1.    
  2.    
  3.     Скільки хімій на світі?

Скільки хімій на світі?

09.08.2018

 

Хімію можна визначити як предмет занять хіміків.
Т. Л. Браун, Г. Ю. Лемей

На початку було слово — «ал хемі», або алхімія. Воно походить від єгипетського ієрогліфу «хмі», що значило чорну (родючий) землю. Цим же ієрогліфом позначався і сам Єгипет, місце, де, можливо, виникла алхімія, яку часто називали «єгипетським мистецтвом». Вперше термін зустрічається в рукописі Юлія Фирмика (IV століття н. е..). Ю. Лібіх писав про алхімію, що вона «ніколи не була нічим іншим, як хімією».
Скільки хімій на світі?

Наступним словом стало «ятрохімія» — напрям в природознавстві і медицині, що з’явилося в XVI столітті. Воно відводив основну роль у виникненні хвороб порушень хімічних процесів в організмі і ставило завдання відшукання хімічних засобів їх лікування. Зародження та розвиток ятрохимии, отримала найбільше поширення в Німеччині та Нідерландах, пов’язане з діяльністю Парацельса (1493-1541), а також лікаря й анатома Ф. Бое (1614-1672), сформулював основні її положення і відкрив при Лейденському університеті першу хімічну лабораторію для аналізів. Представники ятрохимии приділяли увагу вивченню процесів травлення, а також статевих та інших залоз; розрізняли «кислотні» і «лужні» хвороби. Ятрохімія у другій половині XVIII століття перестала існувати як напрямок в медицині, але дала початок експериментальної хімії.

Більшість хіміків XVI–XVIII століть мали медичну освіту і служили аптекарями. Далі, оскільки синтетичної хімії ще не існувало, речовини для ліків добували в природному стані мінералів і рослин, а для цього потрібні методи аналізу, розділення і очищення речовин. Розвивається аналітична хімія. Потім військові інтереси і запити споживачів викликали до життя інші розділи хімії.

Зараз хімія складається з п’яти основних розділів. Це аналітична хімія, неорганічна хімія, органічна хімія, біохімія, фізична хімія та технічна хімія. А далі вони поділяються, утворюючи сотню різних хімій. Таке розмаїття змушує замислитися над тим, що настав час хімії складати, а не ділити.

Академік Ю. А. Косигін писав: «До кінця XX століття наука як би розділилася на шари… Фахівець часто замикався в своєму шарі, захоплюючись в його межах деталями… Це створювало вузькість наукового мислення, забуття цілісності світу, проблеми якого можуть вирішуватися тільки спільною роботою в різних спеціальностях або їх взаємопроникненням. Поділ на спеціальності створює атмосферу затхлості і безпорадності».

Таким чином, перше завдання статті полягає в показі абсурду такого поділу стосовно до хімії. Розділи взяті з хімічних енциклопедій, оглядів, web-сторінок вузів та НДІ, назв підручників і журналів. Друге завдання — ознайомлення неофітів з різноманіттям хімічних рішень життєвих завдань. І третє завдання. Автору як професіоналу неприємно чути на всіх кутах: «вирощена без хімії», «продукт не містить хімічних речовин» та інші дивні гасла. Куди ж ви дінетесь без хімії!

Аналітична хімія — розробка методів визначення хімічного складу речовини. Вона виникла раніше від інших хімічних наук, і до кінця XVIII століття хімію визначали як науку, що вивчає хімічний склад речовин. Історично це перша наукова власне хімія.
Зображення: «Хімія і життя»

Агрохімія — наука про хімічних процесах в ґрунті і рослинах, мінеральному живленні рослин, застосування добрив і засобів хімічної меліорації ґрунтів. Включає визначення вмісту в ґрунтах і рослинах хімічних елементів, білків, амінокислот, вітамінів, жирів, вуглеводів; встановлення механічного і мінералогічного складу ґрунтів, вмісту в них органічної частини (гумусу), солей, водоростей, мікроорганізмів та ін. Вивчає вплив добрив на рослини і грунт. Багато прийоми агрохімії увійшли в практику землеробства з глибокої давнини. Завдяки створенню s нової галузі агрохімії — хімії отрутохімікатів — з’явилася можливість не тільки покращувати харчування рослин, але і впливати (з допомогою регуляторів росту) на їх розвиток, а також захищати від хвороб, комах, кліщів, нематод та інших шкідників. Величезний вплив на агрохімію зробило відкриття виборчих гербіцидів. Знищення бур’янів з їх допомогою дозволило поліпшити умови росту рослин і більш ефективно використовувати добрива, так як вони не витрачаються на підгодівлю бур’янів.

Аналітична хімія елементів. Інститут геохімії та аналітичної хімії РАН (ГЕОХИ, Москва) видає серію монографій, яких вже зараз налічується понад 50, а в ідеалі повинно бути 109 — за кількістю відомих хімічних елементів.

Астрохімія вивчає хімічні реакції між атомами, молекулами і зернами пилу в міжзоряному середовищі, включаючи фази утворення зірок і планет. Синтез гелію можна вважати початком всіх реакцій у природі, першопричиною життя, світла, тепла і метеорологічних явищ на Землі. Народження хімічних елементів — функція зірок. До заліза включно вони народжуються в термоядерних процесах синтезу ядер в надрах незліченних сонць. Починаючи з кобальту і далі – створюються при вибухах наднових через нейтроноизбыточные ядра з наступною серією бета-розпадів. Радиоастрономы показали, що темні міжзоряні хмари містять багато складні молекули (метанол, оксид вуглецю, формальдегід, етанол, синильну кислоту, мурашину кислоту та інші). Молекулярна радіоастрономія дозволила ідентифікувати всі ці молекули за їх обертальним спектрами в мікрохвильовій області.

