Zamonaviy tabiiyot bilmilari konsepsiyalari Leksiyalar kursi mundarija

Kimyo fanining tabiiyot bilimlardagi o‘rni va roli
Tabiatning kimyoviy tavsifi, rivojlanish bosqichlari

Kimyo tabiiy fanlar qatoriga kiradi. Tarixan kimyo fani insonning hayot faoliyati uchun zarur bo‘lgan moddlarni olish yo‘lida paydo bo‘lgan. Moddalarning asosini kimyoviy elementlar tashkil etadilar.

Tabiatda ko‘p kimyoviy elementlar ikki yoki undan ko‘p izotoplardan tashkil topgan. Yer po‘stida tarqalgan tabiiy kimyoviy elementning izotop tarkibi o‘zgarmasdir, shuning uchun ularning eng muhim hisoblangan tavsifi – atom massasi deyarli o‘zgarmas bo‘ladi. Tabiiy kimyoviy elementlar, asosan, noradioaktiv bo‘lib, turli-tuman oddiy (kimyoviy jihatdan parchalanmaydigan) va murakkab (kimyoviy birikmalar) moddalarni tashkil etadi, , ,  - nurlanuvchi kimyoviy elementlar (uran, toriy, poloniy, radiy) radioaktiv elementlardir.

Elementlar tabiatdagi butun mavjudotning eng oddiy tarkibiy qismlari, degan tushuncha miloddan bir necha asr ilgari vujudga kelgan. Aristotelning fikricha, boshlang‘ich materiya 4 abstrakt “prinsip” (asos): issiqlik, sovuqlik, namlik va quruqlikdan tashkil topgan. Ularning juftlarida qismlar miqdori ma’lum bir sonni tashkil etgach, 4 asosiy element – olov, suv, havo va tuproq hosil bo‘larmish. Keyinchalik alkimyogarlar Aristotelning “prinsip” va “element”lariga eruvchanlik (tuz), yonuvchanlik (oltingugurt) va metallsimonlik (simob) degan tushunchalarni kiritdilar.

Sharq olimlaridan Abu Rayhon Beruniy, Abu Ali ibn Sino, Kindiy va boshqa ko‘pgina olimlar elementlar haqida o‘z fikrlarini aytishgan. Masalan, Kindiyning fikriga ko‘ra, tabiatdagi barcha narsalar materiyadan tashkil topgan, materiya esa olov, suv, havo va tuproqdan iborat. Ilk bor kimyoviy elementlar ta’rifini 1661 yilda ingliz kimyogari Robert Boyl bergan, u oddiy moddalarni belgilash uchun kimyoga “element” degan terminni kiritgan, shu sababli “oddiy modda” va “element” degan tushunchalar uzoq vaqtgacha bir ma’noni anglatadi, deb hisoblab kelindi. 19-asrning 60-yillarida, oddiy modda bilan kimyoviy elementlar molekula bilan atomga o‘xshaydi, ya’ni oddiy modda ham, har qanday modda singari molekulalardan tuzilgan, kimyoviy elementlar esa atomlardan tuzilgan, deb hisoblanardi. 1869 yilda D.I.Mendeleev “bu tushunchalardagi farq har doim hisobga olinishi kerak” deb ta’kidlangan edi. So‘ngra kimyoviy elementlar atomga, ya’ni elementning molekulalarda bo‘ladigan va barcha xossalarini o‘zida mujassam etgan eng kichik zarrachaga tobora ko‘proq o‘xshaydigan bo‘ldi. Demak, har qanday atom kimyoviy elementdir, ammo atomlarning har qanday birikmasi element bo‘la olmaydi. Bir xil element atomlarining o‘zaro birikishi natijasida oddiy moddalar hosil bo‘ladi. Ko‘pchilik kimyoviy elementlar tuzilishi va xossalari turlicha bo‘lgan bir necha oddiy moddalar hosil qilishi mumkin. Bir xil elementdan hosil bo‘ladigan oddiy moddalarning o‘zi o‘sha elementning allotropik shakl o‘zgarishlari deb ataladi. Turli elementlar atomlarining birikishi natijasida esa yo oddiy moddalar aralashmasi yoki murakkab modda hosil bo‘ladi. Kimyoviy elementlar jarayonlarda o‘zgarmaydi, ammo yadro reaksiyalarida bir-biriga aylanishi mumkin. Hozirgi kunda 109 ta kimyoviy elementlar ma’lum, bulardan 21 tasi (Tc, Pm, At, Fr, Np, Pu va elementlar davriy sistemasining 95-dan 109-gacha 15 elementi) ilk bor sun’iy ravishda olingan, keyinchalik Tc, Pm, Fr, Np elementlari juda oz miqdorda uran rudalari tarkibida topilgan.

