Химия как наука

Химия - наука, изучающая строение веществ и их превращения, сопровождающиеся изменением состава и(или) строения. Перед современной химией стоят три главные задачи:

• во-первых, основополагающим направлением развития химии является исследование строения вещества, развитие теории строения и свойств молекул и материалов. Важно установление связи между строением и разнообразными свойствами веществ и на этой основе построение теорий реакционной способности вещества, кинетики и механизма химических реакций и каталитических явлений. Осуществление химических превращений в том или ином направлении определяется составом и строением молекул, ионов, радикалов, других короткоживущих образований. Знание этого позволяет находить способы получения новых продуктов, обладающих качественно или количественно иными свойствами, чем имеющиеся.
• во-вторых - осуществление направленного синтеза новых веществ с заданными свойствами. Здесь также важно найти новые реакции и катализаторы для более эффективного сушествления синтеза уже известных и имеющих промышленное значение соединений.
• в-третьих - анализ. Эта традиционная задача химии приобрела особое значение. Оно связано как с увеличением числа химических объектов и изучаемых свойств, так и с необходимостью определения и уменьшения последствий воздействия человека на природу.

Химические свойства веществ определяются главным образом состоянием внешних электронных оболочек атомов и молекул, образующих вещества; состояния ядер и внутренних электронов в химических процессах почти не изменяются. Объектом химических исследований являются элементы химические и их комбинации, т.е. атомы, простые (одноэлементные) и сложные (молекулы, ионы, ион-радикалы, карбеиы, свободные радикалы) химические соединения, их объединения (ассоциаты, кластеры, сольваты, клатраты и т.п.), материалы и др.

Современная химия достигла такого уровня развития, что существует целый ряд ее специальных разделов, являющихся самостоятельными науками. В зависимости от атомарной природы изучаемого вещества, типов химических связей между атомами различают неорганическую, органическую и элементоорганическую химии. Объектом неорганической химии являются все химические элементы и их соединения, другие вещества на их основе. Органическая химия изучает свойства обширного класса соединений, обрадованных посредством химических связей углерода с углеродом и другими органогенными элементами: водородом, азотом, кислородом, серой, хлором, бромом и йодом. Элементоорганическая химия находится на стыке неорганической и органической химии. Эта «третья» химия относится к соединениям, включающим химические связи углерода с остальными элементами периодической системы, не являющимися органогенами. Молекулярная структура, степень агрегации (объединения) атомов в составе молекул и крупных молекул - макромолекул привносят свои характерные особенности в химическую форму движения материи. Поэтому существуют химия высокомолекулярных соединений, кристаллохимия, геохимия, биохимия и другие науки. Они изучают крупные объединения атомов и гигантские полимерные образования различной природы. Везде центральным вопросом для химии является вопрос о химических свойствах. Предметом изучения являются также физические, физико-химические и биохимические свойства веществ. Поэтому не только интенсивно разрабатываются собственные методы, но и привлекаются к изучению веществ другие науки. Так важными составными частями химии являются физическая химия и химическая физика, исследующие химические объекты, процессы и сопровождающие их явления с помощью расчетного аппарата физики и физических экспериментальных методов. Сегодня эти науки объединяют целый ряд других: квантовая химия, химическая термодинамика (термохимия), химическая кинетика, электрохимия, фотохимия, химия высоких энергий, компьютерная химия и др. Только перечень фундаментальных наук химического направления уже говорит об исключительном разнообразии проявления химической формы движения материи и влиянии ее на нашу повседневную жизнь. Существует множество направлений развития прикладной химии, призванной решать конкретные задачи практической деятельности человека. Химическая наука достигла такого уровня развития, что стала порождать новые производства и технологии.

Химия как система знания

Химия как система знания о веществах и их превращениях содержится в запасе фактов - надежно установленных и проверенных сведений о химических элементах и соединениях, их реакциях и поведении в природных и искусственных, средах. Критерии надежности фактов и способы их систематизации постоянно развиваются. Крупные обобщения, надежно связывающие большие совокупности фактов, становятся научными законами, формулировка которых открывает новые этапы химии (например, законы сохранения массы и энергии, законы Дальтона, периодический закон Менделеева). Теории, используя специфические понятия, объясняют и прогнозируют факты более частной предметной области. По сути, опытное знание становится фактом только тогда, когда получает теоретическое толкование. Так, первая химическая теория - теория флогистона, будучи неверной, способствовала становлению химии, т.к. соединяла факты в систему и позволяла формулировать новые вопросы. Структурная теория (Бутлеров, Кекуле) упорядочила и объяснила огромный материал органической химии и обусловила быстрое развитие химического синтеза и исследования структуры органических соединений.

