Основы материаловедения пластмасс, Краткая история становления и развития химии и физики пластмасс - Проектирование и реализация демонстрационных моделей пластиковых окон
При написании данной обзорной главы выпускной квалификационной работы использовались такие источники информации, как "Хронология важнейших событий в области химии и смежных дисциплин и библиографии по истории химии" М. А. Блоха [2], "Основы материаловедения" А. П. Жукова [7] и "Стеклопакет плюс алюминий, дерево или пластик" П. Т. Ожогова [34].
Краткая история становления и развития химии и физики пластмасс
Трудно сказать, где и когда наши далекие предки впервые стали заниматься химией. Вначале человек использовал естественные химические изменения биологических объектов, например брожение и гниение. Позднее он подчинил себе огонь и процесс горения и стал применять химические процессы спекания и сплавления в гончарном и стекольном производстве, при выплавке металлов.
Археологические находки в Южной Турции, где было обнаружено много изделий из меди и свинца, остатки плавильных печей, многоцветные настенные росписи, позволяют считать, что люди обладали определенными химическими знаниями уже около 10 тысяч лет назад. Полагают, что примерно 5-6 тысяч лет назад в древнейших очагах цивилизации - Китае, Египте, Индии и Месопотамии - уже получали из руд металлы, готовили краски, обжигали глиняные сосуды, использовали травы для лечения ран и болезней. [2, с. 54].
Состав древнеегипетского стекла, имеющего возраст около 6 тыс. лет, существенно не отличается от современного бутылочного стекла. Уже за 3 тысячи лет до н. э. в Египте выплавляли в больших количествах медь, используя уголь в качестве восстановителя. В эти же времена в Месопотамии существовало развитое производство железа, меди, серебра и свинца. Освоение химических процессов производства меди и бронзы, а затем и железа являлось ступенями эволюции не только химии и металлургии, но и цивилизации в целом, изменяло условия жизни людей, влияло на их поведение.
Возникновению химии, как и других естественных наук, способствовали, прежде всего, потребности практики. Люди постоянно накапливали сведения о различных химических процессах и широко их применяли. Разработку и использование различных методов, приемов и рецептов в практических целях можно назвать "практической химией". [5, с. 80].
Одновременно возникали и теоретические обобщения. В 12 веке до н. э. в древнем Китае была сформулирована система "основных элементов": вода, огонь, дерево, золото и земля. В Месопотамии родилась идея рядов пар противоположностей: мужское и женское, тепло и холод, влага и сухость. Было осознано единство явлений макрокосмоса и микрокосмоса.
Атомистическое учение древнегреческих философов Левкиппа (5 в. до н. э.) и Демокрита (ок. 470 или 460 до н. э. - ум. в глубокой старости) является, по существу, аналоговой семантической моделью строения вещества, имеющей глубокий комбинаторный смысл: комбинации по определенным правилам небольшого числа неделимых элементов - атомов и букв - в соединения - "молекулы" и слова - создают информационное богатство и разнообразие - вещества и языки.
В 4 веке до н. э. древнегреческий философ и естествоиспытатель Аристотель (383-322 до н. э.) создал химическую систему, основанную на принципах: сухость - влажность и холод - тепло. С помощью их попарных комбинаций в "первичной материи" он выводил 4 основных элемента: земля, воздух, вода и огонь. Огонь сухой и горячий, воздух теплый и влажный, вода влажная и холодная, земля холодная и сухая. [10, 200]
После Аристотеля лидерство в химическом знании постепенно перешло из Афин в Александрию - международный торговый и культурный центр Востока, который был основан в 331-332 годах до н. э. Александром Македонским (365-323 до н. э.). Здесь существовала Академия наук, Александрийский мусейон, где искусству химии было отведено особое здание, храм Сераписа - храм жизни, смерти и исцеления. [37, 356]
В 4-5 веках н. э. химическое знание проникает в Малую Азию. В Сирии возникают философские школы, проповедовавшие греческую натурфилософию и передававшие химические знания арабам. Арабские исследователи химических веществ начали использовать вместо названия "химия" иное - "алхимия".