Kimyoviy elementlarning yana bir muhim tavsifi ularning Yer po‘stida tarqalganligidir. Rus olimi akademik A.P.Vinogradov tuzgan Yer po‘stining o‘rtacha kimyoviy tarkibi jadvaliga ko‘ra, eng ko‘p tarqalgan element – kislorod massa jihatdan 47,2 %ni tashkil etadi, so‘ngra kremniy – 27,6 %, alyuminiy – 8,8 %, temir – 5,10 %, kalsiy – 3,6 %, natriy – 2,64 %, kaliy – 2,6 %, magniy – 2,10 %, vodorod – 0,15 %, bu elementlar Yer po‘sti massasining 99,79 %ini, qolgan barcha kimyoviy elementlar faqat 0,21 %ni tashkil etadi.

Tabiatda atom massasi kichik elementlar eng ko‘p tarqalgan, organizmlarda esa nisbatan yengil elementlar (H, C, N, O) ko‘p bo‘ladi. Koinotda ham eng yengil elementlar – vodorod bilan geliy juda ko‘p tarqalgan. Uglerod, kislorod, vodorod, azot, oltingugurt, fosfor, xlor, kremniy, kaliy, magniy, kalsiy va temir elementlari o‘simlik va hayvonlar hayotida muhim rol o‘ynaydi.

Ba’zi elementlarning Yer po‘stidagi umumiy miqdori kam bo‘lsa-da, yer yuzida to‘planib qatlamlar hosil qiladi, bu qatlamlardan ularni qazib olish mumkin. Kimyoviy elementlar ba’zi tug‘ma (yombi) holda ham uchraydi (oltin, simob, platina va boshqalar). Bu elementlarni qazib olish bir muncha oson bo‘lib, ular insoniyatga qadimdan ma’lum. Ba’zi elementlar Yer po‘stining qazib chiqarish mumkin bo‘lgan qatlamida juda tarqoq holda bo‘ladi, ular nodir elementlar deb ataladi.

Kishilarning amaliy faoliyatida moddalarni bir turdan ikkinchi turga aylantirish, ularga turli-tuman yangi sifatlar berish zarur bo‘lgan. Buning uchun chuqur tahlil va mantiqiy fikrlar zanjiri taqozo etiladi. Bu esa nazariy kimyo fanining yaratilishiga olib keldi.

