Краткая история химии

Считается, что слово “химия” происходит от названия Древнего Египта Хемма. Следовательно, начало истории химии связывается с развитием древнеегипетской цивилизации.

Очевидно, что первоначальное накопление знаний о различных веществах и их свойствах, а также о процессах получения новых веществ, что в дальнейшем станет одной из задач химии, происходило стихийно еще в глубокой древности.

Так, использование огня и глины привело к развитию гончарного производства, а использование огня и кварца — к изготовлению стекла и т. д.

С VII тысячелетия до н. э. начали использоваться первые металлы, сначала медь (бронзовый век), а затем и железо. В V тысячелетии до н. э. начинается плавка медных руд и происходит освоение рудного дела.

Во второй половине IV тысячелетия до н. э. было освоено железнорудное дело, а с конца II тысячелетия до н. э. началось массовое производство железных изделий. Кроме меди, бронзы и железа древние знали такие металлы, как олово, свинец, ртуть и их сплавы.

Таким образом, первоначально накопленные отдельные химические знания в области прикладной ремесленной химии были достаточно обширны. Однако понимание химических явлений и их объяснение на начальном этапе происходило на сложившейся в то время мифологической основе.

Античный период и Средние века

В VI в. до н. э. в древнегреческой культуре постепенно складывается представление о единстве мира, о том, что в основе вещей и предметов материального мира лежит одно или всего лишь несколько основных первичных первовеществ — элементов.

Фалес считал, что началом всех вещей, их субстанцией (т. е. тем, из чего возникают все вещи и во что они в конечном итоге превращаются) является вода.

Анаксимен (585–525 гг. до н. э.) считал основой, субстанцией мира воздух. Разряжаясь, воздух становится сначала огнем, затем эфиром, а сгущаясь — ветром, облаками, водой, землей и камнем.

Гераклит (ок. 540–480 гг. до н. э.) видел первооснову в огне, который по тем представлениям считался самым подвижным и изменчивым веществом.

Эмпедокл (ок. 490 — ок. 430 гг. до н. э.), объединив идеи своих предшественников, добавил к указанным ими трем (вода, воздух, огонь) основным видам материи еще и землю и допустил существование четырех начал (или “корней”), которые он назвал элементами.

В античный период возникло также и совершенно другое философское направление, пытавшееся объяснить строение материи на основе атомистической гипотезы.

Первым выдвинул атомистическую гипотезу строения веществ Левкипп (V в. до н. э.), затем более детально обосновал и развил эту идею его ученик Демокрит (ок. 460 до н. э. — ок. 370 гг. до н. э.).

Основные положения его атомистического учения следующие:

1. Все тела природы построены из мельчайших твердых непроницаемых и неделимых частиц, которые он назвал атомами (слово “атом” в переводе с греческого означает “неделимый”), и
   пустого пространства между ними.
2. Атомы обладают способностью вечного движения, сами они вечны, неуничтожимы.
3. Атомы могут быть бесконечно разнообразны по форме и величине, но все состоят из одной и той же материи.
4. Различие между веществами зависит только от различия в числе, форме и порядке сочетания и расположения атомов, из которых они образованы.

Другое развитие учения об элементах — началах получило в философии Аристотеля. Учение Аристотеля оказало большое влияние на развитие естествознания более чем на тысячелетний период.

Аристотель считал, что в основе всего материального бытия лежит первоматерия. Она вечна, не может возникнуть из ничего и превратиться в ничто, ее количество в природе неизменно.

Первоматерии присуще четыре основных качества, воспринимаемые нашими органами чувств и попарно противоположные друг другу.

Это — тепло и холод, а также сухость и влажность. Разнообразие веществ зависит от сочетания этих качеств в различных пропорциях. Комбинируя качества попарно, Аристотель приходит к четырем элементам Эмпедокла — земле, воде, огню и воздуху (см. рисунок).

