Народження сучасної хімії

тема: Народження сучасної хімії
виконав: NAAALEX
виконаний в квітні-2004
... Немає науки, яка була б замечательнее і
повчальніше історії хімії.
Юстус фон Лібіх

Введення
Уявлення давньогрецьких натурфілософів залишалися ос-новних ідейними джерелами природознавства аж до XVIII ст. До початку епохи Відродження в науці панували уявлення Аристотеля. У подальшому стало зростати вплив атомістичні поглядів, вперше висловлених Левкіппа і Демокрітом. Алхімічні роботи спиралися переважно на натурфілософські погляди Платона і Аристотеля. Більшість екс-періментаторов того періоду були відвертими шарлатанами, кото-які намагалися за допомогою примітивних хімічних реакцій напів-вати або золото, або філософський камінь - речовина дає біс-смерть. Проте були й справжні вчені, які намагалися систе-матизировать знання. Серед них Авіценна, Парацельс, Роджер Бекон ін Деякі хіміки вважають, що алхімія - це даремно втрачений час. Однак це не так: у процесі пошуку золота було відкрито безліч хімічних сполук і вивчені їх властивості. Завдяки цим знанням у кінці XVII століття була створена перша серйозна хімічна теорія - теорія флогістону.
Теорія флогістону і система Лавуазьє

Творець теорії флогістона - Георг Шталь. Він вважав, що фло-гістон міститься у всіх горючих і здатних до окислення вещест-вах. Горіння або окислення розглядалося ним як процес, при якому тіло втрачає флогістон. Повітря грає при цьому особливо важ-ную роль. Він необхідний для окислення, щоб "вбирати" в себе фло-гістон. З повітря флогістон потрапляє в листя рослин і в їх деревину, з яких при відновленні він знову звільняються ється і повертається тілу. Так вперше була сформульована теорія, що описує процеси горіння. Її особливості та новизна полягали в тому, що одночасно розглядалися у взаємозв'язку процеси окислення-ня та відновлення. Теорія флогістону розвивала ідеї Бехера і атомістичні уявлення. Вона дозволяла пояснити протека-ня різних процесів в ремісничої хімії і, в першу чергу, в металургії і справила величезний вплив на розвиток хімічних ремесел і вдосконалення методів "експериментального спокуса-ства" в хімії. Теорія флогістону сприяла і розвитку вчення про елементах. Прихильники теорії флогістону називали елементами ок-сіди металів, розглядаючи їх як метали, позбавлені флогістону. Метали ж, навпаки, вважали сполуками елементів (оксидів металів) з флогістоном. Знадобилося лише поставити всі положення цієї теорії "з голови на ноги". Що і було зроблено в подальшому. Для пояснення того, що маса оксидів більше ніж маса металів, Шталь припустив (а, вірніше утвер-чекав), що флогістон має негативний вагу, тобто флогістон з'єд-нівшісь з елементом "тягне" його вгору. Незважаючи на односторонню, лише якісну характеристику процесів, що відбуваються при горінні, теорія фло-гистона мала величезне значення для пояснення та систематизації саме цих перетворень. На невірність флогі-стогонів теорії вказував Михайло Іванович Ломоносов. Проте експериментально довести це зміг Антуан Лоран Лавуазьє. Лаву-азье зауважив, що при горінні фосфору і сірки ж, як і при прожарюванні металів, відбувається збільшення ваги речовини. Здавалося б природним зробити: збільшення ваги спалюваного речовини відбувається при всіх процесах горіння. Проте цей висновок настільки суперечив поло озброєнь теорії флогістону, що потрібна була неабияка сміливість, щоб висловити його хоча б у вигляді гіпотези. Лавуазьє ре-шив перевірити висловлені раніше Бойл, Реєм, Мейо і Ломоносовим гіпотези про роль повітря в процесах горіння. Він цікавився тим, чи збільшується кількість повітря, якщо в ньому відбувається відновлення окисленого тіла і виділ-ня завдяки цьому додаткового повітря. Лавуазьє вдалося довести, що дійсно кількість повітря при цьому зростає. Це відкриття Лавуазьє назвав найцікавішим з часу робіт Шталя. Тому в листопаді 1772 р. він направив