Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Методологический базис химии

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 708922.01.99
Доступ онлайн
535 ₽
В корзину
В учебнике на примере химии показаны истоки, принципы работы и результаты квантового, геометрического, аналитического (математического) и других подходов, руководствуясь которыми, современная химия и другие науки решают свои исследовательские задачи. Особый акцент сделан на инновациях, полученных в этой области автором работы: в их числе графическое и математическое моделирование и полученные с их использованием конкретные прорывные результаты в приложении к фазовым равновесиям и состояниям систем с различным числом компонентов и к уникальному фундаментальному свойству растворимости веществ. Учебник может быть рекомендован широкому кругу читателей, включая студентов естественнонаучных и других факультетов, а также исследователей и специалистов, желающих на примере химии освоить базовые методологические приемы современной науки и использовать их универсальные, высокоэффективные возможности в своей работе. Особенностью учебника является также то, что фактический материал излагается заинтересованно, с учетом исторического развития и динамики его формирования, сопровождается авторскими комментариями, наглядными примерами, образными сравнениями и стремлением приобщить читателя к творческому процессу познания.
Лупейко, Т. Г. Методологический базис химии. Как решаются научные задачи : учебник с результатами авторских исследований / Т. Г. Лупейко ; Южный федеральный университет. - Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2018. - 446 с. - ISBN 978-5-9275-2757-1. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1021561 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Химический факультет

Т. Г. Лупейко

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ БАЗИС ХИМИИ.

КАК РЕШАЮТСЯ НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ

Учебник
с результатами авторских исследований

Ростов-на-Дону – Таганрог
Издательство Южного федерального университета
2018

Л85

УДК 54+001.895(075.8)
ББК 24я73
       Л85

Печатается в соответствии с решением кафедры общей и неорганической химии химического 
факультета ЮФУ, протокол № 6 от 30 августа 2017 г.

Рецензенты:
заведующий лабораторией «Физико-химический анализ оксидных систем», 
ИОНХ РФ, д. х. н., профессор В. М. Скориков;
заведующий кафедрой моделирования ФГАОУ ВО «Южный федеральный
университет», д. ф.-м. н., профессор А. В. Наседкин

Лупейко, Т. Г.
Методологический базис химии. Как решаются научные задачи :  
учебник с результатами авторских исследований / Т. Г. Лупейко ; Южный 
федеральный университет. – Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство 
Южного федерального университета, 2018. – 446 с. 
ISBN 978-5-9275-2757-1

В учебнике на примере химии показаны истоки, принципы работы и результаты квантового, геометрического, аналитического (математического) и других подходов, руководствуясь которыми, современная химия и другие науки решают свои 
исследовательские задачи. Особый акцент сделан на инновациях, полученных в этой  
области автором работы: в их числе графическое и математическое моделирование 
и полученные с их использованием  конкретные прорывные результаты в приложении к фазовым равновесиям и состояниям систем с различным числом компонентов  
и к уникальному фундаментальному свойству растворимости веществ.
Учебник может быть рекомендован широкому кругу читателей, включая студентов естественнонаучных и других факультетов, а также исследователей и специалистов, желающих на примере химии освоить базовые методологические приемы 
современной науки и использовать их универсальные, высокоэффективные возможности в своей работе.
Особенностью учебника является также то, что фактический материал излагается заинтересованно, с учетом исторического развития и динамики его формирования, 
сопровождается авторскими комментариями, наглядными примерами, образными 
сравнениями и стремлением приобщить читателя к творческому процессу познания. 
УДК 54+001.895(075.8)
ББК 24я73
ISBN 978-5-9275-2757-1  
 
 
             © Южный федеральный университет, 2018
© Т. Г. Лупейко, 2018
© Оформление. Макет. Издательство
Южного федерального университета, 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ ..................................................................................... 10
Введение .................................................................................................. 12
Общие сведения ...................................................................................... 15

