| Vetenskapens historia |
| Efter ämne |
|---|
| Matte |
| Naturvetenskap |
| Astronomi |
| Biologi |
| Botanik |
| Geografi |
| Geologi |
| markvetenskap |
| Fysik |
| Kemi |
| Ekologi |
| Samhällsvetenskap |
| Berättelse |
| Lingvistik |
| Psykologi |
| Sociologi |
| Filosofi |
| Ekonomi |
| Teknologi |
| Datorteknik |
| Lantbruk |
| Medicinen |
| Navigering |
| Kategorier |
Kemins historia studerar och beskriver den komplexa processen för ackumulering av specifik kunskap relaterad till studiet av ämnens egenskaper och omvandlingar ; det kan betraktas som ett gränsområde för kunskap som kopplar samman fenomen och processer relaterade till utvecklingen av kemi med det mänskliga samhällets historia.
Kemins historia brukar delas in i flera perioder; Samtidigt bör man ta hänsyn till att denna periodisering, som är ganska betingad och relativ, snarare har en didaktisk innebörd [1] . En av grundarna av kemins historia som vetenskaplig disciplin var den tyske vetenskapsmannen Hermann Kopp (1817-1892) [2] .
Under den föralkemiska perioden utvecklades de teoretiska och praktiska aspekterna av kunskap om materia relativt oberoende av varandra.
Praktiska operationer med ämnet var hantverkskemins prerogativ. Början av dess ursprung bör i första hand förknippas, tydligen, med uppkomsten och utvecklingen av metallurgi . I forna tider var sju metaller kända i sin rena form : koppar , bly , tenn , järn , guld , silver och kvicksilver , och i form av legeringar , även arsenik , zink och vismut . Utöver metallurgin skedde ackumuleringen av praktisk kunskap inom andra områden, såsom tillverkning av keramik och glas , färgning av textilier och garvning av läder, tillverkning av läkemedel och kosmetika . Det var på grundval av antikens framgångar och landvinningar av praktisk kemi som utvecklingen av kemisk kunskap ägde rum under efterföljande epoker.
Försök att teoretiskt förstå problemet med ursprunget till materiens egenskaper ledde till bildandet av läran om element-element i antik grekisk naturfilosofi . Empedokles , Platons och Aristoteles läror hade störst inflytande på vetenskapens vidare utveckling . Enligt dessa begrepp bildas alla ämnen av en kombination av fyra principer: jord, vatten, luft och eld. Samtidigt är elementen själva kapabla till ömsesidiga transformationer, eftersom var och en av dem, enligt Aristoteles, är ett av tillstånden i en enda primär materia - en viss kombination av kvaliteter. Positionen på möjligheten att omvandla ett element till ett annat blev senare grunden för den alkemiska idén om möjligheten till ömsesidig omvandling av metaller ( transmutation ). Nästan samtidigt med läran om element-element, uppstod atomism i Grekland , vars grundare var Leucippus och Demokritos .
Den alkemiska perioden är tiden för sökandet efter de vises sten , som ansågs nödvändig för genomförandet av transmutationen av metaller. Alkemisk teori, baserad på gamla idéer om de fyra elementen, var nära sammanflätad med astrologi och mystik . Tillsammans med den kemisk-tekniska "guldtillverkningen" är denna era också känd för skapandet av ett unikt system av mystisk filosofi. Den alkemiska perioden är i sin tur indelad i tre delperioder: Alexandrisk (grekisk-egyptisk), arabisk och europeisk alkemi.
I Alexandria fanns en kombination av teori (Platons och Aristoteles naturfilosofi) och praktisk kunskap om ämnen, deras egenskaper och omvandlingar; ur denna förening föddes en ny vetenskap, kemi. Själva ordet "kemi" (och arabiskan al-kīmiyaˀ ) anses vanligen härledas från det gamla namnet Egypten - Keme eller Khem; ursprungligen skulle ordet tydligen betyda något i stil med "egyptisk konst". Ibland kommer termen från grekiskan χυμος - juice eller χυμενσιζ - gjutning [3] [4] [5] [6] . Huvudobjekten för studien av Alexandriens kemi var metaller. Under Alexandria-perioden bildades alkemins traditionella metall- planetsymbolik , där var och en av de sju metaller som var kända vid den tiden var förknippade med motsvarande planet : silver - Månen , kvicksilver - Merkurius , koppar - Venus , guld - den Sol , järn- Mars , tenn- Jupiter , bly- Saturnus [7] . Den egyptiska guden Thoth eller hans grekiska motsvarighet Hermes blev kemins himmelske beskyddare i Alexandria .