Біонеорганіческая хімія вивчає комплекси біополімерів або природних низькомолекулярних речовин з іонами металів, присутніх в живих організмах (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+). Досліджує роль цих іонів у виконанні біологічних функцій ферментів. Практичне застосування пов’язане з синтезом металовмісних лікарських препаратів.

Біоорганічна хімія вивчає зв’язок між будовою органічних речовин та їх біологічними функціями. Об’єкти досліджень: біополімери, вітаміни, гормони, антибіотики та інші. Сформувалася на стику біохімії та органічної хімії. Біоорганічна хімія пов’язана з практичними завданнями медицини, сільського господарства, хімічної, харчової та мікробіологічної промисловості.

Біохімія вивчає входять до складу організмів хімічні речовини, їх структуру, розподіл, перетворення і функції. Здавалося б, ця наука повинна бути розділу органічної хімії, проте численні розгалуження біохімії перетворили її в окремий напрям. Перший синтез природного речовини сечовини в 1828 році зруйнував уявлення про «життєву силу», яка бере участь в утворенні речовин організмом. Впровадження в біологію ідей і методів фізики і хімії, а також прагнення пояснити будовою і властивостями біополімерів такі біологічні явища, як спадковість, мінливість або м’язове скорочення, привело в середині XX століття до виділення з біохімії і молекулярної біології. Потреби народного господарства в одержанні, зберіганні та обробці різних видів сировини призвели до розвитку технічної біохімії. Наприкінці XX і початку XXI століття біохімія стала провідним хімічним напрямком, у всякому разі, більшість Нобелівських премій по хімії присуджують саме за біохімічні роботи.

Галургія — розділ хімічної технології по виробництву мінеральних солей. До галургії у вузькому значенні відносять переробку природних солей. Сировиною для галургічну виробництва служать морська вода, відкладення морських солей, а також озерні та підземні розсоли. Прикладні завдання — проектування калійних, соляних і сульфатних підприємств; проектування підприємств з видобутку і переробки гірничо-хімічної сировини: сульфату натрію, фосфоритного, магнийсодержащего сировини та інших природних солей.

Геохімія вивчає хімічний склад Землі, поширеність в ній хімічних елементів і їх стабільних ізотопів, закономірності розподілу хімічних елементів у різних геосферах, закони поведінки, поєднання і міграції елементів у природних процесах. Геохімія історично сформувалася як хімія елементів в геосферах і багато в чому продовжує залишатися такою. Це було виправдано за часів Ферсмана і Вернадського. Але властивості речовин – це властивості фаз. Один і той же елемент може перебувати в складі різних фаз і сам утворювати безліч фаз з дуже різними властивостями (згадаймо хоча б фази вуглецю). У XX столітті з’явилися методи аналізу фаз. Тому подальший розвиток геохімії — це хімія фаз у геосферах. Валовий елементний аналіз геологічних проб повинен підкріплюватися фазовим аналізом. Інакше спостерігається зараз нічим не виправданий перескок через структурний рівень організації речовини: від хімічного елемента, минаючи мінеральну фазу, до породи і геологічного тіла.

Гідрохімія вивчає хімічний склад природних вод і закономірності його зміни під впливом фізичних, хімічних і біологічних впливів. Завдання — встановлення хімічного складу основних елементів екосистем океанів і морів, процесів їх біогеохімічної трансформації та еволюції.

Гістохімія — розділ гістології, вивчає локалізацію різних хімічних речовин і продуктів їх метаболізму в тканинах. Деякі методи фарбування дозволяють виявляти в клітинах ті чи інші хімічні речовини. Можливо диференціальне фарбування жирів, глікогену, нуклеїнових кислот, нуклеопротеїнів, деяких ферментів і інших хімічних компонентів клітини. Внесок гистохимии в вивчення хімічного складу тканин постійно зростає. Підібрані барвники, флуорохромы і ферменти, які можна приєднати до специфічних імуноглобулінів (антитілам) і, спостерігаючи зв’язування цього комплексу в клітці, ідентифікувати клітинні структури. Ця область досліджень становить предмет иммуногистохимии. Використання імунологічних маркерів в світлової та електронної мікроскопії сприяє розширенню знань про біології клітини, а також підвищення точності медичних діагнозів.

Іммунохімія вивчає хімічні основи імунітету. Основні проблеми: будова і властивостей імунних білків — антитіл, природних і синтетичних антигенів, а також виявлення закономірностей взаємодії між цими головними компонентами імунологічних реакцій у різних організмів. Методами імунохімії користуються також в прикладних цілях, зокрема, при виділенні і очищенні активних почав вакцин і сироваток.

Квантова хімія. Це напрямок хімії на основі квантової механіки розглядає будову і властивості хімічних сполук, реакційну здатність, кінетику і механізми хімічних реакцій. Із-за складності об’єктів застосовують наближені методи розрахунку. З квантовою хімією нерозривно пов’язана комп’ютерна хімія — дисципліна використовує математичні методи для розрахунку молекулярних властивостей, амплітуди ймовірності знаходження електронів в атомах, молекулярного моделювання поведінки.

Колоїдна хімія — наука про дисперсних системах і поверхневих явищах. Звідси бере початок популярна нині нанотехнології. Колоїдні системи – це та людина і холодець. Оскільки у частинок дисперсної фази і навколишнього середовища велика поверхня розділу, поверхневі явища справляють визначальний вплив на властивості системи в цілому. Мета досліджень – управління освітою, властивостями і руйнуванням дисперсних систем і граничних шарів за рахунок регулювання міжмолекулярних взаємодій на межі розділу фаз. Цього домагаються за допомогою поверхнево-активних речовин, здатних мимовільно концентруватися на поверхні частинок дисперсної фази.

Комп’ютерна хімія — див. квантова хімія.

