Периодическая таблица менделеева

Органическая

Органическая химия специально изучает соединения, содержащие элемент углерод. Углерод обладает многими уникальными свойствами, которые позволяют ему образовывать сложные химические связи и очень крупные молекулы. Органическая химия известна как “химия жизни”, потому что все молекулы живой ткани, имеют углерод в своем составе. Органических соединений теоретически может быть бесчисленное множество, а их строение более сложное, чем минеральные (неорганические) вещества. Ученые, занимающиеся вопросами неорганической химии, разделились на множество самостоятельных наук.

Биохимия

Биохимия-это изучение химических процессов, происходящих внутри живых организмов.


В рамках этих широких категорий находятся бесчисленные области исследований, многие из которых оказывают важное влияние на нашу повседневную жизнь. Химики улучшают многие продукты, начиная с пищи, которую мы едим, и одежды, которую мы носим, и заканчивая материалами, из которых мы строим наши дома

Биохимия помогает защитить нашу окружающую среду и ищет новые источники энергии.

Пищевая

Пищевая наука имеет дело с тремя биологическими компонентами пищи — углеводами, липидами и белками.

  • Углеводы – это сахар и крахмал, химическое топливо, необходимое для функционирования наших клеток.
  • Липиды – это жиры и масла, которые являются существенными частями клеточных мембран и служат для смазывания и смягчения внутренних органов организма. Поскольку жиры содержат в 2 раза больше энергии на грамм, чем углеводы или белки, многие люди стараются ограничить их потребление, чтобы избежать избыточного веса.
  • Белки – это сложные молекулы, состоящие из от 100 до 500 или более аминокислот, которые соединяются вместе и складываются в трехмерные формы, необходимые для структуры и функционирования каждой клетки.

Наш организм может синтезировать некоторые аминокислоты, однако восемь из них, незаменимые аминокислоты, должны быть приняты в качестве части нашей пищи. Ученые-пищевики также занимаются неорганическими компонентами продуктов питания, такими как содержание в них воды, минералов, витаминов и ферментов.

Ученые-химики улучшают качество, безопасность, хранение и вкус наших продуктов. Они создают качественные продовольственные изделия и методы анализа пищевых производств. Они также работают в учреждениях по улучшению переработки и контролю за продуктами питания и лекарствами, чтобы проверять пищевые продукты и защищают нас от загрязнения или вредных практик.

Ученые-химики тестируют продукты, чтобы предоставить информацию, используемую для этикеток пищевых продуктов, или определить, как упаковка и хранение влияют на безопасность и качество продуктов питания. Ученые создают пищевые ароматизаторы и работают с химическими веществами, чтобы изменить вкус пищи.

Химики могут также работать над другими способами улучшения сенсорной привлекательности, такими как улучшение цвета, запаха или текстуры.

Химия окружающей среды

Химики-экологи изучают, как химические вещества взаимодействуют с окружающей средой. Экологическая химия-это междисциплинарная наука, которая включает в себя как аналитическую химию, так и понимание науки об окружающей среде. Химики-экологи должны изучать химические вещества и химические реакции, присутствующие в естественных процессах в почве, воде и воздухе

Отбор проб и анализ показать, не загрязняла ли человеческая деятельность окружающую среду или не вызывала ли она вредных реакций. Качество воды является важной областью химии окружающей среды. “Чистой” воды в природе не существует, в ней всегда растворены какие-либо минералы или другие вещества

Химики проверяют качество воды в реках, озерах и океанах на такие характеристики, как растворенный кислород, соленость, мутность, взвешенные осадки и водородный показатель РН. Вода, предназначенная для потребления человеком, должна быть свободна от вредных примесей и может быть обработана такими добавками, как фтор и хлор, чтобы повысить ее безопасность.

Изготовления полимерной продукции – часть химического сегмента

На сегодняшний день в стране стремительно набирает оборотов производство полимеров, пластмасс, каучуков, резины, синтетических волокон. К ним относятся такие материалы: капрон, полиамид, фторопласт, полипропилен, полистирол, полиуретан, полиэтилен, оргстекло, а также различные резинотехнические изделия. Все эти продукты обеспечивают различные отрасли производства необходимым материалом.

Асбест и изделия на его основе, жидкое стекло, керамическая и стеклоткань, строительный мел, кальций, известь, сода, промышленные кислоты относят к неорганическим изделиям химической промышленности. В качестве органичной составляющей используется природный газ как реагент, всевозможные щелочи, соли и кислоты.

