналысады.

Химия – заттарды және олардың зерттейтін жаратылыстану ғылымдарының бірі.

Бізді қоршаған денелердің барлығы заттардан тұрады. Массасы мен көлемі болатындардың бәрін дене деп атайды. Жаңбыр тамшысы, бұтақтағы қырау – денелер, олар бір заттан – судан тұрады. Зат пен өріс – материяның бар болу түрі, яғни бізді қоршаған әлемнің нақтылы болуы.

Зат – ол массасы тыныштықта болатын, элементарлы бөлшектерден тұратын, материалдық түзілу. Әрбір заттың белгілі физикалық және химиялық қасиеті болады. Физикалық қасиетке заттың сыртқы көрінісі, оның балқу және қайнау температуралары, жылу мен электр тогын өткізу қабілеттілігі, агрегаттық (қатты, сұйық, газ) күйі жатады. Заттың химиялық қасиеті оның басқа затқа айналу (түрлену) қабілеттілігін сипаттайды.

Өріс – ол энергиямен сипатталатын, материяның нақтылы бар болу түрі. Өрістің қатысуымен заттардың бөлшектерінің арасында өзара әрекеттесу жүреді. Материаның маңызды қасиеттерінің бірі – қозғалу. Оның көптеген түрі болады және ол жаратылыстану ғылымдарының әртүрлі салаларында зерттеледі.

Химия бір заттың басқа затқа түрленуі ретіндегі материяның химиялық қозғалу түрін зерттеумен айналысады.

Жалпы мәліметтер

Химия элементтерді (атомдарды), жай және күрделі заттарды, олардың құрамын, құрылысын, қасиеттерін, химиялық өзгерістер мен оған әсер ететін жағдайлар мен өзгерістер кезінде байқалатын құбылыстарды зерттейді. Химиялық жеке заттар бір-бірінен химиялық құрамы мен қасиеттері бойынша ажыратылады. Әр зат белгілі жағдайдағы физикалық қасиеттері (түсі, тығыздығы, балқу, қайнау температуралары, жылу мен электр өткізгіштігі, тағы басқа) және химиялық қасиеттері (басқа заттармен әрекеттесу, белгілі бір өнімге айналу қабілеті) жағынан ерекшеленеді.

Заттар құрамына қарай жай және күрделі болып бөлінеді. Олардың формуласын химиялық таңбалар көмегімен өрнектеп, химиялық қосылыстар деп атайды. Химиялық элементтер жерде шашыранды түрде таралған, әрбір химиялық элемент – атомдардың, ал химиялық қосылыс – молекулалардың белгілі бір түрі. Материя қозғалысының химиялық өзгеру процесі химиялық реакция деп аталады. Химиялық реакцияға атомдар, молекулалар, қосылыстар қатысып, оның нәтижесінде жаңа заттар түзіледі. Реакцияға қатысқан атомдардың тек сыртқы қабаттарындағы электрондардың тығыздығы өзгеріп, ішкі қабат пен ядро өзгеріссіз қалады.

Зерттелетін нысанына қарай химия негізгі екі топқа бөлінеді:

Органикалық химия негізінен көміртек атомдарынан тұратын заттардың құрылысын, химиялық қасиеттерін, құрамын, қолданылуын, табиғатта таралуын, тағы басқаларды зерттейді.

Бейорганикалық химия немесе анорганикалық химия барлық қалған химиялық элементтер түзетін қосылыстардың құрылысы мен қасиеттерін және олардың бір-бірімен әрекеттесу заңдылықтарын зерттейді.

Химия ғылымының негізгі даму кезеңдері

Химияның даму тарихының барлығы оның негізгі алға қойған мәселелерін шешу жолындағы әдіс-тәсілдердің ауысып отыруымен сипатталады. Химия ғылымының даму деңгейіне байланысты материя құрылымы, табиғаттағы заттардың құрамы, олардың бөлшектері – молекулалардың құрылысы туралы ұғымдар да өзгеріп отырды.

XVIII ғасырға дейінгі химияның даму кезеңінде қажетті қасиеттері бар заттарды алу мәселелері көп жағдайда оңды нәтиже бере қойған жоқ. Табиғаттағы денелердің қасиеттерінің пайда болуы туралы екіұдай пікір айтылған болатын. Антикалық уақыттың ұлы ғұламалары Демокрит (б.з.д. 470-380 жж.), Эпикур (б.з.д. 341-270 жж.) атомистік теорияны ұсынды. Олардың көзқарасы бойынша, барлық денелер көлемдері мен формалары әр түрлі атомдардан тұрады, ал бұл атомдар олардың сапалық өзгешеліктерін түсіндіреді деген данышпандық көзқарасты ұстанды.