Косметична хімія. Її предмет – засоби і методи поліпшення зовнішності людини. Розрізняють лікарську і декоративну косметику. Відоме вираження «шкіра — це найбільший орган», не можна не замислюватися про те, як він функціонує, як діють речовини, які ми наносимо на його поверхню, до яких наслідків призведе та чи інша дія. Відповіді на ці питання шукає косметична хімія.

Космохімія — наука про хімічний склад космічних тіл, закони поширеності і розподілу хімічних елементів у Всесвіті, процесах поєднання та міграції атомів при утворенні космічного речовини. Космохімія досліджує переважно «холодні» процеси на рівні атомно-молекулярних взаємодій речовин, в той час як «гарячими» ядерними процесами в космосі – плазмовим станом речовини, нуклеогенезом (процесом утворення хімічних елементів) всередині зірок — займається фізика. Розвиток космонавтики відкрило перед космохимией нові можливості. Це безпосереднє дослідження порід Місяця за участю космонавтів або в результаті забору зразків ґрунту автоматичними апаратами і доставки їх на Землю. Автоматичні апарати, що спускаються зробили можливим вивчення речовини і умов його існування в атмосфері і на поверхні інших планет Сонячної системи й астероїди, комети. Завдяки екстремальних умов у космічному просторі протікають процеси і зустрічаються стану речовини, невластиві Землі. У міжзоряному просторі виявляються у вкрай малих концентраціях атоми і молекули багатьох елементів, а також мінерали (кварц, силікати, графіт та інші) і, нарешті, йде синтез різних складних органічних сполук з первинних сонячних газів H, CO, NH3, O2, N2, S і інших простих сполук в рівноважних умовах за участю випромінювань.

Криохімія вивчає хімічні перетворення речовин при низьких температурах. Основні завдання — отримання сполук, хімічно нестійких при нормальних умовах, з’ясування нижніх температурних меж хімічної активності речовин, розробка технологічних процесів з використанням низьких температур. Продукти кріотехнологій — хімічні реактиви, ферменти, сорбенти, лікарські речовини, резистори, композити, пігменти, каталізатори, електродні і пьезоматериалы, пориста кераміка, порошки для скловаріння та вирощування монокристалів.

Кристаллохімія вивчає закони розташування атомів і типи симетрії кристалічних тілах, а також дефекти в їх структурі. Центральне поняття кристаллохимии — кристалічна структура. Визначено понад 120 000 кристалічних структур (близько 40 000 неорганічних, більше 80 000 органічних) — від простих речовин до білків і вірусів. Джерелом даних про структури служать дифракційні методи дослідження: рентгеноструктурний аналіз, електронографія, нейтронографія, мессбауэрография. Причини утворення тієї чи іншої кристалічної структури визначаються загальним принципом термодинаміки: найбільш стійка структура, яка за даних тиску і температурі має найменшу вільну енергію. Виявлені Е. С. Федоровим 230 просторових груп симетрії являють собою природний закон природи, не має математичного виразу (поряд з Періодичною системою Менделєєва Д. І.).

Лазерна хімія вивчає хімічні процеси, стимульовані лазерним випромінюванням. Висока монохроматичність лазерного випромінювання дозволяє селективно збуджувати молекули одного виду, причому молекули інших видів залишаються невозбужденными. Можливість фокусування лазерного випромінювання дозволяє вводити енергію локально, в певну область обсягу, займаного реагує сумішшю. Лазерне вплив на хімічні реакції може бути тепловим і фотохімічним. Лазерна офтальмологія мікрохірургія — в кінцевому рахунку та ж лазерна хімія, але на службі у медицини.

Лісохімія вивчає хімічні властивості деревини і способи її промислової переробки, щоб отримати якомога більше корисних речовин. Целюлозно-паперове виробництво займає перше місце за обсягами перероблюваної сировини та готової продукції лісової промисловості. Воно споживає балансову і дров’яну деревину (80%), відходи лісозаготівель і деревообробки (тріска, тирса — 20%) для вироблення целюлози, деревної маси і отримання з них паперу, картону. Нитрованием целюлози концентрованою азотною кислотою в присутності концентрованої сірчаної кислоти отримують тринитроцеллюлозу, звану пироксилином, яку застосовують у виробництві бездимного пороху, тому поряд з целюлозно-паперовим комбінатом слід шукати завод боєприпасів. Гідролізні виробництва в якості сировини використовують відходи лісопиляння і деревообробки. Спочатку піддавали гідролізу хвойну деревину, отримуючи 160-180 л етанолу в розрахунку на 1 т абсолютно сухої сировини (надалі стали виробляти також додатково 35-40 кг кормових дріжджів із післяспиртової барди). Потім з’явилися підприємства фурфурольно-дріжджового профілю (70-80 кг фурфуролу і 100 кг дріжджів в розрахунку на 1 т сухих рослинних відходів) і чисто дріжджового профілю. Відходи цього виробництва – гідролізний лігнін (30-40% в розрахунку на абсолютно суху сировину), який застосовують як котельне паливо, а також для отримання вугілля різного призначення, добрив, оцтової та щавлевої кислот, фенолів, наповнювачів для полімерних матеріалів. Проте найчастіше цей лігнін залишається у вигляді нікому не потрібних відвалів. Існує і дубильно-экстрактовое виробництво — джерело дубящих речовин. Для їх вироблення застосовують кору верби, ялини, модрини, листя бадану, деревину дуба або каштана. З живиці отримують також каніфоль. Ще один напрямок — піролізне виробництво, отримання деревного вугілля з деревини нагріванням без доступу повітря в спеціальних сталевих ретортах і печах.

Магнетохімія вивчає зв’язок магнітних та хімічних властивостей речовин, вплив магнітних полів на хімічні процеси. Спінова хімія як розділ магнетохимии унікальна: вона вводить в хімію магнітні взаємодії. Будучи пренебрежимо малими по енергії, магнітні взаємодії контролюють хімічну реакційну здатність і пишуть новий, магнітний «сценарій» реакції. Отримання молекулярних магнетиків, многоспиновых молекул, що містять неспарені електрони, спінових міток теж можна віднести до спінової хімії.