Развитие отрасли полимерных изделий повлекло за собой создание альтернативных методов «чистых» веществ и продвижение вторичной переработки и утилизации продуктов химической промышленности.

Ассортимент изделий химической продукции насчитывает более 70 тысяч наименований. Каждая отрасль химического производства использует их огромное количество.

Также следует отметить, что производство продукции требует сравнительно крупных затрат со стороны топливно-энергетического комплекса. Однако существование какой-либо отрасли без продуктов химической промышленности уже невозможно.

Наиболее глубоко ознакомиться с технологиями и изделиями химической продукции можно на выставке «Химия», которая ежегодно проводиться в Москве. А ее организатором является ЦВК «Экспоцентр» – выставочный комплекс мирового масштаба, позволяющий организовать мероприятие на самом высоком уровне.

Нельзя не отметить, что выставка оказывает существенное влияние на развитие научно-технического прогресса и продвижение научных исследований в отрасли.

Данное мероприятие полезно как для новичков, так и специалистов химической промышленности. Оно дает возможность ознакомиться с новыми направлениями и технологиями, правилами безопасности на предприятиях.


Также «Химия» – отличное событие, чтобы наладить связи как с отечественными, так и с иностранными компаниями.

Инвестиции химическая отрасльИнвестиционная привлекательность химической отраслиКомпании химической промышленности России

Особенности строения органических соединений

Органическая химия изучает строение молекул и свойства соединений углерода, кроме самых простых (угольная и синильная кислоты и их соли).

В состав неорганических соединений могут входить любые из 114 известных в настоящее время химических элементов. Сейчас известно более 0,5 млн неорганических веществ.

В состав органических молекул обычно входят атомы 6 химических элементов: C, H, O, N, P, S. И тем не менее в настоящее время известно более 20 миллионов органических соединений.

Почему органических веществ так много?

Поскольку в состав любого органического соединения входит атом углерода, попробуем найти ответ на этот вопрос, рассмотрев особенности строения атома углерода.

Углерод — химический элемент 2-го периода, IV группы Периодической системы химических элементов Менделеева, следовательно, строение его атома можно изобразить так:

Таким образом, на внешнем уровне атома углерода находится четыре электрона. Являясь неметаллом, атом углерода может и отдавать четыре электрона, и принимать до завершения внешнего уровня также четыре электрона. Поэтому:

  • атом углерода в органических соединениях всегда четырёхвалентен;
  • атомы углерода способны соединяться друг с другом, образуя цепи различной длины и строения;
  • атомы углерода соединяются друг с другом и с другими атомами при помощи ковалентной связи, которую в формуле обозначают чёрточкой; так как валентность атома углерода равна четырём, — общее число чёрточек (химических связей) у одного атома углерода тоже равно четырём.

В состав углеродных цепочек может входить разное число атомов углерода: от одного до нескольких тысяч. Кроме того, цепочки могут иметь разное строение:

Между атомами углерода могут возникать химические связи разного типа:

Поэтому всего лишь четыре (!) атома углерода могут образовать более 10 соединений разного строения, даже если в состав таких соединений будут входить только атомы углерода и водорода. Эти соединения будут иметь, например, следующие «углеродные скелеты»:

и другие.

Задание 17.1. Попробуйте составить сами 2–3 цепочки атомов углерода иного строения из четырёх атомов углерода.

Выводы

Способность атомов углерода образовывать УГЛЕРОДНЫЕ ЦЕПИ разного состава и строения — главная причина многообразия органических соединений.


Химическая промышленность России

Современный состав отраслей и подотраслей российской химической промышленности включает следующие направления:

  • неорганическая химия (выпуск аммиака, хлора, каустической и кальцинированной соды, щелочей, неорганических кислот, солей минералов, удобрений и кормовых средств);
  • горно-химическая (добыча химического минерального сырья, его обогащение, конкретно – фосфоритов, серного колчедана, калийной и поваренной соли, апатитов);
  • органическая химия (выпуск пластических масс и синтетических смол, искусственных волокон и нитей, органических красителей и синтетических дубителей);
  • лакокрасочная (производство лаков, белил, эмалей, красок, нитроэмалей и др.);
  • производство химреактивов, катализаторов и особо чистых веществ (производство магнитных лент, фотокинопленки, фотоматериалов);
  • химико-фармацевтическая (выпуск лекарств);
  • микробиологическая;
  • производство бытовой химии (пластиковые изделия, стекловолокнистые материалы, др.).

