Войти
Периодическая таблица 1871 года , построенная Дмитрием Менделеевым. Периодическая таблица Менделеева - одна из самых мощных икон в науке, лежащая в основе химии и воплощающая в себе самые фундаментальные принципы этой области. История химии представляет собой временной отрезок с древняя история до наших дней. К 1000 году до нашей эры цивилизации использовали технологии, которые в конечном итоге легли в основу различных областей химии. Примеры включают обнаружение огня, извлечение металлов из руд, изготовление керамики и глазури, ферментацию пива и вина, извлечение химикатов из растений для медицины и духов, превращение жира в мыло, изготовление стекла и изготовление сплавов как бронза.
Протонаука в области химии, алхимия не смогла объяснить природуи и ее превращения. Однако, проводя эксперименты и записывая результаты, алхимики заложили основу современной химии. Различие стало проявляться, когда Роберт Бойль в своей работе Скептический химик (1661) провел четкое различие между химией и алхимией. В то время как алхимия и химия связаны с материей и ее преобразованиями, химики, как считается, применяют научный метод в своей работе.
История химии переплетается с историей термодинамики, особенно благодаря работам Уилларда Гиббса.
100000-летняя охра мастерская по обработке была найдена в пещере Бломбос в Южной Африке. Это указывает на то, что у древних людей были элементарные познания в химии. Картины, нарисованные первыми людьми, изображающие смешивание крови животных с другими жидкостями на стенах пещер, также указывают на небольшое знание химии.
Самый ранний зарегистрированный металл, используемый людьми, кажется, быть золотом, которое можно найти бесплатно или «родным». Небольшое количество природного золота было найдено в испанских пещерах, использовавшихся в конце палеолита периода, около 40 000 лет до нашей эры.
Серебро, медь, олово и метеоритное железо также можно найти местным, что позволяет ограниченное количество обработки металла в древних культурх. Египетское оружие, сделанное из метеоритного железа примерно в 3000 г. до н.э., высоко ценилось как «кинжалы с небес».
Возможно, первой контролируемой химической реакцией был огонь. Однако на протяжении тысячелетия рассматривался просто мистическая сила, которая могла преобразовывать одно вещество в другое (горящее дерево или кипящую воду), производя тепло и свет. Огонь затрагивает многие аспекты ранних обществ. Они используют самые простые простые повседневные жизни, такие как приготовление пищи, обогрев и освещение среды обитания, до сложных применений, таких как изготовление керамики и кирпичей и плавление металлов для изготовления инструментов.
Именно пожар привел к открытию стекла и очистке металлов; за этим последовал подъем металлургии. На ранних стадиях металлургии искали методы очистки металлов, и золото, известное в Древнем Египте еще в 2900 г. до н.э., стало драгоценным металлом.
Некоторые металлы могут быть извлечены из их руд, просто нагревая камни в огне: в частности, олово, свинец и (при более высокая температура) медь. Этот процесс как известен плавка. Первые свидетельства об этой добывающей металлургии датируются 6–5 тысячелетиями до нашей эры и были найдены в археологических памятниках Майданпек и Плочник, все три в Сербии. На сегодняшний день самая ранняя медная плавка находится на Беловодском городище; Эти примеры включают медный топор 5500 г. до н.э., принадлежащий культуре Винча. Другие признаки ранних металлов обнаружены в третьем тысячелетии до нашей эры в таких местах, как Палмела (Португалия), Лос-Милларес (Испания) и Стоунхендж (Соединенное Королевство).. Однако, как это часто бывает при изучении доисторических времен, конечные начала не могут быть четко определены, и новые открытия продолжаются.
Горнодобывающие районы древнего Ближнего Востока. Цвета ящиков: мышьяк коричневый, медь красный, олово серый, железо красновато-коричневый, золото в желтом, серебро в белом и вывод черного цвета. Желтая область обозначает мышьяковую бронзу, а серая область обозначает олово бронзу.. Эти первые металлы были отдельными элементами или комбинациями, как это происходило естественным образом. Объединив медь и олово, можно получить превосходный металл - сплав , называемый бронзой. Это был крупный технологический сдвиг, с которого начался бронзовый век около 3500 г. до н.э. Бронзовый век был периодом культурного развития человечества, когда наиболее передовая металлообработка (по крайней мере, при систематическом и широком использовании) включала в себя методы плавки меди и олова из естественных обнажений медных руд., а затем плавку этих руд в бронзу. Эти природные руды обычно включаются мышьяк как обычную примесь. Медно-оловянные руды встречаются редко, о чем свидетельствует отсутствие оловянных бронз в западной Азии до 3000 г. до н.э.