Идея "златоделия" возникла в 3-4 веках в Египте, а затем перекочевала на Аравийский полуостров. Здесь она оформилась как алхимия - философское и культурное течение, соединяющее мистику и магию с ремеслом и искусством. Алхимики несколько веков упорно искали способ превращения неблагородных металлов - железа, свинца, меди - в благородные - золото и серебро - с помощью особого вещества - "философского камня". [12, 80]
В то же время алхимия внесла значительный вклад в лабораторное мастерство и технику получения многих чистых веществ. Алхимики ввели в обиход разнообразную лабораторную посуду: колбы, реторты, воронки. Они использовали для своих опытов водяную и песчаную бани, жаровни и печи, фильтры и многое другое. Алхимики подробно описали свойства известных к тому времени веществ и открыли много новых: серную, азотную и соляную кислоты, едкие щелочи, различные соли.
С 12 века арабская алхимия начала терять практическую направленность, а с этим и лидерство. К этому времени алхимия проникла через Испанию и Сицилию в Европу. Она оказала заметное влияние не только на естествознание, но и на формирование западноевропейской культуры. Соединение реализма с мистикой, познания с созиданием, культ золота берут свои истоки в алхимии. [4, 76]
Потребности металлургии и медицины привели к развитию практической европейской алхимии. Основываясь на алхимических традициях, немецкий врач, металлург и минералог Георгиус Агрикола (1494-1555) - автор "12 книг о металлах" - сумел создать пробирное искусство - методы количественного определения содержания металлов в рудах и материалах. В то же время он одним из первых подверг критике как цели алхимиков, так и способы ведения ими химических операций.
Еще одним реформатором алхимии выступил немецкий врач и естествоиспытатель Теофраст Парацельс (1493-1541). Он фактически основал фармакологическую отрасль химии - ятрохимию, которая рассматривала процессы, происходящие в организме, как химические явления, а болезни - как результат нарушения химического равновесия. Исходя из этого, велся поиск химических средств, необходимых для лечения больных. Парацельс видел основную цель в приготовлении лекарств, а не в поиске "философского камня".
По мере накопления сведений о реальных химических превращениях веществ возрастало и негативное отношение к алхимическим "ухищрениям". Однако алхимия не спешила сдавать свои позиции. Даже такие знаменитые естествоиспытатели как Исаак Ньютон (1643-1727) и Роберт Бойль не избежали алхимических увлечений, немало времени посвятив поискам "философского камня". [11, 29]
Химия как наука возникла в 16-17 веках. В это время в Западной Европе прошла череда тесно связанных революций. Религиозная революция - Реформация - дала новое толкование богоугодности земных дел. Научная революция создала новую, механистическую картину мира, включающую понятия гелиоцентризма, бесконечности, подчиненности естественным законам, их математическое описание. В ходе промышленной революции возникла фабрика - система машин с использованием энергии ископаемого топлива. Социальная революция разрушила феодальное общество и привела к становлению буржуазного общества.
Физика Галилео Галилея (1564-1642) и Исаака Ньютона базировалась на механицизме и абстрагировалась от особенностей индивидуального объекта. Химия же не могла выразить свой предмет чисто количественно и оставалась мостом между миром количества и миром качества. Тем не менее, она развивалась в рамках, определенных ньютоновской картиной мира. [37, 127]
Основы рационализма и экспериментального метода в химии заложил Роберт Бойль. В своем труде "Химик-скептик" он развил представления о химических атомах - корпускулах. Различия в их форме и массе объясняют качества индивидуальных веществ. Атомистические представления в химии подкреплялись идеологической ролью атомизма в европейской культуре: человек-атом стал моделью человека, положенной в основу новой социальной философии.
Металлургическая химия, имевшая дело с реакциями горения и прокаливания металлов, привлекла внимание к образующимся при этом газам. На границе 16 и 17 веков появилась первая научная химическая теория - теория флогистона, то есть вещества горючести, удаляющегося с помощью воздуха из веществ во время их горения. Она освободила химию от продержавшейся 2 тысячи лет системы Аристотеля, однако позднее и сама была опровергнута. Особая заслуга в этом опровержении принадлежит Михаилу Васильевичу Ломоносову, который на основании опытов по обжигу открыл закон сохранения массы в химических реакциях и смог дать правильное объяснение процессам горения и окисления веществ как взаимодействия его с частицами воздуха. Последующие открытия диоксида углерода, кислорода и водорода дали возможность французскому химику Антуану Лорану Лавуазье (1743-1794) создать основы кислородной теории горения и окисления, окончательно похоронив теорию флогистона. [33, 102]
Совершенствование химико-аналитических методов позволило обнаружить большое число новых химических элементов. Первым датированным открытием неметалла стало получение белого фосфора в 1669 году, первым открытием металла - выделение кобальта в 1735 году. До конца 18 века список химических элементов пополнило еще полтора десятка названий, в том числе никель, фтор, хлор. Были открыты многие важнейшие неорганические соединения: сероводород, оксиды азота, некоторые соли. Из природных продуктов удалось выделить несколько десятков органических соединений.
