Хімія

Хі́мія (араб. خيمياء‎, грец. χημία — букв. плавлення чи лиття металу, перетворення речовини) — природнича наука про склад та структурну архітектуру речовин, їх перетворення, що супроводжуються хімічними змінами, а також про закони природи, які описують ці зміни, про зв’язок властивостей речовин з їхньою хімічною будовою.

Зміст

1 Походження назви
2 Історична довідка
3 Характеристика
- 3.1 Основні поняття хімії
- 3.2 Розділи хімії
4 Зв’язок хімії з іншими науками
5 Хімія в Україні
6 Значення та напрямки розвитку хімії
7 Додатково
8 Література
9 Автор ВУЕ
10 Відео

Походження назви

Термін «хімія» походить від алхімія (арабською al-kīmīā — перетворення металів у золото). Слово запозичене від давньогрецького «Khymeia» — сплавлення металів, що пов’язане з давньоєгипетським «khēmia» — трансмутація чорної землі. Г. Агрікола відкинув «al» і від 1530 писав «chymia».

Історична довідка

Уперше людина зіткнулася з хімічними явищами, коли побачила, як від блискавки загорілося (див. Горіння) сухе дерево. За археологічними даними, близько 1–1,5 млн років тому людство навчилося використовувати вогонь. У Єгипті Стародавньому вміли виготовляти гіпс, скло, поташ, лаки, папір (зміцнений крохмалем папірус), пахощі, пігменти тощо.

Понад два тисячоліття тому виникла алхімія. Алхіміки вірили в трансмутацію та намагалися отримати «аль-іксир», який би продовжив життя. Вони винайшли довершені барвники для фарбування тканин, мозаїки та картин, що зберегли яскравість впродовж віків. Змішавши соду (див. Сода каустична) з жирами або олією, зробили перше мило. У 16 ст. вершиною металургії стали процеси видобутку металу з металевих руд, які розробив Г. Агрікола.

На дослідженнях алхіміків ґрунтувалася концепція Аристотеля про те, що вся матерія складається із землі, вогню, води та повітря. У 17–18 ст. отримано результати, які поставили це твердження під сумнів, про що написав Р. Бойль у праці «Хімік-скептик» (1661). Книга знаменувала перехід від алхімії до хімії.

Хімія як наука бере початок у 17–18 ст., коли результати експериментів А. Л. Лавуазьє, Ж. Л. Пруста та Дж. Дальтона зумовили відкриття законів збереження маси, сталих пропорцій, кратних відношень та атомної теорії. Хімія стала наукою завдяки кількісним вимірюванням. А. Л. Лавуазьє підтвердив закон збереження маси, ідеї якого висловив Емпедокл (4 ст. до н. е); розробив систему хімічної номенклатури. Т. Кун назвав появу хімії як науки великою науковою революцією.

У 19 ст. В. Праут упорядкував усі хімічні елементи за їхньою атомною масою. Дж. А. Р. Ньюлендс, зауваживши повторюваність властивостей елементів, уклав періодичну таблицю, яка набула сучасного вигляду в роботах Д. Менделєєва, Л. Ю. Маєра та ін. Е. Франкленд увів поняття валентного зв’язку (див. Валентність), електронну теорію якого у 20 ст. розробили Л. К. Полінг і Г. Н. Льюїс. Дж. В. Гіббс відкрив закони хімічної термодинаміки, С. А. Арреніус — хімічної кінетики, А. Б. Нобель винайшов динаміт. Синтез сечовини (див. Карбамід) з неорганічних сполук Ф. Велера започаткував органічну хімію.

Розвиток атомних концепцій 19–20 ст. ґрунтувався на атомізмі (див. Атомізм у філософії), що брав початок 440 до н. е. в працях [Демокріт|Демокріта]] та Епікура. 1807 Дж. Дальтон запропонував атомну теорію: речовина складається з неподільних частинок — атомів; усі атоми даного елемента однакові; атоми різних елементів мають різну масу; сполучаючись у певних пропорціях, атоми утворюють сполуки. 1897 Дж. Томсон відкрив електрон, 1920 Е. Резерфорд увів термін протон і показав, що атом складається із ядра та електронів.

