Предмет и задачи химии. Место химии среди естественных наук. Что изучает наука химия? химические методы анализа - когда данные получаются в результате выделения осадка, выделения газа, изменения цвета окраски

Весь окружающий нас многообразный мир – это материя , которая проявляется в двух формах: вещества и поля . Вещество состоит из частиц, имеющих собственную массу. Поле – такая форма существования материи, которая характеризуется энергией.

Свойством материи является движение . Формы движения материи изучаются различными естественными науками: физикой, химией, биологией и т.д.

Не следует считать, что существует однозначное строгое соответствие между науками с одной стороны, и формами движения материи с другой. Необходимо иметь в виду, что вообще нет такой формы движения материи, которая существовала бы в чистом виде, отдельно от других форм. Все это подчеркивает трудность классификации наук.

Химию можно определить как науку, изучающую химическую форму движения материи, под которой понимают качественное изменение веществ: Химия изучает строение, свойства и превращения веществ.

К химическим явлениям относят такие явления, при которых одни вещества превращаются в другие. Химические явления называют иначе химическими реакциями. Физические явления не сопровождаются превращением одних веществ в другие.

В основе каждой науки лежит некоторый набор предварительных убеждений, фундаментальных философских установок и ответов на вопрос о природе реальности и человеческого знания. Этот набор убеждений, ценностей, разделяемых членами данного научного сообщества называется парадигмами.

Основные парадигмы современной химии:

1. Атомно-молекулярное строение вещества

2. Закон сохранения материи

3. Электронная природа химической связи

4. Однозначная связь строения вещества и его химических свойств (периодический закон)

Химия, физика, биология только на первый взгляд могут показаться далекими друг от друга науками. Хотя лаборатории физика, химика и биолога очень непохожи, все эти исследователи имеют дело с природными (естественными) объектами. Это отличает естественные науки от математики, истории, экономики и многих других наук, изучающих то, что создано не природой, а прежде всего самим человеком.

Близко к естественным наукам примыкает экология. Не следует думать, будто экология - это "хорошая" химия, в отличие от классической "плохой" химии, которая загрязняет окружающую среду. Нет "плохой" химии или "плохой" ядерной физики - есть научный и технический прогресс или его недостаток в какой-нибудь области деятельности. Задача эколога - использовать новые достижения естественных наук для того, чтобы при максимальной выгоде свести к минимуму риск нарушения среды обитания живых существ. Баланс "риск-выгода" является предметом изучения экологов.

Между естественными науками нет строгих границ. Например, открытие и изучение свойств новых видов атомов когда-то было принято считать задачей химиков. Однако получилось так, что из известных на сегодняшний день видов атомов часть открыта химиками, а часть - физиками. Это лишь один из многих примеров "открытых границ" между физикой и химией.

Жизнь является сложной цепью химических превращений. Все живые организмы поглощают из окружающей среды одни вещества и выделяют другие. Значит, серьезному биологу (ботанику, зоологу, врачу) не обойтись без знания химии.

Позже мы убедимся в том, что нет совершенно точной границы между превращениями физическими и химическими. Природа едина, поэтому мы всегда должны помнить о том, что невозможно разобраться в устройстве окружающего нас мира, углубившись только в одну из областей человеческого знания.

Дисциплина "Химия" связана с другими естественнонаучными дисциплинами межпредметными связями: предшествующими – с математикой, физикой, биологией, геологией и другими дисциплинами.

Современная химия – это разветвленная система многих наук: неорганической, органической, физической, аналитической химии, электрохимии, биохимии, которые осваиваются студентами на последующих курсах.

Знание курса химии необходимо для успешного изучения других общенаучных и специальных дисциплин.

Рисунок 1.2.1 – Место химии в системе естественных наук

Совершенствование методов исследования, прежде всего экспериментальной техники, привело к разделению науки на все более узкие направления. В результате количество и «качество», т.е. надежность информации возросли. Однако невозможность для одного человека обладать полными знаниями даже для смежных научных областей породила новые проблемы. Как в военной стратегии самые слабые места обороны и наступления оказываются на стыке фронтов, в науке наименее разработанными остаются области, не поддающиеся однозначной классификации. Среди прочих причин можно отметить и сложность с получением соответствующей квалификационной ступени (ученой степени) для ученых, работающих в областях «стыка наук». Но там же делаются и основные открытия современности.

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?

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.