ГЛАВА 1. КВАНТОВАЯ МЕТОДОЛОГИЯ И ЕЕ ИСТОКИ .............. 39

1.1. Развитие представлений о строении атома .............................. 40
1.2. Атомные масштабы .................................................................... 42
1.3. Основные этапы развития взглядов на строение атома .......... 45
1.4. Понятие о спектрах .................................................................... 49
1.5. Спектр атома водорода ............................................................... 50
1.6. Планетарное строение атома ..................................................... 54
1.7. «Кентавры» микромира .............................................................. 58
1.8. Хотите себя попробовать в решении атомных задач? ............. 65
1.9. Хотите увидеть квантовый мир глазами первопроходцев? ..... 66
Вопросы для самоконтроля .................................................................... 67

ГЛАВА 2. КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА И СТРОЕНИЕ АТОМА ....... 68

2.1. Уравнение Шредингера – основа квантовой механики .......... 68
2.2. Обычное и необычное в квантовой механике .......................... 70
2.3. Как работает и на что претендует квантовая механика .......... 72

ГЛАВА 3. КВАНТОВАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ .......... 84

3.1. Виды химической связи ............................................................. 84
3.2. Химическая связь в трактовке квантовой химии..................... 88
3.3. Метод валентных связей ............................................................ 92
3.4. Природа ковалентной связи ....................................................... 93
3.5. Энергетика ковалентной связи .................................................. 95
3.6. Что такое валентность ................................................................ 98
3.7. Свойства ковалентной связи и строение молекул ................. 103
3.7.1. Молекулы, состоящие из двух одновалентных 
атомов, σ- и π-связь .................................................................... 104

3.7.2. Молекулы с центральным многовалентным атомом
 и одновалентными заместителями. Гибридизация ................ 107
3.7.3. Обобщенная методика анализа химической связи 
и строения молекул в рамках МВС .......................................... 111
Тестовое задание № 1 .......................................................................... 119
Тестовое задание № 2 .......................................................................... 120
Вопросы для самопроверки .................................................................. 121
Вопросы для самостоятельной работы ............................................. 122
3.8. Метод молекулярных орбиталей ............................................. 122
Вопросы для самостоятельной работы ............................................. 130
3.9. Квантовая химия и другие виды химической связи .............. 130
3.9.1. Ионная связь ..................................................................... 131
3.9.2. Металлическая связь ........................................................ 132
3.9.3. Межмолекулярные взаимодействия ............................... 134

ГЛАВА 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ 
И ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ................................... 136

4.1. Общие сведения ........................................................................ 136
4.2. Правило фаз и классификация фазовых систем .................... 138
4.3. Истоки физико-химического анализа ..................................... 145
4.4. Место ФХА среди других научных дисциплин ..................... 148
4.5. Основные принципы геометрического анализа 
диаграмм ........................................................................................... 150
4.6. Методы исследования, возможности и значение ФХА ......... 153

ГЛАВА 5. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИАГРАММ 
СОСТОЯНИЯ ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ ........................ 156

5.1. Геометрическая модель диаграмм состояния 
однокомпонентных систем ............................................................. 156
5.2. Изобарические и изотермические процессы 
в однокомпонентных системах и решение прикладных 
вопросов на их основе ..................................................................... 164
5.3. Геометрические модели диаграмм однокомпонентных 
систем веществ с полиморфными превращениями...................... 170
Вопросы для самопроверки .................................................................. 173

ГЛАВА 6. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИАГРАММ 
ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ ФАЗОВЫХ СИСТЕМ ............................. 174