Відкриття 20–21 ст. поглибили розуміння хімії речовин і процесів. У 1920-х виникла квантова хімія, що змінила уявлення про поведінку атомів у молекулах та під час хімічних реакцій. 1923 Г. Н. Льюїс запропонував електронну теорію кислот і основ. 1953 Дж. Д. Вотсон і Ф. Г. К. Крік розшифрували структуру кислоти дезоксирибонуклеїнової (ДНК), що вплинуло на розвиток біохімії та молекулярної біології. Створено нові синтетичні матеріали: нейлон, поліетилен і тефлон (див. Політетрафторетилен), які змінили [промисловість]], будівництво, медицину тощо. Розвиток нанохімії, нанотехнологій відкрив нові можливості в медицині, електроніці, екології. Застосування методу CRISPR-Cas9 (2012) дало змогу точно редагувати гени (це важливо в біохімії, генетиці для лікування генетичних захворювань). На зменшення шкідливого впливу на довкілля спрямовані методи хімії зеленої, з використанням яких розпрацьовано екологічно чисті процеси синтезу з відновлюваних ресурсів та зниженням відходів.

Характеристика

Хімія вивчає: природу хімічних зв’язків у хімічних сполуках; кінетику хімічних процесів, їхні механізми та енергію, що вивільняється або поглинається при цьому; вплив фізичних факторів на хімічну реакцію; розробляє методи синтезу різних сполук з необхідними властивостями; досліджує природні та синтезовані речовини, їх використання для регулювання хімічних реакцій в організмах та створених на їх основі нових матеріалів.

Основні поняття хімії

1907 Американське хімічне товариство заснувало Службу хімічних рефератів (англ. Chemical Abstracts Service, CAS), яка реферує та індексує всі релевантні публікації з хімії (понад 59 млн джерел від 1880-х). У CAS зареєстровано більш ніж 275 млн речовин (1965 їх було менше 0,5 млн) з описом хімічної структури, властивостей, фізико-хімічних даних.

Для упорядкування інформації про речовини, хімічні частинки, їхню структуру, властивості та реакції створено та затверджено Міжнародну спілку теоретичної та прикладної хімії (англ. International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) — спеціальну хімічну мову, що складається з двох розділів: хімічна номенклатура та хімічна термінологія. У комісіях IUPAC узгоджено й затверджено рекомендації про значення термінів усіх розділів сучасної хімії та їх використання.

Основні хімічні терміни:

Розділи хімії

Зв’язок хімії з іншими науками

Хімія, займаючи позицію між фізикою і біологією — основними науками про матерію та її перетворення, забезпечує розуміння багатьох процесів цих дисциплін. На початку 19 ст. О. Конт підкреслив центральну роль хімії, запропонувавши ієрархічну класифікацію наук: астрономія → фізика → хімія → біологія → соціальні науки. З цією думкою погоджувався Ю. фон Лібіх та ін. Наукометрія показує, що хімія в ієрархії наук часто є центром розгалуження, де її взаємодія з іншими науками дає нові напрямки. Хімія об’єднує математику фізику, біологію, науки про землю. Водночас її проблематика набагато ширша — від хімії космосу (астрохімія) до людської душі (психоделіки).

Хімія в Україні

З часів трипільської цивілізації (див. Трипільська культура) на теренах України відоме гончарство та неорганічні пігменти; близько 4 тис. років тому добували мідну руду й виплавляли метал; у 5–4 ст. до н. е. почалося виробництво заліза. У Давній Русі виготовляли фарби й емалі; з 12 ст. відоме солеваріння. У 18 ст. розвинулося виробництво пороху, в 19 ст. — соди. Сучасна хімічна промисловість України виробляє ліки, вітаміни, кислоти, мінеральні добрива, сіль, соду, пластмаси, хімічні волокна, лаки й фарби, кінофотоплівки тощо.

Хімія як наука розвивалася з часів організації на теренах України університетів. 1784 в Йосифінському університеті (тепер Львівський національний університет імені Івана Франка) засновано хімічну лабораторію, 1851 — кафедру хімії. Від 1805 хімію викладали в Імператорському Харківському університеті (тепер Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна). 1835 засновано кафедру хімії в Імператорському університеті святого Володимира (тепер Київський національний університет імені Тараса Шевченка). Від 1841 хімію викладали на медичному факультеті при університеті (тепер Національний медичний університет імені О. О. Богомольця).

Від 1865 кафедра хімії діяла в Імператорському Новоросійському університеті (тепер Одеський національний університет імені І. І. Мечникова), від 1875 — у Чернівецькому університеті імені Франца Йозефа (тепер Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича).

Хімію як фундаментальну дисципліну викладали в політехнічних інститутах, зокрема для спеціальностей хімічна інженерія, матеріалознавство, металургія, фармацевтика тощо. У 1870-х кафедру хімії створено в Технічній академії у м. Львові (тепер Національний університет «Львівська політехніка»), 1885 — у Харківському технологічному інституті (тепер Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»), 1898 — у Київському політехнічному інституті (тепер Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»).