Bland de betydande representanterna för grekisk-egyptisk alkemi, vars namn har överlevt till denna dag, kan man notera Bolos Demokritos , Zosima Panopolit , Olympiodorus . Boken "Fysik och mystik" skriven av Bolos (ca 200 f.Kr.) består av fyra delar som ägnas åt guld, silver, ädelstenar och lila . Bolos uttryckte först idén om transmutation av metaller - omvandlingen av en metall till en annan (främst basmetaller till guld), vilket blev huvuduppgiften för hela den alkemiska perioden. Zosimus definierade i sitt uppslagsverk (3:e århundradet) khemeia som konsten att göra guld och silver, beskrev "tetrasomata" - stadierna i processen att tillverka konstgjort guld; han påpekade särskilt förbudet att röja denna konsts hemligheter.
Många hermetiska texter fanns också kvar från den Alexandriska perioden, som representerar ett försök till en filosofisk och mystisk förklaring av omvandlingar av ämnen, bland vilka är den berömda " smaragdtavlan " av Hermes Trismegistus .
Bland de otvivelaktiga praktiska framgångarna för de grekisk-egyptiska alkemisterna är upptäckten av fenomenet metallsammanslagning . Amalgam av guld började användas för förgyllning. Forskare i Alexandria förbättrade metoden att utvinna guld och silver från malmer, för vilka kvicksilver erhållet från cinnober eller kalomel användes i stor utsträckning . Förutom praktisk betydelse bidrog den unika förmågan hos kvicksilver att bilda ett amalgam till uppkomsten av idén om kvicksilver som en speciell, "primär" metall. Alkemister utvecklade också en metod för att rena guld genom kupellationsvärmning av malm med bly och salpeter [8] .
Den teoretiska grunden för arabisk [9] alkemi var fortfarande Aristoteles läror. Utvecklingen av alkemisk praxis krävde dock skapandet av en ny teori baserad på ämnens kemiska egenskaper. Jabir ibn Hayyan (Geber) utvecklade i slutet av 800-talet en kvicksilver-svavelteori om metallernas ursprung, enligt vilken metaller bildas av två principer: kvicksilver (metallicitetsprincipen) och svavel (principen om brännbarhet) . För bildandet av guld - en perfekt metall, förutom kvicksilver och svavel, är närvaron av något ämne nödvändigt, som Jabir kallade ett elixir ( al-iksir , från grekiskan ξεριον, det vill säga "torrt"). Problemet med transmutation reducerades alltså inom ramen för kvicksilver-svavelteorin till problemet att utvinna ett elixir, annars kallat de vises sten ( Lapis Philosophorum ). Elixiret ansågs ha många fler magiska egenskaper - att läka alla sjukdomar, och, möjligen, att ge odödlighet [10] [11] .
Kvicksilver-svavelteorin utgjorde den teoretiska grunden för alkemin under flera efterföljande århundraden. I början av 900-talet förbättrade en annan framstående alkemist, Ar-Razi (Razes), teorin genom att lägga till principen om hårdhet (bräcklighet, löslighet), eller filosofiskt salt, till kvicksilver och svavel.
Arabisk alkemi, till skillnad från Alexandrian, var ganska rationell; de mystiska inslagen i den var snarare en hyllning till traditionen. Förutom bildandet av den grundläggande teorin om alkemi utvecklades under det arabiska stadiet en konceptuell apparat, laboratorieutrustning och experimentella metoder. Arabiska alkemister uppnådde otvivelaktig praktisk framgång - de isolerade antimon , arsenik och, uppenbarligen, fosfor , erhöll ättiksyra och utspädda lösningar av mineralsyror. En viktig förtjänst för de arabiska alkemisterna var skapandet av rationell farmaci , som utvecklade traditionerna för antik medicin.
Arabernas vetenskapliga åsikter trängde in i det medeltida Europa på 1200-talet . De arabiska alkemisternas verk översattes till latin och senare till andra europeiska språk.