6.1. Способ изображения состава двойных систем ...................... 174
6.2. Базовые геометрические модели двойных 
фазовых систем ................................................................................ 176
6.3. Геометрические модели диаграмм «свойство – состав» 
двойных моноагрегатных конденсированных систем ................. 180
6.4. Геометрические модели диаграмм растворимости 
двойных моноагрегатных конденсированных систем ................. 185
6.4.1. Геометрические модели диаграмм растворимости 
двойных жидких систем ............................................................ 186
6.4.2. Геометрические модели диаграмм растворимости 
двойных моноагрегатных твердофазных систем .................... 192
6.5. Геометрические модели двойных изобарических 
систем с жидкими и твердыми фазами .......................................... 194
6.5.1. Геометрическая модель диаграмм двойных 
систем с простой эвтектикой (тип 1) ........................................ 195
6.5.2. Геометрические модели диаграмм двойных 
изобарических систем с кристаллизацией 
твердых растворов ...................................................................... 206
6.5.3. Геометрические модели диаграмм двойных 
систем с кристаллизацией ограниченных твердых 
растворов (тип 2) ........................................................................ 207
6.5.4. Геометрическая модель диаграмм двойных систем 
с ограниченными твердыми растворами и эвтектикой ........... 210
6.5.5. Методика обоснования, построения и анализа 
геометрических моделей диаграмм двойных 
фазовых систем .......................................................................... 216
6.5.6. Геометрическая модель диаграмм двойных систем 
с ограниченными твердыми растворами 
и перитектикой ........................................................................... 218
6.5.7. Геометрические модели диаграмм двойных 
систем с кристаллизацией неограниченных твердых 
растворов (тип 3) ........................................................................ 220
6.6. Геометрические модели диаграмм двойных 
изобарических систем с образованием соединений ..................... 223

6.6.1. Геометрическая модель диаграмм двойных систем 
с образованием конгруэнтно плавящегося соединения .......... 223
6.6.2.  Геометрическая модель диаграмм двойных систем 
с образованием инконгруэнтно плавящегося 
соединения .................................................................................. 226
6.6.3. Геометрические модели диаграмм двойных систем 
с образованием соединений в твердом состоянии .................. 227
6.6.4. Геометрические модели диаграмм двойных 
систем с образованием конгруэнтно плавящихся 
соединений и твердых растворов ............................................. 229
6.7. Геометрические модели диаграмм двойных 
изобарических систем с ограниченной растворимостью 
компонентов в жидком состоянии .................................................. 234
6.8. Краткие сведения о геометрических моделях 
двойных систем с превращениями в твердом состоянии ............ 237
6.9. Контрольные задания по направлению геометрического 
моделирования двойных систем .................................................... 240

ГЛАВА 7. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДИАГРАММ 
ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ, ТРОЙНЫХ ВЗАИМНЫХ 
И МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ .......................................... 244

7.1. Способы изображения состава трехкомпонентных 
систем. Треугольник составов и его свойства ............................... 244
7.2. Геометрические модели диаграмм состояния 
тройных систем ................................................................................ 248
7.2.1. Геометрические модели диаграмм тройных 
систем эвтектического типа ...................................................... 250
7.2.2. Анализ процессов охлаждения расплавов 
с использованием геометрической модели диаграммы 
плавкости тройных систем типа 1 ............................................ 254
7.2.3. Вопросы экспериментального построения 
диаграмм тройных систем ......................................................... 261
7.3. Геометрические модели диаграмм тройных 
систем с соединениями ................................................................... 262
7.3.1. Тройные системы с двойным конгруэнтно 
плавящимся соединением и стабильным сечением ................ 264