Факторы, влияющие на размещение по регионам отраслей химической промышленности – водный, энергетический, сырьевой, трудовой, потребительский, инфраструктурный, экологический. В целом, химическую промышленность считают емкой по отношению к сырью отраслью.

Из-за ценности сырья затраты на него составляют 40-90% на 1 т продукции. Отрасль использует большое количество видов сырья растительного, минерального, животного происхождения, а с ним – воды, воздуха.

Важно комплексно подходить к использованию сырья (в т.ч. углеводородного) для производства химических материалов, химикатов

Поэтому широко распространено межотраслевое и внутриотраслевое кооперирование, комбинирование производств. Возникают нефтехимические, химические комбинаты в комплексе с нефте- и газопереработкой.

Разделы химии

Современная химия — настолько обширная область естествознания, что многие её разделы по существу представляют собой самостоятельные, хотя и тесно взаимосвязанные научные дисциплины.

По признаку изучаемых объектов (веществ) химию принято делить на неорганическую и органическую. Объяснением сущности химических явлений и установлением их общих закономерностей на основе физических принципов и экспериментальных данных занимается физическая химия, включающая квантовую химию, электрохимию, химическую термодинамику, химическую кинетику. Самостоятельными разделами являются также аналитическая и коллоидная химия (см. ниже перечень разделов).

Технологические основы современных производств излагает химическая технология — наука об экономичных методах и средствах промышленной химической переработки готовых природных материалов и искусственного получения химических продуктов, не встречающихся в окружающей природе.

Сочетание химии с другими смежными естественными науками представляют собой биохимия, биоорганическая химия, геохимия, радиационная химия, фотохимия и др.

Общенаучные основы химических методов разрабатываются в теории познания и методологии науки.

  • Агрохимия
  • Аналитическая химия занимается изучением веществ с целью получить представление об их химическом составе и структуре, в рамках этой дисциплины ведётся разработка экспериментальных методов химического анализа.
  • Биоорганическая химия
  • Биохимия изучает химические вещества, их превращения и явления, сопровождающие эти превращения в живых организмах. Тесно связана с органической химией, химией лекарственных средств, нейрохимией, молекулярной биологией и генетикой.
  • Вычислительная химия
  • Геохимия — наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения элементов и изотопов, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.
  • Квантовая химия
  • Коллоидная химия
  • Компьютерная химия
  • Косметическая химия
  • Космохимия
  • Математическая химия
  • Материаловедение
  • Медицинская химия
  • Металлоорганическая химия
  • Нанохимия
  • Неорганическая химия изучает свойства и реакции неорганических соединений. Чёткой границы между органической и неорганической химии нет, напротив, существуют дисциплины на стыке этих наук, например, металлоорганическая химия.
  • Органическая химия выделяет в качестве предмета изучения вещества, построенные на основе углеродного скелета.
  • Нейрохимия своим предметом имеет изучение медиаторов, пептидов, белков, жиров, сахара и нуклеиновых кислот, их взаимодействия и роли, которую они играют в формировании, становлении и изменении нервной системы.
  • Нефтехимия
  • Общая химия
  • Препаративная химия
  • Радиохимия
  • Супрамолекулярная химия
  • Фармацевтика
  • Физическая химия изучает физический и фундаментальный базис химических систем и процессов. Важнейшие области исследования включают химическую термодинамику, кинетику, электрохимию, статистическую механику и спектроскопию. Физическая химия имеет много общего с молекулярной физикой. Физическая химия предполагает использование инфинитезимального метода. Физическая химия является отдельной дисциплиной от химической физики.
  • Фотохимия
  • Химия высокомолекулярных соединений
  • Химия одноуглеродных молекул
  • Химия полимеров
  • Химия почв
  • Теоретическая химия своей задачей ставит теоретическое обобщение и обоснование знаний химии через фундаментальные теоретические рассуждения (как правило, в области математики или физики).
  • Термохимия
  • Токсикологическая химия
  • Электрохимия
  • Экологическая химия; химия окружающей среды
  • Ядерная химия изучает ядерные реакции и химические последствия ядерных реакций.

Неорганическая

Неорганическая химия изучает такие вещества и газы в состав которых не входит углерод. Раздел науки изучает металлы и неметаллы, оксиды и соли, гидроксиды и кислоты, нитриды и гидриды, а также технологии применения в производстве, защите и использовании сельскохозяйственных культур и скота.