Bland de största alkemisterna på den europeiska scenen kan man notera Albert den store , Roger Bacon , Arnaldo de Villanova , Raymond Lull , Basil Valentin . R. Bacon definierade alkemi på följande sätt: "Alkemi är vetenskapen om hur man förbereder en viss sammansättning, eller elixir, som, om den läggs till basmetaller, kommer att förvandla dem till perfekta metaller" [12] .
I Europa introducerades element av kristen mytologi i alkemins mytologi och symbolik ( Petrus Bonus , Nicholas Flamel ); i allmänhet, för europeisk alkemi, visade sig mystiska element vara mycket mer karakteristiska än för arabiska. Den europeiska alkemins mystik och slutna karaktär har gett upphov till ett betydande antal alkemisvindlare; redan Dante Alighieri i den " gudomliga komedin " placerade i det tionde diket i den åttonde helvetets cirkel de som "smidde metaller genom alkemi" [13] . Ett utmärkande drag för den europeiska alkemin var dess tvetydiga ställning i samhället. Både kyrkliga och sekulära myndigheter förbjöd upprepade gånger [14] utövandet av alkemi; samtidigt blomstrade alkemin både i kloster och i kungliga hov.
I början av 1300-talet nådde europeisk alkemi sina första betydande framgångar, efter att ha lyckats överträffa araberna när det gäller att förstå materiens egenskaper. År 1270 fick den italienska alkemisten Bonaventure , i ett försök att få fram ett universellt lösningsmedel, en lösning av ammoniak i salpetersyra ( aqua fortis ), som visade sig kunna lösa upp guld, metallernas kung (därav namnet - aqua regis , det vill säga aqua regia ). Pseudo-Geber , en av de mest betydande medeltida europeiska alkemisterna, som arbetade i Spanien på 1300-talet och signerade sina verk med namnet Geber , beskrev i detalj koncentrerade mineralsyror ( svavelsyra och salpetersyra). Användningen av dessa syror i alkemisk praxis ledde till en betydande ökning av alkemisternas kunskap om ämnet.
I mitten av 1200-talet började tillverkningen av krut i Europa ; den första som beskrev det (senast 1249 ) var tydligen R. Bacon (den ofta nämnda munken B. Schwartz kan anses vara grundaren av krutaffären i Tyskland ). Tillkomsten av skjutvapen blev en stark stimulans för utvecklingen av alkemin och dess nära sammanvävning med hantverkskemi.
Från renässansen , i samband med utvecklingen av produktionen, började produktionen och den praktiska riktningen i allmänhet få allt större betydelse inom alkemin: metallurgi, tillverkning av keramik, glas och färger. Under första hälften av 1500-talet uppstod rationella trender inom alkemin: teknisk kemi, vars början lades av verk av V. Biringuccio , G. Agricola och B. Palissy , och iatrokemi , vars grundare var Paracelsus .
Biringuccio och Agricola såg alkemins uppgift att hitta sätt att förbättra kemisk teknik; i sina skrifter strävade de efter den mest tydliga, fullständiga och tillförlitliga beskrivningen av experimentella data och tekniska processer [15] .
Paracelsus hävdade att alkemins uppgift är tillverkning av mediciner [16] ; medan Paracelsus' medicin baserades på kvicksilver-svavelteorin . Han trodde att i en frisk kropp är de tre principerna - kvicksilver, svavel och salt - i balans; sjukdom representerar en obalans mellan principerna [17] [18] . För att återställa det, introducerade Paracelsus i praktiken medicinska preparat av mineraliskt ursprung - föreningar av arsenik, antimon, bly, kvicksilver, etc. - förutom traditionella växtbaserade preparat.
Representanter för iatrokemi (spagyrik, som anhängarna av Paracelsus kallade sig själva) inkluderar många berömda alkemister från 1500- och 1600 - talen : A. Libavia , R. Glauber , Ya. B. Van Helmont , O. Takhenia .
Teknisk kemi och iatrokemi ledde direkt till skapandet av kemi som vetenskap; i detta skede ackumulerades kompetensen för experimentellt arbete och observationer, i synnerhet designen av ugnar och laboratorieinstrument, metoder för rening av ämnen ( kristallisation , destillation , etc.) utvecklades och förbättrades, nya kemiska preparat erhölls.