7.3.2. Геометрическая модель плоских диаграмм тройных 
систем с двойным конгруэнтно плавящимся соединением 
и нестабильным триангулирующим сечением ........................ 269
7.3.3. Геометрическая модель плоских диаграмм 
тройных систем с двойным конгруэнтно плавящимся 
соединением и нестабильным и нетриангулирующим 
сечением ...................................................................................... 277
7.3.4. Геометрическая модель плоских диаграмм 
тройных систем с двойным инконгруэнтно 
плавящимся соединением .......................................................... 281
7.3.5. Геометрическая модель плоских диаграмм 
тройных систем с образованием нескольких 
двойных соединений .................................................................. 284
7.3.6. Геометрическая модель диаграмм тройных 
систем с образованием тройных соединений .......................... 286
7.4. Геометрическая модель тройных систем 
с кристаллизацией твердых растворов .......................................... 291
7.5. Геометрическая модель тройных систем с ограниченной 
растворимостью компонентов в жидком состоянии .................... 294
7.6. Геометрические модели диаграмм плавкости тройных 
взаимных систем .............................................................................. 300
7.7. Многокомпонентные фазовые системы ................................. 308
7.7.1. Способы изображения состава многокомпонентных 
систем .......................................................................................... 309
7.7.2. Геометрическая модель изобарической 
четверной системы ..................................................................... 312

ГЛАВА 8. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 
ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ ФАЗОВЫХ СИСТЕМ 
И ПРИМЕРЫ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ .................................................... 319

8.1. Математическая модель изобары плавкости 
компонента двойной системы и ее анализ .................................... 320
8.2. Анализ взаимосвязи термодинамических 
и фазовых параметров двойных систем ........................................ 326
8.3. Математическая модель ликвидуса двойной 
эвтектической системы и ее эвтектики .......................................... 329

ГЛАВА 9. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 
ТРОЙНЫХ ВЗАИМНЫХ СИСТЕМ ................................................... 335

9.1. Три «кита» химии ..................................................................... 335
9.2. Примеры вывода первоосновных уравнений связи 
и их применения для решения задач .............................................. 336
9.3. Уравнения связи фазовых равновесий тройных 
взаимных систем .............................................................................. 337
9.4. Уравнение изотерм растворимости солей ТВС ..................... 339
9.5. Уравнения симметричных изотерм 
растворимости солей ТВС .............................................................. 340
9.6. Виды изотерм кристаллизации (растворимости) 
солей ТВС ......................................................................................... 346
9.7. Критические процессы начала расслаивания 
в расплавах ТВС .............................................................................. 352

ГЛАВА 10. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ДИЗАЙН ФАЗОВЫХ 
РАВНОВЕСИЙ ТВС ............................................................................. 363

10.1. Получение математической модели фазовых 
равновесий ТВС ............................................................................... 363
10.2. Анализ математической модели фазовых 
равновесий ТВС ............................................................................... 366
10.3. Координатное пространство (n, р) ........................................ 368
10.4. Анализ растворимости фаз в системах с обменным 
взаимодействием в расплавах ......................................................... 375
10.4.1. Изотермическая растворимость фаз в ТВС ................. 375
10.4.2. Политермическая растворимость фаз в ТВС ............... 382
10.5. Критерии существования равновесий твердых 
фаз с расплавом ТВС ....................................................................... 388

ГЛАВА 11. НОВАЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА 
И ЕЕ ВОЗМОЖНОСТИ ....................................................................... 395

11.1. Оптимальна ли современная термодинамика? .................... 395
11.2. Взаимный расчет термодинамических параметров 
и диаграмм плавкости. Формирование новой базы 
термодинамических данных ........................................................... 400

11.2.1. Расчет термодинамических параметров ТВС 
по изотермам кристаллизации (растворимости) их фаз 
с использованием координатного пространства (u, v) ............ 401
11.2.2. Оценка погрешностей взаимного расчета 
термодинамических параметров и диаграмм 
плавкости ТВС ............................................................................ 405
11.2.3. Расчеты параметров с использованием 
пространства (n, р) ..................................................................... 412
11.2.4. Расчеты параметров по изобарам плавкости 
компонентов диаграмм двойных и квазибинарных 
систем .......................................................................................... 414
11.2.5. Расчеты параметров систем с расслаиванием ............. 417
11.3. К расчетам диаграмм плавкости (растворимости) 
двойных и тройных взаимных систем 
по термодинамическим параметрам .............................................. 424