Ал Аристотель (б.з.д. 384-322 жж.) мен Эмподокл (б.з.д. 490-430 жж.) табиғатта кездесетін денелердің әр түрлілігі олардың қасиеттерінің: жылу мен суықтың, құрғақтық пен ылғалдың, жарық пен қараңғының тағы басқа тіркесіп келуі арқылы түсіндіріледі деді. Кейінірек осы көзқарасты ортағасырлық алхимиктер де дамытты. Бұл кезеңде табиғат туралы білім жүйесін құраған — натурфилософия мен кәсіптік химия жеке-жеке дамыды.

Ал заттардың қасиеттерінің мәселесін шешу тәсілдері XVII ғасырдың екінші жартысында Р.Бойлдің еңбектерінде көрініс тапты.

Оның зерттеулері денелердің қасиеттері абсолютті емес, олар оны құраушы материалдық элементтердің сипаттарына байланысты екендігін көрсетті. XVII ғасырдың ортасынан XIX ғасырдың басына дейін заттардың құрамы туралы ілім барлық сол кездегі химияны қамтыды. Ол қазір де химияның бір бөлігі ретінде қарастырылады.

Химия ғылымдары дамуының екінші кезеңі немесе құрылымдық химия XIX ғасырды қамтиды. Химия дамуының бұл кезеңі өндірістің мануфактуралық сипатының техникаға, кеңейтілген материалдық-шикізаттық базаға негізделген фабрикалық сипатпен алмасуы арқылы сипатталады.

Сол кездегі химия өнеркәсібінде өсімдік пен жануарлардан алынатын заттарды өңдеу орын алып, олардың әрқайсысының ерекше сапалық ерекшеліктері болды, дегенмен, құрамы бірдей: яғни көбінесе сутегі, оттегі, көміртегі, күкірт, азот, фосфордан тұрды. Сонымен, заттардың жеке қасиеттері олардың химиялық құрамымен анықталмайтындығы белгілі болды.

Ал енді, осыдан кейін заттың құрылымы деген ұғым ғылымға енді. Химиктер заттардың қасиеттері мен сапалық жағынан әр түрлілігі олардың құрамымен емес, молекулаларының құрылымымен анықталатындығына көз жеткізді.

Ал, зат құрылымымен таныс болғаннан кейін оны құрайтын молекулалардың атомдары қайсысы химиялық байланысқа жақсы қатысады, қайсысының қабілеті төмен деген сұрақ туды. Себебі, зат құрамына кіретін барлық атомдар химиялық айналымға бірдей дәрежеде қатыспайды екен. Осыдан келіп, «реакцияға қабілеттілік» деген тағы бір ұғым химия ғылымына енді.

Өзінің екінші даму деңгейінде химия аналитикалық ғылымнан синтетикалық ғылымға айналды. Бұл кезең органикалық синтез химиясының дамуымен байланысты.

Осы кезде тоқыма өнеркәсібіне арналған бояулар шығару, дәрі-дәрмек, жасанды жібек алу мүмкіндігі туды.

Бұл кезең — құрылымдық химия кезеңі деген шартты атауға ие болды, оның басты жетістігі — молекула құрылымы мен заттардың функционалдық белсенділігінің арасындағы байланысты анықтау болды.

Химия дамуының үшінші кезеңі — XX ғасырдың бірінші жартысын қамтиды.

XX ғасырдың алғашқы жартысындағы автомобиль өндірісінің, авиацияның, энергетикалық, құрал-жабдық шығарудың дамуы материалдар шығаруға жаңа талаптар қойды.

Жоғары октанды мотор отынын, арнаулы синтетикалық каучук пен пластмасса, беріктігі аса жоғары изоляторлар, органикалық және бейорганикалық полимерлер, жартылай өткізгіштер шығару қажеттілігі туды. Бұндай материалдарды алу үшін бұрынғы заттың құрамы мен құрылымы туралы химиялық білім жеткіліксіз болды. Құрылымдық химия зат қасиеттерінің температураның, қысымның, еріткіштердің тағы басқа факторлардың әсерінен өзгеретіндігін есепке алмаған болатын.