Shunday qilib, kimyo fani moddalarning tarkibi, tuzilishi, xossalari va o‘zgarishlarni, shuningdek, bu o‘zgarishlarda sodir bo‘ladigan hodisalarni o‘rganadi. Kimyo boshqa fanlar qatori inson faoliyatining mahsuli sifatida vujudga kelib, tabiiy ehtiyojlarni qondirish, zaruriy mahsulotlar ishlab chiqarish, biridan ikkinchisini hosil qilish va turli hodisalar sirlarini bilish maqsadida ro‘yobga chiqdi. Odamlar qadimda rudalardan metallarni ajratib olish, turli xil qotishmalar tayyorlash va qo‘llash, jumladan, shisha tayyorlash va undan turli maqsadlarda foydalanishni bilganlar. Qadimgi Misrda kimyoviy jarayonlarga asoslangan hunarmandchilik rivojlanganligi ma’lum. Pishiq charm tayyorlash, uni bo‘yash, rangli shisha olish, o‘simliklardan dori-darmon va xushbo‘y hidli moddalar tayyorlash, sopol buyumlar ishlab chiqarish yo‘lga qo‘yilgan. O‘sha davrlarda kimyoviy mahsulotlar Hindiston, Xitoy va O‘rta Osiyoda ham ishlab chiqarilgan. O‘zbekistondan o‘tgan Buyuk ipak yo‘li orqali miloddan avval 1-ming yillikning 2-yarmidan boshlab, mamlakatga savdo-sotiq bilan birga hunarmandchilik ham kirib keldi. Topilgan juda ko‘p tarixiy buyum va yodgorliklar O‘zbekiston hududida yashagan aholining kimyo hunaridan qadimdan boxabar ekanligidan darak beradi. Buxoro yaqinidagi Paykend manzilgohidan 8-asrga taalluqli kimyo laboratoriya topilgan. Laboratoriya jihozlari ichida turli idishlar, shisha asboblar, bolalar sumagi uchraydi.

Kimyoning fan sifatida shakllanishini tadqiqotchilar Misr bilan bog‘lashadi. Nil bo‘yidagi Iskandariya shahrida 1-asrda yozilgan traktatlarda ko‘pgina kimyoviy ma’lumotlar, jumladan, kimyoviy jihozlarning ko‘rinishlari, kuydirish, pishirsh, toblash, quruq haydash, eritish, kristallanish, ajratish va boshqa usullar haqida ma’lumotlar keltiriladi. Iskandariya traktatlari ma’lumotlaridan foydalangan arab olimlari tez orada bir nechta yangi moddalar, jumladan, nitrat kislota, tuzlar va boshqalarni olishni kashf qildilar. Misrlik olimlar tilidagi kimyoga arablar “al” qo‘shimchasini qo‘shib mashhur “Alkimyo”ga asos soldilar. Natijada ko‘pgina ilmiy asarlar, kitoblar, maqolalar va tajribalar ifodalari paydo bo‘ldi.

Alkimyo asoschisi Jobir ibn Xayyom metallarning paydo bo‘lishidagi oltingugurt-simob nazariyasini olg‘a surgan, ya’ni yer qa’rida quruq bog‘lanishdan oltingugurt (“metallar otasi”), nam bug‘lanishdan esa simob (“metallar onasi”) paydo bo‘ladi degan fikrni aytadi. Ularning turli xil nisbatlarda birikishidan oltin, kumush, mis, temir, qalay, qo‘rg‘oshin, shisha hosil bo‘ladi. Shu asnoda oddiy metallarni nodir metallarga o‘tkazish haqida ma’lumotlar beriladi. “Element” tushunchasiga ko‘ra, oltingugurt – yonuvchanlik, simob –uchuvchanlik, tuz esa eruvchanlikni bildiradi. Olimning izdoshlaridan bo‘lgan Abu Nosir Farobiy o‘zining “Ustodi Soniy” asarida alkimyo ilmining yo‘nalishini ma’qullaydi. Sharq allomalaridan Abu Abdullo al-Xorazmiyning “Bilimlar kaliti” kitobida kimyoga alohida bo‘lim ajratilib, unda turli moddalar, asboblar, tajribalar to‘g‘risida mukammal ma’lumotlar keltirilgan. Abu Ali ibn Sino “Al-qonun” kitobida o‘simlik, hayvonot, minerallar, tuzlar, kislotalar, ishqorlar, metallar, oksidlar va boshqa birikmalarning 750 dan ortiq turini yozdi. Ularning nomi, xossalari, ishlatishini to‘la ifodaladi. Ibn Sino Jobirdan farqli ravishda metallarning xususiyatini chuqur va mukammal o‘rgandi, uning xatolarini tuzatdi. Ibn Sino nafaqat Jobirning, balki barcha alkimyogarlarning xatolarini ilmiy jihatdan asoslab berdi. U oddiy metallardan nodir metallar, jumladan, oltin olib bo‘lmasligini birinchi bo‘lib amalda isbot etdi. Fransuz olimi M.Bertlo, rus olimi B.Menshutkin, akad. O.Sodiqovlarning fikricha, Abu Ali ibn Sino asarlarida hozirgi zamon anorganik kimyo fanining ilk kurtaklari namoyon bo‘lgan. Abu Rayhon Beruniyning “Minerologiya” asarida moddalarning moddalik xususiyatlari o‘z aksini topgan. O‘zbekiston FA Sharqshunoslik instituti fondida minerologiyaga oid 18 ta, kimyoga oid 31 ta qo‘lyozma mavjud. Bular arab, fors, eski o‘zbek (turk) tillarida bitilgan “Hunarlar javohiri” kitobidagi marvarid, bo‘yoqlar, sir, zaharga qarshi ishlatiladigan dorilar, upa-elik tayyorlash usullarini o‘z ichiga olgan manbalardir. 8-asrdan 17-asr o‘rtalarigacha davom etgan alkimyo bir tomondan fanni rivojlantirgan bo‘lsa, ikkinchi tomondan uning tez qadamlar bilan o‘sishiga to‘sqinlik qildi.