ГЛАВА 12. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО НАПРАВЛЕНИЮ 
АНАЛИТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРОЙНЫХ 
ВЗАИМНЫХ СИСТЕМ ........................................................................ 428

12.1. Задания .................................................................................... 428
12.2. Выводы и пояснения к решению задач ................................. 431
12.3. Примеры решения задач ........................................................ 433

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................... 440

ОСНОВНЫЕ ЛИТЕРАТУРНЫЕ ИСТОЧНИКИ ................................ 445

Моделирование – философия наступившего века 
науки, активных материалов и освоения внеземных территорий.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Технический прогресс современного постиндустриального общества теснейшим образом связан с развитием науки, так как она все очевиднее становится непосредственно производительной силой, а производство – ее технологическим применением. Как известно, уровень 
технического развития общества определяется не тем, что оно производит, а тем, как оно это производство осуществляет. В приложении  
к науке это может означать примерно следующее: уровень развития  
науки определяется не тем, что она изучает, а тем, как она это делает. 
Другими словами, речь идет об уровне развития ее методологии, т. е. 
той совокупности подходов, которыми располагает и руководствуется 
наука при решении исследовательских задач.
В предлагаемой работе на примере анализа методологического базиса химии предпринята попытка дать представление об этом кардинальном для научной практики вопросе. В настоящее время для решения 
своих задач химия располагает квантово-механическим (квантовым), 
графическим, аналитическим (математическим), термодинамическим 
и другими подходами. В работе обсуждаются их истоки, содержание, 
принципы работы и возможности, а в качестве примера их эффективности приводятся прорывные результаты, начиная с показательного  
в этом плане недавнего эпохального научного события – прорыва науки в мир микро- и нано-, ставшей фундаментальной основой прогресса 
современности. 
Особый акцент в работе сделан на полученных автором методологических инновациях: графическом и аналитическом моделированиях. 
При этом изложены основы этих подходов и даны конкретные примеры 
получения с их помощью новой информации, относящейся к взаимодействию и растворимости фаз в системах с различным числом компонентов. В результате в рамках графического подхода разработаны 
новые приемы обоснования, систематики и анализа диаграмм систем с 
различным числом компонентов. А с использованием первоосновного 
аналитического моделирования впервые дана обобщенная параметри
Предисловие

ческая картина состояний, фазовых равновесий и растворимости фаз 
в системах с обменным взаимодействием в расплавах. Она включает 
количественные параметрические критерии направления обменной 
конверсии веществ и условия реализации всех возможных фазовых 
равновесий и состояний взаимных систем, включая варианты полной 
растворимости и расслаивания их жидких фаз. Впервые также разработаны и приведены новые методики расчета термодинамических 
параметров по диаграммам плавкости веществ и методы построения  
и анализа этих диаграмм с использованием термодинамических данных, а также получены многие другие прорывные результаты. Особое 
внимание уделено обоснованию с использованием конкретных примеров доминирующей роли моделирования в развитии методологической 
базы современной химии и методологии науки в целом, а также показаны перспективы исследований в этом направлении. 
Особенностью работы является также то, что фактический материал 
дается с учетом исторического развития и динамики его формирования 
с критическим анализом получаемых результатов и их авторским комментарием. Предлагаемый учебник по стилю и содержанию является 
развитием опубликованных ранее монографий, в том числе наших недавних работ [Лупейко, 2010; 2011]. 
Автор признателен коллективу кафедры общей и неорганической 
химии химического факультета Южного федерального университета, 
творческая атмосфера которого во многом способствовала подготовке 
этой работы. Особая благодарность Н. И. Тарасову и В. М. Зяблину – 
математикам, кандидатам химических наук, практически соавторам 
результатов, связанных с аналитическим моделированием фазовых систем, а также Е. А. Мухановой, М. П. Петрову и В. А. Брайцеву за помощь в подготовке рисунков и решении ряда других вопросов.
Настоящая работа, как и любая другая, несет отпечаток авторского 
опыта и восприятия того, чему она посвящена, что не гарантирует от 
ошибок. Автор заранее искренне признателен всем за любую помощь  
в исправлении ее недостатков. 