Химия как знание - система очень динамичная. Эволюционное накопление знаний прерывается революциями - глубокой перестройкой системы фактов, теорий и методов, с возникновением нового набора понятий или даже нового стиля мышления. Так, революцию вызвали труды Лавуазье (материалистическая теория окисления, внедрение количеств, методов эксперимента, разработка химической номенклатуры), открытие периодического закона Менделеева, создание в начале 20 века новых аналитичесских методов (микроанализ, хроматография). Революцией можно считать и появление новых областей, вырабатывающих новое видение предмета химии и влияющих на все ее области (например, возникновение физической химии на базе химической термодинамики и химической кинетики).

Химия как учебная дисциплина

Химия является общетеоретической дисциплиной. Она призвана дать студентам современное научное представление о веществе как одном из видов движущейся материи, о путях, механизмах и способах превращения одних веществ в другие. Знание основных химических законов, владение техникой химических расчетов, понимание возможностей, предоставляемых химией с помощью других специалистов, работающих в отдельных и узких ее областях, значительно ускоряют получение нужного результата в различных сферах инженерной и научной деятельности. Химия знакомит будущего специалиста с конкретными проявлениями вещества, дает возможность с помощью лабораторного эксперимента «почувствовать» вещество, узнать его новые виды и свойства. Особенностью химии как дисциплины для студентов нехимических специальностей является то, что в небольшом по объему курсе необходимо иметь сведения практически из всех отраслей химии, оформившихся как самостоятельные науки и изучаемые химиками и химиками-технологами в специальных дисциплинах. Кроме того, разнообразие интересов представителей разных специальностей часто приводит к созданию специализированных курсов химии. При всех положительных сторонах такой ориентации существует и серьезный ее недостаток - сужается мировоззрение специалиста, уменьшается свобода его ориентации в свойствах вещества и методах его получения и применения. Поэтому курс химии для будущих специалистов не в области химии и химической технологии должен быть достаточно широк и, в необходимой мере, основателен, чтобы дать целостное представление о возможностях химии как науки, как отрасли промышленности, как основы для научно-технического прогресса. Теоретические основы для понимания многообразной и сложной картины химических явлений закладывает общая химия. Химия элементов вводит в конкретный мир веществ, образуемых химическими элементами. Современному инженеру, не имеющему специальной химической подготовки, необходимо разбираться в свойствах различных видов материалов, составов и соединений. Нередко, в той или иной мере, ему приходится иметь дело с топливами, маслами, смазками, моющими средствами, вяжущими, керамическими, конструкционными, электротехническими материалами, волокнами, тканями, биологическими объектами, минеральными удобрениями и многим другим. Другие курсы не всегда могут дать первичное представление об этом. Необходимо восполнять этот пробел. Данный раздел относится к наиболее динамично меняющейся части химии и, конечно, достаточно быстро устаревает. Поэтому, своевременный и тщательный отбор материала здесь является крайне необходимым для регулярного обновления дисциплины. Все это и ведет к целесообразности введения в курсе химии для студентов нехимических специальностей отдельного раздела прикладной химии.

Химия как социальная система

Химия как социальная система - крупнейшая часть всего сообщества ученых. На формирование химика как типа ученого оказали влияние особенности объекта его науки и способа деятельности (химического эксперимента). Трудности математической формализации объекта (по сравнению с физикой) и в то же время многообразие чувственных проявлений (запах, цвет, биологическая и другая активность) с самого начала ограничивали господство механицизма в мышлении химика и оставляли значит, поле для интуиции и артистизма. Кроме того, химик всегда применял инструмент немеханическоц природы - огонь. С другой стороны, в отличие от устойчивых, данных природой объектов биолога, мир химика обладает неисчерпаемым и быстро нарастающим многообразием. Неустранимая таинственность нового веществава придала мироощущению химика ответственность и осторожность (как социальный тип химик консервативен). Химическая лаборатория выработала жесткий механизм «естественного отбора», отторжения самонадеянных и склонных к ошибкам людей. Это придает своеобразие не только стилю мышления, но и духовно-нравственной организации химика.

