Рождение сучасної химии

Уявлення давньогрецьких натурфілософів залишалися ос-новными ідейними джерелами природознавства до XVIII в. На початок епохи Відродження у науці панували уявлення Аристотеля. Надалі почало зростати вплив атомистических поглядів, вперше висловлених Левкиппом і Демокритом. Алхімічні роботи спиралися переважно на натурфилософские погляди Платона або Ньютона. Більшість экс-периментаторов у той час були відвертими шарлатанами, кото-рые намагалися з допомогою примітивних хімічних реакцій полу-чить чи золото, чи філософський камінь — речовина дає бес-смертие. Проте й справжні вчені, що намагалися систе-матизировать знання. У тому числі Авіценна, Парацельс, Роджер Бекон ін. Деякі хіміки вважають, що алхімія — це даремно загублений час. Але це негаразд: у процесі пошуку золота було відкрито безліч хімічних сполук і вивчені їх властивості. Завдяки цим знань наприкінці XVII століття стояла створено серйозна хімічна теорія — теорія флогистона.

Теорія флогістону і системи Лавуазье.

Творець теорії флогістону — Георг Шталь. Він вважає, що фло-гистон міститься переважають у всіх горючих і здібних до окислювання вещест-вах. Горіння чи окислювання розглядалося їм, як процес, у якому тіло втрачає флогістон. Повітря грає у своїй особливо важ-ную роль. Він необхідний окислення, щоб «вбирати» у собі фло-гистон. З повітря флогістон потрапляє у листя рослин i у тому деревину, у тому числі за відновлення його знову освобожда-ется і повертається до тілу. Так уперше було сформульована теорія, яка описувала процеси горіння. Її особливості і новизна листувалися тому, що водночас розглядалися у взаємозв'язку процеси окисле-ния і відновлення. Теорія флогістону розвивала ідеї Бехера і атомистические уявлення. Вона дозволяла пояснити протека-ние різних процесів в ремісничої хімії й у першу чергу, в металургії і справила величезне впливом геть розвиток хімічних ремесел і моральне вдосконалення методів «експериментального искус-ства «в хімії. Теорія флогістону сприяла та розвитку вчення про эле-ментах. Прихильники теорії флогістону називали елементами ок-сиды металів, розглядаючи їх як метали, позбавлені флогістону. Метали ж, навпаки, вважали сполуками елементів (оксидів металів) з флогистоном. Знадобилося лише поставити всі положення цієї теорії «з голови на ноги». Що було зроблено на подальшому. Для пояснення те, що маса оксидів більш ніж маса металів, Шталь припустив (точніше утвер-ждал), що флогістон має негативний вагу, тобто. флогістон соеди-нившись з елементом «тягне» угору. Попри односторонню, лише якісну характеристику процесів, що відбуваються при горінні, теорія фло-гистона мала величезне значення до пояснень і систематизації саме цих перетворень. На невірність флоги-стонной теорії вказував Михайло Ломоносов. Проте експериментально довести це зміг Антуан Лоран Лавуазьє. Лаву-азье зауважив, що з горінні фосфору і сірки ж, як і за прокаливании металів, відбувається збільшення ваги речовини. Здається природним зробити: збільшення ваги спалюваного речовини відбувається за всіх процесах горіння. Однак це висновок настільки суперечив поло-жениям теорії флогістону, що