Ingliz kimyogari R.Boyl kimyoni o‘rganishda yangicha yondashish va faqat tajribalar yordamida olingan ma’lumotlarga ishonishga undadi. Uning fikricha, kimyoning maqsadi jismlar tuzilishini aniqlash, shundan so‘ng, uni elementlarga ajratib, tahlilga o‘tishdan iborat bo‘lishi kerak. Nemis kimyogari G.E.Shtal flogiston nazariyasiga qarshi o‘laroq M.V.Lomonosov 1756 yilda yonish, ya’ni oksidlanish-oksidlovchi moddaning havo bilan birikishidan iborat ekanligini miqdoriy tajribalar asosida ko‘rsatib berdi.

19-asr kimyo fani tarixida nazariy asoslarni ishlab chiqish davri bo‘ldi. Natijada atom-molekulyar ta’limot maydonga keldi va uni ingliz olimi J.Dalton tadbiq etdi.

Analitik kimyo - moddalar takibini aniqlash usullari haqidagi fan. U sifat analizi va miqdoriy analizga bo‘linadi. Analitik kimyoning vujudga kelishi va rivojlanishi turli ishlab chiqarish sohalarining paydo bo‘lishi va taraqqiy etishi bilan bog‘liq. Miqdoriy analiz rudalar va tayyor mahsulotlar tarkibidagi oltin, kumush va boshqa metallarning miqdorini aniqlashdan iborat bo‘lgan edi, keyinroq borib, u ilmiy asosda yo‘lga qo‘yildi. Hozirgi zamon kimyosining tuhilishi davri 17-asr o‘rtasi 18-asr oxirida analitik kimyo moddalarning kimyoviy tarkibini o‘rganadigan fan deb hisoblanardi.

Anorganik kimyo – kimyoviy elementlar va ulardan hosil bo‘lgan birikmalar haqidagi fan. Anorganik moddalar, xususan og‘ir metallar – oltin, kumush, mis, temir, qo‘rg‘oshin, simob va qalay, metallmaslardan uglerod va oltingugurt qadim zamonlardan ma’lum. Milodning boshlarida kimyo Misrda taraqqiy etib, xlorid, sulfat, nitrat kislotlalar, erkin holda margimush, surma, fosfor, shuningdek bir qancha ishqor va tuzlar hosil qilingan. Turkistonda ham kimyoning qadimdan mavjudligini arxeologik qazishlar natijasida topilgan moddiy – madaniy yodgorliklar tasdiqlaydi. Anorganik moddalar haqidagi ma’lumotlarni alohida o‘rganish g‘oyasini fransuz kimyogari N.Lemeri ilgari surgan. U 1675 yilda kimyo fani o‘rganadigan moddalarni kelib chiqishiga ko‘ra mineral moddalarga, o‘simliklar va hayvonlardan hosil bo‘ladigan moddalarga bo‘lgan edi. 19-asr oxirida fizika va boshqa fan sohalaridagi katta kashfiyotlar – 1869 yilda D.I.Mendeleev davriy qonunni kashf etilishi analitik kimyo taraqqiyotida muhim rol o‘ynaydi. Bu davrda davriy sistema to‘ldirildi va transuran elementlar kashf etildi.