После бронзового века история металлургии была отмечена армиями, ищущими лучшее оружие. Государства в Евразии процветали, когда они делали лучшие сплавы, которые, в свою очередь, делали лучшую броню и лучшее оружие. Значительный прогресс в металлургии и алхимии был достигнут в Древней Индии.
Извлечение железа из руды в обрабатываемый металл намного сложнее, чем медь или олово. В то время как железо не лучше подходит для изготовления инструментов, чем бронза (до тех пор, пока не обнаружена сталь ), железная руда гораздо более распространена и распространена, чем медь или олово, и поэтому чаще используется на Это на местном уровне, без необходимости торговать.
Обработка железа, по-видимому, была изобретена хеттами примерно в 1200 году до нашей эры, начиная с железного века. Секрет производительности и обработки железа был ключевым фактором успеха филистимлян.
Железный век относится к появлению обработки железа (черная металлургия ). Исторические достижения в черной металлургии можно найти в самых разных культурах и цивилизациях прошлого. Ближний Востока и Ближнего Востока, древний Иран, древний Египет, древняя , древняя Нубия и Анатолия ( Турция), Древний Нок, Карфаген, греки и римляне древней Европы, средневековой Европы, древнего и средневекового Китая, древняя и средневековая Индия, древняя и средневековая Япония, среди прочего. Многие приложения, методы и устройства, связанные с металлургией или связанные с ней, были созданы в древнем Китае, такие как инновации доменной печи, чугуна, гидравлики с приводом от отбойных молотков и поршневых сильфонов двустороннего действия .
Демокрит, греческий философ атомистической школы. Философские попытки объяснить, почему разные вещества имеют разные свойства (цвет, плотность, запах), существуют в разных состояниях (газообразное, жидкое и твердое) и по-разному реагируют при воздействии на окружающую среду, например, при воздействии, огня или температурных изменений, что привело древних философов к постулируйте первые теории о природе и химии. История таких философских теорий, относящихся к химии, вероятно, восходит к каждой древней цивилизации. Общим аспектом всех этих теорий была попытка идентифицировать небольшое количество первичных классических элементов, которые составляют все различные вещества в природе. Такие вещества, как воздух, вода и почва / земля формы, энергии, такие как огонь и свет, и более абстрактные понятия, такие как мысли, эфир и небо, были обычным явлением в древних цивилизациях даже при отсутствии каких -либо перекрестное оплодотворение: например, древнегреческие, индийские, майяские и китайские философии рассматривали воздух, воду, землю и огонь как первоэлементы.
Около 420 г. до н.э. Эмпедокл заявил, что вся материя состоит из четырех элементарных субстанций : земли, огня, воздух и вода. Ранняя теория атомизма восходит к древней Греции и древней Индии. Греческий атомизм восходит к греческому философу Демокриту, который объявлен, что материя состоит из неделимых и неразрушимых частиц, называемых атомосом, около 380 г. до н.э. Левкипп также заявил, что атомы являются самой неделимой частью материи. Это совпало с аналогичным заявлением индийского философа Канады в его Вайшешика сутрах примерно в тот же период времени. Во многом же таким образом он обсуждал существование газов. То, что Канада провозгласил сутрой, Демокрит провозгласил философскими размышлениями. Оба пострадали от недостатка эмпирических данных. Без научных доказательств существования элементов было легко отрицать. Аристотель выступал против существования элементов в 330 г. до н.э. Ранее, в 380 г. до н.э., греческий текст, приписываемый Полибу, утвержден, что человеческое тело состоит из четырех гуморов. Около 300 г. до н.э. Эпикур постулировал вселенную неразрушимые элементы, в которой сам человек несет ответственность за достижение сбалансированной жизни.
С целью объяснения эпикурейской философии римской аудитории римский поэт и философ Лукреций написал De rerum natura (Природа вещей) в 50 г. до н. Э. В своей работе Лукреций представляет принципы атомизма ; природа ума и души ; объяснения ощущения и мысли; развитие мира и его явлений; и объясняет различные небесные и земные явления.
Большая часть раннего развития методов очистки описана Плинием Старшим в его Naturalis Historia. Он пытался объяснить эти методы, а также внимательно наблюдал за состоянием многих минералов.
Джабир ибн Хайян (Гебер), персидско-арабский алхимик 9 века , экспериментальные исследования которого заложили основы химии. 