Huvudresultatet av den alkemiska perioden som helhet, förutom ackumuleringen av ett betydande lager av kunskap om materia, var framväxten av ett empiriskt förhållningssätt till studiet av materiens egenskaper. Den alkemiska perioden blev ett absolut nödvändigt övergångsskede mellan naturfilosofi och experimentell naturvetenskap.
Andra hälften av 1600-talet präglades av den första vetenskapliga revolutionen, som resulterade i en ny naturvetenskap helt baserad på experimentella data. Skapandet av världens heliocentriska system ( N. Copernicus , I. Kepler ), ny mekanik ( G. Galileo ), upptäckten av vakuum och atmosfärstryck ( E. Torricelli , B. Pascal och O. von Guericke ) ledde till en djup kris av den aristoteliska fysiska bilden av världen. F. Bacon lade fram tesen att experiment borde vara det avgörande argumentet i vetenskaplig diskussion; atomistiska idéer återupplivades i filosofin ( R. Descartes , P. Gassendi ).
En av konsekvenserna av denna vetenskapliga revolution var skapandet av en ny kemi, vars grundare traditionellt anses vara R. Boyle . Boyle, efter att ha bevisat i sin avhandling "The Skeptical Chemist " (1661) inkonsekvensen av alkemiska idéer om elementen som bärare av vissa kvaliteter, satte uppdraget att hitta verkliga kemiska element för kemi . Element, enligt Boyle, är praktiskt taget oupplösliga kroppar, bestående av liknande homogena kroppar, av vilka alla komplexa kroppar är sammansatta och i vilka de kan sönderdelas. Boyle ansåg att kemins huvuduppgift var studiet av ämnens sammansättning och beroendet av ett ämnes egenskaper av dess sammansättning [19] [20] .
Skapandet av teoretiska idéer om sammansättningen av kroppar som kunde ersätta Aristoteles läror och kvicksilver-svavelteorin visade sig vara en mycket svår uppgift. Under den sista fjärdedelen av XVII -talet. dök upp sk. eklektiska åsikter, vars skapare försökte koppla alkemiska traditioner och nya idéer om kemiska grundämnen ( N. Lemery , I. I. Becher ).
Den främsta drivkraften bakom utvecklingen av läran om grundämnena under 1700-talets första hälft var teorin om flogiston som föreslagits av den tyske kemisten G. E. Stahl . Hon förklarade brännbarheten hos kroppar med närvaron i dem av en viss materiell princip om brännbarhet - flogiston, och betraktade förbränning som nedbrytning [21] . Teorin om flogiston generaliserade ett brett spektrum av fakta om processerna för förbränning och rostning av metaller, fungerade som en kraftfull stimulans för utvecklingen av en kvantitativ analys av komplexa kroppar, utan vilken det skulle vara absolut omöjligt att experimentellt bekräfta idéer om kemiska element . Det stimulerade också studiet av gasformiga förbränningsprodukter i synnerhet och gaser i allmänhet; som ett resultat dök pneumatisk kemi upp , vars grundare var J. Black , D. Rutherford , G. Cavendish , J. Priestley och K. V. Scheele [22] .
Processen att förvandla kemi till en vetenskap kulminerade i upptäckterna av A. L. Lavoisier . Med skapandet av syreteorin om förbränning av honom ( 1777 ) började en vändpunkt i kemins utveckling, kallad "den kemiska revolutionen". Förkastandet av teorin om flogiston krävde en revidering av alla grundläggande principer och begrepp inom kemi, förändringar i terminologin och nomenklaturen för ämnen [23] . 1789 publicerade Lavoisier sin berömda lärobok Elementary Course in Chemistry, helt baserad på syreteorin om förbränning och den nya kemiska nomenklaturen . Han gav den första listan över kemiska grundämnen i den nya kemins historia (en tabell över enkla kroppar). Han valde erfarenhet, och endast erfarenhet, som kriterium för att bestämma grundämnet, och förkastade kategoriskt alla icke-empiriska resonemang om atomer och molekyler, vars själva existens inte kan bekräftas experimentellt [24] . Lavoisier formulerade lagen om bevarande av massa, skapade en rationell klassificering av kemiska föreningar, baserad, för det första, på skillnaden i den elementära sammansättningen av föreningar och, för det andra, på naturen av deras egenskaper.
Den kemiska revolutionen gav slutligen kemin utseendet av en oberoende vetenskap, som handlade om experimentella studier av kroppars sammansättning; den fullbordade kemins bildningsperiod, markerade en fullständig rationalisering av kemin, det slutliga förkastandet av alkemiska idéer om materiens natur och dess egenskaper.