Медична хімія включає в себе аспекти біології, медицини, фармацевтики. Вона займається виявленням, дизайном, ідентифікацією та отриманням біологічно активних сполук, вивченням їх метаболізму, інтерпретацією способу дії на молекулярному рівні і створенням залежностей «структура – активність». Таким чином, почавши з медицини в XVI столітті, хімія в неї повертається, незважаючи на деякий скептицизм медиків. Досить сказати, що 70% лікарських препаратів — продукти синтетичної хімії, а решта 30% — фітохімії.

Металургія — галузь науки і техніки, що охоплює процеси отримання металів з руд чи інших речовин, зміни хімічного складу, структури і властивостей металевих сплавів. Металургійні процеси застосовують для виробництва неметалевих матеріалів, в тому числі напівпровідників. Розрізняють пирометаллургию (використання процесів, що проходять при високій температурі), гидрометаллургию (витяг металів хімічними реакціями у водних розчинах) і електрометалургії (застосування електролізу).

Механохімія вивчає хімічні перетворення речовин при деформуванні, терті, ударному стисненні. Пластична деформація твердого тіла зазвичай призводить до накопичення в ньому дефектів, які змінюють фізико-хімічні властивості, у тому числі реакційну здатність. Це використовують у хімії для прискорення реакцій, зниження температури процесів та інших шляхів інтенсифікації хімічних реакцій у твердій фазі. Механохимическим методом проводять деструкцію полімерів, синтез інтерметалідів і феритів, отримують аморфні сплави, активують порошкові матеріали.

Нанохімія – хімія і технологія об’єктів, розміри яких близько 10-9 м (кластери атомів, макромолекули). Коли мова йде про розвиток нанотехнологій, мають на увазі три напрями: виготовлення електронних схем (у тому числі і об’ємних), елементи яких за розмірами можна порівняти з атомами; розробка і виготовлення наномашин; маніпулювання окремими атомами і молекулами і складання з них макрообъектов. Місце нанохімії в нанотехнологіях – синтез нанодисперсних речовин і матеріалів, регулювання хімічних перетворень тел нанометрового розміру, запобігання хімічної деградації наноструктур, способи лікування хвороб з використанням наночастинок.

Нейрохімія — розділ біохімії, який вивчає хімічні та клітинні механізми діяльності нервової системи. Нейрохімія поділяється на загальну, що вивчає хімічні властивості нервової системи поза зв’язку з конкретної фізіологічної діяльністю, і функціональну (приватну), що вивчає хімічні та молекулярні механізми діяльності нервової системи в процесі реалізації тієї чи іншої фізіологічної функції. Пізнання хімічних механізмів діяльності мозку не просто одне із завдань біології, воно відіграє важливу роль у прагненні людини до усвідомлення самого себе як особистості, до розуміння свого місця на Землі. Тому нейрохімія — одна з найскладніших, сучасних і бурхливо розвиваються областей біохімії і нейробіології. Вона тісно пов’язана з такими напрямками біології, як морфологія і фізіологія нервової системи, молекулярна біологія і генетика, а також з клінічними дисциплінами, зокрема з нейропатологией і психіатрією.

Неорганічна хімія вивчає хімічні елементи і утворені ними прості та складні речовини (крім органічних сполук вуглецю). Забезпечує створення матеріалів новітньої техніки. Кількість неорганічних речовин наближається до 400 тисяч.

Органічна хімія вивчає сполуки вуглецю з іншими елементами — так звані органічні сполуки і закони їх перетворень. До кінця XX століття їх число перевищило 10 млн. Синтез численних органічних речовин привів до створення нових галузей промисловості — синтетичних барвників, полімерів, штучного рідкого палива та їжі. Вдалося синтезувати вітаміни, гормони, ферменти. Різноманіття органічних сполук у чому обумовлено ізомерією – здатністю сполук при однаковому складі і масі відрізнятися за будовою, фізичними і хімічними властивостями. Органічна хімія ділиться на величезне число напрямів.

Нафтохімія вивчає склад, властивості і хімічні перетворення компонентів нафти і природного газу, а також процеси їх переробки.

Органічна геохімія вивчає хімічний та ізотопний склад органічних речовин, укладених в гірських породах, їх еволюцію в ході геологічної історії, закономірності розподілу, а також роль органічної речовини в процесах міграції хімічних елементів у земній корі, формуванні родовищ урану, міді, ванадію, германію, молібдену. Цей розділ хімії вивчає вихідні для органічного речовини біохімічні сполуки (вуглеводи, білки, лігнін) і продукти їх перетворення у зовнішніх геосферах (гумус, сапропель, викопні вугілля, горючі сланці, нафта) під впливом бактеріальної життя, температури, тиску і інших чинників. Геохімія нафти і вугілля розділилася на два самостійних наукових напрямки. Органічна геохімія близько стикається з органічної космохимией в частині дослідження органічної речовини космічних тел.

Органічний синтез вивчає шляхи і методи штучного створення органічних сполук. У 1828 році Ф. Велер вперше синтезував органічну речовину з неорганічної поза живого організму – провів перегрупування цианата амонію в сечовину при нагріванні у водному розчині. Цілі оргсинтеза – отримання речовин з цінними фізичними, хімічними і біологічними властивостями або перевірка передбачень теорії. Сучасний органічний синтез багатогранний і дозволяє отримувати практично будь-які органічні молекули.
Патохімія вивчає хімічні механізми патологічних процесів. Наприклад, проблема відторгнення органів при пересадці — у чому проблема патохимии.

Петрохімія вивчає розподіл хімічних елементів в гірських породах і породоутворюючих мінералах.