треба було незвичайна сміливість, щоб висловити його хоча в вигляді гіпотези. Лавуазьє ре-шил перевірити висловлені раніше Бойлем, Реем, Мейоу і Ломоносовим гіпотези про роль повітря на процесах горе-ния. Він цікавився тим, збільшується чи кількість повітря, якщо у неї відбувається відновлення окисленого тіла, і выделе-ние таким чином додаткового повітря. Лавуазьє вдалося довести, що справді кількість повітря натомість зростає. Це відкриття Лавуазьє назвав найцікавішим від часу робіт Шталя. Тож у листопаді 1772 р. Він подав у Паризьку Академію наук спеціальне повідомлення про по-лученных їм результатах. На наступний етап досліджень Лавуазьє думав выяс-нить, як і природа «повітря», соединяющегося з пальними тілами за її окислюванні. Проте всі спроби встановити природу цього «повітря» в 1772—1773 рр. Закінчилися безрезультатно. Річ у тім, що Лавуазьє, як і і Шталь, восста-навливал «металеві вапна» шляхом безпосереднього контакту з «углеобразной матерією» і також полу-чал у своїй діоксид вуглецю, склад якого не міг тоді уста-новить. Як вважав Лавуазьє, «вугілля зіграв із ним злий жарт». Од-нако Лавуазьє, як тощо хімікам, не спадало на думку, що відновлення оксидів металів можна здійснити нагрева-нием з допомогою запального скла. І ось восени 1774 р. Джозеф Прістлі повідомив, що з відновленні окису ртуті з допомогою запального скла утворюється нового вигляду повітря — «дефлогистированный повітря». Незадовго перед тим кисень відкрили Шееле, але повідомлення про це опубліковано з великим запізненням. Шееле і Прістлі пояснювали бачимо ними явище виділення кисню з позицій флогистонной теорії. Тільки Лаву-азье зміг використовувати відкриття кисню як головне ар-гумента проти теорії флогістону. Навесні 1775 р. Лавуазьє відтворив досвід Прістлі. Він просто хотів отримати кисень і перевірити, був чи кисень тим компонентом повітря, завдяки якому вона відбувалося горіння чи окислювання металів. Лавуазьє вдалося як виділити кисень, а й знову отримати оксид ртуті. Одночасно Лавуазьє опреде-лял вагові відносини йдуть на цю реакцію речовин. Вченому пощастило довести, що ваші стосунки кількості речовин, що у реакціях окислення і відновлення, залишаються незмінними. Роботи Лавуазьє виробили хімії, мабуть, ті ж самі революцію, як з століття до відкриття Коперника в астрономії. Речовини, які раніше вважалися елементами, як засвідчило Лавуазьє, виявилися сполуками, які у свою оче-редь за складних «елементів». Відкриття і погляди Лавуазьє ока-зали величезне вплив як в розвитку хімічної теорії, а й у всієї системи хімічних знань. Вони так перетворили саму основу хімічних знань й мови, що следую-щие покоління хіміків, сутнісно, було неможливо зрозуміти навіть терми-нологию, якою послуговувалися до Лавуазьє. Тож впо-следствии почали вважати, що знає про «справжньої» хімії не можна говорити до відкриттів Лавуазьє. Наступність хімічних досліджень у своїй забули. Тільки історики хімії почали знову воссозда-вать справді які були закономірності розвитку хімії. У цьому з’ясовано, що «хімічна революція» Лавуазьє була б неможливою без існування перед ним певного рівня хімічних знаний.