Huvudresultatet av utvecklingen av kemi under perioden med kvantitativa lagar var dess omvandling till en exakt vetenskap baserad inte bara på observation utan också på mätning. Lagen om bevarande av massa som upptäcktes av Lavoisier följdes av ett antal nya kvantitativa lagar - stökiometriska lagar:
Baserat på lagen om multipla förhållanden och lagen om kompositionens beständighet, som inte kan förklaras utan att tillgripa antagandet om materiens diskrethet, utvecklade J. Dalton sin atomteori ( 1808 ). Dalton ansåg att atomvikten (massan) var den viktigaste egenskapen hos en atom av ett grundämne. Problemet med att bestämma atomvikter har varit ett av de viktigaste teoretiska problemen inom kemin i flera decennier.
Ett enormt bidrag till utvecklingen av kemisk atomism gjordes av den svenske kemisten J. Ya Berzelius , som bestämde atommassorna för många grundämnen [26] . 1811-1818 utvecklade han också den elektrokemiska teorin om affinitet, som förklarade kombinationen av atomer på grundval av idén om atomernas polaritet och elektronegativitet [27] . År 1814 introducerade Berzelius ett system av symboler för kemiska grundämnen [28] , där varje grundämne betecknades med en eller två bokstäver i det latinska alfabetet ; Berzelius symboler sammanfaller mestadels med moderna.
A. Avogadro utvecklade sin molekylära teori och kompletterade organiskt Daltons atomistik, men hans åsikter fick inte erkännande på länge.
Tillsammans med atomvikter fanns det under lång tid inom kemin ett system med "ekvivalenta vikter", som utvecklades av W. Wollaston och L. Gmelin . För många kemister verkade ekvivalenta vikter bekvämare och mer exakta än atomvikter, eftersom de beräknades utan de antaganden som gjorts av Dalton [29] . Men för organisk kemi visade sig systemet med ekvivalenter vara till liten nytta, och på 1840-talet. J. B. Dumas , Ch. Gerard och O. Laurent återupplivade Avogadros idéer [30] .
Den slutliga klarheten i den atom-molekylära teorin introducerades av S. Cannizzaro [31] . Reformen av Cannizzaro, som fick universellt erkännande vid den internationella kemistkongressen i Karlsruhe ( 1860 ), avslutade perioden, vars huvudsakliga innehåll var upprättandet av kvantitativa lagar. Bestämningarna av atommassorna för kemiska grundämnen, som utfördes under första hälften av 1860-talet av den belgiske kemisten J. S. Stas (som slutligen godkände den relativa atommassan för syre på 16 (a. m.)), ansågs vara mest exakta t.o.m. slutet av 1800-talet och upptäckte sättet att organisera elementen.
Denna period kännetecknas av den snabba utvecklingen av vetenskapen: det periodiska systemet av element , teorin om den kemiska strukturen av molekyler, stereokemi , kemisk termodynamik och kemisk kinetik skapades ; Tillämpad oorganisk kemi och organisk syntes nådde strålande framgångar . I samband med tillväxten i volymen av kunskap om materia och dess egenskaper började differentieringen av kemin - fördelningen av dess separata grenar, förvärva egenskaperna hos oberoende vetenskaper.
En av kemins viktigaste uppgifter under andra hälften av 1800-talet var systematiseringen av kemiska grundämnen. Skapandet av det periodiska systemet var resultatet av en lång evolutionär process som började med triadlagen som föreslogs av I. V. Döbereiner 1829 [ 32] . Det obestridliga förhållandet mellan elementens egenskaper och deras atommassor som han avslöjade utvecklades av L. Gmelin, som visade att detta förhållande är mycket mer komplicerat än triader [33] . J. Dumas och M. von Pettenkofer föreslog differentialsystem som syftade till att identifiera mönster i förändringen i atomvikten hos element, som utvecklades av A. Strekker . I mitten av 1860-talet föreslog W. Odling , A. E. Beguile de Chancourtois , J. Newlands och L. Meyer flera varianter av tabeller [34] [35] [36] , där periodiciteten av grundämnenas egenskaper redan tydligt spåras. [37] [38] .