Ум не сосуд, который надо наполнить, а
факел, который надо зажечь (Плутарх)

ВВЕДЕНИЕ

Стимулом к подготовке настоящей работы служили, как минимум, 
три основных причины. Одна из них заключалась в следующем. В настоящее время известно немало аналогичных по содержанию работ. 
Большинство из них написано профессионально, обстоятельно и… 
скучно. Для молодежной аудитории, на которую они в первую очередь рассчитаны, этот момент является серьезным недостатком. И речь 
здесь идет не только о том, что их стиль не соответствует современным 
информационным технологиям, учитывающим специфику этой возрастной группы. Самым неприятным является то, что за педантичным  
изложением фактического материала исчезает динамика. Наука в такой 
интерпретации предстает совокупностью многочисленных уже состоявшихся и незыблемых для читателя понятий (свойств, процессов, закономерностей), у которых не просматривается ни история, ни развитие, 
т. е. теряется их живое, творческое начало. Необходим новый подход  
к изложению этого материала, при котором он имел бы свою предысторию и логично вытекал из анализа ограниченного числа исходных представлений, складываясь в общую картину развивающегося во времени 
научного дизайна, где наше сегодня всего лишь мимолетный этап на 
этом пути. В настоящей работе сделаны шаги в этом направлении. Базовым при этом служило современное научное мировоззрение, впитавшее 
исторический опыт натурфилософии, а также современные представления о квантовой механике, строении атома, химической связи и других 
основополагающих элементах теоретической химии.
Вторая причина состояла в том, что в высших учебных заведениях естественнонаучной направленности изложение фактического материала начинается на базе представлений квантовых наук, которые  
в школьной программе освещены недостаточно. В связи с этим возникает потребность в установочно-переходном учебнике, в котором в доходчивой, понятной вчерашнему школьнику форме были бы изложены 
их основные начала.
И, наконец, третья причина заключается в том, что объектом рассмот- 
рения в настоящей работе являются, по существу, фундаментальные 

Введение

вопросы мироздания, которые имеют прямое отношение к каждому из 
нас и предлагаемая работа призвана помочь самообразованию в этой 
области самого широкого круга читателей, так как эти знания являются 
необходимой компонентой менталитета современного человека.
«Просто о науке», «Как делаются открытия в науке», «Введение в 
квантовое Зазеркалье», «Методологический базис химии», «Как наука решает свои задачи», – это те названия, которые в какой-то мере 
подходят к настоящей работе. Первое из них передает специфику изложения материала, второе интересно тем, что подчеркивает то, что 
в работе перед читателем на конкретных примерах раскрывается  
увлекательнейший процесс научного творчества, благо сам материал  
в этом плане богатейший. Однако в этих названиях остаются в тени 
другие стороны планируемой работы и, в частности, динамика развития науки. Последующие названия свободны от этих недостатков,  
а одно из них, относящееся к области квантовых наук, подчеркивает 
то обстоятельство, что сведения, которыми мы сегодня располагаем в 
этой области, только введение в нее, а впереди открытый фронт работы  
и исследований для всех, кто к этому стремится. Это название отражает 
также то, что речь идет об эпохальном прорыве недавних лет к фундаментальной основе мироздания – парадоксальном и странном микро-  
и наномире, целом новом измерении, масштабном Зазеркалье, которое с учетом его современной значимости в различных областях 
могло бы стать основой целого сериала, посвященного этой проблеме. При этом стартовая серия этого сериала, получившая отражение  
в настоящей работе, посвящена прокладке первой «тропы» в этот необычный и даже абсурдный с точки зрения здравого смысла мир,  
к тому же, по выражению А. Эйнштейна, населенный «гадкими квантами» [Нильс Бор. Жизнь и творчество ... 1967]. Так что надо быть 
готовым к тому, что это, хотя и параллельный нам, но далеко не простой и даже чуждый нашему здравому смыслу мир, где нас никто не 
«ждет» с хлебом-солью. Его понимание не столбовая дорога, а много- 
трудный процесс, ради которого придется ломать и сбрасывать традиционные одежды привычных представлений. Однако все перечисленные названия не учитывают того, что в работе особое внимание уделено 
методологическим аспектам научных исследований и стремлению дать 
представление о кардинальном и универсальном для научной практики 