Из этого делается вывод, что один элемент может перейти в другой. Искусство создания различных веществ сводилось, таким образом, к соединению определенных качеств. Учение Аристотеля об элементах — свойствах было в дальнейшем развито по-своему в алхимии.

По общепринятому мнению, химия как собрание различных сведений о веществах и их превращениях возникла в начале нашей эры, в Александрии.

Трактаты, написанные в Александрии в I в. н. э., содержали много химических сведений. Там же возникла идея о возможности превращения неблагородных металлов в золото. Идея, которая надолго увлекла химию на путь бесплодных исканий, затормозив ее развитие.

После завоевания в VII в н. э. Египта и стран Востока арабами часть накопленных в Александрии практических химических знаний сохранилась. Употреблявшееся александрийскими учеными слово “химия” путем прибавления к нему арабской приставки “ал” превратилось в “алхимию”. Основной идеей алхимии стала идея о превращении неблагородных металлов в золото.

Средние века проходят в Европе в попытках осуществить эту идею. В русле этого “развития” арабские алхимики сформулировали идею “философского камня” — гипотетического вещества, ускоряющего “созревание” золота. Это вещество считалось также эликсиром жизни, дающим бессмертие.

Расцвет средневековой алхимии пришелся на XIV–XV вв. В этот период, несмотря на бесплодность “теоретических” умозаключений, были получены значительные достижения в области практической, технической химии.

К ним относятся способы получения серной, азотной, соляной кислот, селитры, “царской водки”, сплавов ртути с металлами. К этому периоду относятся и создание предпосылок для развития нового направления в химии — ятрохимии (медицинской химии) — области знаний, которая ставила целью изготовление лекарственных веществ.

К ХVII в. стало ясно, что главные цели алхимии — получение золота, серебра, “философского камня” — оказались недостижимы.

Все более укреплялось мнение о том, что лежащие в основе химии идеи Аристотеля о природе вещей как совокупности некоторых субстанций — качеств и элементов — стихий неверны, бытующее среди алхимиков представление о неограниченных возможностях превращения одних веществ в другие также неверно.

Становилось ясно, что существует некоторый предел возможных взаимопревращений веществ. Постепенно химия начинает освобождаться от влияния учения Аристотеля и многих заблуждений алхимиков, в том числе от веры в “философский камень”, от схоластического подхода к изучению природы и строить свои выводы на основе новых подходов.

Такие подходы связаны с возрождением античного атомизма Демокрита. Здесь важную роль сыграли труды французского мыслителя Пьера Гассенди (1592–1655 гг.). Гассенди ввел также понятие “молекула”, которое обозначало соединение атомов.

Развитие и конкретное приложение идей атомизма осуществил английский физик и химик Роберт Бойль (1627–1691 гг.). Его работа “Химик-скептик” была опубликована в 1691 г.

По учению Бойля, элементами следует считать “те простейшие тела, из которых составлены сложные тела и к которым мы, в конце концов, приходим, разлагая последние”. Бойль, по сути, впервые выдвинул гипотезу, что свойства веществ определяются составом этих веществ.

Однако потребовалось еще около 100 лет, чтобы химия окончательно избавилась от Аристотелева представления о строении вещества и вышла на путь атомистического понимания.

Период классической химии

С середины XVIII и до конца XIX в. развитие химии шло под знаком все большего утверждения атомно-молекулярного взгляда на природу вещей. Исторически наиболее последовательно основы атомно-молекулярного учения были изложены в 1741 г. М. В. Ломоносовым (1711–1765 гг.) в одной из его первых работ “Элементы математической химии”.

Но основной заслугой М. В. Ломоносова является то, что он одним из первых химиков точными количественными опытами обосновал фундаментальнейший закон природы — закон сохранения материи.

В 1773 г. А. Лавуазье повторил некоторые опыты Ломоносова и получил результаты, близкие к его результатам, которые изложил в 1789 г. в своем обобщающем все достижения химии того времени труде “Элементарный учебник химии”.