År 1869 publicerade D. I. Mendeleev den första versionen av sitt periodiska system och formulerade den periodiska lagen för kemiska grundämnen [39] . Mendeleev uttalade inte bara existensen av ett samband mellan atomvikter och egenskaperna hos element, utan tog sig friheten att förutsäga egenskaperna hos flera element som ännu inte hade upptäckts [40] [41] . Efter att Mendeleevs förutsägelser bekräftats på ett briljant sätt, började den periodiska lagen anses vara en av de grundläggande naturlagarna [42] [43] .
Efter upptäckten av fenomenet isomerism ( J. Liebig och F. Wöhler , 1824 ), som är extremt vanligt inom organisk kemi , blev det uppenbart att egenskaperna hos ett ämne bestäms inte bara av dess sammansättning, utan också av ordningen koppling av atomer och deras rumsliga arrangemang.
Lösningen på problemet med strukturen av organiska ämnen baserades från början på Berzelius idé om radikaler - polära grupper av atomer som kan passera utan förändring från ett ämne till ett annat. Teorin om komplexa radikaler som föreslagits av Liebig och Wöhler (1832) fick snabbt allmän acceptans. Upptäckten av fenomenet metalepsy (J. B. Dumas, 1834 ), som inte passade in i Berzelius elektrokemiska idéer, ledde till uppkomsten av Dumas typteori ( 1839 ). Skapat av Ch. Gerard och O. Laurent, den nya teorin om typer ( 1852 ) inkluderade både idéer om komplexa radikaler och Dumas idéer om typer av molekyler, vilket reducerade hela variationen av organiska föreningar till tre eller fyra typer.
Teorin om typer av Gerard-Laurent ledde till skapandet av idéer om enheter för affinitet för atomer och radikaler, som ett resultat av vilket teorin om valent uppträdde ( F. A. Kekule von Stradonitz , 1857 ), som blev grunden för skapandet av A. M. Butlerov om hans teori om den kemiska strukturen hos molekyler. Kekules och Butlerovs enkla och illustrativa idéer gjorde det möjligt att förklara många experimentella fakta om isomerism av organiska föreningar och deras reaktivitet. Av stor betydelse för utvecklingen av ett system av strukturformler var upprättandet av bensenmolekylens cykliska struktur (Kekule, 1865 ) [44] .
Ett viktigt steg i utvecklingen av strukturkemi var skapandet av stereokemi , som beskriver den rumsliga strukturen hos molekyler. År 1874 föreslog den holländska kemisten J. G. van't Hoff teorin om en asymmetrisk kolatom [45] [46] , som framgångsrikt förklarade fenomenet optisk isomerism, upptäckt 1832 av Berzelius, och förekomsten av enantiomerer, upptäckt 1848 av L. Pasteur [47] .
Under nästan hela 1800-talet efterfrågades strukturella koncept, främst inom organisk kemi. Först 1893 skapade A. Werner teorin om strukturen hos komplexa föreningar , som utvidgade dessa idéer till oorganiska föreningar, vilket avsevärt utökade begreppet valens av element [48] .
I mitten av 1800-talet började vetenskapens gränsområde utvecklas snabbt - fysikalisk kemi . I den inhemska vetenskapshistoriografin tror man att M. V. Lomonosov lade grunden för det , och gav en definition och introducerade själva namnet på denna disciplin i den vetenskapliga synonymordboken [49] [50] . Ämnet för studier av fysikalisk kemi var kemiska processer - hastigheten och riktningen av reaktioner, åtföljande termiska fenomen och beroendet av dessa egenskaper av yttre förhållanden.
Studiet av de termiska effekterna av reaktioner påbörjades av A. L. Lavoisier, som tillsammans med P. S. Laplace formulerade termokemins första lag. År 1840 upptäckte G. I. Hess termokemins grundläggande lag (" Hess' lag "). M. Berthelot och J. Thomsen formulerade på 1860-talet "principen om maximalt arbete" ( Berthelot-Thomsen-principen ), vilket gjorde det möjligt att förutse den grundläggande genomförbarheten av kemisk interaktion.
Den viktigaste rollen i att skapa idéer om kemisk affinitet och den kemiska processen spelades av termodynamiska studier i mitten av 1800-talet . Föremålet för studien av kemisk termodynamik var först av allt tillståndet för kemisk jämvikt , som först beskrevs av A. W. Williamson 1850 och studerades av G. Rose , R. V. Bunsen , A. E. St. Clair Deville , M. Berthelot och andra forskare.