Семнадцатый век алхимическая эмблема, показывающая четыре классических элемента в углах изображения, рядом с триа прима в центральном треугольнике. Элементная система, использовавшаяся в средневековой алхимии, была ограничена в основном персами - Араб алхимик Джабир ибн Хайян и уходил корнями в классические элементы греческой традиции. Его система состояла из четырех аристотелевских элементов воздуха, земли, огня и воды в дополнение к двум философским элементам: сера, характеризующая принцип горючести, «который, горит»; и ртуть, характеризующая металлические свойства. Ранние алхимики видели в них идеализированные выражения несводимых компонентов вселенной , и они имеют большее значение в философской алхимии.
Три металлических принципа (сера - воспламеняемость или горение, ртуть - летучесть и стабильность и соль - твердость) стали tria prima швейцарского алхимика Парацельса. Он рассуждал, что теория четырех элементов Аристотеля проявляется в телах как трех принципах. Парацельс считал эти принципы фундаментальными и оправдывал их, как дерево горит в огне. Меркурий включал в себя принцип связности, так что когда он покидал древесину (в дыму), древесина разваливалась. Дымывал описывал летучесть (принцип ртути), пламя описывало воспламеняемость (сера), а остатки пепла описывали твердость (соль).
«Алхимик», сэр Уильям Дуглас, 1855 Алхимия герметическим поиском философского камня, изучение которого пропитано символическим мистицизмом и сильно отличается от современной науки. Алхимики трудились над преобразованиями на эзотерическом (духовном) и / или экзотерическом (практическом) уровне. Это были пронаучные, экзотерические аспекты алхимии, которые во многом способствовали развитию химии в греко-римском Египте, в Золотом веке ислама, а в Европе. Алхимия и химия разделяют интерес к составу и свойствам материи, и до 18 века они не были отдельными дисциплинами. Термин химия использовался для описания смесей алхимии и химии, существовавшей до того времени.
Первые западные алхимики, жившие в первые века нашей эры, изобрели химический аппарат. Водяная баня названа в честь еврейки Марии. Ее работа также дает первые описания трибикос и керотаки. Алхимик Клеопатра описала печи и приписывают изобретение перегонного куба. Позже экспериментальная структура, установленная Джабиром ибн Хайяном, повлияла на алхимиков, поскольку дисциплина мигрировала через исламский мир, а в Европу в XII веке нашей эры.
В эпоху Возрождения экзотерическая алхимия оставалась популярной формой в Парацельса ятрохимии, в то время как духовная алхимия процветала, перестроившись на свои Платонические, Герметические, и гностические корни. Следовательно, символический поиск философского камня не был заменен научными достижениями и до начала 18 века оставался прерогативой уважаемых ученых и врачей. Ранние современные алхимики, известные своим научным вкладом, включают Ян Баптист ван Гельмонт, Роберт Бойл и Исаак Ньютон.
В исламском мире мусульмане переводили труды древних греков и египтян на арабский язык и экспериментировали с научными идеями.. Развитие современного научного метода был медленным и трудным, но ранний научный метод химии начал появляться среди первых мусульманских химиков, начиная с химика 9 века Джабира ибн Хайяна (известный как «Гебер» в Европе), которого иногда называют «отцом химии». Он представил систематический и экспериментальный подход к научным исследованиям, основанный на лаборатории, в отличие от древнегреческих и египетских алхимиков, чьи работы были в основном аллегорическими и часто непонятными. Он также изобрел и назвал алембик (al-anbiq), химически проанализировал многие химические вещества, состав гранильные вещества, провел различие между щелочами и кислоты и произвел сотни наркотиков. Он также усовершенствовал теорию пяти классических элементов в теорию семи алхимических элементов после определения ртути и серы как химических элементов. элементов.
Среди других влиятельных мусульманских химиков Абу аль-Райхан аль-Бируни, Авиценна и Аль-Кинди опровергали теории алхимии, в частности теорию трансмутации металлов ; и аль-Туси описал версию сохранения массы, отметив, что тело материи способно изменяться, но не может исчезнуть. Разес опроверг теорию Аристотеля о четырех классических элементах впервые и заложил прочные основы современной химии, используя лабораторию в современном смысле, проектирование и описание более двадцати инструментов, многих частей используются до сих пор, например, тигель, кукурбит или реторта для дистилляции, а также головка куба с под трубящейкой (амбик, латинское перегонное устройство), а также различные типы печей или печей.