Осыған байланысты, осы кезеңде химия ғылымы процестер мен заттардың өзгеру механизмі туралы ғылымға айналды. Осының нәтижесінде құрылыс жұмыстарына қажетті ағаш пен металдың орнына синтетикалық материалдар, тамақ шикізаттарын, олиф, лак, жуғыш заттар тағы басқаларды өндіруді қамтамасыз етті. Ал каучук, этил спирті, жасанды талшық өндіру мұнай шикізатына, азот тыңайтқыштарын алу — ауа азотына негізделді.. Енді үздіксіз жүйемен жұмыс істейтін мұнай-химия өнеркәсібі дамыды.

Егер 1935 жылы тері, резина, талшық, жуғыш заттар, лактар, олиф, сірке қышқылы, этил спирті толығымен тек жануарлар мен өсімдіктер шикізатынан алынатын болса, ал XX ғасырдың 60-шы жылдарында техникалық спирттің 100%-ы, жуғыш заттардың 80%-ы, олиф пен лактың 90%-ы, талшықтың 40%-ы, каучуктың 70%-ы және тері материалдарының 25%-ға жуығы газ және мұнай шикізаттарынан алынды. Сонымен бірге химия жылына мыңдаған тонна малға азық-түлік ретінде қолданылатын мочевина мен ақуыз және миллиондаған тонна тыңайтқыш берді.

Сонымен, химия өзінің дамуының үшінші кезеңінде заттар туралы ғылым емес, заттардың өзгеруі мен өзгеру механизмдері туралы ғылым болды.

Химия ғылымы дамуының төртінші кезеңі — XX ғасырдың екінші жартысы. Бұл кезеңді эволюциялық химия кезеңі деп атайды.

Эволюциялық химияның негізінде химиялық өнімдерді алу процестерінде химиялық реакциялардың катализаторларын өздігінен жетілуге жеткізетін, яғни, химиялық жүйелердің өздігінен құрылуына әкелетін шарттарды пайдалану принципі жатыр. Бұның өзін — химияны өзіндік бір биологизациялау тәсілі деп қарастыруға болады.

Ал бұл процесс белгілі бір уақыт бойында дамиды және сыртқы жағдайларға тәуелді емес. Уақыт бұл жерде маңызды фактор, өйткені химиялық жүйенің эволюциясы қарастырылып отыр.

Химиялық жүйенің негізінде әлемнің химиялық картинасы қалыптасады, яғни табиғатқа химиялық көзқараспен қарау. Оның негізгі мазмұны мынандай:

тірі және өлі табиғатты химиялық мағынада қарастыра келгендегі сол дәуірдегі химиялық білімнің қорытындысы;
табиғат объектілерінің барлық негізгі түрлерінің пайда болуы мен эволюциясы туралы түсінік;
табиғат объектілерінің химиялық қасиеттерінің оның құрылымына байланыстылығы;
табиғат процестерінің химиялық қозғалыс процесі ретіндегі жалпы заңдылықтары;
тәжірибелік жағдайда синтезделетін ерекше объектілер туралы білім.

50-60 жылдарға дейін эволюциялық химия туралы ештеңе белгілі болған жоқ. Жануарлар мен өсімдіктердің шығу тегін Чарлз Дарвиннің эволюциялық теориясы арқылы түсіндіруге тырысқан биологтардан айырмашылығы, химиктерді заттардың шығу тегі туралы мәселе толғандырмады. Ал, XX ғасырдың екінші жартысынан бастап, химиктерге өз объектілеріне байланысты эволюциялық мәселелерді шешу мүмкіндігі туды. Эволюциялық химияны химиялық жүйелердің өздігінен ұйымдасуы мен өздігінен дамуы туралы ғылым деп те атайды. Бұл жерде химия биологиямен тығыз байланыс жасайды. Тірі организмдерде жүретін барлық процестерді химия тілімен, химиялық процестер арқылы беруге болады екен.

Расында, егер денедегі зат алмасу процесіне таза химиялық көзқараспен қарасақ (А.И.Опариннің тәжірибесін), біз уақыт тәртібін сақтайтын, өзара бір-бірімен байланысты бірнеше химиялық реакцияларды байқаймыз.

Тірі организмдердегі ерекше кейбір қасиеттер, мысалы көбею, қозғалғыштық, қозу, сыртқы ортаның әсеріне жауап беру — барлығы химиялық реакциялар арқылы түсіндіріледі.

Әрине, тіршіліктің барлық құбылыстарын химиялық жолмен түсіндіру қателік болар еді, бұл тіпті дөрекі механистикалық көзқарас ретінде қарастырылатын еді. Бұған химиялық процестердің тірі және өлі жүйелердегі жүруінің ерекшеліктері дәлел бола алады.