Сообщество химиков состоит из людей, профессионально занимающихся химией и относящих самих себя к этой области. Примерно половина из них работает, однако, в других областях, обеспечивая их химическими знанием. Кроме того, к ним примыкает множество ученых и технологов - в большой мере химиков, хотя уже и не относящих себя к химикам (освоение навыков и умений химика учеными других областей затруднено из-за указанных выше особенностей предмета).

Как и любое другое сплоченное сообщество, химики имеют свой профессиональный язык, систему воспроизводства кадров, систему коммуникаций [журналы, конгрессы и т.д.], свою историю, свои культурные нормы и стиль поведения.

Химия как отрасль промышленности

Современный уровень жизни человечества просто невозможен без продуктов и методов химии. Они в решающей мере определяют современное лицо окружающего нас мира. Продуктов химии требуется так много, что в развитых странах существуют химические отрасли промышленности. Химическая отрасль - одна из важнейших отраслей промышленности и в нашей стране. Производимые ею химические соединения, различные композиции и материалы применяются повсюду: в машиностроении, металлургии, сельском хозяйстве, строительстве, электротехнической и электронной промышленности, связи, транспорте, космической технике, медицине, быту, и др. Только для изготовления пищевых продуктов применяется около тысячи различных химических соединений, а всего для практических нужд промышленностью выпускается более миллиона веществ. От химии во многом зависит экономическое благосостояние и обороноспособность страны. Поэтому, чтобы не сдерживать развитие других отраслей промышленности, своевременно предоставлять им новые соединения и материалы с требуемым набором свойств, химическая наука и химическая промышленность должны развиваться опережающими темпами, расширяя ассортимент продуктов, повышая их качество и увеличивая объемы выпуска. В нашей стране существуют:

• неорганические производства основной химии, выпускающие кислоты, щелочи, соли и другие соединения, удобрения;
• нефтехимические производства: получение топлива, масел, растворителей, мономеров органической химии (углеводородов, спиртов, альдегидов, кислот), разнообразых полимеров и материалов на их основе, синтетического каучука, химических волокон, препаратов для защиты растений, кормов и добавок к кормам, товаров бытовой химии;
• малая химия, когда объемы выпускаемой продукции невелики, но ассортимент ее очень широк. К такой продукции относятся вспомогательные вещества для производства полимерных материалов (катализаторы, стабилизаторы, пластификаторы, антипирены), красители, лекарственные препараты, дезинфицирующие средства и другие препараты санитарии и гигиены, средства химизации сельского хозяйства - гербициды, инсектициды, фунгициды, дефолианты и др.

Главными направлениями развития современной химической промышленности являются: производство новых соединений и материалов и повышение эффективности существующих производств. Для этого важно найти новые реакции и катализаторы, выяснить механизмы протекающих процессов. Это определяет химический подход при решении инженерных задач повышения эффективности производства. Типичной чертой химической промышленности является сравнительно небольшое количество работающих и высокие требования к их квалификации, причем относительное количество специалистов-химиков невелико, а больше представителей других специальностей (механиков, теплоэнергетиков, специалистов по автоматизации производства и др.). Характерны крупные размеры энерго- и водопотребления, высокие экологические требованиям к производству. В нехимических отраслях многие технологические операции связаны с подготовкой и очисткой сырья и материалов, окраской, склеиванием, и другими химическими процессами.

