I. Введение
Химия как фундаментальная наука
окончательно сформировалась лишь в начале
двадцатого века, когда три главных постулата
квантовой механики
- уравнение Шредингера как квантовый наследник
уравнений классической механики (уравнений
Гамильтона-Якоби);
- принцип Паули, организующий электроны по
спиновым состояниям и энергетическим уровням;
- волновая функция - носитель информации о
плотности распределения заряда и спина
составили надежный и прочный физический
фундамент химии. Именно они наполнили физическим
содержанием Периодическую систему элементов
Д.И. Менделеева - величайшее открытие прошлого
века, значение которого вышло далеко за рамки
химии. С позиций этих трех постулатов химическую
реакцию следует рассматривать как физический
процесс перестройки электронных оболочек и
перегруппировки ядер.
Понимание и осознание значимости этих
трех принципов для химии делает химическую науку
ясной и предсказуемой в главном; из них рождается
все ее богатство, многообразие, стройная, изящная
логика и красота.
Двадцатое столетие сделало химию
точной наукой: установлено множество
количественных закономерностей, точных законов
(включая "электронную периодичность" закона
Менделеева), достигнут высочайший
метрологический уровень определения
атомно-молекулярных, термодинамических и
кинетических констант, характеризующих вещество
и химический процесс.
За этот век химия превратилась в
разветвленную науку. Сегодня многие ее области
существуют как самостоятельные: неорганическая,
органическая, физическая химия, радиохимия,
биохимия, аналитическая химия, геохимия и т. д.
Каждая из них имеет собственный предмет и
собственную область исследования, свои проблемы
и свои экспериментальные методы. Но к
восьмидесятым годам на смену профессиональному
"дроблению" химии пришло осознание
необходимости совместного решения общих
фундаментальных проблем химической науки.
Первая попытка определить эти главные,
"интеграционные" направления в химии была
предпринята в статье B.A. Легасова и А.Л. Бучаченко.1
В этой статье дана классификация химии на новом
уровне. Это структурирование химии не по
названиям разных "химий", число которых уже
далеко превзошло четыре десятка; это
структурирование химии по задачам и целям, по ее
внутренней логике, которая не разделяет химию на
"химические губернии", а организует как
единую науку и объединяет химиков в единое
сообщество.
Сегодня, на исходе двадцатого века,
предложенная в работе1 структура мало
изменилась, и иерархия общих проблем химии может
быть представлена в следующем виде:
- искусство химического синтеза;
- химическая структура и функция;
- управление химическими процессами;
- химическое материаловедение;
- химическая технология;
- химическая энергетика;
- химическая аналитика и диагностика;
- химия жизни.
Это главные стратегические магистрали
современной химии, по которым она развивается.
Они отражают ее движение и ее прогресс.
Химический синтез - ключевое
направление химии, источник всех ее сокровищ. Это
направление делает ее самой созидательной
наукой. Химия поставляет материалы для всех
отраслей науки и производства, и в этом смысле
можно сказать, что она стоит в центре
естественных наук. Особую интригу вносит то
обстоятельство, что наряду с научными принципами
химического синтеза здесь остается простор для
игры ума и интуиции. Это сближает химический
синтез с искусством.
Атомно-молекулярная архитектура и
электронное строение вновь синтезированных
соединений бесконечно разнообразны, настолько
же разнообразны их физические и химические
свойства и, следовательно, их функции.
Установление связи между структурой вещества и
его функциональным поведением составляет
предмет второго направления.
Управление химическими процессами,
их молекулярными механизмами, использование
химических факторов (комплексообразования,
сольватации, молекулярной организации, катализа)
и физических воздействий (от света до механики)
для регулирования химических процессов - таково
содержание третьего направления.
Вещество - не материал, а лишь его
предшественник. Надо научить вещество работать
как материал, определить его характеристики и
границы применимости - это задача химического
материаловедения.
Задача химической технологии -
обеспечить технологический дизайн процесса, его
оптимизацию и масштабирование, низкие
энергозатраты, высокую безопасность и
экологическую чистоту.
Разработка высокоэффективных
способов преобразования химической энергии в
другие виды энергии, накапливание энергии в
энергоемких веществах и материалах (включая
лазеры с химической и солнечной накачкой),
преобразование солнечной энергии, химические
источники тока, сопряжение энергопроизводящих и
энергозатратных процессов - все это составляет
предмет химической энергетики.
Прогресс химического
материаловедения и химической технологии
невозможен без надежной химической аналитики и
диагностики. Это - бурно развивающееся
направление (включающее химическую сенсорику и
химию запаха) с огромными техническими
"выходами" во все области - от систем
техногенного контроля до медицины и экологии.
Нет нужды доказывать, что все эти
направления связаны не только логикой. Их
внутренне объединяет сама методология
химического исследования: в хорошей научной
статье можно найти элементы нескольких
направлений. И это великолепное сочетание
дифференциации и интеграции - результативный и
созидательный стиль современной химии.
Наконец, химия живого - это
гигантская химическая галактика, которую еще
предстоит осваивать. На нее работают биохимия и
химия природных веществ, фитохимия, наука о
ферментах, медицинская и фармацевтическая химия,
генная инженерия, биотехнология и многие другие.
Это направление с ярко выраженными ожиданиями,
гигантским потенциалом, бесспорными
перспективами и огромным будущим; его контуры и
масштабы уже сегодня просматриваются в
трансгенной технологии.
|