Следовательно, химические элементы не превращаются друг в друга. Этот вывод положил предел всякого рода алхимическим попыткам заниматься превращением элементов. Косвенно он свидетельствовал также о существовании атомов и о сохранении их массы при химических реакциях.

Затем на рубеже XVIII и XIX вв. был открыт целый ряд новых важнейших законов химии, которые полностью утвердили атомно-молекулярную концепцию строения вещества.

Среди них необходимо указать следующие четыре закона:

1. Закон постоянства состава, одна из формулировок которого звучит так: “При образовании данного вещества элементы всегда соединяются друг с другом в строго определенном весовом отношении”. Этот закон открыл французский химик Жозеф Луи Пруст (1754–1826 гг.) в период с 1800 по 1808 г.
2. Закон кратных отношений, установленный в 1803 г. английским химиком Джоном Дальтоном (1766–1844 гг.): “Если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то весовые количества одного из элементов, приходящиеся в этих соединениях на одно и то же количество другого, относятся между собой как простые целые числа”.
3. Закон простых объемных отношений, установленный в период с 1804 по 1808 г. французским ученым Жозефом Луи Гей-Люссаком (1778–1850 гг.): “Объемы вступающих в реакцию газов относятся друг к другу и к объемам образующихся газообразных продуктов реакции как небольшие целые числа”.
4. Итальянский физик Амедео Авогадро (1776–1856 гг.) в 1811 г. установил следующий закон: “В равных объемах любых газов, взятых при одинаковой температуре и одинаковом давлении, содержится одинаковое число молекул”.

Все эти законы, с одной стороны, нашли объяснение в рамках атомно-молекулярного учения, а с другой стороны, послужили и серьезным его обоснованием.

Таким образом, в середине XIX в. атомно-молекулярный взгляд на природу материи получил полное признание. Этим подводился итог развитию представлений того времени о природе веществ. Обоснование и доказательство атомно-молекулярного строения вещества вышло далеко за пределы химии и с середины XIX в. стало одной из основ всего естествознания.

Дальнейшее развитие атомно-молекулярного учения произошло в физике в начале XX в., когда была выяснена структура атомов и молекул, а также получен целый ряд принципиально новых фундаментальных результатов, существенно расширивших наши представления о строении вещества.

Атомно-молекулярная теория внесла, в частности, значительную ясность и определенность в одно из важнейших понятий химии — понятие о химическом элементе. С точки зрения атомно-молекулярной теории химический элемент — это вид атомов, характеризующейся определенной совокупностью свойств.

Изучение состава веществ и свойств элементов привело Д. И. Менделеева (1834–1907 гг.) к открытию и обоснованию в 1868 г. периодического закона. Это стало самым важнейшим событием в химии после утверждения атомно-молекулярной теории.

Если подвести краткий итог развития химии за три столетия (XVII–XIX вв.), то в этот продолжительный период решалась, по сути, всего одна главная проблема — проблема о составе вещества.

Поэтому Менделеев и назвал химию своего времени “наукой о химических элементах и их соединениях”. Было выяснено, что свойства веществ определяются их составом. Сейчас это положение определяется как первый уровень научных химических знаний.

Отметим ряд важных работ, заложивших основы дальнейшего развития химии в последующем, ХХ в. Речь идет прежде всего о двух важных направлениях в развитии химии — о так называемой структурной химии и об учении о химических процессах.

Комбинируя атомы различных химических элементов по их валентности, можно прогнозировать получение различных химических соединений в зависимости от исходных реагентов.

Понятие структуры молекулы, согласно Кекуле, сводится, таким образом, к построению наглядных формульных схем, которые могут служить конкретным указанием, как, из каких исходных реагентов следует получать целевой продукт. Таким путем можно было выяснить возможность проведения синтеза различных веществ с заданными свойствами.