Химия - основа научно-технического прогресса

Соединения, составы и материалы, создаваемые химией, играют важнейшую роль для повышения производительности труда, снижения энергетических затрат на производство необходимой продукции, освоения новых технологий и техники. Примеров успешного влияния химии на методы машиностроительной технологии, приемы эксплуатации машин и аппаратов, развитие электронной промышленности, космической техники и реактивной авиации и многих других направлений научно-технического прогресса множество:

• внедрение химических и электрохимических методов обработки металлов резко снижает количество отходов, неизбежных при обработке металлов резанием. При этом снимаются ограничения по прочности и твердости металлов и сплавов, форме детали, достигаются высокая чистота поверхности и точность размеров деталей.
• такие материалы как синтетический графит (который при высоких температурах более прочен, чем металлы), корундовая (на основе оксида алюминия) и кварцевая (на основе диоксида кремния) керамики, синтетические полимерные материалы, стекла могут проявлять уникальные свойства.
• закристаллизованные стекла (ситаллы) получают введением в расплавленное стекло веществ, способствующих возникновению центров кристаллизации и последующему росту кристаллов. Такой ситалл как «пирокерам» в девять раз прочнее прокатанного стекла, тверже высокоуглеродистой стали, легче алюминия и по термостойкости близок к кварцу.
• современные смазочные материалы позволяют существенно снизить коэффициент трения и повысить износостойкость материалов. Применение масел и смазок, содержащих дисульфид молибдена, увеличивает срок эксплуатации узлов и деталей автомобиля в 1,5 раза, отдельных частей - до двух раз, а коэффициент трения при этом удается снизить более, чем в 5 раз.
• элементоорганические вещества - полиорганосилоксаны отличаются гибкостью и спиралеобразной структурой молекул, образующих клубки по мере понижения температуры. Таким образом они сохраняют незначительно меняющуюся вязкость в широком диапазоне температур. Это позволяет их использовать в качестве гидравлической жидкости в самых разнообразных условиях.
• защита металлов от коррозии приобрела целенаправленность действия после создания электрохимической теории коррозии и позволяет избежать значительных экономических затрат на возобновление изделий из металлов.

В настоящее время перед химией совместно с другими науками, техникой и промышленностью стоит много актуальных и сложных задач. Синтез и практическое применение подходящих высокотемпературных и, далее, горячих сверхпроводников позволит существенно изменить способы хранения и передачи энергии. Необходимы новые материалы, среди которых выделяются материалы на основе металлов, полимеры, керамика и композиты. Так проблема создания экологически чистого двигателя, в основе которого лежит реакция сгорания водорода в кислороде, заключается в создании материалов или процессов, препятствующих проникновению водорода через стенки резервуаров-аккумуляторов водорода. Создание новых химических технологий - также важное направление научно-технического прогресса. Так, стоит задача обеспечения новыми видами жидкого и газообразного топлива, получаемого при переработке угля, сланцев, торфа, древесины. Это возможно на основе новых каталитических процессов.

Урок №1

Тема: Химия – естественная наука.

Цель: дать понятие о химии как о науке; показать место химии среди естественных наук; ознакомить с историей зарождения химии; рассмотреть значение химии в жизни человека; изучить правила поведения в кабинете химии; ознакомить с научными методами познания в химии; развивать логику мышления, умения наблюдать; воспитывать интерес к изучаемому предмету, настойчивость, прилежность в изучении предмета.

Ход урока.

I Организация класса.

II Актуализация опорных знаний.

Какие естественные науки вы знаете, изучаете?

Почему они называются естественными?

III Сообщение темы, цели урока, мотивация учебной деятельности.

После сообщения темы и цели урока учитель ставит проблемный вопрос.

Как вы думаете, что изучает химия? (Ученики высказывают свои предположения, все они записываются на доске). Затем учитель говорит, что в ходе урока мы выясним, какие предположения являются верными.

III Изучение нового материала.

Прежде, чем начать наш урок, мы должны изучить правила поведения в химическом кабинете. Посмотрите перед вами на стене стенд, на котором записаны эти правила. Каждый раз, когда вы заходите в кабинет, вы должны повторять эти правила, знать их и неукоснительно выполнять.

(Читаем вслух правила поведения в химическом кабинете.)

Правила поведения учащихся в кабинете химии.

Входить в кабинет химии можно только с разрешения учителя

В кабинете химии нужно ходить размеренным шагом. Ни в коем случае нельзя резко двигаться, так как можно опрокинуть оборудование и реактивы, стоящие на столах

Во время проведения экспериментальных работ в кабинете химии необходимо находиться в халате.

При проведении экспериментальных работ приступать к работе можно только после разрешения учителя

При выполнении экспериментов работайте спокойно, без суеты. Не толкайте соседа по парте. Помните! Аккуратность – залог успеха!