Розвиток хімічних знань Лавуазьє увінчав створенням нової виборчої системи, до якої ввійшли найважливіші досягнення хімії минулих століть. Цю систему, щоправда, значно розширеному і ис-правленном вигляді, стала основою наукової хімії. У 1980;х рр. XVIII в. Нова система Лавуазьє отримала зізнання провідних натуралістів Франції - К. Бертолле, А. Де Фур-круа і Л. Гитона де Морво. Вони підтримали новаторські ідеї Лавуа-зье і із ним розробили нову хімічну номенклатуру і термінологію. У 1789 р. Лавуазьє виклав основи розробленої їм системи знань у підручнику «Початковий курс хімії, представлен-ный з нового вигляді з урахуванням новітніх відкриттів». Лавуазьє поділяв елементи на метали і неметаллы, а соеди-нения на подвійні і потрійні. Подвійні сполуки, утворювані металами з киснем, він відносив до підставах, а соеди-нения неметаллов з киснем — до кислотам. Потрійні сполуки, отримувані при взаємодії кислот й підстав, він називав солями. Система Лавуазьє виходила з точних якісних і ко-личественных дослідженнях. Цей досить нового вигляду аргумен-тации він використовував, вивчаючи багато спірні проблеми хімії - питання теорії горіння, проблеми взаємного перетворення эле-ментов, хто був дуже актуальні під час становлення наукової хімії. Так, для перевірки ставлення до можливості взаємного перетворення елементів Лавуазьє протягом днів нагрівав води запаяній посудині. У підсумку, він знайшов у воді незначна кількість «землі», встановивши у своїй, зміна загальної ваги судини разом із водою не проис-ходит. Освіта «земель» Лавуазьє пояснив не як наслідок їх виділення із води, а й за рахунок руйнування стінок реакційного судини. Щоб відповісти це питання шведський хімік аптекар К. Шееле до того ж час використовував якісні методи докази, встановивши ідентичність що виділяються «земель» і матеріалу судини. Лавуазьє, як і Ломоносов, враховував які були з древ-ности спостереження про збереження ваги речовин і систематично вивчав вагові співвідношення речовин, що у хімічної реакції. Він звернув увагу, що, наприклад, при горінні сірки або за освіті іржі на залозі відбувається збільшення ваги вихідних речовин. Це суперечило теорії флогістону, за якою при горінні мав выде-ляться гіпотетичний флогістон. Лавуазьє вважав помилковим объяс-нение, за яким флогістон мав негативним вагою, й остаточно відмовився цієї ідеї. Інші хіміки, наприклад М. В. Ломоносов чи Дж. Мэйоу, намагалися пояснити окислювання елементів й освіту оксидів ме-таллов (чи, як тоді говорили, «известей») як процес, при кото-ром частки повітря поєднано з аналітичними будь-яким речовиною. Цей повітря то, можливо «відтягнуть назад» шляхом відновлення. У 1772 р. Лавуазьє зібрав це повітря, але з зміг з’ясувати час його природу. Першим про відкриття кисню повідомив Прістлі. У 1775 р. Йому вдалося довести, що став саме кисень сполучається з металом і знову виділяється потім із нього за його відновленні, як, наприклад, при освіті «вапна» ртуті і його відновленні. Систематичним зважуванням було встановлено, вага металу, що у цих перетвореннях, не змінюється. Але цей факт, начебто, переконливо свідчить спра-ведливость припущень Лавуазьє, тоді більшість хіміків зреагували на нього скептично. Однією з причин їхнього таке ставлення було те, що Лавуазьє було пояснити процес горіння водню. У 1783 р. він дізнався, що, використовуючи електричну дугу, Кавендиш довів освіту води під час спалювання суміші водню і кисню у закритому посудині. Повторивши цим досвідом, Лавуазьє знайшов, вага води відповідає вазі вихідних речовин. Потім він провів експеримент, у якому пропускав водяну пару через залізні стружки, що вміщені у сильно нагреваемую мідну трубку. Кисень поєднувався з залізними стружками, а водень збирався на кінці трубки. Отже, скориставшись пре-вращениями речовин, Лавуазьє зумів пояснити процес горіння і здатні якісно, і кількісно, і цього йому не треба було теорія флогістону. Прістлі і Шееле, які, відкривши кисень, фактично створили основні передумови для по-явления кисневою теорії Лавуазьє, самі твердо дотримувалися позицій теорії флогістону. Кавендиш, Прістлі, Шееле та інших хіміки вважали, що розбіжність ме-жду результатами дослідів і положеннями теорії флогістону вдасться знищити з допомогою 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 уявлення Лавуазьє були викладені у двох роботах д-ра Гиртаннера «Нова хімічна номенклатура німецькою» (1791 р.) і «Основи антифлогистонной хімії» (1792 р.). Завдяки Гиртаннеру вперше з’явилися німецькі позначення речовин, відповідні нової номенклатурі, наприклад кисню, водню, азоту. Працював у Берліні Гермбштедт опублікував 1792 р. підручник Лавуазьє перекладу німецьку мову, а М. Клапрот по тому, як і повторив досліди Лавуазьє, визнав, нове вчення; погляди Лавуазьє поділяв та знаменитий натураліст А.Гумбольдт.