Химическая технология

Инженеры-химики исследуют и разрабатывают новые материалы или процессы, связанные с химическими реакциями. Химическая инженерия сочетает в себе основы науки с инженерными и экономическими концепциями для решения технологических проблем. Химическое машиностроение представляет базовую отрасль экономики как химическая и нефтехимическая промышленность и делится на две основные группы: промышленное применение и разработка новых продуктов. Отрасли промышленности требуют от инженеров-химиков разработки новых способов сделать производство своей продукции более легким и экономически эффективным. Ученые-химики участвуют в проектировании и эксплуатации перерабатывающих предприятий, разрабатывают процедуры безопасности при обращении с опасными материалами и контролируют производство почти каждого продукта, который мы используем. Ученые-химики работают над разработкой новых продуктов и процессов в любой области-от фармацевтики до топлива и компьютерных компонентов.

Геохимия

Геохимики объединяют химию и геологию для изучения состава и взаимодействия между веществами, находящимися в земле.

Геохимики могут тратить больше времени на полевые исследования, чем другие ученые. Многие работают в службах по охране окружающей среды, определяя, как горнодобывающие операции и отходы могут повлиять на качество воды и окружающую среду. Они могут направляться в отдаленные заброшенные шахты для сбора проб и проведения грубых полевых оценок, а затем следовать за потоком через его водосбор, чтобы оценить, как загрязняющие вещества перемещаются через систему. Ученые раздела нефтяной геологии занимаются вопросами химического изучения состава нефти и связанных с ней природных образований. Они работают в нефтегазовых компаниях, чтобы помочь найти новые запасы энергии. Ученые этой науки также могут работать на трубопроводах и нефтяных вышках, чтобы предотвратить химические реакции, которые могут вызвать взрывы или разливы.

Судебная химия

Судебно-медицинские химики собирают и анализируют вещественные доказательства, оставленные на месте происшествия, чтобы помочь установить личности причастных лиц, а также ответить на другие жизненно важные вопросы, касающиеся того, как и почему было совершено событие. Судебно-медицинские химики используют широкий спектр методов анализа, таких как хроматография, спектрометрия и спектроскопия. Например, химики разработали систему, которая выходит за рамки идентификации отпечатков пальцев. Этот метод может захватывать молекулы, содержащиеся в отпечатке пальца, включая липиды, белки, генетический материал или даже следовые количества взрывчатых веществ, которые могут быть дополнительно проанализированы. Новый инструмент по существу снимает тайну с определения химического состава отпечатков пальцев на местах событий.

Агрохимия

Агрохимия как неорганическая наука связана с веществами и химическими реакциями, которые участвуют в производстве, защите и использовании сельскохозяйственных культур и скота. Это междисциплинарная область которая опирается на связи со многими другими науками. Сельскохозяйственные химики необходимы в сельском хозяйстве, агентствах по охране окружающей среды, управлениях по контролю за продуктами питания и лекарствами или в частном секторе.

Агрохимия как наука разрабатывает удобрения, инсектициды и гербициды, необходимые для крупномасштабного растениеводства. Ученые занимающиеся этой наукой следят за тем, как используются продукты и как они влияют на окружающую среду. Они также разрабатывают пищевые добавки для повышения продуктивности мясных и молочных стад. Сельскохозяйственная биотехнология является быстро растущим направлением в науке. Генетически манипулирующие культуры, чтобы быть устойчивыми к гербицидам, используемым для борьбы с сорняками на полях, требуют детального понимания как самих растений, так и химических веществ на молекулярном уровне. Биохимия как наука должна понимать генетику и потребности бизнеса в разработке культур, которые легче транспортировать или которые имеют более длительный срок хранения.

Предмет органической химии. Теория строения органических веществ

Органические вещества известны людям с давних пор. Ещё в древности люди использовали сахар, животные и растительные жиры, красящие и душистые вещества. Все эти вещества выделялись из живых организмов. Поэтому такие соединения стали называться органическими, а раздел химии, который изучал вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности живых организмов, получил название «органическая химия». Это определение было дано шведским учёным Берцелиусом* в 1827 году.