Петрургія — виробництво стеклокристаллических матеріалів і виробів з розплавів гірських порід (наприклад, базальтів і діабазів) і промислових відходів (наприклад, шлаку і золи) методом лиття. Петрургические матеріали краще металургійних, так як стійкі в окислювальній атмосфері Землі і припускають пряме використання сировини без виділення чистих компонентів. Петрургическое виробництво виробляє труби, плити, лотки для захисту робочих поверхонь бункерів, жолобів, вузлів гірничо-збагачувального, металургійного та енергетичного обладнання; кислототривкі плитки і фасонні деталі для хімічної промисловості; футеровку кульових млинів, облицювальні матеріали та інші вироби, що працюють в умовах впливу кислот, лугів або сипких абразивних матеріалів і пульп, а також базальтове (кам’яне) волокно.

Пегниохімія. Хіміки теж жартують, а що залишається робити, якщо в лабораторії гаряче і холодне скло виглядають однаково! Соціологи провели опитування населення. Всім респондентам ставили два питання: 1) як ви ставитеся до хімічних добрив? 2) яка у вас в школі оцінка з хімії? Виявилося: 1) 90% росіян категорично проти хімічних добрив; 2) решта 10% мали по хімії оцінку «5». Інститут пегниохимии РАН, може бути, і з’явиться, коли ми зрозуміємо єдність природи і безвихідь нескінченного поділу знання, і посміємося над мистецтвом розділяти і не панувати.

До області пегниохимии, безсумнівно, належить і хімічний фольклор.

Крутить та вертить мішалку мотор.
У колбі трехгорлой бордовий розчин.
Вариться, кисне ацетофенон.
Скоро дійде до кондиції він.

Тільки я почав бензол відганяти –
Колба рвонула… Шматків не зібрати.
Спалахнув бензол, загорівся халат.
Щось помітив сусід невпопад.

Харчова хімія. Її мета — створення якісних продуктів харчування і методів аналізу в хімії харчових виробництв. Це один з найдавніших експериментальних розділів хімії з часів появи дріжджового хліба. Хімія харчових добавок контролює їх введення в продукти харчування для поліпшення технології виробництва, а також структури і органолептичні властивості продуктів, збільшення термінів зберігання, підвищення біологічної цінності. До таких добавок належать консерванти, антиоксиданти, окислювачі, емульгатори, стабілізатори, барвники, смакові речовини і ароматизатори, інтенсифікатори смаку і запаху, вітаміни, мікроелементи, амінокислоти, прянощі. Створення штучної їжі — теж предмет харчової хімії. Це продукти, які роблять з білків, амінокислот, ліпідів і вуглеводів, попередньо виділених з природного сировини або отриманих направленим синтезом з мінеральної сировини. Харчові добавки, а також вітаміни, мінеральні кислоти, мікроелементи та інші речовини надають кінцевому продукту не тільки поживність, але і колір, запах і потрібну структуру. В якості вихідних компонентів використовують вторинну сировину м’ясної і молочної промисловості, насіння, зелену масу рослин, гідробіонти, біомасу мікроорганізмів, наприклад дріжджів. З них виділяють високомолекулярні речовини (білки, полісахариди) і низькомолекулярні (ліпіди, цукру, амінокислоти та інші). Низькомолекулярні харчові речовини отримують також мікробіологічним синтезом з сахарози, оцтової кислоти, метанолу, вуглеводнів, ферментативним синтезом з попередників і органічним синтезом (включаючи асиметричний синтез для оптично активних з’єднань). Розрізняють синтетичну їжу, одержувану з синтезованих речовин, наприклад дієти для лікувального харчування, комбіновані продукти з натуральних продуктів з штучними харчовими добавками, такі, як ковбасно-сосисочні вироби, фарш, паштети, і аналоги харчових продуктів, імітують будь-які натуральні продукти, — скажімо, чорну ікру.

Плазмохімія вивчає хімічні процеси в низькотемпературній плазмі. Низькотемпературної прийнято вважати плазму з температурою 103-105 До і ступенем іонізації 10-6-10-1 одержувану в електродугових, високочастотних і СВЧ газових розрядах, в ударних трубах, установках адіабатичного стиснення і іншими способами. У плазмохімії важливо поділ низькотемпературної плазми на квазиравновесную, яка існує при тисках порядку атмосферного і вище, і неравновесную, яка виходить при тиску менше 30 кПа і в якій температура вільних електронів значно перевищує температуру молекул та іонів. Це поділ пов’язано з тим, що кінетичні закономірності квазірівноважних процесів визначаються тільки високою температурою взаємодіючих частинок, тоді як специфіка нерівноважних процесів обумовлена великим внеском хімічних реакцій, ініційованих «гарячими» електронами. Прикладом плазмохимической технології є: синтез ацетилену з природного газу (електродугова піч, 1600°С): 2CH4 = С2Н2 + ЗН2.

 Прикладна хімія. За цим нейтральним словом ховається сама зловісна хімія — хімія для війни. Обслуговує в основному потреби військово-промислового комплексу.

Радіохімія вивчає поведінку радіоактивних елементів, методи їх виділення і концентрування. Це наукова основа отримання високоактивних матеріалів і регенерації ядерного пального, розробки методів застосування радіонуклідів.

Радіаційна хімія — див. хімія високих енергій.

Сонохімія вивчає хімічні реакції при впливі ультразвуку; це різновид механохимии, що виявляється в рідини: пружними хвилями впливають на речовини, щоб змінити їх структуру і властивості. Головний інструмент сонохимии — кавітація, освіта в рідкому середовищі маси пульсуючих бульбашок. Тиск у них зростає до 800 МПа, температура (за теоретичними оцінками) — до 7400, утворюються електричні розряди, відбувається іонізація, виникає явище сонолюминисценции — звук перетворюється в світло. Оцінки показують, що при сонолюминесценции відбувається концентрація енергії в трильйон разів, тобто на 12 порядків! Звідси бере початок одна з привабливих можливостей ультразвуку в рідині — «бульбашковий термояд».