Однако в дальнейшем было установлено, что на практике не все теоретически возможные, по Кекуле, реакции на самом деле могут происходить. Причину этого объяснила теория химического строения А. М. Бутлерова (1828–1886 гг.), который показал, что нужно учитывать не только правила составления химических формул по Кекуле, но и химическую активность реагентов, “большую или меньшую энергию, с которой сродство связывает вещества между собой”.

Бутлеровым была выдвинута важная идея об энергетической неэквивалентности различных химических связей атомов в молекулах. Это положение является главным содержанием понятия “структура” в теории Бутлерова. Теория химического строения Бутлерова нашла в дальнейшем физическое обоснование в квантовой механике.

Идеи Кекуле о валентности и Бутлерова об энергетической неэквивалентности химических связей, обусловленных взаимным влиянием атомов в структуре молекулы, превратили химию из науки аналитической, занимающейся изучением состава веществ, в науку синтетическую, способную создавать новые вещества и материалы.

В результате в конце XIX в. было синтезировано огромное количество новых, в основном органических веществ.

Несмотря на указанные успехи, структурная химия не дала ответа на вопросы, связанные с путями управления химическими реакциями, осуществления процессов производства многих важных и нужных органических веществ.

Многие из этих задач удалось решать только посредством химической кинетики — новой области химической науки, изучающей скорости химических реакций. В рамках химической кинетики было разработано учение о химических процессах при различных условиях их протекания.

Как оказалось, характер и скорость химических реакций зависят от многих условий: от температуры и давления, наличия катализаторов, влияния растворителей, состояния стенок реакторов и др.

Впервые роль катализаторов в качестве посредников в химических реакциях была выявлена в 1811 г. в работах Константина Кирхгофа (1764–1833 гг.). Им с помощью катализатора — серной кислоты — был получен сахар из крахмала.

Зависимости характера протекания химических реакций от давления, температуры и концентрации реагентов впервые были изучены в работах Якоба-Хендрика Вант-Гоффа (1852–1911 гг.) и Анри Луи Ле Шателье (1850–1936 гг.).

В 1884 г. появилась книга Я. Вант-Гоффа (будущего первого Нобелевского лауреата по химии — 1901 г.) “Очерки по химической динамике”, в которой он сформулировал свой закон для так называемых равновесных химических систем (в которых устанавливается равновесие между реакциями, идущими в прямом и обратном направлении).

В этом же году Ле Шателье сформулировал более общий закон, определяющий влияние различных факторов на равновесную систему, известный как принцип Ле Шателье.

В применении к химическому равновесию этот принцип можно сформулировать следующим образом: если изменить одно из условий, при которых система находится в состоянии химического равновесия, например температуру, давление или концентрацию, то равновесие смещается в направлении той реакции, которая противодействует произведенному изменению.

Установленные законы дали химикам широкие возможности за счет изменения условий протекания химических процессов управлять химическими реакциями в нужном направлении.

А в конце XIX в. американский ученый Джозайя Уиллард Гиббс (1839–1903 гг.) разработал теоретические основы химической термодинамики.

Рассмотренные в настоящем разделе основные достижения химии в области учения о составе вещества, приведшие к открытию периодического закона Менделеева, в области создания основ структурной химии, а также учения о химических процессах, явились завершением так называемой классической химии.

Химия ХХ в.

В их числе — открытие в физике структуры атома, успехи ядерной физики и физики элементарных частиц, создание квантовой механики, открытие новых материальных субстанций природы — физических полей (в том числе электромагнитного поля).

Достижение различных экстремальных состояний вещества, развитие термодинамики (в том числе неравновесной) и ряд других открытий создали совершенно другой научный фундамент в развитии современной химии ХХ в. Это позволило сформировать целый ряд новых фундаментальных теоретических положений в химии.

В то же время на базе новых физических открытий было создано много новых физических методов исследований: рентгеноструктурный анализ, атомная и молекулярная спектроскопия, электронная микроскопия, нейтроно- и протонография; созданы приборы электронного парамагнитного резонанса, ядерного магнитного резонанса, лазеры и т. д.; существенно изменились сами возможности химических экспериментальных исследований.