С сегодняшней точки зрения было несколько проблем с алхимией. Не систематическая схема именования новых соединений, язык был эзотерическим и расплывчатым до такой степени, что терминология означала разные вещи для разных людей. Фактически, согласно «Истории химии фонтана» (Brock, 1992):
Язык алхимии вскоре развил тайный и секретный технический словарь, предназначенный для сокрытия информации от непосвященных. В значительной степени этот язык нам сегодня непонятен, хотя очевидно, что читатели Джеффри Чосера «Рассказ о Йомене» Канона или зрители Бена Джонсона Алхимик смог истолковать его достаточно, чтобы посмеяться над ним.
Рассказ Чосера раскрыл более мошенническую сторону алхимии, особенно производство поддельного золота из дешевых веществ. Менее чем за столетие до этого Данте Алигьери также продемонстрировал осведомленность об этом мошенничестве, заставив его отправить всех алхимиков в Ад в своих трудах. Вскоре после этого, в 1317 году, Авиньон Папа Иоанн XXII приказал всем алхимикам покинуть Францию за изготовление фальшивых денег. В 1403 г. в Англии был принят закон, по которому «умножение металлов» каралось смертью. Несмотря на эти и другие явно крайние меры, алхимия не умерла. Власти и привилегированные классы все еще стремились открыть для себя философский камень и эликсир жизни.
Не существовало также согласованного научного метода для воспроизводимости экспериментов. Действительно, многие алхимики включали в свои методы не относящуюся к делу информацию, такую как время приливов или фаз луны. Эзотерическая природа и систематизированный словарь алхимии оказались более полезными для сокрытия того факта, в котором они вообще не могли быть уверены. Уже в 14 веке на фасаде алхимии, казалось, росли трещины; и люди стали скептичными. Ясно, что необходим научный метод, в котором эксперименты могли бы повторяться другими людьми, а результаты нужно было сообщать ясным языком, излагающим как то, что известно, так и то, что неизвестно.
Агрикола, автор книги De re Metallica 
Workroom, из De re Metallica, 1556, Фонд химического наследия Практические попыткиулучшить переработку руд и их извлечение для плавки металлов важным источником информации для химиков 16 века, среди которых Георг Агрикола (1494–1555), имеющий свою большую работу De re Metallica в 1556 году. Его работа в области высокоразвитые и сложные процессы добычи металлических руд, добычи металлов и металлургии того времени. Его подход устранил мистицизм, связанный с этим предметом, создаваемый практическую основу, на которой могли строить другие. Работа многие виды печей, используются для плавки руды, и пробуждает интерес к минералам и их составу. Неслучайно он дает многочисленные ссылки на более раннего, Плиния Старшего и его Naturalis Historia. Агриколу называют «отцом металлургии».
В 1605 году сэр Фрэнсис Бэкон опубликовал «Опыт и развитие того обучения», в котором содержится описание, что позже будет известно как научный метод. В 1605 году Михал Седзивой публикует алхимический трактат «Новый свет алхимии», в котором высказывается предположение о существовании «пищи жизни» в воздухе, которая позже была признана кислородом. В 1615 году Жан Беген опубликовал Tyrocinium Chymicum, ранний учебник химии, и в нем нарисовал первое в истории химическое уравнение. В 1637 году Рене Декарт публикует Discours de la méthode, в котором излагается научный метод.
Работа голландского химика Яна Баптиста ван Гельмонта Ortus medicinae была опубликована посмертно в 1648 году; Некоторые цитируют эту книгу как тяжелую работу между алхимией и химией, и как важное влияние на Роберта Бойля. Книга содержит примеры экспериментов и устанавливает раннюю версию результаты исследования массы. Работая в то время сразу после Парацельса и ятрохимии, Ян Баптист ван Гельмонт предположил, что существуют невещественные вещества, кроме воздуха, и придумал для них название - «газ ", от греческого слова хаос. В дополнение к введению слова« газ »в словарный запас ученых ван Гельмонт провел несколько экспериментов с газами. Яна Баптиста ван Гельмонта сегодня также помнят в основном за его идеи о спонтанном зарождении и его идеи пятилетний эксперимент с деревом, а также за то, что он считается основателем пневматической химии.
Роберт Бойль, один из соучредителей современной химии благодаря правильному экспериментированию, которое еще больше отделило химию от алхимии 
Титульный лист книги «Скептический химик», 1661, Химия Фонд наследия Англо-ирландский химик Роберт Бойл (1627–1691) считается усовершенствовавшим современный научный метод алхимии и отделившим химию от алхимии. его исследования уходят корнями в алхимическую традицию, сегодня Бойль в государстве считается одним современным химиком, следовательно, из основателей современной химии и одним из пионеров. современного экспериментального научного метода. Хотя он соответствует зависимости между абсолютным давлением и объемом, он наиболее известен благодаря закону Бойля, который он представил в 1662 году. газ, если поддерживается постоянная система в замкнутой системе.