Введение

вопросе: «Как в современной науке можно получать новые знания?».  
В связи с этим оптимальным для настоящей работы представляется название: «Методологический базис химии. Как решаются научные задачи». Тем самым в таком названии получает отражение и то, что хотя  
в работе вопросы методологии выясняются в основном на примере химии, одной из самых динамичных в научном развитии дисциплин, они 
имеют прямое отношение к другим дисциплинам и к науке в целом. 
Поставленные задачи предопределили особенности предлагаемой 
работы. Они состоят в том, что изложение материала дается, как правило, в динамике развития, сопровождается авторскими комментариями, 
наглядными примерами и стремлением приобщить читателя к творческому процессу познания.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Когда в начале двадцатого столетия Нильс Бор, ставший впоследствии 
знаменитым [Нильс Бор. Жизнь и творчество ... 1967], сформулировал 
свои постулаты, послужившие научной основой объяснения необычного строения атома, это было не только выдающееся научное событие, но 
и достойный уважения самокритичный поступок исследователя. Ситуацию того времени можно представить примерно так. Да, «сознавался» 
Бор, мы пока не в состоянии объяснить, почему именно так необычно 
устроен атом. Но если принять без доказательства (т. е. просто «на веру») 
ряд положений – допущений (постулатов), то, исходя из них, можно получить удивительно логичную, хотя и необычную, картину атомной структуры. Такой подход позволил Бору серьезно продвинуться в исследовании строения атома, за что ему была присуждена Нобелевская премия, 
а мы получили наглядный образец того, как можно в науке двигаться 
вперед. Благодаря этому, был не только сделан шаг вперед в понимании 
строения атома, но и со всей остротой встали новые, фундаментальные и 
увлекательные вопросы о природе самих постулатов. 
На смену постулатам Бора пришла квантовая механика. Она «берется» решать проблемы, связанные с необычными законами микромира и, 
в частности, объяснить постулаты Бора и выяснить особенности строе- 
ния атома, как одного из объектов микромира. Собственно, для этого 
она и была разработана. Пока, не касаясь ее возможностей (об этом 
речь впереди), обратим внимание только на то, что квантовая механика  
исходит из двойственной природы объектов микромира. Удивительно, 
но факт, объекты микромира по своей природе корпускулярно-волновые 
«кентавры». При этом от всеобщего внимания почему-то ускользает та 
деталь, что это исходное положение является, по существу, постулатом. 
Не ясно почему, но если признать корпускулярно-волновой дуализм 
микромира, то можно объяснить связанные с этим миром необычные  
явления, процессы и экспериментальные результаты. При этом квантовая механика является всего лишь техническим (математическим) 
инструментом, который, взяв за основу этот негласный (в отличие от 
Н. Бора) постулат, пытается, используя различные подходы, по возможности точнее передать необычную механику, состояние и природу 
объектов микромира. Но его природа одна, а подходов к ее описанию 
может быть много и нет гарантии, что все они удачны. В связи с этим не 