В результате открытия в физике новых методов исследования многие направления в химии получили “второе дыхание”.

В частности, открытие и изучение структуры атомов в физике позволило глубже понять смысл химического элемента и природу периодического закона Менделеева.

Создание квантовой механики в физике позволило создать квантовую химию, на основе которой удалось понять основные законы структурной химии, природу химической связи в молекулах, а также существенно углубить понимание основных химических процессов, связанных с изменением скорости химических реакций.

Развитие неравновесной термодинамики привело к пониманию ряда “загадочных” явлений, обнаруженных в химических процессах, и стимулировало развитие возникшего в середине ХХ в. новейшего направления в химии — так называемой эволюционной химии.

Учение о составе веществ

Произошло изменение самого понятия химического элемента, а также существенно углубилось содержание периодического закона Менделеева.

Это связано, во-первых, с тем, что были обнаружены изотопы атомов — разновидности одного и того же химического элемента, обладающие одинаковыми химическими свойствами, но отличающиеся массами атомов.

А во-вторых, открытие в физике строения атомов, состоящих из положительно заряженных ядер и вращающихся вокруг них электронов, привело к новому физическому обоснованию периодического закона Менделеева: периодичность в изменении свойств элементов стала рассматриваться не в зависимости от атомной массы (как у Менделеева), а в зависимости от заряда (Z) ядра атомов элементов.

Таким образом, в настоящее время химическим элементом называют вещество, все атомы которого обладают одинаковым зарядом ядра, хотя могут и различаться по своей массе, впоследствии чего атомные веса элементов могут не выражаться целыми числами. Атомный же вес является средним арифметическим величин масс изотопов, из которых состоит элемент.

Другим аспектом развития учения о составе вещества является искусственное получение новых элементов. Открытие нейтронов в 1932 г. Джеймсом Чедвиком (1891–1974 гг.) и искусственной радиоактивности в 1937 г. Ирен (1897–1956 гг.) и Фредериком (1900–1958 гг.) Жолио-Кюри заложило основы получения новых изотопов и элементов, отсутствующих в естественном состоянии в природе, в том числе и за счет синтеза трансурановых элементов.

Во времена Менделеева было известно 62 элемента. К 1930-м гг. были установлены все элементы от водорода (Z = 1) до урана (Z = 92). К настоящему времени искусственно создан уже 114-й элемент.

Сколько еще элементов может быть получено искусственным путем, современная наука точно не знает. Есть только отдельные теоретические соображения о том, что периодическая таблица элементов должна закончиться либо на 126, либо на 164, либо даже на 184 элементе.

Получение новых элементов, естественно, стимулирует развитие исследований по изучению их химических свойств, а также возможности использования новых элементов для получения новых веществ.

В результате развития на этой основе технической химии было получено большее число веществ и материалов с заранее заданными специальными свойствами (термостойкость, высокая твердость, огнеупорность, электроизоляционные материалы и т. д.); получен также целый ряд соединений, которые широко используются для синтеза других новейших материалов. То есть происходит быстрый процесс саморазвития и производства все большего количества разнообразных химических веществ.

Структурная химия

При этом периодически повторяется сходная структура конфигураций электронов на каждом уровне (“этаже”), от чего в основном и зависит периодичность химических свойств элементов и их соединений.

Изучение структуры атома и создание квантовой механики позволило понять природу “химизма”, природу сил, действующих в системе атомов и молекул.

В частности, нашла физическое обоснование в квантовой механике и теория химического строения Бутлерова.

Сегодня под структурой мы понимаем и пространственную, и энергетическую упорядоченность квантово-механической системы, состоящей из атомных ядер и электронов и обладающей единой молекулярной орбитой. Теперь анализ структур молекул и закономерности их превращений происходят на микроскопическом электронно-ядерном уровне.