Қазіргі кезде химия үшін биологиялық принциптерді қолдану маңызды болып саналады. XX ғасырдың өзінде биологиялық процестер үшін биокатализдің үлкен әсері бар екендігін ғалымдар түсінген. Сондықтан химиктер тірі табиғатқа катализаторлар қолдану тәжірибесін жасайтын жаңа химияны шығаруды мақсат етіп қойды. Ұқсас молекулалар синтездеу принциптерін, әр түрлі қасиеттері бар, ферменттер принципімен жұмыс істейтін катализаторлар қолданылатын химиялық процестерді басқарудың жаңа түрі шықты.

Негізгі түсініктер

Қарапайым бөлшектер

Толық мақаласы: Қарапайым бөлшектер

Қарапайым бөлшектер – өз құрылымы мен құрамы болмайтын бөлшекті элементар бөлшек дейміз. Олар – заттың ең ұсақ және ішкі құрылымы ең қарапайым деп есептелетін бөлшектері.

Протон мен нейтрон элементар бөлшектер деп аталады, себебі оларды әрі қарай бөлшектеу қиын. Олар тұрақты атом ядроларында ғана бөлшектенбейді, ал бірақ бос күйлерінде нейтрон да, протон да басқа үш бөлшекке бөлінеді деп болжанған, оларды кварк деп атайды.

Атом

Толық мақаласы: Атом

Атом - химиялық элементтерді құрайтын, олардың өзіне тән ерекшеліктерін сақтайтын ең кішкентай бөлшек. Химиялық реакция кезінде атом бөлінбей, сақталады. Ол бір молекула құрамынан екіншісіне өте алады. Атомның бөлінбейтіндігі туралы түсінік ХІХ ғасырдың аяғына қарай эксперименталдық физика жетістіктерінің негізінде жоққа шығарылды. Атом – оң зарядты ядродан және теріс зарядты электроннан тұратын электробейтарап микрожүйе. Атомның ортасында оның көлемінің өте аз мөлшерін алатын оң зарядталған ядро орналасқан. Ядро радиусының шамасы 10 ^-13 – 10 ^-12 см болса, электрон бұлтының радиусы 10 ^-8 см. Атомның массасы ядрода жинақталған. Атом ядросы протондар мен нейтрондардан тұрады, олар нуклондар деп аталады. Ядроны тұйық орбитальдар бойымен электрондар айналып жүреді, электрондардың саны ядро зарядына тең болады. Атомның бір түрі екіншісінен ядро заряды, мөлшері мен массасы бойынша ажыратылады. Атомның массасын өлшеу мүмкін емес, сондықтан салыстырмалы бірлік қолданылады – атомдық масса бірлігі.

Атом құрылысының сызбанұсқасы:

(^{Протон Нейтрон})→ Ядро → Атом ←Электрон

Атомның бөлінетіндігіне алғышарт болған жетістіктер
№	Ғылыми жетістіктер	Ашылу жылы	Ашқан ғалым
1	Рентген сәулесінің ашылуы	1895	В. Рентген
2	Электронның ашылуы (катод сәулесі, фотоэффект, термоэмиссия)	1897	К. Гольштейн, Дж. Томсон
3	Радиобелсенділіктің ашылуы	1896 - 1898	А. Беккерель, Пьер мен Мария Кюрилер
4	Атомның планетарлық моделінің ұсынылуы	1911	Э. Резерфорд
5	Электрон зарядының анықталуы	1909 - 1914	Р. Милликен
6	Ядро зарядының анықталуы	1913	Г. Мозли
7	Протонның ашылуы	1920	Э. Резерфорд
8	Нейтронның ашылуы	1932	Дж. Чэдвик
9	Атомның Н. Бор ұсынған моделі	1913	Н. Бор
10	Бор моделінің жетілдірілген түрінің ұсынылуы (1900 ж. М. Планктың кванттық теориясының, 1905 ж. А. Эйнштейіннің салыстырмалық теорияларының негізінде)	1916	А. Зоммерфельд
11	Электронның бөлшектік-толқындық теориясының ұсынылуы (А. Эйнштейн ұсынған жарықтың екіжақтылық қасиетін пайдаланып)	1924	Л-де Бройль
12	Микробөлшектер қозғалысын сипаттайтын толқындық теорияның ұсынылуы	1926	Э. Шредингер
13	Анықталмағыштық принципі (бөлшектің импульсі мен территориясы бір мезетте дәл анықталмайды)	1927	В. Гейзенберг

Ядро зарядтары бірдей атомдардың түрлері химиялық элемент деп аталады, элементтің (нуклидтердің) 100- ден астам түрлері бар.