После завершения экспериментов необходимо привести рабочее место в порядок и тщательно вымыть руки с мылом.

Химия – естественная наука, место химии среди естественных наук.

К естественным наукам относят физическую географию, астроно­мию, физику, биологию, экологию и другие. Они изучают объекты и явления природы.

Поразмыслим, какое место занимает химия среди других наук. Она обеспечивает их веществами, материалами и со­временными технологиями. И вместе с тем использует дости­жения математики, физики, биологии, экологии для собст­венного дальнейшего развития. Следовательно, химия - центральная, фундаментальная наука.

Все больше стираются границы между химией и другими естественными науками. На границе исследований физичес­ких и химических явлений возникли физическая химия и хи­мическая физика. Биохимия - биологическая химия - изуча­ет химический состав и структуру соединений, содержащих­ся в живых организмах.

История возникновения химии.

Наука о веществах и их превращениях зародилась в Египте – технически наиболее передовой стране древнего мира. Египетские жрецы были первыми химиками. Они владели многими до сих пор неразгаданными химическими секретами. Например, приемами бальзамирования тел умерших фараонов и знати, а также получением некоторых красок.

Такие отрасли производства, как гончарное производство, стеклоделие, крашение, парфюмерия, достигли в Египте значительного развития еще задолго до нашей эры. Химия считалась «божественной» наукой, находилась целиком в руках жрецов и тщательно скрывалась ими от всех непосвященных. Однако, некоторые сведения все же проникали за пределы Египта.

Примерно в VII в. н.э. арабы переняли достояние и приемы работы египетских жрецов и обогатили человечество новыми знаниями. Арабы добавили к слову хеми приставку ал, и лидерство в изучении веществ, которое стало называться алхимией, перешло к арабам. Следует отметить, что на Руси алхимия распространения не имела, хотя труды алхимиков были известны, и даже переводились на церковнославянский язык. Алхимия – это средневековое искусство получения и переработки различных веществ для практических нужд В отличие от древнегреческих философов, которые лишь наблюдали мир, а объяснение строили на предположениях и размышлениях, алхимики действовали, экспериментировали, делая неожиданные открытия и совершенствуя методику эксперимента. Алхимики считали, что металлы – это вещества, состоящие из трех основных элементов: соли – как символа твёрдости и способности к растворимости; серы – как вещества, способного нагреваться и гореть при высоких температурах; ртути – как вещества, способного к испарению и обладающего блеском. В связи с этим предполагалось, что, например, золото, являвшееся драгоценным металлом, тоже обладает точно такими же элементами, а значит и получить его можно из любого металла! Считалось, что получение золота из любого другого металла связано с действием философского камня, которые безуспешно и пытались найти алхимики. Кроме того, они верили, что если выпить эликсир, приготовленный из философского камня, то приобретешь вечную молодость! Но ни философского камня, ни золота из других металлов алхимикам найти и получить не удалось.

Роль химии в жизни человека.

Ученики перечисляют все стороны положительного влияния химии на жизнь человека. Учитель помогает и направляет мысль обучающихся.

Учитель: А только ли полезное значение в обществе имеет химия? Какие проблемы возникают в связи с применением продуктов химического производства?

(Ученики пытаются найти ответ и на этот вопрос.)

Методы познания в химии.

Знания о природе человек получает с помощью такого важнейшего метода, как наблюдение.

Наблюдение - это концентрация внимания на познаваемых объектах с целью их изучения.

С помощью наблюдения человек накапливает информацию об окружающем мире, которую затем систематизирует, выявляя общие закономерности результатов наблюдений. Следующий важный шаг - поиск причин, которые объясняют найденные закономерности.

Для того чтобы наблюдение было плодотворным, необходимо выполнить ряд условий:

четко определить предмет наблюдения, т. е. то, на что будет обращено внимание наблюдателя, - конкретное вещество, его свойства или превращение одних веществ в другие, условия осуществления этих превращений и т. д.;

сформулировать цель наблюдения, наблюдатель должен знать, зачем он проводит наблюдение;

составить план наблюдения, чтобы достигнуть поставленной цели. Для этого лучше выдвинуть предположение, т. е. гипотезу (от греч. hypothesis - основание, предположение) о том, как будет происходить наблюдаемое явление. Гипотеза может быть выдвинута и в результате наблюдения, т. е. когда получен результат, который нужно объяснить.