По современным представлениям, в молекулах существуют внутренние химические связи, объединяющие атомы в молекулы. В 1916 г. появились первые электронные теории химических связей — ионной и ковалентной.

Немецкий физико-химик Вальтер Коссель (1888–1956 гг.) разработал теорию ионной химической связи. Эти связи являются чисто электрическими. Они появляются при разделении положительных и отрицательных электрических зарядов в отдельных частях молекулярной системы.

Американский физико-химик Гилберт Льюис (1875–1946 гг.) разработал теорию ковалентных химических связей. Она представляет собой обменное взаимодействие обобщенных в молекуле электронов.

Будущий лауреат Нобелевской премии (за 1919 г.) немецкий физик Йоханнес Штарк (1874–1957 гг.) ввел понятие валентных электронов, связав валентность элементов с числом электронов на периферии атома.

На основе квантовой химии удалось объяснить природу химических связей и точно рассчитать энергию связи для некоторых относительно простых молекул. Родоначальниками квантовой химии были немецкий физик Фриц Лондон (1900–1954 гг.) и немецкий физик-теоретик Вальтер Гайтлер (1904–1981 гг.).

Ими был разработан метод атомных орбиталей, рассматривающий целостную электронную структуру молекул.

В 1930-е гг. американский физик и химик, дважды лауреат Нобелевской премии (по физике и по химии) Лайнус Поллинг (1901–1994 гг.) существенно усовершенствовал метод атомных орбиталей, применив его для расчетов сложных молекул. Наибольшую известность ему принесли работы по расчету структуры молекул белков, в частности гемоглобина (Нобелевская премия по химии за 1954 г.).

В дальнейшем это направление получило значительное развитие в трудах американского физика и химика Роберта Малликена (1896–1986 гг.), который в 1966 г. получил Нобелевскую премию по химии с формулировкой “За фундаментальные работы по химическим связям и электронной структуре молекул, выполненные с помощью метода молекулярных орбиталей”.

В середине ХХ в. получили значительное развитие исследования, направленные на изучение пространственных структур вещества, т. е. были заложены основы стереохимии. Они расширили представления об изометрии — существовании веществ, одинаковых по составу и молекулярной массе, но различающихся по строению или расположению атомов в пространстве.

Затем на основе метода рентгеноструктурного анализа стали широко применяться в исследовании молекулярных структур методы дифракции рентгеновских лучей, электронов, спектроскопические методы и метод ядерного магнитного резонанса, что позволило определить строение большого числа молекул.

В качестве примера комплексного применения современных методов исследований, приведшего к выдающимся достижениям, можно привести открытие в 1953 г. структуры молекулы ДНК в виде двойной спирали Фрэнсисом Криком (1916–2004 гг.) и Джеймсом Уотсоном (род. 1928 г.) — лауреатами Нобелевской премии за 1962 г.

Учение о химических процессах

Изучение химических процессов проходило под знаком глубокого взаимопроникновения физики, химии, биологии. Основное направление работ в данном случае заключалось в создании способов управления химическими реакциями с целью получения необходимых конечных продуктов. Эти способы можно подразделить на термодинамические и кинетические.

В первом случае (термодинамические методы) речь идет об управлении направлением протекания реакции, а во втором случае (кинетические методы) об управлении скоростью химических реакций.

Из наиболее значительных работ по химической термодинамике следует указать работы Вальтера Нернста (1864–1941 гг.), получившего Нобелевскую премию 1920 г. за исследование по термохимии, а также работы российского ученого академика Н. Н. Семенова (1896–1986 гг.) за цикл фундаментальных работ, в которых были открыты так называемые цепные реакции.

За исследование цепных реакций Н. Н. Семенову в 1956 г. была присуждена Нобелевская премия по химии.

Что касается работ по химической кинетике, то здесь, на начальном этапе этих исследований, прежде всего следует отметить работы Сванте Аррениуса (1859–1954 гг.), лауреата Нобелевской премии за 1903 г.