Anorganik birikmalarning ko‘p va turli-tumanligi ularni nomlashda ma’lum tizimga asoslanadi. Elementlarning kislorod bilan hosil qilgan birikmalari oksidlar va peroksidlar deb ataladi. Oksidlar tuz hosil qiluvchi va tuz hosil qilmaydigan oksidlarga bo‘linadi. Tuz hosil qiluvchi oksidlar o‘z navbatida asosli, nordon va amfoter oksidlarga ajratiladi. Metall va gidroksil guruhdan tashkil topgan birikmalar asoslar deb ataladi. NaOH – natiriy gidroksidi, Cu(OH)₂ – mis gidroksidi bularga misol bo‘ladi. Vodorod va kislota qoldig‘idan tashkil topgan moddalar kislotalar sifatida qaraladi. Kislotalarning asosiy xususiyati asoslar bilan tuz hosil qilishidir. Masalan, HNO₂ – nitrit kislota, HNO₃ – nitrat kislota, H₂SO₄ – sulfat kislota. Ularning tuzlari tegishlicha nitritlar, nitratlar, sulfatlar deyiladi.

Tabiiy oksidlar tabiiy kimyoviy birikmalari, minerallar sinfi, 300 tacha mineralni o‘z ichiga oladi. Tabiatda eng ko‘p uchraydigan oksidlardan biri – suv (vodorod oksidi). Silikat angidrit (SiO₂) ko‘pgina tog‘ jinslari tarkibiga kiradi. Eng keng tarqlagan oksidlar hosil qiluvchi: kremniy, temir, magniy, alyuminiy, kamroq miqdorida – mis, uran. Oksidlar elementlarning kislorod bilan bevosita birikishidan, elementlarning gidroksidlari karbonat, nitrat, sulfat va boshqa kislorodli kislotalar tuzlarining ajralishidan hosil bo‘ldi.

Moddani bir kimyoviy element atomlaridan iborat oddiy va kimyoviy birikmalardan tuzilgan murakkab moddalarga bo‘lishi qabul qilingan.

Bir turdagi kimyoviy moddalarning tarkibi va xossalari jihatdan farq qiladigan ikkinchi turdagi moddalarga aylanish jarayoni kimyoviy reaksiyalar tufayli ro‘y beradi. Kimyoviy reaksiyalarda atomlar o‘zgarmaydi, bir birikmadan ikkinchisiga o‘tadi, xolos.

Kimyoviy reaksiyalar: to‘g‘ri (qaytmas), qaytar reaksiya, oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi bo‘ladilar. Murakkab reaksiyalar, parallel reaksiyalar, endotermik reaksiyalar, endotermik reaksiyalar, ekzotermik reaksiyalar, qattiq fazali reaksiyalar ham mavjud.

Elektronlarning atomlardan atomlarga butunlay yoki qisman o‘tishi bilan bog‘liq kimyoviy reaksiyalar oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari deyiladi. Elektronlar chiqarilishi oksidlanish, elektronlar biriktirib olinishi qaytarilish deyiladi. Har qanday oksidlanish qaytarilishsiz bo‘la olmaydi, chunki kimyoviy reaksiyada atomlar oksidlanish darajasining yig‘indisi doimiydir.