År 1867 upptäckte K. M. Guldberg och P. Waage lagen om massaktioner [51] . Genom att representera jämvikten för en reversibel reaktion som likheten mellan två affinitetskrafter som verkar i motsatta riktningar, visade de att reaktionens riktning inte bestäms av massan av ämnen (som C. L. Berthollet antog i början av århundradet ), utan av produkten av de aktiva massorna ( koncentrationerna ) av de reagerande ämnena. Den teoretiska behandlingen av kemisk jämvikt utfördes av J.W. Gibbs ( 1874-1878 ) , D.P. Konovalov ( 1881-1884 ) [52] och J.G. Van't Hoff (1884 ) . Van't Hoff formulerade också principen om rörlig jämvikt, som senare generaliserades av A. L. Le Chatelier och C. F. Brown . Skapandet av läran om kemisk jämvikt blev en av de viktigaste landvinningarna inom fysikalisk kemi på 1800-talet , vilket var viktigt inte bara för kemin utan för hela naturvetenskapen [53] .
På 1850-talet började systematiska studier av hastigheten av kemiska reaktioner med L.F. Wilhelmys arbeten [54] , vilket ledde till skapandet av grunderna för formell kinetik på 1880-talet (J.G. van't Hoff, W. Ostwald , S. A Arrhenius ). På 1890-talet publicerade Ostwald också en serie klassiska verk om studiet av katalytiska processer .
En viktig prestation inom fysikalisk kemi på 1800-talet var skapandet av läran om lösningar . Alternativa fysikaliska och kemiska teorier om lösningar utvecklades från idéerna från Berzelius, som ansåg lösningar vara mekaniska blandningar, under bildandet av vilka krafterna av kemisk affinitet inte verkar, och Berthollet, som ansåg lösningar som icke-stökiometriska föreningar . Fysikalisk teori har gjort betydande framsteg i den kvantitativa beskrivningen av vissa egenskaper hos lösningar ( F. M. Raoults första och andra lag , J. G. Van't Hoffs osmotiska lag, teorin om elektrolytisk dissociation av S. A. Arrhenius) [55] [56] .
Upptäckten av elektronen av E. Wiechert [57] [58] och J. J. Thomson ( 1897 ) och radioaktivitet av A. Becquerel ( 1896 ) blev bevis på atomens delbarhet, vars möjlighet började diskuteras efter W. Prout lade fram hypotesen om protyle ( 1815 ). Redan i början av 1900-talet dök de första modellerna av atomens struktur upp: "cupcake" ( W. Thomson , 1902 och J.J. Thomson, 1904 ) [59] , planetarisk ( J.B. Perrin , 1901 och H. Nagaoka , 1903 år ) [60] , "dynamisk" ( F. Lenard , 1904) [61] . År 1911 föreslog E. Rutherford , baserat på experiment på spridning av α-partiklar, en kärnmodell, som blev grunden för att skapa en klassisk modell av atomens struktur ( N. Bohr , 1913 [62] och A. Sommerfeld , 1916 [63] ). Baserat på den lade N. Bohr 1921 grunden till den formella teorin om det periodiska systemet , som förklarade periodiciteten hos elementens egenskaper genom periodisk upprepning av strukturen hos atomens yttre elektroniska nivå [64] [65 ] . Efter att V. Pauli formulerat uteslutningsprincipen (1925) [66] och F. Hund föreslog empiriska regler för att fylla elektronskal (1925-1927) [67] var den elektroniska strukturen för alla element som var kända vid den tiden allmänt etablerad.
Efter upptäckten av atomens delbarhet och fastställandet av elektronens natur som dess komponent, uppstod verkliga förutsättningar för utvecklingen av teorier om kemisk bindning. Den första var R. Abeggs ( 1904 ) begrepp om elektrovalens [68] , baserat på idén om atomers affinitet för en elektron. Bohr-Sommerfeld-modellen, idéer om valenselektroner ( J. Stark , 1915) [69] och idén om den speciella stabiliteten hos två- och åttaelektronskal av inerta gasatomer utgjorde grunden för klassiska teorier om kemisk bindning . W. Kossel ( 1916 ) [70] utvecklade teorin om heteropolär (jonisk) bindning, och J. N. Lewis ( 1916 ) [71] och I. Langmuir ( 1919 ) [72] utvecklade teorin om homeopolär (kovalent) bindning [73] [74] .