Спінова хімія — див. магнетохімія.

Стереохімія вивчає просторову будову молекул і його вплив на хімічні властивості (статична стереохімія), або на швидкість і напрямок реакцій (динамічна стереохімія).

Судова хімія — частина прикладної, переважно аналітичної хімії в широкому сенсі слова. Це майже неосяжна область по достатку і різноманітності вирішуваних нею завдань, бо всяке хімічне дослідження, в сутності, може бути способом судово-хімічної експертизи. Вона включає в себе дослідження повітря, води, грунту, харчових і смакових припасів, предметів споживання, людських таємниць і екскретах, підозрілих кров’яних і насіннєвих плям, різних технічних засобів, рукописних і друкованих документів, сирих та оброблених лікарських речовин. Але і при вузькому тлумаченні, коли під судовою хімією мають на увазі ту частину аналітичної хімії, яка спеціально займається відкриттям отрут при навмисних і ненавмисних отруєннях, область судової хімії залишається досить великою, так як саме поняття «отрута» є надзвичайно розтяжним. Очевидна зв’язок судової хімії не тільки з токсикологією і фармакологією, але і з терапією та фізіологією. Для остаточного вирішення питань, що виникають при судово-хімічних дослідженнях про передбачувані отруєннях, не можна обмежуватися вказівками на присутність або відсутність тих або інших отрут, але необхідно встановити або виключити залежність або навіть причинний зв’язок між знайденим отрутою і результатами, подмеченными при розтині трупа, з’ясувати — оскільки результати можуть обумовлюватися змінами, що настали після смерті; необхідно, нарешті, вирішити надзвичайно важливе питання про те, чи може виявлений отрута або виділене отруйна речовина викликати саме ті симптоми, що спостерігали за життя. Тут лікар і хімік доповнюють один одного.

Супрамолекулярна хімія означає хімію, що описує складні утворення, які представляють собою результат асоціації двох (або більше) хімічних частинок, зв’язаних разом міжмолекулярними силами. Її головні об’єкти — супрамолекулярні пристрої та ансамблі. Пристрої — це структурно-організовані системи, молекулярні компоненти яких мають певні електро-, іоно-, фото-, термохімічними та іншими властивостями. Клатратна хімія — передова частина супрамолекулярної хімії.

Термохімія вивчає теплові явища, що супроводжують хімічні реакції. Термохімічні дані (значення теплоти утворення та згоряння хімічних сполук, теплових ефектів реакцій) використовують у хімічній технології, при розрахунках теплових балансів процесів. Вони ж служать розрахунковою основою хімічної термодинаміки.

Технічна хімія. Сюди можна віднести текстильну хімію, хімію обробки матеріалів, хімію скла (а це оптична промисловість — «очі» микроскопистов, військових і астрономів), хімічні аспекти економіки. Елементи технічної хімії можна знайти в XV—XVII століттях. У середині XV століття була розроблена технологія повітродувних сурм. Потреби військової промисловості стимулювали роботи по поліпшенню технології виробництва пороху. Виходили фундаментальні праці по виробництву металів і різних матеріалів, що використовуються в будівництві, при виготовленні скла, фарбуванні тканин, для збереження харчових продуктів, вичинки шкір. З розширенням споживання спиртних напоїв удосконалювалися методи перегонки, конструювалися нові перегінні апарати. З’явилися численні виробничі лабораторії, передусім металургійні. Серед хіміків-технологів того часу можна згадати Ван-ноччо Бирингуччо (1480-1539), чия класична праця Про піротехніку» була надрукована в Венеції в 1540 році і містив десять книг. У них йшлося про рудниках, випробування мінералів, приготування металів, перегонку, військове мистецтво і феєрверки. Інший відомий трактат, «Про гірничій справі і металургії», написав Георг Агрікола (1494-1555).

Топохімія вивчає твердофазні реакції, що протікають в певних ділянках твердого тіла. Шлях топохимии випалу проходить від мінерального сировини до молекулярно-променевої епітаксії (орієнтованого зростання одного кристалу на поверхні іншого), яку активно застосовують в мікроелектроніці. Орієнтований зростання кристала межах обсягу іншого називають эндотаксией. Эндотаксия спостерігається, наприклад, при кристалізації, корозії.

Вуглехімія вивчає походження, склад, будова, властивості твердих горючих копалин, а також методи їх переробки. Основне завдання вуглехімії — розробка технології отримання з вугілля, продуктів його переробки та іншого вуглецевмісної сировини нових вуглецевих матеріалів і адсорбентів.

Фармакохімія (фармацея) вивчає приготування лікарських речовин, що діють на організм людини і тварин. Перевірка їх безпеки теж входить в число завдань фармакохимии. З 400 хімічних сполук, пропонованих в якості ліків, після випробувань приймається тільки одне!

Фемтохімія — можливість спостерігати за протіканням елементарних хімічних реакцій в фемтосекундном часовому діапазоні (10-15-10-12 с). Ці часи набагато менше періоду коливань атомів в молекулах (10-13-10-11 с). Завдяки такому співвідношенню часів фемтохімія «бачить» саму хімічну реакцію — як переміщуються у часі і в просторі атоми, коли молекули-реагенти перетворюються в молекули продуктів. Це прямий шлях дослідження механізмів хімічних реакцій, а отже, і спосіб керування реакціями. Успіхи, досягнуті при використанні фемтосекундний імпульсів, привели до відкриття іншої науки — фемтобиологии.

