Фундаментальные разделы химии XX в.: учение о химических процессах, биохимия, эволюционная химия

В первой половине ХХ в. начинается интенсивное развитие новых отраслей промышленности, таких как автомобилестроение, авиация, энергетика, приборостроение, выдвинуло новые требования к производству материалов. В этих условиях необычайно востребованным оказалось учение о химических процессах, в рамках которого особое внимание уделяется механизмам изменение вещества под влиянием температуры, давления, растворителей и других факторов. Учение о химических процессах — область науки, в которой осуществлена наиболее глубокая интеграция физики, химии и биологии. В основу данного учения положены химическая термодинамика и кинетика, поэтому этот раздел науки в равной степени принадлежит физике и химии совместными усилиями исследующими процессы горения, взрыва и т.д.

Химические реакции не должны осуществляться стихийно ни в условиях лабораторий, ни в промышленном производстве. В связи с этим особое значение в рассматриваемом разделе химии придается исследованию способов управления химическими процессами. Их можно подразделить на две группы: термодинамические и кинетические методы воздействия на химические реакции. Термодинамические методы преимущественно влияют на направление химических процессов, а кинетические на их скорость. Управление химическим процессом предполагает использование катализаторов, ускоряющих протекание химической реакции, и ингибиторов, замедляющих ее. Каталитическое ускорение химической реакции называется катализоми является важнейшим приемом современной химической технологии (производство полимерных материалов, синтетического топлива и др.).

Логическим развитием учения о химических процессах во второй половине ХХ в. стала химия экстремальных состояний: плазмохимия, радиационная химия, химия высоких энергий, криохимия, химия высоких и сверхвысоких давлений и температур.

Достижения химической кинетики позволили не только оптимизировать протекание химических процессов, но и осуществить синтез самых разнообразных материалов с заранее заданными свойствами.

Особый интерес у исследователей вызывают химические процессы, протекающие в живом организме, исследованием которых в разных аспектах занимается такая пограничная отрасль знания, как биохимия. Первые шаги на этом пути были сделаны еще в XIX в., когда было установлено, что в основе функционирования живого организма лежит биокатализ. Биокатализаторами (ферментами) являются вещества белковой природы, содержащиеся в животных и растительных организмах. Они направляют, формируют, регулируют и многократно ускоряют биохимические процессы.

Развитие современной биохимии позволило не только приблизиться к пониманию химических основ жизни, но и создать ряд новых производств, основанных на применении биотехнологий.

В последней трети ХХ ст. вития начинается новый этап в развитии химической науки, который во многом репрезентирован эволюционной химией. Становление и развитие эволюционной химии в современных условиях происходит в русле синергетической парадигмы в науке нового тысячелетия.

Эволюционная химия основывается на принципе самоорганизации химических систем. Она задает особый подход к исследованию предбиологической эволюции органического вещества в условиях Земли. В рамках теории саморазвития открытых каталитических систем (А. П. Руденко) рассматриваются особые химические объекты с неравновесной структурой и функциональной организацией. Такие объекты способны к прогрессивной эволюции, а сама химическая эволюция может быть представлена как процесс необратимых последовательных изменений элементарных каталитических систем.

Перед эволюционной химией стоит задача освоения каталитического опыта живой природы. По мнению многих исследователей, это откроет громадные возможности для создания и внедрения принципиально новой химических технологий, способных стать аналогом функционирования живых систем.