Хімія. 9 клас. Ярошенко

Тема 4. Узагальнення знань з хімії

Узагальнення знань на цьому етапі вивчення хімії піднімає їх на якісно новий рівень, дає змогу на основі конкретних фактів переходити до загального й охоплює:

  • обґрунтування місця хімії серед природничих наук, її значення для розуміння наукової картини світу;
  • визначення ролі хімічних знань у пізнанні природи; у пізнанні будови речовин та хімічних процесів; у житті суспільства,
  • з'ясування значення хімічних процесів (горіння, дихання, фотосинтезу тощо) у природі;
  • розуміння впливу хімії на довкілля та її ролі в розв'язанні екологічних проблем;
  • засвоєння значення хімічних знань як складової загальної культури людини.

§ 43. Місце хімії серед наук про природу, її значення для розуміння наукової картини світу

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

  • характеризувати місце хімії серед наук про природу;
  • наводити приклади взаємозв'язків між природничими науками;
  • обґрунтовувати роль хімії в пізнанні будови речовин та хімічних процесів;
  • оцінювати значення хімічних знань для розуміння наукової картини світу.

ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК НАУК ПРО ПРИРОДУ. Як вам відомо, до наук, що вивчають природу, належать астрономія, біологія, географія, екологія, фізика, хімія. Маючи спільний об'єкт досліджень, ці науки розвиваються в тісному взаємозв'язку, досить часто використовують однакові методи дослідження. Знання однієї науки доповнюють і розширюють знання інших, допомагають з'ясувати причини різноманітних явищ. Наприклад, обґрунтована Д. І. Менделєєвим періодична залежність між властивостями хімічних елементів та їхніх сполук і місцем розташування елементів у створеній ним періодичній системі була пояснена фізиками. Фізики з'ясували складну будову атома та встановили наявність у ньому ядра й електронної оболонки, а також вивчили її будову. Це дало змогу здійснити сучасне трактування періодичного закону.

Пригадайте сучасне формулювання періодичного закону.

Відтепер фізики використовують періодичний закон для відкриття нових хімічних елементів, прогнозування властивостей їхніх сполук.

Іншим прикладом взаємозв'язку між природничими науками може бути відкриття хіміками кисню у складі повітря. Це зробили майже одночасно Карл-Вільгем Шеєле, Антуан Лоран Лавуазьє та Джозеф Прістлі. Їхнє відкриття дозволило біологам дослідити процес живлення рослин, а фізикам — відкрити газові закони.

Або ще такий приклад. Хімічний елемент Гелій був відкритий раніше на Сонці, ніж на Землі (звідси й походження назви — сонячний, бо з грец. helios означає сонце). Передбачуваність періодичного закону підтверджено і цим відкриттям, оскільки Гелію та всій родині інертних хімічних елементів знайшлося місце в періодичній системі.

Освоєння Космосу сягнуло такого рівня, що космічні апарати побували на поверхні природного супутника Землі — Місяця та сусідніх планетах, завдяки чому земляни отримали зразки порід небесних тіл. Дізнатися про їхній склад — це вже робота хіміків. А щоб сконструювати космічні ракети, кораблі, штучні супутники, космічні станції, знадобилися знання і з фізики, і з хімії, і з астрономії.

Усього лише кількох прикладів вистачає, аби переконатися, що відкриття в одній науці про природу примножують досягнення інших природничих наук і що хімія перебуває в тісному взаємозв'язку з ними (схема 23).

Схема 23. Взаємозв'язок хімії з іншими природничими науками

Особливо тісний зв'язок хімії з фізикою, біологією й географією. Зокрема, хімія не обходиться без фізичних величин та одиниць їх вимірювання. Різноманітність явищ природи виявляється насамперед у фізичних явищах — механічних, звукових, світлових, електричних тощо. Це вони супроводжують хімічні явища та біологічні процеси. І щоб зробити висновок про те, чи відбулося хімічне явище, ми акцентуємо увагу на фізичних явищах, які його супроводжують. Наприклад, на появі світла під час горіння магнію, на випаданні осаду при взаємодії кухонної солі з розчином арґентум(І) нітрату, на виділенні вуглекислого газу при взаємодії питної соди з етановою кислотою тощо.