в Паризьку Академію наук спеціальне повідомлення про по-опромінених ним результати. На наступному етапі досліджень Лавуазьє вважав вияс-нитка, яка природа "повітря", що з'єднується з горючими тілами при їх окисленні. Однак всі спроби встановити природу цього "повітря" в 1772-1773 рр.. Закінчилися безрезультатно. Справа в тому, що Лавуазьє, так само як і Шталь, віднов-встановлюються "металеві вапна" шляхом безпосереднього контакту з "углеобразной матерією" і теж напів-чал при цьому діоксид вуглецю, склад якого він не міг тоді уста-новить. Як вважав Лавуазьє, "вугілля зіграв з ним злий жарт". Од-нако Лавуазьє, як і багатьом іншим хімікам, не спадало на думку, що відновлення оксидів металів можна здійснити нагріву-ням за допомогою запального скла. Але ось восени 1774 р. Джозеф Прістлі повідомив, що при відновленні окису ртуті за допомогою запального скла утворюється новий вид повітря - "дефлогістованим повітря". Незадовго до цього кисень був відкритий Шеєле, але повідомлення про це було опубліковано з великим запізненням. Шеєле і Прістлі пояснювали спостережуване ними явище виділення кисню з позицій флогістонної теорії. Тільки Лаву-азье зміг використовувати відкриття кисню як головного ар-гумента проти теорії флогістону. Навесні 1775 р. Лавуазьє відтворив досвід Прістлі. Він хотів отримати кисень і перевірити, чи був кисень тим компонентом повітря, завдяки яким відбувалося горіння або окислення металів. Лавуазьє вдалося не тільки виділити кисень, а й знову отримати оксид ртуті. Одночасно Лавуазьє визна-лял вагові відносини вступають у цю реакцію речовин. Вченому вдалося довести, що відношення кількості речовин, що беруть участь в реакціях окислення і відновлення, залишаються незмінними. Роботи Лавуазьє виробили в хімії, мабуть, таку ж революцію, як два з половиною століття до відкриття Коперника в астрономії. Речовини, які раніше вважалися елементами, як показав Лавуазьє, виявилися сполуками, що складаються в свою оче-редь зі складних "елементів". Відкриття і погляди Лавуазьє ока-зали величезний вплив не тільки на розвиток хімічної теорії, але і на всю систему хімічних знань. Вони так перетворили саму основу хімічних знань і мови, що наступних щие покоління хіміків, по суті, не могли зрозуміти навіть терми-нології, якою користувалися до Лавуазьє. На цій підставі ВПО-слідстві стали вважати, що про "справжньої" хімії не можна говорити до відкриттів Лавуазьє. Наступність хімічних досліджень при цьому була забута. Тільки історики хімії почали знову відбудую-вать дійсно існували закономірності розвитку хімії. При цьому було з'ясовано, що "хімічна революція" Лавуазьє була б неможлива без існування до нього певного рівня хімічних знань.
Розвиток хімічних знань Лавуазьє увінчав створенням нової системи, в яку увійшли найважливіші досягнення хімії минулих століть. Ця система, правда, у значно розширеному і іс-правлінням вигляді, стала основою наукової хімії. У 80-х рр.. XVIII ст. Нова система Лавуазьє отримала визнання у провідних натуралістів Франції - К. Бертолле, А. Де Хур-Круа і Л. Гітоном де Морво. Вони підтримали новаторські ідеї Лавуа-зье і спільно з ним розробили нову хімічну номенклатуру і термінологію. У 1789 р. Лавуазьє виклав основи розробленої їм системи знань у підручнику "Початковий курс хімії, представлений-ний в новому вигляді на основі новітніх відкриттів". Лавуазьє поділяв елементи на метали і неметали, а з'єд-нання на подвійні і потрійні. Подвійні сполуки, що утворюються металами з киснем, він відносив до підстав, а з'єд-нання неметалів з киснем - до кислот. Потрійні сполуки, що виходять при взаємодії кислот і основ, він називав солями. Система Лавуазьє грунтувалася на точних якісних і ко-кількісного дослідженнях. Цей досить новий вид аргумен-тації він використовував, вивчаючи багато спірних проблеми хімії - питання теорії горіння, проблеми взаємного перетворення