У 1790-х років у Німеччини неодноразово публікувалися роботи Лавуазьє. Більшість відомих хіміків Англії, Голландії, Швеції, талії поділяли погляди Лавуазьє. Нерідко в историко-научной ли-тературе можна прочитати, що з визнання теорії Лавуазьє хімікам знадобилося досить чимало часу. Проте з срав-нению з 200 роками невизнання астрономами поглядів Коперника 10−15-летний період дискусій в хімії непогані великий. Останній третини XVIII в. однією з найважливіших була про-блема, яка багато століть цікавила учених: хіміки хотіли зрозуміти, чому у яких співвідношеннях з'єднуються веще-ства друг з одним. До цієї проблеми виявляли інтерес ще грецькі філософи, тоді як у часи Відродження вчені висували ідею спорідненості речовин і навіть будували ряди речовин по спорідненості. Парацельс писав, що ртуть утворює із металами амальгами, причому до різних металів із швидкістю верб такий послідовності: найшвидше з золотом, потім ссеребром, свинцем, оловом, міддю і, нарешті, повільніше лише від залізом. Парацельс вважав, що причиною низки хімічного спорідненості не лише «ненависть» і «любов» речовин друг до друга. Відповідно до його уявленнями метали містять сірку, і що менше її содер-жание, тим чистіше метали, ачистотавеществ значною мірою визначає їх спорідненість друг до друга. Г. Шталь пояснював ряд осадження металів як наслідок різного в них вмісту флогістону. До останній третині XVIII в. численні дослідження були спрямовані те що, щоб рас-положить речовини за величиною їх «спорідненості», і з хіміки становили відповідні таблиці. Для пояснення різного хімічного спорідненості речовин висувалися і атомистические уявлення, а по тому, як наприкінці XVIII — початку ХІХ ст. Вчені почали розуміти вплив элек-тричества на перебіг деяких хімічних процесів, з цією самі цілі намагалися використовувати й уявлення про електриці. Базуючись ними, Берцелиус створив дуалістичну теорію складу речовин, відповідно до, наприклад, солі складаються з позитивно і негативно заряджених «підстав» і «кислот»: при электро-лизе вони притягуються до протилежно зарядженим електродах і може розпадатися у своїй на елементи внаслідок нейтрализа-ции зарядів. З другого половини XVIII в. що багато уваги уче-ные стали приділяти питання: у яких кількісних співвідношеннях взаємодіють друг з одним речовини в хімічних реакціях? Давно вже було відомо, що кислоти і осно-вания можуть нейтралізувати одне одного. Траплялися також по-пытки встановити зміст кислот й підстав в солях. Т. Бергман і Р. Кирван знайшли, що, наприклад, у реакції подвійного об-мена між хімічно нейтральними сульфатом калію і нітратом натрію утворюються нові солі - сульфат натрію і нітрат калію, ко-торые теж є хімічно нейтральними. Але жоден з ис-следователей не зробив із цього спостереження загального висновку. У 1767 р. Кавендиш виявив, що його азотної і сірчаної кислот, ней-трализующие однакові кількості карбонату калію, нейтралізують також однакову кількість карбонату кальцію. И. Рихтер першим сформулював закон еквівалентів, пояснення що було знайдено з позицій атомістичної теорії Дальтона.