Уже первые исследователи органических веществ отмечали особенности этих соединений. Во-первых, все они при сжигании образуют углекислый газ и воду, значит, все они содержат атомы углерода и водорода. Во-вторых, эти соединения имели более сложное строение, чем минеральные (неорганические) вещества. В-третьих, возникали серьёзные затруднения, связанные со способами получения и очистки этих соединений. Полагали даже, что органические соединения невозможно получить без участия «жизненной силы», которая присуща только живым организмам, то есть органические соединения нельзя, казалось, получить искусственно.

И, наконец, были обнаружены соединения одинакового молекулярного состава, но различные по свойствам. Такое явление не было характерно для неорганических веществ. Если для неорганического вещества известен состав, то известны и его свойства.

Вопрос. Какими свойствами обладают H2SO4; Ca(OH)2?

А химики-органики обнаружили, что вещество состава С2Н6О у одних исследователей является достаточно инертным газом, а у других — жидкостью, активно вступающей в разнообразные реакции. Как это объяснить?

К середине 19-го века было создано немало теорий, авторы которых пытались объяснить эти и другие особенности органических соединений. Одной из таких теорий стала теория химического строения Бутлерова*.

Некоторые её положения были изложены А. М. Бутлеровым в 1861 году на конференции в г. Шпейере, другие были сформулированы позже в научных работах А. М. Бутлерова. В целом, основные положения этой теории в современном изложении можно сформулировать так.


1. Атомы в молекулах располагаются в строгом порядке, согласно их валентности.

2. Атом углерода в органических молекулах всегда имеет валентность равную четырём.

3. Порядок соединений атомов в молекуле и характер химических связей между атомами называется химическим строением.

4. Свойства органических соединений зависят не только от того, какие атомы и в каких количествах входят в состав молекулы, но и от химического строения:

  • вещества разного строения имеют разные свойства;
  • вещества похожего строения имеют похожие свойства.

5. Изучая свойства органических соединений, можно сделать вывод о строении данного вещества и описать это строение одной-единственной химической формулой.

6. Атомы в молекуле влияют друг на друга, и это влияние сказывается на свойствах вещества.

При изучении органической химии нужно чаще вспоминать эти положения и, прежде чем описывать свойства какого-либо вещества, следует указать его строение при помощи химической формулы, в которой будет показан порядок соединения атомов в молекуле — графическая формула.

История промышленности

Химическое производство начало бурно развиваться начиная с первой половины XVIII века. Старт этому положила промышленная революция.

Первым объектом химической отрасли считается завод в Великобритании, открытый в 1736 году, специализирующийся на выпуске серной кислоты. Это вещество и по сей день является одним из важнейших продуктов химической промышленности. Такие же предприятия вскоре открывают во Франции и Германии. Первый завод по выработке серной кислоты в России был открыт в 1805 году.

Производство химических продуктов в промышленных масштабах было быстро оценено во всем мире. Вскоре после серных заводов появились предприятия по изготовлению соды. Этот продукт использовался в стекольной и текстильной отраслях.

Крупнейший «химический бум» случился в конце XIX – начале XX вв., когда при помощи научного метода были созданы первые синтетические материалы – резины и пластмассы. В это же время началось зарождение и развитие нефтехимической промышленности. Производство химической продукции – трудо-, энерго- и наукоемкий процесс. Также химическая отрасль промышленности очень требовательна к качеству сырья

Для непрерывного производственного процесса также немаловажно, чтобы первичные материалы и компоненты поставлялись бесперебойно и точно в срок

Теоретические основы химической технологии

По мере развития смежных отраслей, подвергаются постоянной модернизации и обновлению основные процессы и аппараты химической технологии, глубже изучаются  основные аспекты производства, принципы их работы и эксплуатация машин, используемых для выполнения операций. Базу таких дисциплин составляют теоретические основы химической технологии.

В государствах, признанных мировыми лидерами, обучение студентов на технических специальностях  именно в этом направлении считается наиболее важным. Причиной тому, во-первых, определяющая роль процессного инжиниринга в деятельности химической промышленности. А во-вторых, растущее значение данной дисциплины на межотраслевом уровне.

Несмотря на существенные отличия между разными отраслями промышленности, в их основе лежат одни и те же принципы,  вписываются различные физические закономерности, химические процессы, тесно взаимосвязанные с современными инженерными отраслями, в том числе материаловедением. Химические технологии за последние годы глубоко проникли даже в те сферы, где допустить их присутствие никому не приходит в голову. Таким образом, на современных рынках все чаще заходит речь о роли процессного инжиниринга в более глобальном смысле, нежели в рамках операций одной отрасли.


С этим читают