Научное наблюдение отличается от наблюдения в житейском смысле этого слова. Как правило, научное наблюдение проводится в строго контролируемых условиях, причем условия эти можно изменять по желанию наблюдателя. Чаще всего такое наблюдение проводится в специальном помещении - лаборатории.

Эксперимент - научное воспроизведение какого-либо явления с целью его исследования, испытания в определенных условиях.

Эксперимент (от лат. experimentum - опыт, проба) позволяет подтвердить или опровергнуть гипотезу, возникшую при наблюдении, и сформулировать вывод.

Проведем небольшой эксперимент по изучению строения пламени.

Зажжем свечу и внимательно рассмотрим пламя. Оно неоднородно по цвету, имеет три зоны. Темная зона (1) находится в нижней части пламени. Она самая холодная по сравнению с другими. Темную зону окаймляет яркая часть пламени (2), температура которой выше, чем в темной зоне. Однако самая высокая температура - в верхней бесцветной части пламени (зона 3).

Чтобы убедиться, что различные зоны пламени имеют разную температуру, можно провести такой опыт. Поместим лучинку или спичку в пламя так, чтобы она пересекала все три зоны. Вы увидите, что лучинка обугливается в зонах 2 и 3. Значит, температура пламени там наиболее высокая.

Возникает вопрос, будет ли пламя спиртовки или сухого горючего иметь такое же строение, как и пламя свечи? Ответом на этот вопрос могут служить два предположения - гипотезы: 1) строение пламени будет таким же, как и пламя свечи, потому что в его основе лежит один и тот же процесс - горение; 2) строение пламени будет различным, так как оно возникает в результате горения различных веществ. Для того чтобы подтвердить или опровергнуть одну из этих гипотез, обратимся к эксперименту - проведем опыт.

Исследуем с помощью спички или лучинки строение пламени спиртовки.

Несмотря на отличия в форме, размерах и даже цвете, в обоих случаях пламя имеет одинаковое строение - те же три зоны: внутреннюю темную (самую холодную), среднюю светящуюся (горячую) и внешнюю бесцветную (самую горячую).

Следовательно, на основании проведенного эксперимента можно сделать вывод, что строение любого пламени одинаково. Практическая значимость этого вывода состоит в следующем: для того чтобы нагреть в пламени какой-либо предмет, его надо внести в верхнюю, т. е. самую горячую, часть пламени.

Оформлять экспериментальные данные принято в специальном лабораторном журнале, в качестве которого подойдет обыкновенная тетрадь, а вот записи в ней делают строго определенные. Отмечают дату проведения эксперимента, его название, ход опыта, который часто оформляют в виде таблицы.

Попробуйте таким образом описать эксперимент по изучению строения пламени.

Все естественные науки - экспериментальные. А для постановки эксперимента часто требуется специальное оборудование. Например, в биологии широко используются оптические приборы, которые позволяют во много раз увеличить изображение наблюдаемого объекта: лупа, микроскоп.

Физики при изучении электрических цепей применяют приборы для измерения напряжения, силы тока и электрического сопротивления.

На вооружении ученых-географов имеются специальные приборы - от самых простейших (компаса, метеорологических зондов) до научно-исследовательских судов, уникальных космических орбитальных станций.

Химики в своих исследованиях также используют специальное оборудование. Простейшее из них - это, например, уже знакомый вам нагревательный прибор - спиртовка и различная химическая посуда, в которой проводят превращения веществ, т. е. химические реакции.

IV Обобщение си систематизация полученных знаний.

Так что же изучает химия? (В течение урока учитель обращал внимание на правильность или ошибочность предположений детей по поводу предмета изучения химии. И теперь пришел момент обобщить и дать окончательный ответ. Выводим определение химии).

Какую роль играет химия в жизни человека и общества?

Какие методы познания в химии вам теперь известны.

Что такое наблюдение? Какие условия необходимо соблюдать, чтобы наблюдение было результативным?

Чем различаются гипотеза и вывод?

Что такое эксперимент?

Какое строение имеет пламя?

Как следует проводить нагревание?

