Наука химия, ее предмет и роль в обществе

Отклонение в содержании большинства из этих элементов в живых организмах часто приводит к достаточно тяжелым нарушениям метаболизма.

Большая часть болезней обусловлена отклонением концентраций какого-либо вещества от нормы. Это связано с тем, что огромное число химических превращений внутри живой клетки происходит в несколько этапов, и многие вещества важны клетке не сами по себе, они являются лишь посредниками в цепи сложных реакций; но, если нарушается какое-то звено, то вся цепь в результате часто перестает выполнять свою передаточную функцию; останавливается нормальная работа клетки по синтезу необходимых веществ.

В поддержании нормальной жизнедеятельности организма очень велика роль органических молекул. Их можно разделить по принципам, заложенным в их конструкцию, на три группы: биологические макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты и их комплексы), олигомеры (нуклеотиды, липиды, пептиды и др.) и мономеры (гормоны, антибиотики, витамины и многие другие в-ва).

Для химии особенно важно установление связи между строением вещества и его свойствами, в частности, биологическим действием. Для этого используется множество современных методов, входящих в арсенал физики, органической химии, математики и биологии.

В современной науке на границе химии и биологии возникло множество новых наук, которые отличаются используемыми методами, целями и объектами изучения. Все эти науки принято объединять под термином «физико-химическая биология». К этому направлению относят:

а) химию природных соединений (биоорганическая и бионеорганическая химия bioorganic chemistry and inorganic biochemistry соответственно);

б) биохимию;

в) биофизику;

г) молекулярную биологию;

д) молекулярную генетику;

е) фармакологию и молекулярную фармакологию и множество смежных дисциплин. В большей части современных биологических исследований активно используются химические и физико-химические методы. Прогресс в таких разделах биологии, как цитология, иммунология и гистология, был напрямую связан с развитием химических методов выделения и анализа веществ. Даже такая классическая «чисто биологическая» наука, как физиология, все более активно использует достижения химии и биохимии. В США Национальные Институты Здоровья (National Instituts of Health USA) в настоящее время финансируют направления медицинской науки, связанные с чисто физиологическими исследованиями, гораздо меньше, чем биохимические, считая физиологию «неперспективной и отжившей свое» наукой. Возникают такие, кажущиеся на первый взгляд экзотическими науки, как молекулярная физиология, молекулярная эпидемиология и др. Появились новые виды медико-биологических анализов, в частности, иммуноферментный анализ, с помощью которого удается определять наличие таких болезней, как СПИД и гепатит; применение новых методов химии и повышение чувствительности старых методов позволяет теперь определять множество важных веществ не нарушая целостности кожного покрова пациента, по капле слюны, пота или другой биологической жидкости.

7. Химия и снабжение человечества энергией Бурно развивающаяся промышленность в XX столетии требовала все больших энергетических затрет. Добыча угля, нефти, а затем и природного газа шла всевозрастающими темпами. Когда-то эти источники энергии казались неистощимыми. Правда, освоение новых месторождений становилось делом все более трудным: за углем, нефтью, газом приходилось идти все дальше на север и восток, устремляться все глубже в недра Земли, а стоимость их все повышалась.

В 1973…

1974 годах разразился нефтяной кризис. Резко поднялись цены на нефть. Главные тому причины носили политический характер. Но, привлекая к себе обостренное внимание, кризис повлек за собою также и дискуссии о перспективах добычи энергетического сырья. В их ходе утверждалось, что нефти и газа в недрах планеты осталось лишь на несколько десятилетий: нефти — около 80 миллиардов тонн, газа — около 65 триллионов кубометров.

Чтобы оценить эти цифры, заметим, что ежегодное мировое потребление нефти ныне составляет около 3 миллиардов тонн, газа — около 2 миллиардов кубометров.

Эти выводы (слишком пессимистические, как мы увидим ниже) имели и свои положительные последствия. Лозунгом дня стало максимальное сбережение энергетических ресурсов. Ученые и инженеры стали уделять Больше внимания разработкам все менее энергоемких технологических процессов, создали и продолжают создавать все более экономичные двигатели (автомобильные, самолетные и т. д.), ищут новые источники энергии и способы их освоения. В перечне этих источников — сланцы, нефтяные пески, древесина, торф, отходы сельскохозяйственного производства.

Остановимся ради примера на растительном энергетическом сырье. Основное его достоинство в том что оно представляет собой возобновляемый источник энергии. Каждый год на нашей планете зеленая биомасса прирастает на 117 миллиардов тонн (в сухом весе), в том числе на 80 миллиардов тонн в лесах, на 18 миллиардов тонн в саванне и степях, на 9 миллиардов тонн на обрабатываемых полях, на столько же в пустынях, в тундре и на болотах. Энергия, которой обладает такое количество биомассы, составляет 1,75· 1021 джоулей, что эквивалентно примерно 40 миллиардам тонн нефти. Общие же запасы растительной биомассы на Земле насчитывают более 1800 миллиардов тонн, что эквивалентно 640 миллиардам тонн нефти.