Фізична хімія — наука про загальних законах, що визначають будову та хімічні перетворення речовин при мінливих зовнішніх умовах. Кажуть, що хіміки працюють чистими методами з брудними речовинами, фізики — брудними методами з чистими речовинами, ну а фізичні хіміки — брудними методами з брудними речовинами, тобто досліджують хімічні явища фізичними методами. Спочатку це було ваговий і об’ємний аналізи, відчуття смаку і запаху, вимірювання тепла і кольору. Потім прийшли Р. В. Бунзен і Р. Кірхгоф зі спектральним аналізом, і пішло-поїхало. Досягненням на рубежі століть стало усвідомлення того факту, що світ речовин швидше неравновесен, ніж равновесен. Крім того, в физхимии часто-густо порушуються закони арифметики. Ось типовий приклад: 50 мл H2O + 50 мл C2H5OH = 96 мл горілки + тепло.

Фізична органічна хімія приділяє особливу увагу дослідженню механізмів органічних реакцій, а також кількісної взаємозв’язку між хімічною будовою органічних сполук, їх властивості і реакційною здатністю. Одне з досягнень — відкриття і доведення до практичного використання стабільних радикалів, які знайшли застосування в різних областях науки і техніки як спінових міток, у яких неспарений електрон служить джерелом сигналу електронного парамагнітного резонансу, ЕПР.

Фитохімія. Її турбота — створення високоефективних лікарських препаратів на основі речовин рослинного походження. Інший напрямок — екологічно чисті засоби захисту рослин. Шлях ліки починається в лабораторії або хіміка-органіка, або фитохимика. Перший створює поки ще не досліджені сполуки, другий виділяє речовини з рослин. Потім створені або виділені речовини передають фармаколога. Він визначає, чи мають ці речовини потрібним ефектом. Щоб знайти активне з’єднання, застосовують два методу. Перший — скринінг, тобто просівання — перебір наявних речовин без припущення про те, з якою саме структурою потрібно речовина. Вперше скринінг застосував на початку XX століття П. Ерліх для отримання противосифилитических коштів на основі органічних сполук миш’яку. Другий — направлений синтез: дослідник поступово накопичує матеріал, що показує, які хімічні радикали або інші структури відповідальні за той чи інший вид дії. Природні молекули рослинного походження служать моделями для синтезу корисних сполук. Приклад такого сполучення — саліцилова кислота, виділена з кори верби. На її основі було створено таке популярне ліки, як аспірин (ацетилсаліцилова кислота). В даний час, незважаючи на величезні успіхи хіміків-синтетиків, з рослин отримують більше третини лікарських препаратів. Структура багатьох з них настільки складна (вінбластин, серцеві глікозиди, кокаїн, резерпін, хінін, колхіцин, пілокарпін), що рослини ще довго будуть їх єдиним джерелом.

Фотохімія вивчає реакції, виникаючи світлом. Практична фотохімія — фотографія, виготовлення друкарських форм і мікросхем методами фотолітографії, фотохімічний синтез (наприклад, капролактаму). Найбільш значимий для Землі природний фотохімічний процес — фотосинтез, перетворення зеленими рослинами і фотосинтезирующими мікроорганізмами енергії сонячного світла в енергію хімічних зв’язків органічних речовин.

Хімічна технологія — це наука про методи і засоби раціональної хімічної переробки сировини, напівфабрикатів і промислових відходів. Неорганічна хімічна технологія включає переробку мінеральної сировини (крім металевих руд), одержання кислот, лугів, мінеральних добрив. Органічна хімічна технологія — переробку нафти, вугілля, природного газу та інших горючих копалин, одержання синтетичних полімерів, барвників, лікарських засобів та інших речовин.

Хімічна фізика вивчає електронну структуру молекул і твердих тіл, молекулярні спектри, елементарні акти хімічних реакцій, процеси горіння та вибуху. Сформувалася в 20-х роках XX століття у зв’язку з розвитком квантової механіки і використанням її уявлень в хімії. Межа між хімічною фізикою і фізичної хімією умовна, а термін ввів німецький хімік А. Ейкен в 1930 році. Одне з досягнень хімічної фізики — теорія розгалужених ланцюгових реакцій.

Хімічне озброєння, бойові отруйні речовини, засоби їх застосування (ракети, снаряди, міни, авіаційні бомби і інші), нейтралізації і захисту. Застосування хімічної зброї заборонено Женевським протоколом 1925 року, який ратифікували понад 100 держав. Однак його розробка, виробництво і накопичення в деяких країнах тривають досі.

Хімія високих енергій вивчає хімічні реакції і перетворення, що відбуваються в речовині під впливом нетеплової енергії. Носії нетеплової енергії, що впливає на речовину, — прискорені електрони та іони, швидкі і повільні нейтрони, альфа – і бета-частинки, позитрони, мюоны, півонії, атоми і молекули при надзвукових швидкостях, кванти електромагнітного випромінювання, а також імпульсні електричні, магнітні та акустичні поля. Процеси хімії високих енергій розрізняють за тимчасовим стадіям на фізичні, протікають за фемтосекунды і менше, причому протягом цього часу нетепловая енергія розподіляється в середовищі нерівномірно і утворюється «гаряче пляма», фізико-хімічні, протягом яких проявляються неравновесность і його негомогенність в «гарячій зоні», і, нарешті, хімічні, у яких перетворення речовини підкоряються законам загальної хімії. В результаті утворюються такі іони і збуджені стани атомів і молекул, які при кімнатній температурі не можуть виникнути за рахунок рівноважних процесів.

Хімія високомолекулярних сполук розділ органічної хімії, об’єктами дослідження якої служать макромолекули синтетичного та природного походження, що складаються з повторюваних мономерних ланок або молекулярних угруповань, з’єднаних хімічними зв’язками і містять у головній ланцюга атоми вуглецю, а також кисню, азоту і сірки. На основі високомолекулярних сполук (полімерів) розробляються численні матеріали, в тому числі інтелектуальні структури, з функціональними інгредієнтами, що істотно розширює область їх застосування. Найпростіша макромолекула — це поліетилен:

…—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—…

Хімія каталізу вивчає речовини, що змінюють швидкість хімічних реакцій. Каталізатор не знаходиться в стехіометричних відносинах з продуктами і регенерується після кожного циклу перетворення реагентів в продукти. Незважаючи на появу нових способів активації молекул (плазмохімія, радіаційне та лазерне впливу та інші), каталіз — основа хімічних виробництв (відносна частка каталітичних процесів становить 80-90%).