V Рефлексия, подведение итога урока, выставление оценок.

VI Сообщение домашнего задания, инструктаж по его выполнению.

Учитель: Вы должны:

Выучить опорный конспект к этому уроку.

Описать эксперимент по изучению строения пламени используя, приведенную таблицу.

Наука - одна из важнейших областей человеческой деятельности на современном этапе развития мировой цивилизации. На сегодняшний день существуют сотни различных дисциплин: технические, общественные, гуманитарные, естественные науки. Что они изучают? Как развивалось естествоведение в историческом аспекте?

Естественная наука - это...

Что такое естествознание? Когда оно зародилось и из каких направлений состоит?

Естественная наука - это дисциплина, изучающая природные явления и феномены, которые выступают внешними по отношению к субъекту исследований (человеку). Термин "естествознание" в русском языке происходит от слова "естество", что есть синонимом к слову "природа".

Фундаментом естествознания можно считать математику, а также философию. Из них, по большому счету, вышли все современные естественные науки. Вначале натуралисты пытались ответить на все вопросы, касающиеся природы и её всяческих проявлений. Затем, по мере усложнения предмета исследований, естествознание начало дробиться на отдельные дисциплины, которые со временем ставали все более обособленными.

В контексте современного времени естественная наука - это комплекс научных дисциплин о природе, взятых в их тесной взаимосвязи.

История формирования естественных наук

Развитие естественных наук происходило постепенно. Однако интерес человека к явлениям природы проявился еще в древности.

Натурфилософия (по сути, наука) активно развивалась в Древней Греции. Античные мыслители, с помощью примитивных методов исследований и, порой, интуиции, смогли сделать целый ряд научных открытий и важных предположений. Уже тогда натурфилософы были уверены, что Земля вращается вокруг Солнца, могли объяснить солнечные и лунные затмения, довольно точно измерили параметры нашей планеты.

В эпоху Средневековья развитие естествознания заметно замедлилось и находилось в сильной зависимости от церкви. Многие ученые в это время были гонимы за так называемое инаковерие. Все научные исследования и изыскания, по сути, сводились к истолкованию и обоснованию священных писаний. Тем не менее в эпоху Средних веков существенно развивалась логика и теория. Стоит также отметить, что в это время центр натурфилософии (непосредственного изучения природных явлений) географически сместился в сторону арабо-мусульманского региона.

В Европе бурное развитие естествознания начинается (возобновляется) лишь в XVII-XVIII веках. Это время масштабного накопления фактических знаний и эмпирического материала (результатов "полевых" наблюдений и экспериментов). Естественные науки 18 века также основываются в своих исследованиях на результаты многочисленных географических экспедиций, плаваний, изучений вновь открытых земель. В XIX веке снова на первое место выходит логика и теоретическое мышление. В это время ученые активно обрабатывают все собранные факты, выдвигая различные теории, формулируя закономерности.

К самым выдающимся естествоиспытателям в истории мировой науки следует отнести Фалеса, Эратосфена, Пифагора, Клавдия Птолемея, Архимеда, Галилео Галилея, Рене Декарта, Блеза Паскаля, Никола Тесла, Михаила Ломоносова и многих других известных ученых.

Проблема классификации естествознания

К базовым естественным наукам относятся: математика (которую также часто именуют "королевой наук"), химия, физика, биология. Проблема классификации естествознания существует уже давно и беспокоит умы не одного десятка ученых и теоретиков.

Лучше всего с этой дилеммой справился Фридрих Энгельс - немецкий философ и ученый, который более известен в качестве близкого друга Карла Маркса и соавтора его известнейшего труда под названием "Капитал". Он смог выделить два основных принципа (подхода) типологии научных дисциплин: это объективный подход, а также принцип развития.

Максимально подробную предложил советский методолог Бонифатий Кедров. Она не потеряла свою актуальность и в наши дни.

Перечень естественных наук

Весь комплекс научных дисциплин принято делить на три большие группы:

• гуманитарные (или общественные) науки;
• технические;
• естественные.

Природу изучают последние. Полный перечень естественных наук представлен ниже:

• астрономия;
• биология;
• медицина;
• геология;
• почвоведение;
• физика;
• природоведение;
• химия;
• ботаника;
• зоология;
• психология.