В 1952 г. японский ученый Кэниши Фукуи (1918–1998 гг.), используя метод молекулярных орбиталей, выяснил особую роль внешних электронов в течении каталитических реакций.

А американский физико-химик Роальд Хофман (род. 1937 г.) развил идею Фукуи и разработал правила сохранения орбитальной симметрии молекул. Оба они стали Нобелевскими лауреатами за 1981 г.

В 1950–1960 гг. была изучена роль катализаторов в построении макромолекул, прежде всего металлоорганических. В 1960-е и последующие годы при изучении квантовых состояний продуктов реакций были получены многие сведения по кинетике элементарных химических реакций методом молекулярных пучков.

В последние годы все больше внимания уделяется изучению опыта катализаторов в живых системах — ферментов. Для создания все большего числа органических соединений широко используются биокатализаторы.

Теоретические представления о сущности катализа служат основой современной каталитической химии и позволяют выделить наиболее перспективные направления, такие как металлокомплексный катализ, межфазный катализ, мицелярный катализ (посредством коллоидных систем), мембранный катализ (с участием веществ, действующих как молекулярное сито) и катализ посредством ферментоподобных веществ.

Эволюционная химия

Основой этого направления явилось понимание того, что свойства веществ определяются не только их составом, структурой и кинетическими и термодинамическими условиями, но и уровнем химической организации веществ.

Хорошим примером в этом отношении является опыт высокоорганизованной живой природы. В живой природе реализуется принцип самоорганизации химических систем от более простых до исключительно сложных.

Сегодня выяснено, что химическую эволюцию могут обеспечить прежде всего такие элементы, которые могут создать достаточно прочные, энергоемкие химические связи с высокой лабильностью (т. е. возможность их перераспределения в различных условиях).

Этим условиям в наибольшей мере отвечает углерод, атомы которого образуют почти все типы химических связей. Другие элементы — кислород, водород, азот, фосфор и сера — также обладают особыми, уникальными свойствами.

В результате внутримолекулярное взаимодействие этих элементов создает исключительное богатство разнообразных химических связей.

Очевидно, что такие особые элементы в результате химической эволюции создали незначительное число особых соединений (некоторые аминокислоты и нуклеотиды), из которых в дальнейшем и образовался сложнейший высокоорганизованный комплекс — биосистема.

В ходе эволюции отбирались те структуры, которые способствовали резкому повышению активности и селективности действия различных катализаторов, которые и являются основой основ органического синтеза.

В связи с этим особое внимание химики стали уделять биокатализаторам. Изучение биокатализаторов живой природы — ферментов — привело к развитию исследований в области металлокомплексного анализа, а также в области так называемых иммобилизованных систем, которые позволяют сохранить активность ферментов и стабилизировать их действие.

На основе этих исследований удалось провести моделирование и синтезирование целого ряда биологических структур, в частности целого ряда генов. Например, первый химический синтез гена осуществлен более 20 лет назад. Были синтезированы гены инсулина и интерферона.

В 1950-х гг. были открыты случаи самосовершенствования катализаторов, т. е. открыт автокатализ, когда продукты реакции увеличивали скорость ее протекания в ходе самой химической реакции.

Это открытие дало начало новому направлению исследований в так называемой нестационарной кинетике. Был открыт новый тип нестационарности, способствующей интенсификации реакций.

В 1958 г. российский химик Б. П. Белоусов (1891–1970 гг.) в смеси растворов бромата калия, лимонной и серной кислоты и катализатора — сульфата натрия — наблюдал примерно ежеминутное периодическое изменение окраски раствора от желтого до бесцветного в течение нескольких часов подряд.

Изучение нестационарной кинетики сейчас все более проводится в рамках теории саморазвития и самоорганизации открытых каталитических систем, способствующих существенному улучшению свойств катализаторов.

Эти работы вскрыли механизм самосовершенствования и саморазвития так называемых открытых систем, находящихся состоянии обмена веществом и энергией с окружающей средой.