еле-ментів, які були дуже актуальні в період становлення наукової хімії. Так, для перевірки подання про можливість взаємного перетворення елементів Лавуазье протягом декількох днів нагрівав воду в запаяній посудині. У підсумку він виявив у воді незначна кількість "землі", встановивши при цьому, що зміна загальної ваги судини разом з водою не від-ходить. Освіта "земель" Лавуазьє пояснив не як результат їх виділення з води, а за рахунок руйнування стінок реакційного судини. Для відповіді на це питання шведський хімік аптекар К. Шеєле в той же час використовував якісні методи доказу, встановивши ідентичність виділяються "земель" і матеріалу судини. Лавуазьє, як і Ломоносов, враховував існували з древ-ності спостереження про збереження ваги речовин і систематично вивчав вагові співвідношення речовин, що беруть участь в хімічній реакції. Він звернув увагу на те, що, наприклад, при горінні сірки або під час утворення іржі на залізі відбувається збільшення ваги вихідних речовин. Це суперечило теорії флогістону, згідно з якою при горінні повинен був виокрем-ляться гіпотетичний флогістон. Лавуазьє визнав помилковим пояс-нення, згідно з яким флогістон мав негативним вагою, і остаточно відмовився від цієї ідеї. Інші хіміки, наприклад М. В. Ломоносов або Дж.Мейоу, намагалися пояснити окислення елементів і утворення оксидів-них металів (або, як тоді казали, "Известия") як процес, при якому частинки повітря з'єднуються з яким-небудь речовиною . Це повітря може бути "відтягнуть назад" шляхом відновлення. У 1772 р. Лавуазьє зібрав це повітря, але не зміг встановити його природу. Першим про відкриття кисню повідомив Прістлі. У 1775 р. Йому вдалося довести, що саме кисень з'єднується з металом і знову виділяється з нього при його відновлення, як, наприклад, при утворенні "винищити" ртуті та її відновлення. Систематичним зважуванням було встановлено, що вага металу, який бере участь у цих перетвореннях, не змінюється. Сьогодні цей факт, здавалося б, переконливо доводить спра-ведливость припущень Лавуазьє, а тоді більшість хіміків поставилися до нього скептично. Однією з причин такого ставлення було те, що Лавуазьє не міг пояснити процес горіння водню. У 1783 р. він дізнався, що, використовуючи електричну дугу, Кавендіш довів освіту води при спалюванні суміші водню і кисню в закритій посудині. Повторивши цей досвід, Лавуазьє знайшов, що вага води відповідає вазі вихідних речовин. Потім він провів експеримент, в якому пропускав водяний пар через залізні стружки, поміщені в сильно нагрівається мідну трубку. Кисень з'єднувався з залізними стружками, а водень збирався на кінці трубки. Таким чином, скориставшись пре-обертаннями речовин, Лавуазьє зумів пояснити процес горіння і якісно, ​​і кількісно, ​​і для цього йому вже не потрібна була теорія флогістону. Прістлі ж і Шеєле, які, відкривши кисень, фактично створили основні передумови для по-явища кисневої теорії Лавуазьє, самі твердо дотримувалися позицій теорії флогістону. Кавендіш, Прістлі, Шеєле і деякі інші хіміки вважали, що розбіжності ме-жду результатами дослідів і положеннями теорії флогістону вдасться усунути шляхом створення додаткових гіпотез. Надійність і повнота досвідчених даних, ясність аргументації і простота викладу сприяли швидкому поширенню системи Лавуазьє в Англії, Голландії, Німеччини, Швеції, Італії. У Німеччині подання Лавуазьє були викладені у двох роботах д-ра Гіртаннера "Нова хімічна номенклатура німецькою мовою" (1791 р.) та "Основи антіфлогістонной хімії" (1792 р.). Завдяки Гіртаннеру вперше з'явилися німецькі позначення речовин, відповідні новій номенклатурі, наприклад кисню, водню, азоту. Працював в Берліні Гермбштедт опублікував у 1792 р. підручник Лавуазьє в перекладі на німецьку мову, а М. Клапрот після того, як він повторив досліди Лавуазьє, визнав, нове вчення; погляди Лавуазьє поділяв і знаменитий натураліст А. Гумбольдт.