Ріхтер встановив, що розчин, получающийся при змішуванні розчинів двох хімічно нейтральних солей, теж ней-трален. Він провів численні визначення кількостей основа-ний і кислот, які, з'єднуючись, дають хімічно нейтральні солі. Ріхтер зробив такий висновок: якщо один і той кількість будь-якої кислоти нейтралізується різними, суворо певними кількостями різних підстав, то ці кількості підстав еквівалентні і нейтралізуються у тому ж кількістю інший кислоти. Вы-ражаясь по-сучасному, якщо розчину сульфату калію, напер-мір, додати розчин нітрату барію до осадження сульфату барію, то розчин, у якому нітрат калію, теж нейтрален:

K2SO4 + Ba (NO3)2 = 2KNO3 + BaSO4.

Отже, при освіті нейтральній солі эквива-лентны одна одній такі кількості: 2K, 1Ba, 1SO4 і 2NO3. По-линг узагальнив і сформулював в сучасному вигляді цього закону со-единительных терезів": «Вагові кількості двох елементів (чи його целочисленные кратні), які, реагують з однією і тим самим ко-личеством третього елемента, реагують друг з одним у тих-таки коли-чествах». Спочатку роботи Ріхтера майже залучили уваги дослідників, оскільки вона користувався ще термінологією фло-гистонной теорії. З іншого боку, отримані ученим ряди эквива-лентных терезів були недостатньо наочні, а запропонований їм вибір відносних кількостей підстав у відсутності серйозних доказів. Становище виправив Э. Фишер, кото-рый серед еквівалентних терезів Ріхтер вибрав еталоном эк-вивалент сірчаної кислоти, прийнявши його рівним 100, і становить, виходячи з того, таблицю «відносних терезів» (еквівалентів) сполук. Але про таблиці еквівалентів Фішера став відомий тільки завдяки Бертолле, який, критикуючи Фішера, подав тих дані у своїй книжці «Досвід хімічної статики» (1803 р.). Бертолле сумнівався, що склад хімічних сполук постійний. Він мав цього підставу. Речовини, які на початку ХІХ ст. вважалися чистими, насправді були або сумішами, або равновесными системами різних речовин, а кількісний склад хімічних сполук багато чому залежали від кількостей ве-ществ, що у реакціях їх образования.

Деякі історики хімії вважають, що, подібно Венцелю, Бертолле також передбачив основні тези закону дейст-вия мас, який аналітично висловлював вплив кількостей взаимо-действующих на швидкість перетворення. Німецький хімік К. Венцель в 1777 р. показав, що швидкість розчинення металу у кислоті, изме-ряемая кількістю металу, розчиненого певну час, пропорційна «силі» кислоти. Бертолле зробив багато обліку впливу мас реагентів перебіг перетворення. Проте між рабо-тами Венцеля і навіть Бертолле, з одного боку, і точної формули-ровкой закону дії мас — з іншого, існує якісна відмінність. негативне ставлення Бертолле до Закону нейтралізації Рих-тера були бути довшою, оскільки проти положень Бертолле енергійно виступив Пруст. Проробивши протягом 1799−1807 рр. масу аналізів, Пруст дока-зал, що Бертолле зробив своїх висновків про різному складі одним і тієї ж речовин, аналізуючи суміші, а чи не індивідуальні речовини, що він, наприклад, не враховував змісту води у деяких оксиди. Пруст переконливо довів сталість складу чистих хімічних сполук і завершив свою боротьбу проти поглядів Бертолле уста-новлением закону сталості складу речовин: склад одним і тієї ж речовин незалежно від способу отримання однаковий (постоянен).

Періодичний закон.

Розглядаючи історію хімії не можу не упяуть про от-крытии періодичного закону. Уже ранніх етапах розвитку хімії було знайдено, що раз-личнымлементам притаманні особливі властивості. Спочатку елементи раз-деляли всього на два типу — метали і неметаллы. У 1829 р. німецький хімік Йоганн Деберейнер виявив су-ществование кількох груп товарів із трьох елементів (тріад) зі сход-ными хімічними властивостями. Деберейнер виявив лише п’ять тріад, это:

1. Cl, Br, I.

2. P. S, Se, Te.

3. Ca, Cr, Ba.

4. Li, Na, K.

5. Fe, Co, Ni.

Це виявлення властивостей елементів спонукало щодо подальших дослідженням хіміків, що намагалися знайти раціональні способи класифікації элементов.

У 1865 р. англійський хімік Джон Ньюлендс (1839−1898) зацікавився проблемою періодичної повторюваності властивостей елементів. Він розташував з из-вестных елементів гаразд зростання їх атомних мас так: H Li Be B З N O F Na Mg Al Si P P. S Cl K Ca Cr Ti Mn Fe.

Ньюлендс зауважив, що у цій послідовності восьмий елемент (фтор) нагадує перший (водень), дев’ятий елемент нагадує другий тощо. Тим самим було через кожні вісім елементів властивості повторювалися. Однак у системі елементів було багато неверного:

1) У таблиці нема місця новим элементам.