Отже, ґрунтуючись на фізичних знаннях, хіміки успішно здійснюють дослідження хімічних явищ, пояснюють відмінності будови речовин, установлюють склад небесних тіл, що є наступною сходинкою в пізнанні природи.

РОЛЬ ХІМІЧНИХ ЗНАНЬ У ПІЗНАННІ ПРИРОДИ. Не менш важливими є хімічні знання для інших природничих наук. Наприклад, фізики, коли йдеться про поширення звуку в різних середовищах, звертаються до будови речовин, установленої хіміками. Пригадайте, як на уроках природознавства ви дізналися про те, що відсутність на Місяці повітряної оболонки є причиною того, що звуки там не поширюються. Струм у металах, електричну провідність речовин та їхніх розчинів, роботу гальванічних елементів й акумуляторів тощо у фізиці вивчають, спираючись на хімічні знання про електролітичну дисоціацію речовин у розчинах та розплавах, металічний хімічний зв'язок, процеси відновлення та окиснення.

У науці цікавим є той факт, що до відкриття хіміком Сванте Арреніусом електролітичної дисоціації серед фізиків переважала думка, відома в науці під назвою «помилка Фарадея». Відомий учений Майкл Фарадей вважав, що речовини дисоціюють на йони під впливом електричного струму. Але ж ви добре знаєте, що електричний струм є наслідком, а не причиною появи заряджених частинок у розчині чи розплаві. Спостерігаючи демонстраційні досліди вчителя хімії під час вивчення електролітичної дисоціації, ви переконалися, що тверда кухонна сіль струм не проводить і лампа не світиться, тоді як розчинена у воді сіль є провідником струму.

Пригадайте, яку роль у процесі електролітичної дисоціації відіграють молекули води.

Тож у цьому разі фізиці прислужилися хімічні знання.

З будовою атома та його електронної оболонки пов'язано вивчення хіміками хімічного зв'язку, окисно-відновних реакцій.

У 10 класі на уроках фізики вам знадобляться знання з хімії про кількість речовини, будову речовин, їхні хімічні властивості та інші.

Отже, між хімією та фізикою існує тісний взаємозв'язок, володіння хімічними знаннями допомагає здобувати нові фізичні знання й навпаки.

Нині знання з фізики та хімії настільки поєднані, що виникла окрема наукова галузь — фізична хімія.

Однак і фізика, і хімія стосуються передусім тіл неживої природи, тоді як біологія вивчає живу природу, закономірності існування якої значно складніші. Щойно ви завершили ознайомлення з найважливішими органічними сполуками, з біологічною роллю жирів, білків, вуглеводів і зрозуміли, що вчені в галузі біології не можуть здійснювати дослідження, робити нові відкриття, не скориставшись знаннями про хімічні елементи, жири, вуглеводи, вищі карбонові кислоти, крохмаль, целюлозу, білки, нуклеїнові кислоти тощо. Ці знання важливі, по-перше, тим, що організми живляться речовинами, які є своєрідним будівельним матеріалом для створення нових клітин. По-друге, у живій природі безупинно відбувається обмін речовин та енергії.

Досягнення хімії у вивченні біокаталізаторів — ферментів — дали змогу пізнати хімізм багатьох процесів, що відбуваються в організмах, а відтак навчитися впливати на їх перебіг.

Окремі галузі хімії досліджують хімічний склад організмів і середовище їхнього існування, хімічні реакції, що відбуваються в клітинах, вплив різних чинників (наприклад, температури, радіаційного випромінювання, штучно створених речовин тощо) на організм.