У 1790-х роках у Німеччині не раз публікувалися роботи Лавуазьє. Більшість відомих хіміків Англії, Голландії, Швеції, талії поділяли погляди Лавуазьє. Нерідко в історико-наукової лі-тератури можна прочитати, що для визнання теорії Лавуазьє хімікам знадобилося досить багато часу. Проте в порів-нению з 200 роками невизнання астрономами поглядів Коперника 10-15-річний період дискусій в хімії не так уже й великий. В останній третині XVIII ст. однією з найважливіших була про-блема, яка багато століть цікавила вчених: хіміки хотіли зрозуміти, чому і в яких співвідношеннях з'єднуються віщо-ства один з одним. До цієї проблеми виявляли інтерес ще грецькі філософи, а в часи Відродження вчені висували ідею про спорідненість речовин і навіть будували ряди речовин по спорідненості. Парацельс писав, що ртуть утворює з металами амальгами, причому для різних металів з різною швидкістю і в такій послідовності: швидше за все з золотом, потім ссеребром, свинцем, оловом, міддю і, нарешті, найповільніше з залізом. Парацельс вважав, що причиною цього ряду хімічної спорідненості є не тільки "ненависть" і "любов" речовин один до одного. Відповідно до його уявленнями метали містять сірку, і, чим менше її містить жаніе, тим чистіше метали, ачістотавеществ в значній мірі визначає їх спорідненість один до одного. Г. Шталь пояснював ряд осадження металів як результат різного вмісту в них флогістону. До останньої третини XVIII ст. численні дослідження були спрямовані на те, щоб роз-покласти речовини за величиною їх "спорідненості", і багато хіміків складали відповідні таблиці. Для пояснення різного хімічної спорідненості речовин висувалися і атомістичні уявлення, а після того, як наприкінці XVIII - початку XIX ст. Вчені почали розуміти вплив елек-трічества на протікання деяких хімічних процесів, для цієї ж мети намагалися використовувати і подання про електрику. Грунтуючись на них, Берцеліус створив дуалістичну теорію складу речовин, відповідно до, наприклад, солі складаються з позитивно і негативно заряджених "підстав" і "кислот": при електро-ліз вони притягуються до протилежно заряджених електродів і можуть розпадатися при цьому на елементи внаслідок нейтралізації-ції зарядів. З другої половини XVIII ст. особливо багато уваги вчених-ні стали приділяти питанню: в яких кількісних співвідношеннях взаємодіють один з одним речовини в хімічних реакціях? Вже давно було відомо, що кислоти і осно-вання можуть нейтралізувати один одного. Траплялися також по-тортури встановити зміст кислот і підстав у солях. Т. Бергман і Р. Кирван знайшли, що, наприклад, в реакції подвійного об-міна між хімічно нейтральними сульфатом калію і нітратом натрію утворюються нові солі - сульфат натрію і нітрат калію, ко-торие теж є хімічно нейтральними. Але жоден з вико-слідчих не зробив з цього спостереження спільного висновку. У 1767 р. Кавендіш виявив, що кількість азотної та сірчаної кислот, ней-тралізующіе однакові кількості карбонату калію, нейтралізують також однакову кількість карбонату кальцію. І. Ріхтер першим сформулював закон еквівалентів, пояснення якому було знайдено пізніше з позицій атомістичної теорії Дальтона.
Ріхтер встановив, що розчин, що виходить при змішуванні розчинів двох хімічно нейтральних солей, теж ній-трал. Він провів численні визначення кількостей основа-ний і кислот, які, з'єднуючись, дають хімічно нейтральні солі. Ріхтер зробив наступний висновок: якщо одне і те ж кількість будь-якої кислоти нейтралізується різними, строго визначеними кількостями різних підстав, то ці кількості підстав еквівалентні і нейтралізуються одним і тим же кількістю іншої кислоти. Ви-ражаясь сучасною мовою, якщо до розчину сульфату калію, напри-заходів, додати розчин нітрату барію до повного осадження сульфату барію, то розчин, що містить нітрат калію, теж буде нейтральний:
K2SO4 + Ba (NO3) 2 = 2KNO3 + BaSO4.