К началу 19 века в химии, наконец, стали использоваться количественные характеристики. Появилось понимание того, что химические элементы соединяются в определенных отношениях. Были сформулированы законы постоянства состава веществ и объемных отношений в химических реакциях.
В первые годы 19 столетия английский химик и физик Джон Дальтон (1766-1844) сформулировал основные принципы химической атомистики. Он убедил современников в существовании атомов и ввел понятие атомного веса. Дальтон возвратил к жизни понятие элемента, но уже в совсем новом смысле - как совокупности атомов одного вида. [7, 50]
Дальнейшее развитие атомно-молекулярного учения теперь базировалось на понятии атомного веса. Эта теория постепенно овладела умами всех химиков. Первый в истории Международный химический конгресс, проходивший в Германии в 1860 году, был посвящен именно проблемам атомно-молекулярной теории.
В 19 века произошло разделение химии на неорганическую, органическую, аналитическую и физическую.
Главным достижением неорганической химии стало открытие большого числа химических элементов и их соединений. За эти сто лет было выделено 50 элементов - более половины существующих на Земле. К концу 60-х годов было известно 63 элемента, причем свойства многих из них были изучены достаточно полно. Это обстоятельство стало одной из предпосылок открытия Дмитрием Ивановичем Менделеевым периодического закона и разработки им периодической системы химических элементов. Он впервые связал количественную меру - атомную массу - с качеством - химическими свойствами, вскрыл понятие "химический элемент", дал химикам теорию большой предсказательной силы. Периодический закон определил место химии в системе наук, разрешив конфликт между химической реальностью и принципами механицизма. [15, 78]
В аналитической химии качественные и количественные методы стали приводиться в определенную систему. Появилась схема анализа катионов металлов. Были созданы новые методы количественного анализа растворов, газов, различных органических соединений. В конце 19 века сложилась теория аналитической химии, в основу которой было положено учение о химическом равновесии в растворах с участием ионов.
Изучение многочисленных веществ животного и растительного происхождения показало, что они состоят из ограниченного числа одних и тех же элементов: углерода, водорода, кислорода, азота и некоторых других. Развитие органической химии тормозили представления о том, что искусственно могут быть получены только неорганические соединения, тогда как органические создаются в животных и растительных организмах под действием "жизненной силы". Искусственное получение органического вещества мочевины из неорганической соли опровергло это утверждение и положило начало синтезу различных органических соединений. Огромное количество синтезированных и обнаруженных в природных объектах органических веществ потребовало теоретических обобщений. Была разработана классификация органических соединений и теория их химического строения, одним из основоположников которой стал русский химик Александр Михайлович Бутлеров. [13, 41]
В 19 веке началось формирование физической химии. Она складывалась в ходе становления и развития отдельных дисциплин, в первую очередь, электрохимии, термохимии и фотохимии. Постепенно условия протекания и особенности механизмов химических реакций стали получать теоретическое обоснование. Многочисленные законы, открытые в различных физико-химических исследованиях, дали начало развитию современной химии.
Особенности развития химии в 20 веке во многом обусловлены достижениями физики в конце 19 века. Открытие рентгеновских лучей, радиоактивности, электрона и развитие квантовой теории привели к открытию радиоактивных элементов, новым представлениям о строении атома и природе химической связи. В 20 веке было синтезировано 23 новых химических элемента, не найденных в природе, в том числе находящихся в Периодической системе после урана.
