Читать онлайн «Большая Советская Энциклопедия (ХИ)». Страница 39

  На всех структурных уровнях организации живого важнейшую роль играют специфические химические процессы. Непрерывный обмен веществ в организме представляет собой сложнейшую систему согласованных химических реакций, осуществляемых с участием специфических белковых катализаторов — ферментов.

  Воздействие химических процессов, происходящих во внешней среде, на сообщества организмов (биоценозы), химическая миграция элементов внутри экосистем, химическое стимулирование или подавление симбиотических или конкурентных видов исследуются в рамках химической экологии . Формирование поведения организмов в сообществах в значительной степени зависит от химических средств передачи информации (например, феромонов , используемых животными для привлечения или отпугивания др. особей, регуляции жизнедеятельности в семьях пчёл, муравьев и т.д.).

  Традиционные для биохимии нейрохимические исследования переросли в новую отрасль знаний, изучающую влияния химических соединений на психические процессы; формируется т. н. молекулярная психобиология, связывающая молекулярную биологию с наукой о поведении (см. также Психофармакология ).

  IV. Современные методы исследования в химии

  С середины 20 в. происходят коренные изменения в методах химических исследований, в которые вовлекается широкий арсенал средств физики и математики. Классические задачи Х. — установление состава и строения веществ — всё успешнее решаются с использованием новейших физических методов. Неотъемлемой чертой теоретической и экспериментальной Х. стало применение новейшей быстродействующей вычислительной техники для квантовохимических расчётов, выявления кинетических закономерностей, обработки спектроскопических данных, расчёта структуры и свойств сложных молекул.

  Из числа чисто химических методов, разработанных в 20 в., следует отметить микрохимический анализ , позволяющий производить аналитические операции с количествами веществ, в сотни раз меньшими, чем в методе обычного химического анализа. Большое значение приобрела хроматография , служащая не только для аналитических целей, но и для разделения весьма близких по химическим свойствам веществ в лабораторных и промышленных масштабах. Важную роль играет физико-химический анализ (ФХА) как один из методов определения химического состава и характера взаимодействия компонентов в растворах, расплавах и др. системах. В ФХА широко используются графические методы (диаграммы состояния и диаграммы состав — свойство ). Классификация последних позволила уточнить понятие химического индивида, состав которого может быть постоянным и переменным (см. Дальтониды и бертоллиды ). Предсказанный Курнаковым класс нестехиометрических соединений приобрёл большое значение в материаловедении и новой области — Х. твёрдого тела.

  Люминесцентный анализ , метод меченых атомов (см. Изотопные индикаторы ), рентгеновский структурный анализ , электронография , полярография и др. физико-химические методы анализа находят широкое применение в аналитической Х. Использование радиохимических методик позволяет обнаружить присутствие всего нескольких атомов радиоактивного изотопа (например, при синтезе трансурановых элементов).

  Для установления строения химических соединений важное значение имеет молекулярная спектроскопия (см. Молекулярные спектры ), с помощью которой определяются расстояния между атомами, симметрия, наличие функциональных групп и др. характеристики молекулы, а также изучается механизм химических реакций. Электронная энергетическая структура атомов и молекул, величина эффективных зарядов выясняются посредством эмиссионной и абсорбционной рентгеновской спектроскопии . Геометрия молекул исследуется методами рентгеновского структурного анализа.

  Обнаружение взаимодействия между электронами и ядрами атомов (обусловливающего сверхтонкую структуру их спектров), а также между внешними и внутренними электронами позволило создать такие методы установления строения молекул, как ядерный магнитный резонанс (ЯМР), электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР), гамма-резонансная спектроскопия (см. Мёссбауэра эффект ). Особую роль по широте применения приобрела ЯМР-спектроскопия. Для выяснения пространственных характеристик молекул возрастающее значение приобретают оптические методы: спектрополяриметрия, круговой дихроизм, дисперсия оптического вращения. Разрушение молекул в вакууме под влиянием электронного удара с идентификацией осколков применяется для установления их строения методом масс-спектроскопии . Арсенал кинетических методов пополнился средствами, связанными с использованием ЭПР- и ЯМР-спектроскопии (химическая поляризация ядер ), метода импульсного фотолиза и радиолиза. Это позволяет изучать сверхбыстрые процессы, протекающие за время 10-9 сек и меньше.

  Для исследования космических объектов с успехом применяются методы спектрального анализа в различных диапазонах электромагнитного спектра. В частности, методами радиоастрономии в межзвёздном пространстве были обнаружены облака химических соединений, включающие такие относительно сложные молекулы, как формальдегид, тиомочевину, метиламин, цианацетилен и др. С развитием космических полётов методы экспериментальной Х. стали применяться на внеземных объектах (Луна, Венера, Марс).

  V. Химическая технология и тенденции её развития

  Потребности общества породили химическую технологию. По выражению Бертло, Х. начинает творить свой собственный объект исследования, создавая сотни тысяч неизвестных природе соединений. В развитии химической технологии исторически первыми были методы упрощения, разложения готовых природных форм: получение металлов из руд, выделение солей из сложных систем, перегонка древесины и др. подобные приёмы. Фундаментом химической технологии явилось производство исходных веществ для многих более сложных технологий: серной, соляной, азотной кислот, аммиака, щелочей, соды и некоторых др., составивших область основной химической промышленности. Второй крупнейший исторический этап в химической технологии характеризуется переходом к методам синтеза, получения всё более сложных систем, что базируется уже не только на эмпирических данных, но и на теоретическом понимании природы, строения и свойств химических веществ, закономерностей их формирования (см. Синтез химический ).

  Синтетическая технология в Х. эволюционирует от использования готовых природных веществ и материалов через их всё более сложную модификацию к получению новых химических продуктов, не известных в природе. Так, технология производства волокна начиналась с переработки природной целлюлозы, затем перешла к её химически модифицированным формам (вискоза, ацетатный шёлк) и в конечном итоге сделала скачок к синтетическим материалам на принципиально новой основе (полиэфиры, полиамиды, полиакрилонитрил). При этом отмечается более ускоренное развитие технологии синтетического волокна по сравнению с искусственным из природных полимеров.

  Важная тенденция развития химической технологии — выход за исторически сложившиеся на нашей планете физико-химические условия, всё более широкое использование экстремальных условий необычных факторов: высокие температуры, сверхвысокие давления, воздействие плазмы, электрических и магнитных полей и излучений. Целью технологии становится получение веществ с необычными и весьма ценными свойствами: сверхчистых и сверхтвёрдых, жаростойких и жаропрочных материалов, полупроводников и люминофоров, фотохромов и термохромов, катализаторов и ингибиторов, биостимуляторов и медикаментов.

  Наблюдается быстрое расширение источников химического сырья. В производственную сферу вовлекается всё большее число химических элементов (вплоть до трансурановых), достигается более полная комплексная переработка природных веществ, разрабатываются планы использования таких источников сырья, как Мировой океан. Усиление искусственного химического воздействия на природные процессы часто приводит к нарушению установившихся природных химических циклов, к их разрывам и деформациям. Это осложняет т. н. экологическую проблему — задачу сохранения и научного регулирования среды обитания. Существенным для решения этой задачи является создание замкнутых, безотходных химических производств, формирование регулируемых химических циклов в системе природа — общество как важная часть мероприятий по охране природы и окружающей среды .