2) Таблиця не відкривала можливості наукового підходи до визначенню атомних мас і дозволяла зробити вибір поміж їхніми ймовірними найкращими значе-ниями.

3) Деякі елементи представляли не-удачно розміщеними в таблиці. Наприклад залізо сопоставля-лось зі сріблясто-сірою (!) і т.д.

Попри дуже багато недоліків, спроба Ньюлендса стала кроком у правильному напрямку. Ми знаємо, відкриття періодичного закону при-надлежит Дмитру Івановичу Менделєєву. Давайте рас-дивимося историюего відкриття. У 1869 року Н. А. Меншуткин представив членам Російського хімічного суспільства невелику роботу Д. И. Менделеева «Співвідношення властивостей з атомним ве-сом елементів». (Сам Д.І. Менделєєв на засіданні був відсутній.) У цьому засіданні робота Д. И. Менделеева була сприйнята всерйоз. Пауль Вальден писав згодом: «Великі події слиш-ком часто зустрічають незначний відгук, і того дня, що був стати знаменною днем для мо-лодого Російського хімічного суспільства, а действитель-ности виявився буденним днем». Д.І. Менделєєв любив зухвалі ідеї. Обнаружен-ная їм закономірність проголошувала: хімічні і физиче-ские властивості элементови їх сполук нахо-дятся в періодичної залежність від атомних терезів елементів. Подібно своїм попередникам, Д.І. Менделєєв виділив наи-более типові елементи. Але він припустив нали-чие порожнин в таблиці і насмілився стверджувати, що повинно бути заповнені не відкритими ще елементами. Один і також період із Менделєєвим над тієї ж про-блемой працював Лотарь Мейєр, опублікований працювати 1870 року. Проте приори-тет в открытиипериодического заслужено залишається поза Дмитром Івановичем Менделєєвим, т.к. самого Л. Мейер не думав заперечувати видатну роль Д. И. Менделеева у відкритті періодичного закону. У своїх спогадах Л. Мейер вказував, що користувався під час написання своєї роботи рефератом статті Д. И. Менделеева. У 1870 року Менделєєв вніс у таблицю некото-рые зміни: як будь-яка закономірність, основу кото-рой лежить bepm` ідея, нову систему виявилася жиз-неспособной, що у ній передбачалася возмож-ность уточнень. Я вже говорив, геніальність теорії Менде-леева зводилася до того, що він залишив порожнечі у своїй таб-лице. Цим він поєднує припустив (а точніше був переконаний), що ще все елементи відкриті. Проте Дмитро Іванович не зупинився на досягнутому. З допомогою пе-риодического закону він навіть описав хімічні і фи-зические властивості ще відкритих хімічних элемен-тов, наприклад: галію, германію, скандію, що цілком підтвердилися. Після цього більшість учених переконалося у слушності теорії Д. И. Менделеева. Нині періодичний закон має огромное.

значення. З допомогою його прогнозують властивості хімічних со-единений, продукти реакцій. З допомогою періодичного законом і нашого часу прогнозують властивості елементів — це елементи які можна отримати у вагомих коли-чествах.

Заключение

.

Після робіт Лавуазьє, Пруста, Ломоносова і Мен-делеева, вже у нашому столітті було зроблено багато важней-ших відкриттів у сфері хімії і фізики. Це роботи з термодинаміці, будовою атома і молекул, електрохімії, — цей перелік можна продовжити нескінченно. Од-нако відкриття Лавуазьє і Д. И. Менделеева залишаються фун-даментом хімічних знаний.

1) Ахметов М. С. Спільна й неорганічна хімія. -М.: Вищу школу, 1988.

2) Дикерсон Р., Грей Р., Грей Дж. Основні закони хи-мии: У 2-х т. / Переклад з англійської і пре-дисловие Е. Л. Розенберга.-М.: Світ, 1982.

3) Некрасов Б. В. Основи загальної хімії: Т. I. -М.: Хімія, 1969.

4) Штрубе У. Шляхи розвитку хімії: У 2-х т. / Переклад з німецької А. Ш. Гладкой, під редакцією В. А. Крицмана. -М.: Світ, 1984.