Дальнейшее развитие получил органический синтез. Во второй половине 20 века искусственным путем были получены такие сложные природные вещества как хлорофилл и инсулин. Современная химия стала величайшей "производительной силой". Это выражается не только в многотоннажном производстве разнообразных химических продуктов. Стремительно растет число новых химических соединений, главным образом, органических. [21, 122]
Еженедельно в мире синтезируется не менее 10 тысяч новых веществ. Естественно, лишь немногие из них вызывают интерес и находят практическое применение, но ведь никто не знает, какое именно вещество понадобится завтра. Так что классическое определение химии может быть расширено: химики не только изучают вещества и их превращения, но и постоянное получают новые, ранее неизвестные. Постоянно разрабатываются новые химические материалы, необходимые для современной промышленности, техники, медицины и других сфер человеческой деятельности.
В аналитической химии широко стали использоваться физико-химические и физические методы. Физические методы изучения веществ и воздействия на них получили применение и в других областях химии. Это привело к формированию новых важных направлений химии, например, радиационной химии, плазмохимии. Химия экстремальных воздействий играет большую роль в получении новых материалов, например для электроники, или давно известных ценных материалов, например алмазов, сравнительно дешевым синтетическим путем.
Проникнув в механизмы химических реакций и особенности строения химических соединений, исследователи вплотную подошли к решению проблемы целенаправленного получения химических веществ и материалов, имеющих те или иные полезные свойства. [1, 40].
На основе изложенного выше материала об истории возникновения и развития технологии изготовления пластмасс можно сформулировать вывод о том, что данный вид промышленного производства обладает богатой историей, элементы которой после дидактической переработки могут быть включены в содержание технологического образования школьников.
Похожие статьи
-
С точки зрения химического поведения полимер похож на мономер (или мономеры), из которого (или которых) он получен. Углеводороды этилен H2C = CH2 ,...
-
Заключение - Проектирование и реализация демонстрационных моделей пластиковых окон
Пластиковые окна - это современные и очень удобные светопрозрачные системы, которые сохраняют тепло помещения в холодное время года или позволяют выбрать...
-
Для технологического процесса изготовления пластмасс наиболее важны физические и механические свойства пластических масс. В связи с этим рассмотрим...
-
Литература - Проектирование и реализация демонстрационных моделей пластиковых окон
1. Амалицкий В. В. Оборудование и инструменты применяемые при установке пластиковых окон / В. В. Амалицкий, В. В. Амалицкий. - М.: Издательский центр...
-
Согласно рисунку 2 выделим основные элементы пластикового окна и охарактеризуем их конструктивные особенности. Профиль - несущая основа окна. От профиля...
-
Известно, что основной формой организации обучения школьников естественно-математическим, общетехническим и социально-гуманитарным дисциплинам является...
-
Фурнитура пластикового окна - Проектирование и реализация демонстрационных моделей пластиковых окон
Фурнитура - это все подвижные механизмы окна: петли, ручки, замки, защелки, а также другие детали, скрытые от глаз внутри профиля. В современных окнах...
-
Введение - Проектирование и реализация демонстрационных моделей пластиковых окон
Окно - световой проем в стене здания, который является также смотровым и вентиляционным отверстием. Окно, его пропорции, конструкция должны удовлетворять...
-
МОДЕЛИРОВАНИЕ - Проектирование и изготовление модели судов
Прогнозирование - в узком значении специальные научные исследования конкретных перспектив развития какого-либо явления. Как одна из форм конкретизации...
-
Опишем алгоритм принятия решения об эксплуатации оборудования (планирования работ по техническому состоянию оборудования) на основе упрощенной...
-
История литья пластмасс - Специальные методы литья пластмасс
Современные пластмассы, как мы их знаем сегодня, берут свое начало с конца 19 века, когда многие европейские и американские химики экспериментировали с...
-
Программный модуль Statпредназначен для статистической обработки баз данных. Основным назначением которогоявляется автоматический подбор наилучшего...
-
Алгоритм принятия решения об эксплуатации оборудования на основе линейной аппроксимации реализован с помощью программы MathCad. С помощью средств...
-
На первом шаге осуществляется определение готовности к прогнозированию при наличии модели объекта, базы данных. На следующем этапе происходит определение...
-
Выбор способа установки приспособления на станке должен предшествовать началу его конструирования, так как от этого, в некоторой степени, зависят схема...