Атом ядросының массалық саны: А = N + Z, мұндағы N - нейтрон саны, Z - протон саны (периодтық жүйедегі элементтің реттік нөмірі). Элементтің белгіленуі ^А_ZЭ, мысалы: ¹²₆С.

Протон сандары бірдей, нейтрон сандары әр түрлі атомдардың түрі изотоптар деп аталады. Сутектің үш изотопы бар: протий ¹₁Н, дейтерий ²₁Н (D), тритий ³₁Н (Т).

Нейтрон сандары бірдей, протон сандары әр түрлі атомдардың түрі изотондар деп аталады. Мысалы: ³₁Н және ⁴₂Не.

Массалық сандары бірдей, протондар саны әр түрлі атомдардың түрі изобарлар деп аталады. Мысалы: ⁴⁰₁₈Аr, ⁴⁰₁₉К, ⁴⁰₂₀Са.

Молекула

Толық мақаласы: Молекула

Молекула - жай немесе күрделі заттың негізгі химиялық қасиеттерін сақтайтын және өздігінен өмір сүретін, атомнан кейінгі ең кіші бөлшек. Химиялық реакция жүргенде, әрекеттесуші заттардың молекулалары оларды құрайтын атомдарға ыдырайды да, атомдардың басқаша топтасуы арқылы өнімдердің молекулаларын түзеді. Молекула атомдарға ыдырағанда, заттың қасиеттері де жойылады, атомдар байланысып молекула түзгенде, сол затқа тән қасиеттер пайда болады.

Химияның басқа ғылымдармен байланысы

Химия физика, техникалық ғылымдармен және басқа да жаратылыстану ғылымдарымен тығыз байланысты. Химия мен биология арасынан шыққан биохимия, химия мен физиканың тоғысуынан физхимия, химия мен геология арасынан геохимия, астрономия, астрофизика және химия ғылымдарының тоғысуынан космохимия, су ресурстарын химиялық зерттейтін гидрохимия салалары, өнеркәсіп пен химияның барлық салаларында талдау әдістері үшін қолданылатын аналитикалық химия қалыптасты. Кейбір химиялық мәліметтер ерте заманнан белгілі болған.

Химия ғылымы және оның маңызы

Химия материалдық дүние, оның барлық өзгерістерін жан-жақты және терең зерттейтін жаратылыстану ғылымдарының іргелі бір бөлімі. Химия ғылымы заманымыздың өзіндік өзекті мәселелерін шешуде маңызды орын алады. 1. Жаңа энергия көздерін ашу мен оны қолдану әдістерін табуда; 2. Медицинада маңызды биологиялық үрдістердің механизмдерін анықтауда (микробиология, гендік инженерия) және биотехнологияны дамытуда; жүрек-қантамыры және қатерлі ісік ауруларына қарсы дәрі-дәрмектер синтезінде; 3. Экономиялық мәселелерді шешуде: а) өсімдік шаруашылығында топырақтың құндылығы мен сапасын жақсартатын тыңайтқыштар өндіруде; ә) химиялық қорғаныс құралдары (пестицидтер, гербицидтер, инсектицидтер, фунгицидтер) өндіруде; б) мал және құс шаруашылығының өнімділігі мен өнім сапасын арттыратын қосымша химиялық үстеме заттар алуда. 4. Экологиялық түйткілдерді шешуде: ауаның, судың, топырақтың ластануы мен оларды тазарту жолдарының механизмдерін тауып, оларды қолдану әдістерін ұсынуда. 5. Жоғары технологияларды қолдануда: а) космосты игеру барысында; ә) атом энергиясын пайдалануда; б) инновациялық тәсілдерді өндіріске кіргізу және оны басқаруға мүмкіндік беретін жоғары сапалы байланыс орнатуда; в) орта және жоғары оқу орындарында оқыту үрдісінің компьютерлік жүйесіне көшуде; г) теледидарда ұлттық мәдение құндылықтарды қорғау және сақтау мәселелерін ұйымдастыруда; ғ) елдің әскери қуатын арттыруда жаратылыстану ғылымдары өзара тығыз байланыста болады, олардың тоғысу нәтижесінде күрделі ғылым салалары пайда болады.

Салалары

Химияның тарихы

Democritus' atomist philosophy was later adopted by Epicurus (341–270 BCE).