«Хімія», на яку можна відправити. 1963 року ЦК КПРС прийняв курс на хімізацію народного господарства. Став популярним гасло: «Комунізм є радянська влада плюс електрифікація всієї країни, плюс хімізація народного господарства». На фронті хімізації ударний корпус склали умовно-достроково звільнені в’язні. У зв’язку з цим у народі називали «хімією» умовно-дострокове звільнення, умовне засудження з обов’язковим залученням до праці. Включає етапування в спецкомендатуру, де ув’язнений зобов’язаний проживати в спецобщежитии і працювати на зазначеному підприємстві. Новий гуманний Кримінальний кодекс передбачає альтернативні види покарання за незначні злочини: штрафи, громадські роботи за місцем проживання.

Хімія силікатів — солей кремнієвих кислот. Роль катіонів в силікатах грають елементи другого, третього і четвертого періодів таблиці Менделєєва Д. І.. У природі силікати представлені у вигляді мінералів, що входять до складу більшості гірських порід, що складають основну частину земної кори. Тісно примикає кераміка, вироби і матеріали, отримані спіканням глин та їх сумішей з мінеральними добавками, а також оксидів та інших неорганічних сполук.

Хімія природних сполук вивчає методи отримання, будова і властивості природних біоорганічних сполук класу вуглеводів, а також їх синтетичних аналогів. Наприклад, аромат кави містить до 500 різних компонентів. Хімія чаю — це також хімія природних сполук. Роботи німецького хіміка А. Байєра, який вивчав будову і синтез индиговых похідних (індол і синтез природного синього барвника індиго — це колір класичних джинсів), призвели до створення хімії синтетичних барвників і до Нобелівської премії 1905 року «за заслуги в розвитку органічної хімії і хімічної промисловості завдяки роботам по органічних барвників і гидроароматическим сполук». Це було початком величезної галузі виробництва анілінових барвників.

Хімія твердого тіла вивчає реакції, в яких бере участь один або кілька речовин у твердому стані. Знаходить застосування в мікроелектроніці, синтезі нових матеріалів (керметов, надпровідників). Один з яскравих прикладів — самораспространяющийся високотемпературний синтез (СВС). Сучасний розвиток методу СВС дозволило розробити технології одержання надтвердих і тугоплавких матеріалів, таких, як нітрид титану, карбід бору, диборид титану, карбід титану, а також оксидних матеріалів для футерування печей (оксид цирконію) і навіть високотемпературних надпровідників.

Хімія елементоорганічних сполук — наука про будову і перетворення сполук, що містять хімічні зв’язки «елемент-вуглець», де «елемент» — будь-який з елементів Періодичної таблиці, за винятком H, O, S, СІ, Вг. Основні класи елементоорганічних сполук — металоорганічні, кремнійорганічні, борорганические, фосфорорганічні, фторорганические з’єднання. Металоорганічні сполуки (ХОС) містять в молекулі зв’язок «метал—вуглець» (М—С). Ціаніди, карбіди, а в деяких випадках і карбоніли металів, також мають зв’язок М—З, вважають неорганічними сполуками. До МОС іноді відносять органічні сполуки B, Al, Si та деяких неметалів. Гем — найвідоміше і корисне природне металоорганічних сполук — переносник кисню в людському організмі.

У хімії живих організмів роль елементоорганічних сполук ще не зовсім ясна, тим не менш, можна з упевненістю сказати, що сполуки кремнію, фосфору та інших елементів відіграють важливу роль в життєдіяльності живих організмів, що стоять на високому рівні еволюційного розвитку, зокрема людини.

Дослідники працюють над синтезом полімерів з 45 елементами Періодичної системи. Виявилося, що, Al, Si, Ti, Sn, Pb, P, As, Sb, Fe в поєднанні з киснем і азотом здатні утворювати неорганічні ланцюга полімерних молекул з бічними органічними і органосилоксановыми групами.

Прикладні аспекти хімії елементоорганічних сполук спрямовані на створення нових речовин і матеріалів для медицини (лікарські препарати, матеріали для протезування, шовні нитки), радіоелектроніки (фото – і світлочутливі матеріали, напівпровідники, феромагнетики), сільського господарства (стимулятори росту рослин, пестициди, гербіциди) та інших галузей промисловості (каталізатори, регулятори горіння моторних палив).

Цитохімія вивчає хімічними методами будову і функції клітин, внутрішньоклітинних структур та продуктів їх життєдіяльності.

Електрохімія вивчає властивості систем, що містять рухливі іони, а також явища, що виникають на межі двох фаз внаслідок перенесення заряджених частинок. Це потрібно для електролізу, гальванотехніки, захисту металів від корозії, створення хімічних джерел струму. Електричні акумулятори, хімічні джерела струму багаторазової дії — побутове втілення електрохімії.

Ядерна хімія — прикордонний розділ між ядерною фізикою, радиохимией та хімічної фізики. Вивчає взаємозв’язок між перетвореннями атомних ядер і будовою електронних оболонок атомів і молекул. Іноді ядерну хімію неправильно ототожнюють з радиохимией. В ній можна виділити дослідження ядерних реакцій і хімічних наслідків ядерних перетворень, хімію «нових атомів» — позитроний (Ps), мюоний (Мі), пошук нових елементів і радіонуклідів, нових видів радіоактивного розпаду.

Предмет: Хімія
Тип документу: Інше
, , ,

Написати коментар