-
Анализ существующих станков-аналогов Фирма Vohlenberg Изготовляет токарные станки с диаметром обточки над станиной от 860 мм до 2060 мм и весом...
-
Введение - Проектирование и применение токарного станка модели 1К660Ф3
Цель дипломного проекта - это умение применять на практике приобретенные в ходе обучения знания и навыки, практически подходить к решению инженерных...
-
История развития производства пшена шлифованного. Мукомольно-крупяная промышленность, одна из крупнейших и наиболее старых отраслей пищевой...
-
Запуск системы производства поролона производится по команде оператора после того, как им были введены параметры протекания процесса. Перед запуском...
-
Первичные данные Рис 1. Первичные данные эскиза редуктора РГР №1. Общий расчет привода. Расчет червячной передачи верхним расположением червяка. Эскиз...
-
Краткий обзор развития линий связи - Оптоволоконные проводники
Линии связи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Однако вследствие несовершенства конструкции...
-
Алгоритм расчета надежности технических систем на этапе проектирования На этапе проектирования расчет надежности производится с целью прогнозирования...
-
Как правило, в общем случае РПМ - это композит, состоящий из проводящего наполнителя и диэлектрической матрицы. Проводник при этом находится в...
-
Анализ технологичности конструкции детали - Проектирование и расчет вала-шестерни
Деталь - вал-шестерня. Деталь изготовляется из легированной стали 40Х - поковка. Таблица 1 - Характеристика материала. Сталь40Х Марка Сталь 40Х...
-
Создание новых методов исследования процессов растворения и пассивации металлов, в том числе с привлечением физических методов (Ожега), растровой...
-
Конструкционные материалы - Металлические сплавы как основа конструкционных материалов
Конструкционные материалы, материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими...
-
К универсальным грузовым вагонам относятся крытые вагоны с дверями в боковых стенах кузова и загрузочными люками в крыше; полувагоны с разгрузочными...
-
Первое восприятие статистических методов качества в виде выборки имеет многовековую историю. Еще несколько столетий тому назад покупатели зерна и хлопка...
-
Введение, История титана - Титан и титановые сплавы
Важнейшими преимуществами титановых сплавов перед другими конструкционными материалами являются их высокие удельная прочность и жаропрочность в сочетании...
-
Введение - Металлические сплавы как основа конструкционных материалов
Металлы хорошо проводят тепло и электрический ток, т. е. они теплопроводны и электропроводны. Самую высокую электропроводность имеют серебро Ag, медь Си,...
-
Анализ конструкции (объекта дипломного проектирования) на предмет снижения ее массы, применения новых материалов, совершенствования конструктивных...
-
Начало развития трубопроводного транспорта в России - Крупнейшие трубопроводы России и мира
Трубопроводный транспорт России имеет более чем вековую историю и активное развитие началось в конце 1950-х годов. В 1863 году русский ученый Дмитрий...
-
Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флюсы, топливо, огнеупорные материалы. Промышленная руда - горная порода, из которой...
-
ВВЕДЕНИЕ - Расчет надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующие расчеты)
Целью данной работы является анализ особенностей расчетов надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующих расчетов). Актуальность...
-
Объекты исследования Для выявления способности эффективного поглощения электромагнитного излучения в работе были исследованы различные полимерные...
-
Выбор организации производства и управления ТО и ТР на АТП Агрегатно-участковый метод организации производства состоит в том, что все работы по ТО и...
-
Введение - Взвешенная плавка никелевого концентрата
При химических реакциях изменяется состояние электронов в атомах и молекулах реагирующих веществ, разрываются старые химические связи и возникают новые,...
-
Заключение, Список использованных источников - Понятие и виды спецсталей
На протяжении всей истории металлургии стоит задача улучшения качества металла и прежде всего получения металла, не содержащего вредных примесей (серы,...
-
Обеззараживание - это комплекс мероприятий по уничтожению в воде болезнетворных бактерий и вирусов. Обеззараживание вoды по способу действия на...
-
Заключение - Полимерные органические волокна
Полимеры - это высокомолекулярные соединения состоящие из макромолекул. Макромолекулы большинства высокомолекулярных соединений построены из одинаковых...
Основы материаловедения пластмасс, Краткая история становления и развития химии и физики пластмасс - Проектирование и реализация демонстрационных моделей пластиковых окон