Общие сведения

исключено, что современный этап квантовой науки наши продвинутые 
потомки, возможно, будут называть квантовой алхимией, или математической метафизикой, но ее становление и сопутствующий творческий 
потенциал с трагическими заблуждениями и гениальными озарениями 
от этого не станут менее захватывающими и познавательными.
Рабочей «лошадкой» естественных наук в квантовом мире является 
электрон – типичное корпускулярно-волновое «создание» этого мира. 
«Поведение» электрона можно понять только с учетом его непривычной для объектов макромира, специфичной двойственной природы. 
Еще более необычной, интересной, многообразной и парадоксальной становится ситуация, когда электрон не свободен, а удерживается, например, положительно заряженным ядром атома. (Вот уж джин 
в бутылке!). Его «свободолюбивая» волновая ипостась не исчезает,  
а удивительным образом трансформируется в ограниченном атомном 
пространстве. В итоге двойственность природы электрона в сочетании с «прокрустовым ложем» поля ядра создают неповторимую ауру 
атомной структуры. Если же речь идет о поле двух, или большего 
числа ядер, да еще с участием не одного, а двух и большего числа 
электронов, то это уже удивительная и необъятная terra incognita,  
в которой есть место для реализации тонких физических эффектов, 
таинств химической связи, а также понимания строения и свойств 
молекул, и более крупных структурных образований вещества. Понять и описать механику электрона, или электронов в таких ситуациях – значит выяснить и объяснить тонкости строения атома  
и атомных структур, а с их учетом понять природу физических явлений, строение вещества и другие фундаментальные особенности, связанные с незримо сосуществующим с нами микро- и наноразмерным  
измерением. 
Подходов к решению этой задачи в рамках квантовой механики известно немало. Но ясно, что природа электронов одна, а подходов к ее 
описанию может быть сколь угодно много, но насколько они удачны, 
это еще тот вопрос. Отсюда следует, что нынешняя квантовая наука, 
возможно, далеко не абсолют в своих возможностях и получаемых результатах, да к тому же в ее фундаменте «зыбкий песок» требующего выяснения постулата. Почему микромир двойственен, а не, например, тройственен, как утверждает Библия, и почему он двойственен 

Общие сведения

именно в корпускулярно-волновом, а не в каком-либо другом варианте  
и т. д. 
Задача первых разделов настоящей работы состояла в том, чтобы 
проследить становление идей, предшествующих и создавших основу квантовой механики. При этом ставилась цель в простой и вместе  
с тем достаточно строгой форме представить современные достижения 
в объяснении с учетом квантовой механики строения атома, химической 
связи и строения вещества, а также критически оценить возможности 
квантовой науки. В целом речь идет о такой области научных знаний, 
которая составила, по существу, основу научного прогресса двадцатого столетия и, в частности, основу современной теоретической базы  
естественных наук.
Начиная изложение учебника, посвященного определенной области 
знаний, желательно четко определить его место среди других изучаемых дисциплин, а также его цели и задачи в общей системе знаний.  
В этом плане настоящая работа может по праву претендовать на особое 
место.
Во-первых, ее объектами являются фундаментальные проблемы, без 
которых невозможны современная трактовка и изучение естественно- 
научных дисциплин. Действительно, как можно говорить о физических 
свойствах веществ, не располагая знаниями о строении и свойствах атомов, обсуждать проблемы химии и, в частности, химические процессы, 
или строение вещества без представлений о природе химической связи 
и т. д.
Второй особенностью настоящей работы является то, что она тесно 
переплетается, а точнее является прямым отражением уровня нашего 
современного понимания и восприятия системы мироздания в целом, 
т. е. работа напрямую связана с проблемами, которые всегда волновали 
и продолжают волновать человечество. Действительно, что может быть 
более интересным и захватывающим для человеческого разума в сравнении с поиском ответов на такие вопросы, как что есть окружающий 
нас мир и каковы его основы? 
И, наконец, эта работа относится к области науки, которая особенно 
богата примерами того, как в процессе научного познания прокладывает дорогу, пульсирует и бьется живая творческая мысль с ее трагическими заблуждениями, обидными ошибками, удивительными находками  

Доступ онлайн
535 ₽
В корзину