1892 в Науковому товаристві ім. Шевченка (НТШ) зусиллями В. Левицького організовано математично-природописно-лікарську секцію, членами якої були й хіміки. 1989, після відновлення НТШ, за ініціативи академіка НАН України Р. Кучера та професора Є. Гладишевського створено хімічну комісію НТШ.

Значення та напрямки розвитку хімії

Хімія як наука є визначальною в розробці речовин, необхідних для життя людини. Від хімії залежить вирішення проблем охорони здоров’я, зміни клімату, виробництва води, їжі та ліків, розвиток сільського господарства, [[будівельна індустрія[будівельної індустрії]], інфраструктури, енергетики тощо.

Найвища нагорода за наукові досягнення в галузі хімії — Нобелівська премія.

Пріоритетні напрямки розвитку хімії: нанохімія, супрамолекулярна хімія, клік-хімія, біоортогональна хімія, квантова хімія, комп’ютерна хімія, обчислювальна хімія, хімія поверхні, фемтохімія, біохімія, нові синтетичні методи тощо.

Додатково

До 18 ст. англійською мовою слово «хімія» писали з «i» або «y», (chimic / chymic), у 18 ст. почали писати з «е» (chemic). З буквою «і» термін пишуть французькою (chimie), італійською (chimica), іспанською (química), турецькою (kimya).

У західній європейській традиції слово «хімія» використовують як метафору для опису людських стосунків — взаємні приязнь і зв’язок. Воно охоплює емоційний, інтелектуальний та духовний зв’язок.

1981 «За розробку теорії перебігу хімічних реакцій» Нобелівську премію присуджено Р. Гоффману, який народився 1937 в м. Золочеві (тепер Львівська область, Україна).

Література

Boyle R. The Sceptical Chymist. London : J. Cadwell for J. Crooke, 1661. 442 p.
Nernst W. Die theoretischen und experimentellen Grundlagen des neuen Wärmesatzes. Halle : W. Knapp, 1918. 218 p.
Горбачевський І. Органічна хемія. Прага : Український Університет, 1924. 598 с.
Бродський О. І. Фізична хемія: Властивості матерії та хемічна кінетика / Пер. з рос. П. Т. Дідусенко. Харків; Київ : ДНТВУ, 1936. 470 с.
Голуб А. М. Загальна та неорганічна хімія. Київ : Вища школа, 1971. 442 с.
Яцимирський К. Б., Яцимирський В. К. Хімічний зв’язок. Київ : Вища школа, 1993. 310 с.
Read J. From Alchemy to Chemistry. New York : Dover Publications, 1995. 240 p.
Hoffman R. Chemical Sciences in the 20th Century: Bridging Boundaries. Weinheim : Wiley-VCH, 2001. 281p.
Ковальчук Є. П., Решетняк О. В. Фізична хімія. Львів : Львівський національний університет імені Івана Франка, 2007. 800 с.
Глосарій термінів з хімії / Уклад.: Й. Опейда, О. Швайка. Донецьк : Вебер, 2008. 758 с.
Стрижак П. Є. Квантова хімія. Київ : Києво-Могилянська академія, 2009. 544 с.
Мчедлов-Петросян М. О., Лебідь В. І., Глазкова О. М. та ін. Колоїдна хімія. Харків: Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, 2012. 500 с.
Опейда Й. О. Математичне та комп’ютерне моделювання в хімії. Вінниця : Донецький національний університет, 2015. 388 с.
Lavoisier A. Traité Élémentaire de Chimie. Rungis : Maison d'édition Maxtor, 2018. 653 p.
Петренко О. В., Яновська Е. С., Теребіленко К. В. та ін. Зелена хімія. Київ : ВПЦ Київський університет, 2020. 239 с.
Агрікола Г. Про гірничу справу: в дванадцяти книгах (книги VIІ–ХІІ) / Пер. з нім., ред. В. Білецького, Г. Гайка. Львів : Новий Світ-2000, 2023. 343 с.
Бужанська М. В. Біохімія. Львів : Львівський торговельно-економічний університет, 2023. 339 с.
Brown T. L., LeMay H. E., Bursten B. E. et al. Chemistry: The Central Science. Hoboken : Pearson, 2023. 1083 p.
Агрікола Г. Про гірничу справу: в дванадцяти книгах (книги I–VI) / Пер. з нім., ред. В. Білецького, Г. Гайка. Львів: Новий світ-2000, 2024. 228 с.
Спаська О. А., Білокопитов Ю. В., Ятчишин Й. Й. Аналітична хімія та інструментальні методи хімічного аналізу. Київ : НАУ, 2024. 518 с.