Химияның ғылымға айналуына алғаш қадам жасап, алхимия қағидаларына қарсы шыққан ағылшын ғалымы Роберт Бойль болды. Химияның нағыз ғылым ретінде дамуы 19 ғасырдан басталды. Негізін салушы ағылшын ғалымы болды. Осы кезеңдерде химияның іргетасы болып саналатын атом-молекулалық ілім (, ) қалыптасып, атомдық салмақ ұғымының (), құрам тұрақтылық, еселік қатынастар, көлемдік қатынастар, , , электролиз (Майкл Фарадей), тағы басқа заңдар мен заңдылықтар ашылды. Орыс ғалымы Дмитрий Иванович Менделеев жасаған элементтердің периодтық жүйесі химия ғылымының жүйесін анықтап, ондағы салалардың өзара байланысын ашты. Осы кездегі химия ғылымы периодтық заң негізінде дамып келеді. 19 ғасырдың 70-жылдарынан басталған химияның даму кезеңі «органикалық химия дәуірі» деп аталады.

Химия да басқа ғылымдар тәрізді адамзат қоғамының материалдық мұқтажынан туған. 18 ғасырдың ортасына дейін химия ғылым деп есептелмеген, ол кәсіптік, шеберлік ретінде ғана танылған. Көп ғалымдар химия әдістерін металлургияда, шыны, бояу өндіруде, дәрі жасауда қолданған. Орта ғасырлардағы химияның даму кезені алхимия дәуірі деп аталады. жай металдың қасиетін өзгертіп, оны алтынға айналдыруға болады, ол үшін «философия тасын» табу керек, өйткені ол кез келген металды алтынға айналдырады деген. еңбектері нәтижесінде көптеген маңызды заттар (қышқылдар, тұздар, сілтілер, элементтер т.б.) алу әдістері табылды.

Ағылшын ғалымы Роберт Бойль (1661) алхимия қағидаларына қарсы шығып, химияны ғылыми жолға қоюға тырысты, химиялық элементке алғаш дұрыс анықтама берді. Ол затты ұсақтап бөле берсе құраушы элементтерге жететінін айтты, эксперимент арқылы анализ бен синтездің мәнін дәл анықтады, бірақ сол кезде кең тараған флогистон теориясының (1700) негізі қате болды. Бұл теория бойынша заттың жануы денеде алғаштан болатын жанғыш зат флогистонға байланысты. 1756 жылы , кейін реакцияға қатысқан заттардың масса сақталу заңын ашып, химияны сапалық ғылымнан сандық (өлшемдік) ғылымға айналдырды. 19 ғасырда ғана атом-молекула ілімінің (, Амедео Авогадро) негізі қаланды, атомдық салмақтың (), құрам тұрақтылық заңы мен еселі қатынас заңы ашылуының үлкен маңызы болды. 19 ғасырдың бас кезінде электр тогы көмегімен күрделі заттарды ыдырату арқылы сілтілік және сілтілік-жер металдар алынды. Элементтер туралы ұғым, атом-молекула теорияның қалыптасуы өсімдік пен жануарларға тән заттарды зерттеуді қажет етті, сөйтіп органикалық химия қалыптаса бастады. Органикалық заттар жайлы мәліметтердің жиналуы олардың химия табиғатын тануға көмектесетін теориялардың (унитарлы теория, типтер теориясы, радикалдар теориясы) шығуына себеп (1857) болды. 1857 жылы көміртек атомының 4 валентті екендігін табуы, соған байланысты көміртекті тізбектердің түзілу мүмкіндігінің анықталуы органикалық заттардың классификациясына жеткізді.

Химияның маңызы

Осы кездегі химия алуан түрлі зерттеу әдістері, аса маңызды өндірістік, өнеркәсіптік мәні бар ғылымға айналды.

Химия ғылымының қоғамдағы практикалық мәселелерді, табиғат дамуы туралы материалдық көзқарастарды шешу мен жаңа заттар, дәрі-дәрмек, энергия мен отынның жаңа көздерін табу, тағы басқа адамзат қажетіне керекті көптеген заттар алуда маңызы зор. Қазақстанда Химия ғылымы мен Химия өнеркәсібі 1930 – 1990 жылы қарқынды дамыды. Осы кездегі химия алуан түрлі зерттеу әдістері, аса маңызды өндірістік, өнер-кәсіптік мәні бар ғылымға айналды. Атомдар мен молекулалардағы электрондарды сипаттайтын кванттық механика заңдарының ашылуы химиялық әрекеттесудің табиғатын анықтады. Заттардың қасиеті және құрылымымен қатар олардың өзгерістері кинетикасының заңдылықтары ашылуда, әсіресе химиялық реакциялардағы аралық өнімдер көбірек зерттелуде. Заттар мен процестерді зерттеуге осы күнгі физикалық әдістер мен құралдар (рентген структуралы анализ, спектроскопия т.б.) қолданылуда.

