Химические системы

Химические  системы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Химические  системы 

     Можно сказать что до открытия в 1869 г. периодической  системы химических элементов Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834—1907) не существовало той объединяющей системы, с помощью  которой можно было бы объяснить  весь накопленный фактический материал, а следовательно, представить все наличное знание как систему теоретической химии.

     Характер  любой химической системы, как известно, зависит не только от состава и строения ее элементов, но и от их взаимодействия. Именно такое взаимодействие определяет специфические, целостные свойства самой системы. Поэтому при исследовании разнообразных веществ и их реакционной способности ученым приходилось заниматься и изучением их структур. Соответственно уровню достигнутых знаний менялись и представления о химической структуре веществ. Хотя разные ученые по-разному истолковывали характер взаимодействия между элементами химических систем, тем не менее все они подчеркивали, что целостные свойства этих систем определяются именно специфическими особенностями взаимодействия между их элементами.

     В качестве первичной химической системы рассматривалась при этом молекула, и поэтому, когда речь заходила о структуре веществ, то имелась в виду именно структура молекулы как наименьшей единицы вещества.

     Попытку раскрытия структуры молекул  и синтезирования новых веществ предпринял известный немецкий химик Фридрих Кекуле (1829—1896). Он стал связывать структуру с понятием валентности элемента, или числа единиц его сродства. На этой основе и возникли те структурные формулы, которыми с определенными модификациями пользуются при изучении органической химии в школе. В этих формулах элементы связывались друг с другом по числу единиц их валентности. Комбинируя атомы различных химических элементов по их валентности, можно прогнозировать получение различных химических соединений в зависимости от исходных реагентов. Таким путем можно было управлять процессом синтеза различных веществ с заданными свойствами, а именно это составляет важнейшую задачу химической науки.

     Эволюция  понятия химической системы осуществлялась в направлении, с одной стороны, анализа ее составных частей или  элементов, а с другой — установления характера физико-химического взаимодействия между ними. Последнее особенно важно  для ясного понимания структуры  с точки зрения системного подхода, где под структурой подразумевают упорядоченную связь и взаимодействие между элементами системы, благодаря которой и возникают новые целостные ее свойства. В такой химической системе, как молекула, именно специфический характер взаимодействия составляющих ее атомов определяет свойства молекулы.

     Важной  компонентой, характеризующей химические процессы, является их энергетика, представляющая собой потенциал взаимодействия элементов химической системы.

     Химическое  равновесие и принцип Ле-Шателье. В общем случае, в химической системе имеют место как прямые, так и обратные реакции, причем большинство химических реакций не идут до конца. Здесь становится важным понятие равновесия между прямой и обратной реакциями. В какой-то момент их скорости сравняются, и в данной системе при данных условиях установится динамическое равновесие. Вывести систему из равновесия можно, только изменив условия согласно принципу, предложенному в 1984 г. Анри Луи Ле Шателье (1850-1936): «если в системе, находящейся в равновесии, изменить один из факторов равновесия. Например, увеличить давление, то произойдет реакция, сопровождающаяся уменьшением объема, и наоборот. Если же такие реакции происходят без изменения объема, то изменение давления не будет влиять на равновесие». Другая, современная формулировка этого принципа следующая:

     Внешнее воздействие, которое выводит систему из термодинамического равновесия, вызывает в ней процессы, направленные на ослабление результатов такого воздействия.

     Ле Шателье применял этот закон в промышленных условиях для оптимизации синтеза аммиака, производства стекла и цемента, выплавки металлов, получения взрывчатых веществ. Как оказалось, катализаторы не влияют на положение равновесия: они одинаково влияют на прямую и обратную реакции, ускоряют достижение равновесия, но не сдвигают его.

     В настоящее время принцип Ле Шателье рассматривается как общий принцип стабильности, согласующий взаимосвязи между элементами Вселенной (Универсума), в своей расширенной трактовке он может быть распространен на живые системы, на социальные системы. Так, с появлением жизни возникает принцип отбора, основанный на стремлении живого сохранить свой гомеостаз, т.е. целостность и равновесие, как самого организма, так и популяции. Принцип Ле Шателье, таким образом, связан с глубокими основами мироздания.

     Эволюция  понятия химической структуры осуществлялась в направлении, с одной стороны, анализа ее составных частей или  элементов, а с другой — установления характера физико-химического взаимодействия между ними. Последнее особенно важно  для ясного понимания структуры  с точки зрения системного подхода, где под структурой подразумевают  упорядоченную связь и взаимодействие между элементами системы, благодаря  которой и возникают новые  целостные ее свойства. В такой  химической системе, как молекула, именно специфический характер взаимодействия составляющих ее атомов определяет свойства молекулы.

     Важной  компонентой, характеризующей химические процессы, является их энергетика, представляющая собой потенциал взаимодействия элементов системы.

     Сами  представления о структуре молекулы постепенно совершенствовались, уточнялись и конкретизировались, начиная от весьма общих предположений отвлеченного характера и заканчивая гипотезами, обоснованными с помощью систематических  химических экспериментов. Если, например, по мнению

     известного  шведского химика Йенса Берцелиуса (1779—1848), структура молекулы возникает благодаря взаимодействию разноименно заряженных атомов или атомных групп, то французский химик Шарль Жерар (1816—1856) справедливо указывал на весьма ограниченный характер такого представления.

     Дальнейший  шаг в эволюции понятия химической структуры связан с теорией химического  строения Александра Михайловича Бутлерова (1828—1886), который хотя и признавал, что образование новых молекул  из атомов происходит за счет их химического  сродства, но обращал особое внимание на степень напряжения или энергии, с которой они связываются  друг с другом. Именно поэтому новые  идеи А.М. Бутлерова нашли не только широкое применение в практике химического  синтеза, но и получили свое обоснование  в квантовой механике.