Отже, при утворенні нейтральної солі еквівалентна один одному наступні кількості: 2K, 1Ba, 1SO4 і 2NO3. По-лінг узагальнив і сформулював в сучасному вигляді цей закон зі-едінітельний терезів ":" Вагові кількості двох елементів (або їх цілочисельні кратні), які, реагують з одним і тим же ко-лічеством третього елемента, реагують один з одним у тих же колі-чествах ". Спочатку роботи Ріхтера майже не привернули уваги дослідників, оскільки він користувався ще термінологією фло-гістонний теорії. Крім того, отримані ученим ряди еквівалентна терезів були недостатньо наочні, а запропонований ним вибір відносних кількостей підстав не мав серйозних доказів. Положення виправив Е. Фішер, кото-рий серед еквівалентних ваг Ріхтер вибрав як еталон ек-вівалент сірчаної кислоти, прийнявши його рівним 100, і склав, виходячи з цього, таблицю "відносних ваг" (еквівалентів) з'єднань. Але про таблиці еквівалентів Фішера стало відомо лише завдяки Бертолле, який, критикуючи Фішера, навів ці дані у своїй книзі "Досвід хімічної статики" (1803 р.). Бертолле сумнівався, що склад хімічних сполук постійний. Він мав на це підстави. Речовини, які на початку XIX ст. вважалися чистими, насправді були або сумішами, або рівноважними системами різних речовин, а кількісний склад хімічних сполук багато в чому залежав від кількостей ве-вин, що беруть участь в реакціях їх утворення.
Деякі історики хімії вважають, що, подібно Венцелю, Бертолле також передбачив основні положення закону дію-вия мас, який аналітично висловлював вплив кількостей взаємо-діючих на швидкість перетворення. Німецький хімік К. Венцель в 1777 р. показав, що швидкість розчинення металу в кислоті, зміна які вимірюються кількістю металу, розчинилося за певний час, пропорційна "силі" кислоти. Бертолле зробив багато чого для врахування впливу мас реагентів на хід перетворення. Однак між робо-тами Венцеля і навіть Бертолле, з одного боку, і точної формули-ням закону дії мас - з іншого, існує якісна відмінність. Негативне ставлення Бертолле до закону нейтралізації Ріх-тера не могло тривати довго, оскільки проти положень Бертолле енергійно виступив Пруст. Проробивши протягом 1799-1807 рр.. масу аналізів, Пруст доку-зал, що Бертолле зробив свої висновки про різному складі одних і тих же речовин, аналізуючи суміші, а не індивідуальні речовини, що він, наприклад, не враховував вмісту води в деяких оксидах. Пруст переконливо довів сталість складу чистих хімічних сполук і завершив свою боротьбу проти поглядів Бертолле уста-становою закону сталості складу речовин: склад одних і тих же речовин незалежно від способу отримання однаковий (постійний).
Періодичний закон

Розглядаючи історію хімії я не можу не упяуть про від-розкритті періодичного закону. Вже на ранніх етапах розвитку хімії було виявлено, що раз-лічнимлементам притаманні особливі властивості. Спочатку елементи раз-ділячи всього на два типи - метали і неметали. У 1829 р. німецький хімік Іоганн Деберейнер виявив су-ществованіе декількох груп з трьох елементів (тріад) зі сход-ними хімічними властивостями. Деберейнер виявив всього 5 тріад, це:
1. Cl, Br, I
2. S, Se, Te
3. Ca, Cr, Ba
4. Li, Na, K
5. Fe, Co, Ni

Це виявлення властивостей елементів спонукало до подальших досліджень хіміків, які намагалися знайти раціональні способи класифікації елементів.
У 1865 р. англійський хімік Джон Ньюлендс (1839-1898) зацікавився проблемою періодичної повторюваності властивостей елементів. Він розташував з з-Вестн елементів в порядку зростання їх атомних мас наступним чином: H Li Be BCNOF Na Mg Al Si PS Cl K Ca Cr Ti Mn Fe
Ньюлендс зауважив, що в цій послідовності восьмий елемент (фтор) нагадує перший (водень), дев'ятий елемент нагадує другий і т.д. Тим самим через кожні вісім елементів властивості повторювалися. Однак у цій системі елементів було багато невірного:
1) У таблиці не знайшлося місця новим елементам.