Когда нефтяной кризис миновал, эксперты повторно принялись за оценки. Спокойно и неторопливо поразмыслив, подсчитав запасы топлива на Земле более точно, ученые сошлись во мнении, что нефти в недрах планеты на самом деле больше, чем казалось в середине 70-х годов: порядка 200 миллиардов тонн, из них твердо разведанных запасов — около 110 миллиардов тонн. Поэтому мировой объем нефтедобычи в ближайшее время может оставаться на теперешнем уровне (около трех миллиардов тонн в год) и даже несколько повышаться. И если раньше, в годы кризиса, считалось, что максимум нефтедобычи придется на 80-е годы, далее она пойдет на убыль и к 2080 году на Земле не останется ни капли нефти, то теперь картина вырисовывается в более отрадном свете. Согласно материалам Международной конференции КЭМРОН (Гаага, 1984 г.), максимум добычи нефти придется на 10-е годы будущего века и в это время ее будет добываться на 25 процентов больше, чем сегодня, однако к 2120…

2130 году запасы нефти истощатся полностью.

Полагают, что нефть еще длительное время будет оставаться основным источником энергии. Ее добыча, конечно, будет все усложняться. Уже сейчас треть всей нефти добывается со дна морей, и именно этот способ будет превалировать, хотя он дорог и становится все дороже. Если двадцать лет назад техника позволяла доставать нефть в море с глубины 200 метров, то десять лет назад эта цифра удвоилась, а сейчас имеется возможность бурить подводные нефтяные скважины на глубину до двух километров.

Еще более оптимистичны прогнозы относительно природного газа по сравнению с теми, что давались в 70-х годах. Общие его запасы сейчас считаются равными 250 триллионам кубометров, причем твердо разведанные — 80…90 триллионам кубометров. Максимальное количество газа будет, вероятно, добываться в 2040 году — в два раза больше, чем сегодня. Потом начнется спад, но еще в 2150 году, как полагают эксперты, газ будет добываться в размерах 15…20 процентов от добычи сегодняшней.

Что же касается угля, то Он не вызывает беспокойства у экспертов. Его добыча растет и будет продолжать расти. В 1979 году во всем мире угля было добыто свыше 2,8 миллиарда тонн. К 2000 году, как вытекает из приведенных оценок, эта цифра превзойдет отметку 9 миллиардов тонн. Так можно добывать уголь еще добрую сотню лет, поскольку даже твердо разведанные его запасы сейчас превышают триллион (тысячу миллиардов) тонн.

Заключение

В химии сегодня появилось очень много нового, что трудно было представить даже 20 лет назад. Например, фемтосекундные лазеры позволили увидеть очень быстрые процессы и получить уникальную информацию о механизме химических реакций. Это колоссальный прорыв в исследовании таких процессов, как гетерогенный катализ, изучение динамики взаимодействия между молекулой и поверхностью. Другое очень интересное направление — нанохимия, химия отдельных атомов, молекул или кластеров. Эти очень маленькие частицы имеют совсем не такие физико-химические свойства, как крупные частицы, с которыми химики привыкли работать. В наномире действует другая термодинамика, что открывает путь к качественно иным материалам. Специалисты по физической химии очень интересуются, как ведут себя вещества в сверхкритическом состоянии, например сверхкритическая вода, сверхкритический диоксид углерода. Это состояние — нечто среднее между жидкостью и газом, и оно делает всем известное вещество неузнаваемым. Например, углекислый газ становится мощным, экологически чистым растворителем.

Я думаю, что позиции химии пошатнулись меньше, чем любой другой области естествознания. Это связано с тем, что химия слишком глубоко проникла в нашу жизнь и различные сферы деятельности.

Сейчас в учебно-методическое объединение университетов России по химии входит почти 60 университетов. Это такой единый коллективный ум, который бережно и внимательно хранит научные традиции нашей системы образования, совершенствует действующие и создает новые программы по всей химическим дисциплинам. Уверен, что никаким псевдореформаторам, министерствам или ведомствам наш интеллектуальный союз профессионалов не удастся разобщить или разрушить.

Бучаченко А. Л. Химия на рубеже веков: свершения и прогнозы. Успехи химии, 1999, т. 68, 85−102.

Зефирова О. Н. Краткий курс истории и методологии химии. М., Анабасис, 2007

Джуа М. История химии. М., «Мир», 1966

Волков В.А., Вонский Е. В., Кузнецова Г. И. Выдающиеся химики мира. М., Высшая школа, 1991.

Становление химии как науки. Всеобщая история химии. М., «Наука», 1983.

. Бучаченко А. Л. Химия на рубеже веков: свершения и прогнозы. Успехи химии, 1999, т. 68, 85−102.

. О. Н. Зефирова. Краткий курс истории и методологии химии.

М., Анабасис, 2007

. М. Джуа. История химии. М., «Мир», 1966

В.А. Волков, Е. В. Вонский, Г. И. Кузнецова. Выдающиеся химики мира. М., Высшая школа, 1991.