Химияның міндеті

Химия қазіргі жаратылыстанудың аса маңызды тарауы – ол заттар жайлы, олардың құрылысы, қасиеттері мен бір-біріне айналуы туралы ғылым. Химияның негізгі міндеттері:

Берілген қасиеттерге ие болатын заттарды алу;
Өнеркәсіптік үрдістерді қарқындату;
Химиялық түрлерулердің энергиясын пайдалану;
Қоршаған ортаны қорғау.

Химияның міндеттерін келесідей тұжырымдауға болады: "Заттарды қолдану үшін қасиеттерін анықтау, адамдардың сұранысына қажет жаңа химиялық заттар алу, табиғи қорларды орынды пайдаланып, қоршаған ортаны қорғау".

Химияның негізгі заңдары

Химия ғылымында бірнеше сандық заңдар қолданылады. Олар: зат массасының сақталу заңы, зат құрамының тұрақтылық заңы, еселік қатынас заңы, эквиваленттер заңы, Авогадро заңы, газдардың көлемдік қатынас заңы т.б. Осы заңдардың барлығы атом-молекулалық ілімге негізделеді.

Зат массасының сақталу заңы (Материяның сақталу заңының бір көрінісі).

Зат массасының сақталу заңы келесідей тұжырымдалады: "Реакцияға түскен және реакция нәтижесінде түзілген заттардың массалары өзара тең болады".

Оның себебі химиялық реакциялардың барысында әрекеттесуші заттардың молекулаларының айырылуы нәтижесінде түзілген атомдар (йондар) өзгеше топтасып, жаңа заттардың молекулалары түзіледі. Реакция кезінде атомдар химиялық бөлінбейтін болғандықтан, олардың саны сақталады, сондықтан олардың массалары да сақталуға тиісті.

Мысалы: 2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O

NaOH – 2; H₂SO₄ – 1; Na₂SO₄ – 1; H₂O – 2

NaOH – 40; H₂SO₄ – 98; Na₂SO₄ – 142; H₂O – 18

NaOH – 80; H₂SO₄ – 98; Na₂SO₄ – 142; H₂O – 36

m(NaOH) + m(H₂SO₄) = m(Na₂SO₄)+ m(2H₂O)

80 + 98 = 142 + 36

178 = 178

Заңның маңызы:

Зат массасының сақталу заңын пайдаланып, химиялық реакциялардың теңдеулері бойынша барлық сөзді есептерді шығаруға болады.
Бұл заң материяның сақталатынының дәлелі, яғни жоқтан бар пайда болмайды, бар нәрсе із-түзсіз жоғалып кетпейді.

2. Құрам тұрақтылық заңы (Ж. Пруст, 1808 жыл).

Құрам тұрақтылық заңы келесідей тұжырымдалады: "Таза заттың құрамы оның алыну әдістеріне байланыссыз, тұрақты болады".

Мысалы, суды әртүрлі тәсілмен алу реакция теңдеулерін келтірейік:

2Н₂О + О₂ = 2H₂O

CH₄ + 2O₂ = 2H₂O + CO₂↑

NaOH + HCI = H₂O + NaCI

CH₃COOH + HOC₂H₅ = H₂O + CH₃COOC₂H₅

Cu(OH)₂^t°→ H₂O + CuO

Заттың құрамын ондағы элементтердің массаларының қатынасымен немесе массалық үлестерінің қатынасымен белгілеуге болады.

m(H) : m(O) = 2 : 16 = 1 : 8

w(H) : w(O) = 11,11% : 88,89

Жоғарыда келтірілген тәсілдердің кез келгенімен алынған су молекуласындағы осы қатынастар тұрақты күйде қалады.

Заңның маңызы:

Бұл заң элемент, атом, молекула, таза зат, қоспа, химиялық қосылыс түсініктерінің ара жігін ашып, атом-молекуалық ілімнің қалыптасып, бекуіне себепкер болды.

*Химиялық қосылыстар молекулалық құрылысты заттар (дальтонидтер) және құрылысы молекулалық емес заттар (бертолидтер) деп бөлінеді. Аталулары ағылшын химигі Джон Дальтонның мен француз химигі Клод Луи Бертолленің құрметіне қойылған. Құрам тұрақтылық заңы дальтонидтер үшін ғана орындалады. Ал бертолидтердің құрамы алыну әдісі мен алыну жағдайларына қарай аздап өзгеріп отырады.