2) Таблиця не відкривала можливості наукового підходу до визначення атомних мас і не дозволяла зробити вибір між їх вірогідними найкращими значен-нями.
3) Деякі елементи представлялися не-вдало розміщеними в таблиці. Наприклад залізо зіставляється-лось з сіркою (!) І т.д.
Незважаючи на велику кількість недоліків, спроба Ньюлендса стала кроком в правильному напрямку. Ми знаємо, відкриття періодичного закону при-слід Дмитру Івановичу Менделєєву. Давайте рас-дивимося історіюего відкриття. У 1869 році М. А. Меншуткин представив членам Російського хімічного суспільства невелику роботу Д. І. Менделєєва "Співвідношення властивостей з атомною ве-сом елементів". (Сам Д. І. Менделєєв на засіданні не був присутній.) На цьому засіданні робота Д. І. Менделєєва не була сприйнята серйозно. Пауль Вальден писав згодом: "Великі події слиш-ком часто зустрічають незначний відгук, і той день, який повинен був стати знаменним днем ​​для мо-лодого Російського хімічного суспільства, а в дійсності виявився буденним днем". Д. І. Менделєєв любив зухвалі ідеї. Виявлено-ва ним закономірність свідчила: хімічні та фізичні моделі-ські властивості елементові їх сполук зна-дяться в періодичній залежності від атомних ваг елементів. Подібно своїм попередникам, Д. І. Менделєєв виділив най-більш типові елементи. Однак він припустив наяв-ки порожнеч в таблиці і наважився стверджувати, що вони повинні бути заповнені не відкритими ще елементами. В один і той же час з Менделєєвим над цією ж про-блемой працював Лотар Мейєр, який опублікував свою роботу в 1870 році. Однак пріо-тет у откритііперіодіческого заслужено залишається за Дмитром Івановичем Менделєєвим, тому що навіть сам Л. Мейєр не думав заперечувати видатну роль Д. І. Менделєєва у відкритті періодичного закону. У своїх спогадах Л. Мейєр вказував, що користувався при написанні своєї роботи рефератом статті Д. І. Менделєєва. У 1870 році Менделєєв вніс у таблицю некото-які зміни: як будь-яка закономірність, в основі кото-рій лежить bepm `ідея, нова система виявилася жит-нездатною, оскільки в ній передбачалася можли-ність уточнень. Як я вже говорив, геніальність теорії Менде-леева полягала в тому, що він залишив порожнечі в своїй таб-лиці. Тим самим він припустив (а точніше був впевнений), що ще не всі елементи відкриті. Проте Дмитро Іванович не зупинився на досягнутому. За допомогою пе-періодичного закону він навіть описав хімічні і фі-зические властивості ще не відкритих хімічних елементів-тов, наприклад: галію, германію, скандію, які повністю підтвердилися. Після цього більшість вчених переконалося в правильності теорії Д. І. Менделєєва. У наш час періодичний закон має величезне
значення. За допомогою його пророкують властивості хімічних со-єднань, продукти реакцій. За допомогою періодичного закону і в наш час пророкують властивості елементів - це елементи які не можна отримати у вагомих колі-чествах.
Висновок
Після робіт Лавуазьє, Пруста, Ломоносова і Мен-делеева, вже в нашому столітті було зроблено багато важливішого-ших відкриттів в області хімії і фізики. Це роботи з термодинаміки, будовою атома і молекул, електрохімії, - цей список можна продовжити до нескінченності. Од-нако відкриття Лавуазьє і Д. І. Менделєєва залишаються фун-даментом хімічних знань.
Література
1) Ахметов Н.С. Загальна та неорганічна хімія. -М.: Вища школа, 1988.
2) Дікерсон Р., Грей Г., Грей Дж. Основні закони хі-мії: У 2-х т. / Переклад з англійської та пре-дісловіе Е.Л.Розенберга.-М.: Світ, 1982.
3) Некрасов Б.В. Основи загальної хімії: Т. I. -М.: Хімія, 1969.
4) Штрубе В. Шляхи розвитку хімії: У 2-х т. / Пер