Что касается математики, то у ученых нет единого мнения, к какой группе научных дисциплин её стоит относить. Одни считают её естественной наукой, другие - точной. Некоторые методологи относят математику в отдельный класс так называемых формальных (или абстрактных) наук.

Химия

Химия - это обширная область естествознания, главным объектом изучения которой является вещество, его свойства и строение. Данная наука рассматривает и объекты на атомно-молекулярном уровне. Она также изучает химические связи и реакции, возникающие при взаимодействии разных структурных частиц вещества.

Впервые теорию о том, что все природные тела состоят из более мелких (не видимых человеку) элементов, выдвинул древнегреческий философ Демокрит. Он предположил, что каждое вещество включает в себя более мелкие частицы, подобно тому, как слова состоят из различных букв.

Современная химия - это сложная наука, включающая в себя несколько десятков дисциплин. Это неорганическая и органическая химии, биохимия, геохимия, даже космохимия.

Физика

Физика - одна из древнейших наук на Земле. Открытые ею законы выступают базисом, фундаментом для всей системы дисциплин естествознания.

Впервые термин "физика" употребил еще Аристотель. В те далекие времена она была практически тождественной философии. В самостоятельную науку физика начала превращаться лишь в XVI веке.

Сегодня под физикой понимают науку, изучающую материю, её строение и движение, а также общие законы природы. В её структуре выделяют несколько основных разделов. Это классическая механика, термодинамика, теория относительности и некоторые другие.

Физическая география

Разграничение между естественными и гуманитарными науками жирной линией прошло по "телу" некогда единой географической науки, разделив отдельные её дисциплины. Так, физическая география (в отличие от экономической и социальной) оказалась в лоне естествознания.

Эта наука изучает географическую оболочку Земли в целом, а также отдельные природные компоненты и системы, входящие в её состав. Современная физическая география состоит из ряда Среди них:

• ландшафтоведение;
• геоморфология;
• климатология;
• гидрология;
• океанология;
• почвоведение и прочие.

Естественные и гуманитарные науки: единство и различия

Гуманитарные, естественные науки - так ли они далеки друг от друга, как это может показаться?

Разумеется, эти дисциплины отличаются по объекту исследований. Естественные науки изучают природу, гуманитарные - концентрируют свое внимание на человеке и обществе. Гуманитарные дисциплины не могут соперничать с естественными в точности, они не способны математически доказать свои теории и подтвердить гипотезы.

С другой стороны, эти науки тесно связаны, переплетены друг с другом. Особенно в условиях XXI века. Так, математика уже давно внедрилась в литературу и музыку, физика и химия - в искусство, психология - в социальную географию и экономику и так далее. Кроме того, уже давно стало очевидным, что многие важные открытия делаются как раз на стыке нескольких научных дисциплин, которые, на первый взгляд, не имеют абсолютно ничего общего.

В заключение...

Естественная наука - это направление науки, изучающее природные явления, процессы и феномены. Таких дисциплин существует огромное множество: и физика, математика и биология, география и астрономия.

Естественные науки, несмотря на многочисленные отличия в предмете и методах исследований, тесно связаны с общественными и гуманитарными дисциплинами. Особенно сильно эта связь проявляется в XXI веке, когда все науки сближаются и переплетаются.

Химия – это естественная наука. Как и другие естественные науки она изучает определенную сторону природы и природных явлений. В отличие от других естественных наук, химия уделяет пристальное внимание веществу. Веществом является, например, вода, какой-либо металл, соль, определенный белок.

Многие объекты, которые нас окружают, состоят не из одного, а из множества веществ. Например, живой организм состоит из воды, белков, жиров, углеводов и ряда других веществ. Даже однородные по внешнему виду вещества, могут представлять собой смеси различных веществ (например, растворы).

Наука химия на протяжении истории позволила не только изучить строение и свойства веществ, но и получить новые вещества, которых раньше в природе не было. Это, например, различные пластмассы, органические вещества.

Химия как и математика имеет свой формальный язык. Взаимодействия веществ здесь принято выражать через определенную запись химических реакций, а сами вещества записывать в виде формул.

Химия позволяет объяснить многие изменения в природе. Главный вопрос, на который отвечает химия, – почему одни вещества превращаются в другие?