I slutet av 20-talet och början av 30-talet av 1900-talet bildades i grunden nya - kvantmekaniska - idéer om atomens struktur och den kemiska bindningens natur.
Utifrån idén från den franske fysikern L. de Broglie om förekomsten av vågegenskaper i materialpartiklar [75] härledde den österrikiske fysikern E. Schrödinger 1926 den grundläggande ekvationen för den så kallade. vågmekanik, som innehåller vågfunktionen och gör det möjligt att bestämma de möjliga tillstånden i ett kvantsystem och deras förändring i tid [76] . Något tidigare utvecklade den tyske fysikern W. Heisenberg sin version av atomens kvantteorin i form av matrismekanik [77] .
Det kvantmekaniska förhållningssättet till atomens struktur har lett till skapandet av nya teorier som förklarar bildningen av bindningar mellan atomer. Redan 1927 började W. G. Geitler och F. London utveckla den kvantmekaniska teorin om kemisk bindning och utförde en ungefärlig beräkning av vätemolekylen [78] . Utvidgningen av Heitler-London-metoden till polyatomiska molekyler ledde till skapandet av valensbindningsmetoden , som skapades 1928-1931 . L. Pauling och J.K. Slater . Huvudidén med denna metod är antagandet att atomära orbitaler behåller en viss individualitet under bildandet av en molekyl. 1928 föreslog Pauling teorin om resonans och idén om hybridisering av atomära orbitaler , och 1932 ett nytt kvantitativt begrepp om elektronegativitet [79] [80] .
År 1929 lade F. Hund , R.S. Mulliken och J.E. Lennard-Jones grunden för den molekylära orbitala metoden , baserad på konceptet om fullständig förlust av individualiteten hos atomer kombinerade till en molekyl. Hund skapade också den moderna klassificeringen av kemiska bindningar; 1931 kom han till slutsatsen att det finns två huvudtyper av kemiska bindningar - en enkel, eller σ-bindning, och en π-bindning. E. Hückel utvidgade MO-metoden till organiska föreningar och formulerade 1931 den aromatiska stabilitetsregeln , som fastställer om ett ämne tillhör den aromatiska serien [81] .
Tack vare kvantmekaniken, på 30-talet av 1900-talet , var metoden för att bilda en bindning mellan atomer i grunden klarlagd; dessutom, inom ramen för det kvantmekaniska tillvägagångssättet, fick Mendeleevs teori om periodicitet en korrekt fysisk tolkning. Skapandet av en tillförlitlig teoretisk grund har lett till en betydande ökning av möjligheterna att förutsäga materiens egenskaper. Ett kännetecken för kemin under 1900-talet var den utbredda användningen av den fysiska och matematiska apparaten och olika beräkningsmetoder [64] .
En verklig revolution inom kemin var uppkomsten på 1900-talet av ett stort antal nya analytiska metoder, främst fysikaliska och fysikaliskkemiska ( röntgendiffraktionsanalys , elektronisk och vibrationsspektroskopi , magnetokemi och masspektrometri , EPR och NMR-spektroskopi , kromatografi , etc. .). Dessa metoder gav nya möjligheter att studera ett ämnes sammansättning, struktur och reaktivitet.
Ett särdrag för modern kemi har blivit dess nära samspel med andra naturvetenskaper, som ett resultat av vilket biokemi , geokemi och andra grenar har dykt upp i skärningspunkten mellan vetenskaper. Samtidigt med denna integrationsprocess fortskred själva differentieringsprocessen av kemin intensivt. Även om gränserna mellan sektioner av kemi är ganska konventionella, kolloidal och koordinerande kemi , kristallkemi och elektrokemi , har kemin av makromolekylära föreningar och några andra sektioner fått egenskaperna hos oberoende vetenskaper.
En naturlig följd av förbättringen av den kemiska teorin under 1900-talet var nya framgångar inom praktisk kemi - den katalytiska syntesen av ammoniak , framställning av syntetiska antibiotika , polymera material, etc. Kemisters framgångar med att få fram ett ämne med önskade egenskaper, bl.a. andra landvinningar inom tillämpad vetenskap ledde i slutet av 1900 -talet till grundläggande förändringar i mänsklighetens liv.