Хімічні та фізичні методи допомагають описувати й досліджувати біологічні об'єкти, як-от: будову та функції біополімерів, молекулярні механізми хімічних процесів організмах та їхню регуляцію, вплив радіоактивного випромінювання на організми, які населяють нашу планету, особливості дії різних речовин на їхню життєдіяльність, а також вплив речовин, виділених з одних організмів, на інші. Зокрема, у складі гриба пеніцилу за допомогою хімічних методів виявлено речовину пеніцилін, яка лікує різні хвороби, що раніше вважалися невиліковними. Особливо ефективний пеніцилін та інші, добуті пізніше речовини, у лікуванні запальних процесів, що виникають унаслідок поранення чи хірургічної операції, запалення легень, грипу тощо. Це відкриття, зроблене в 1943 р., врятувало життя багатьом людям.

Досить молодою наукою є молекулярна біологія. З її назви стає зрозуміло, що в ній тісно переплітаються хімічні знання, які застосовують під час вивчення живої природи на молекулярному рівні.

У «Словнику іншомовних слів», опублікованому в 1955 р., уявлення про ген було названо витвором фантазії купки вчених, а передавання спадкових ознак від батьків до нащадків — шкідливим намаганням антинауково пояснити процеси розмноження організмів. Відтоді минуло лише півстоліття, і за такий короткий для розвитку науки час спільними зусиллями хіміків та біологів, котрі у своїх дослідженнях послуговувалися найновішими й найсучаснішими на той час фізичними методами досліджень і приладами, здобуто підтвердження законів спадковості. Дещо пізніше американський біохімік Джеймс Уотсон та англійський біофізик Френсіс Крік, ґрунтуючись на рентгеноструктурних даних, одержаних для ДНК, дослідили просторову структуру нуклеїнових кислот, їхню участь у процесах передавання й відтворення спадкових ознак організмів, за що були удостоєні найвищої наукової нагороди — Нобелівської премії. З'ясування структури ДНК стало революційною подією в пізнанні природи.

Гірські породи та мінерали — це сполуки різних хімічних елементів, а Світовий океан, що вкриває 2/3 поверхні нашої планети, складається з водного розчину різноманітних речовин. Відтак географічна наука також використовує знання хімії у своїх дослідженнях. А хімія користується здобутками географії, коли необхідно визначитися із сировинною базою, доцільністю розташування хімічних виробництв на певних територіях тощо.

Таким чином, хімія разом з іншими природничими науками здійснює вивчення живої й неживої природи на рівні кількісного та якісного складу речовин, їхніх хімічних властивостей, добування та застосування.

Цілісність досліджень, що їх здійснюють різні природничі науки, дає змогу встановлювати причини й наслідки явищ у живій і неживій природі, є запорукою пізнання природи, збереження та примноження її багатств.

Стисло про основне

• Хімія — одна з природничих наук, що досліджує речовини та хімічні явища у взаємозв'язку з іншими природничими науками.

• У своїх дослідженнях хіміки спираються на досягнення інших природничих наук — фізики, астрономії, біології, географії, а вони використовують хімічні знання.

• Завдяки хімічним знанням з'ясовано склад небесних тіл та організмів, що населяють нашу планету, розкрито таємниці збереження життя на Землі, здійснено багато наукових відкриттів.

• Хімічні знання сприяють розумінню наукової картини світу і є запорукою пізнання природи.

Знаємо, розуміємо

  • 1. Наведіть приклади використання знань різних природничих наук для розвитку хімії.
  • 2. Яку роль відіграють хімічні знання в: а) астрономії; б) біології; в) географії; г) фізиці?

Застосовуємо

  • 157. Проілюструйте схему взаємозв'язку природничих наук у пізнанні природи власними прикладами.
  • 158*. Висловте та обґрунтуйте свою точку зору на роль хімічних знань у пізнанні природи.