3. Эквиваленттер заңы (И. Рихтер, 1792-94; Дж. Дальтон, 1808 жыл).

Эквиваленттер заңы келесідей тұжырымдалады: " Заттар бір-бірімен эквиваленттеріне пропорционалды масса мөлшерінде әрекеттеседі".

m(1) : m(2) = m_экв.(1) : m_экв.(2)

Эквивалент дегеніміз – химиялық реакцияларда 1 моль-атом сутекке, ал тотығу-тотықсыздану реакцияларында 1 электронға сәйкес келетін нақты не шартты бөлшек. Эквиваленттің зат мөлшерін эквиваленттік фактор (f_экв.) дейді. Эквиваленттің массасын эквиваленттік масса (m_экв.) дейді.

4. Авогадро заңы (А. Авогадро, 1811 жыл).

Авогадро заңы келесідей тұжырымдалады: "Бірдей жағдайда (температура, қысым), бірдей көлемде алынған газдардың молекулалар саны бірдей болады".

Авогадро санына тең құрылымдық бірлігі (молекула, атом, йон, электрон, протон т.б.) бар зат мөлшері (ν) моль деп аталады.

Авогадро саны (Авогадро тұрақтысы) – N_A = 6,02·10²³ моль-1.

Авогадро заңынан маңызды екі салдар туындайды:

1) Бірдей жағдайдағы әртүрлі газдардың бірдей молекула саны бірдей көлемде болады, яғни кез келген газдың 1 молі бірдей жағдайда бірдей көлем алады;

2) Кез келген газдың 1 молі қ.ж. 22,4 л көлемде болады. Бұл көлемді молярлық көлем V_М деп атайды. V_М = 22,4 л/моль.

V = V_M · ν

V = V_M · m/M

V_M = V/ ν *Газ күйіндегі зат бөлшектерінің арақашықтығы берілген газ молекулаларының өлшемінен едәуір үлкен. Сондықтан, газдың көлемі оның молекуласының өлшемімен емес, керісінше олардың арақашықтығымен анықталады. Сыртқы жағдайы (температура, қысым) бірдей болған кезде әртүрлі газдар молекулаларының арақашықтығы бірдей.

Кез келген заттың тығыздығы ρ – ол осы заттың массасының m оның көлеміне V қатынасы: ρ = m / V

Кез келген газдың 1 молін алсақ, оның массасы молярлық массаға М, ал көлемі молярлық көлемге тең болады: ρ_газ = М_газ / V_M

Әртүрлі газдардың бірдей көлемдегі массаларының қатынасы олардың молярлық массаларының қатынасына тең: m₁ / m₂ = M₁ / M₂ = D

D – бір газдың екінші газ бойынша салыстырмалы тығыздығы деп аталады.

М₁ / М₂ = D → М₁ = D · М₂

5. Газдардың көлемдік қатынас заңы (Гей-Люссак, 1808 жыл).

Газдардың көлемдік қатынас заңы келесідей тұжырымдалады: "Әрекеттесуші және реакциядан шығатын газдардың көлемдерінің қатынасы бірдей жағдайда кішкентай бүтін сандардың қатынасындай болады".

Мысалы: 2СO + О₂ = СО₂

CO – 2; O₂ – 1; CO₂ – 2

СO – 44,8; O₂ – 22,4; СO₂ – 44,8

V(CO) : V(O₂) : V(CO₂) = 44,8 : 22,4 : 44,8 = 2 : 1 : 2

Газдардың көлемдерінің қатынасы реакция теңдеуіндегі коэффициенттердің қатынасына сәйкес келеді.

Химия ғылымының дамуына үлес қосқан қазақстандық ғалымдар

Михаил Ильич Усанович
Дмитрий Владимирович Сокольский
Батырбек Ахметұлы Бірімжанов
Михаил Тихонович Козловский
Гаухар Дәуленқызы Закүнбаева
Ольга Альфредовна Сонгина
Ерден Нығметұлы Әзірбаев
Сағид Рауфұлы Рафиков
Нәдір Кәрімұлы Нәдіров
Тоқмурзин Қыдырма Хамитович

Дереккөздер

Қазақ ұлттық энциклопедиясы
[Усманова М.Б., Сақариянова Қ.Н. Химия. Анықтамалық құрал. — Алматы: Атамұра, 2008. — 392 бет.]

[1] Қазақ ұлттық энциклопедиясы

[2] [Усманова М.Б., Сақариянова Қ.Н. Химия. Анықтамалық құрал. — Алматы: Атамұра, 2008. — 392 бет.]