Oksidlanish-qaytarilish jarayoni keng tarqalgan kimyoviy reaksiyalar jumlasiga kiradi, uning tabiatda va texnikada ahamiyati katta. Barcha turdagi yoqilg‘ilarning yonishi, turli metallarning rudalardan ajratib olinishi oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari jarayoniga asoslangan. Metallarnng korroziyaga uchrashi, ko‘pgina muhim kimyoviy mahsulotlarning hosil bo‘lishi ularning oksidlanishi tufaylidir. Elektr-kimyo sanoati oksidlanish-qaytarilish reaksiyalariga asoslangan. Kimyoviy tok manbalari – akkumulyatorlar va galvanik elementlar oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari tufayli ishlaydi. Ekzotermik reaksiyalar – issiqlik ajratish bilan boradigan kimyoviy reaksiyalar. Yoqilg‘ining yonish jarayonida neytrallanish reaksiyalari, oddiy moddalardan murakkab kimyoviy birikmalar hosil bo‘lishidagi ko‘pchilik reaksiyalar ekzotermik reaksiyalar bo‘ladi. Biror reaksiya jarayonida ajralayotgan issiqlik miqdori modda tabiatigagina emas, boshlang‘ich modda bilan reaksiya mahsulotlarining agregat holatiga hamda reaksiyaning o‘tkazilish sharoiti – temperatura, reaksiya paytidagi hajm o‘zgarishi va boshqalarga ham bog‘liq.

Endotermik reaksiyalar – issiqlik yutilishi bilan boradigan kimyoviy reaksiyalar. Rudalardan metallarni qaytarib ajratib olish reaksiyasi, quyosh nuri energiyasini yutishga asoslangan o‘simliklar fotosintezi ham endotermik reaksiyalarga taalluqli. Molekulalarning erkin atomlarga bo‘linish reaksiyalari endotermik reaksiyalar asosida amalga oshadi.

Kimyoviy reaksiyalarni vaqt mobaynida kechadigan jarayon sifatida o‘rganadigan kimyoni bo‘limi kimyoviy kinetika deyiladi. Kimyoviy kinetika kimyoviy reaksiyalarning tezligi, yo‘nalishi, o‘tkazish sharoitlari orasidagi o‘zaro bog‘liqlik qonunlarni va ularga ta’sir etuvchi omillarni tadqiq qiladi. Kimyoviy kinetika o‘z tadqiqotlari va nazariy umumlashmalarida matematika, kibernetika, atom va molekulyar fizika, kvant kimyosi, spektroskopiya, analitik kimyo yutuqlaridan foydalanadi. Kimyoviy kinetikaning ma’lumotlari va nazariy konsepsiyalari atmosfera va gidrosferaning ekologik modellarini tuzishda, Koinotda sodir bo‘ladigan jarayonlarni tahlil qilishda qo‘llaniladi.

Kimyoviy reaksiyalari ta’sirida tirik organizmlarda xilma-xil jarayonlar ro‘y beradilar.

Tarkibida xlorofill pigmenti bo‘lmagan mikroorganizm bakteriyalar tomonidan anorganik birikmalar (vodorod, sulfid, oltingugurt, ammiak, azot kislota, marganes va boshqalar)dan oksidlanish reaksiyasida hosil bo‘lgan energiya hisobiga karbonat angidridning o‘zlashtirilishi va organik birikmalarning biosintez qilinish jarayoni xemosintez deyiladi.

Biosintez – tirik organizmda yoki undan tashqarida biokatalizatorlar (fermentlar) ta’sirida bir muncha oddiy birikmalardan organik moddalar hosil bo‘lishi. Biosintez – o‘simliklar, hayvonlar va mikroorganizmlarda sodir bo‘ladigan moddalar almashinuvining tarkibiy qismidir. Xemosintezlovchi bakteriyalardan tashqari hamma organizmlarda biosintez uchun birlamchi energiya manbai yashil o‘simliklarda organik moddalar shaklida to‘planadigan quyosh energiyasi hisoblanadi. Har qanday hujayra o‘ziga zarur bo‘ladigan moddalarni sintezlaydi. Hujayrada boradigan biosintezning xususiyatini uning genetik apparatida kodlashgan irsiy axborot belgilaydi. Organizmdan tashqarida boradigan biosintezdan xalq xo‘jaligining turli sohalarida keng qo‘llaniladigan biologik moddalar – vitaminlar, ayrim gormonlar, antibiotiklar, aminokislotalar, oqsillar va boshqa birikmalarni sanoat miqyosida olishda foydalaniladi.