Бойлю также приписывают его знаменательную публикацию Скептический химик в 1661 году, которая считается краеугольной книгой в области химии. В своей работе Бойль представляет свою гипотезу о том, что произошло явление столкновения движущихся частиц. Бойль обратился к химикам с призывом экспериментировать и утверждал, что эксперименты отрицали ограничения химических элементов только классическими четырьмя: землей, огнем, воздухом и водой. Он также обвинал, что химия должна перестать подчиняться медицине или алхимии и подняться до статуса. Важно отметить, что он выступал за строгий подход к научному эксперименту: он считал, что все теории должны быть экспериментально подтверждены. Работа содержит некоторые из самых ранних современных идей о атомах, молекулах и химических реакций и знаменует начало истории современной химии.
Бойль также пытался очищать химические вещества, чтобы получить воспроизводимые реакции. Он был активным сторонником механической философии, предложенной Рене Декартом для объяснения и количественной оценки физических свойств и взаимодействий материальных веществ. Бойль был атомистом, но предпочел слово корпускула атомам. Он заметил, что тончайшее деление материи, в котором сохраняются свойства, находится на уровне корпускул. Он также провел многочисленные исследования с воздушным насосом и отметил, что ртуть выпала при откачке воздуха. Он заметил, что откачка воздуха из контейнера погасит пламя и убьет мелких животных, помещенных внутри. Бойль помог заложить основы химической революции своей механической корпускулярной философией. Бойль повторил эксперимент ван Гельмонта с деревом и был первым, кто использовал индикаторы, которые меняли цвета в зависимости от кислотности.
Джозеф Пристли, один из первооткрывателей кислород, который он назвал «дефлогистированным воздухом» В 1702 году немецкий химик Георг Шталь придумал название «флогистон » для вещества, которое, как должено, уровня выделяется в процессе горения. Около 1735 года шведский химик Георг Брандт проанализировал темно-синий пигмент, обнаруженный в медной руде. Брандт содержит, что пигмент содержит новый элемент, позже названный кобальт. В 1751 году шведский химик и ученик Шталя по имени Аксель Фредрик Кронштедт идентифицировал примесь в медной руде как отдельный металлический элемент, который он назвал никелем. Кронштедт - один из основоположников современной минералогии. Кронштедт также обнаружил в 1751 году минерал шеелит, который он назвал вольфрамом, что в переводе с шведского означает «тяжелый камень».
В 1754 году шотландский химик Джозеф Блэк выделил углекислый газ, который он назвал «неподвижным воздухом». В 1757 году Луи Клод Кадет де Гассикур, исследуя соединение мышьяка, создал дымящуюся жидкость Кадета, позже обнаруженную как какодилоксид, который считается первым синтетическим металлоорганическое соединение. В 1758 году Джозеф Блэкал концепцию скрытой теплоты, чтобы объяснить термохимию фазовых переходов . В 1766 году английский химик Генри Кавендиш выделил водород, который он назвал «горючим воздухом». Кавендиш открыл водород, как бесцветный газ без запаха, который вызывает взрывоопасную смесь с помощью легковоспламеняющегося воздуха, и опубликовал статью о производстве воды путем сжигания легковоспламеняющегося воздуха (то есть водорода) в дефлогистированном воздухе (ныне известном как кислород). последний входит в состав атмосферного воздуха (теория флогистона ).
В 1773 году шведский химик Карл Вильгельм Шееле открыл кислород, который он назвал «огненным воздухом», но не сразу опубликовал свое достижение. В 1774 году английский химик Джозеф Пристли независимо выделил кислород в газном состоянии, назвав его «дефлогистированным воздухом», и опубликовал свою работу раньше Шееле. В течение его жизни значительная научная репутация Пристли основывалась на его изобретении газированной воды, его работы по электричеством и его открытии нескольких «газов», наиболее известных из которых является то, что Пристли предоставил « дефлогистированный воздухом »(кислородом). Однако решимость Пристли отстаивать теорию флогистона и отвергать то, что стало химической революцией, в конечном итоге его изолированным в научном сообществе.
В 1781 году Карл Вильгельм Шееле обнаружил, что новая кислота, вольфрамовая кислота, может быть получена из шеелита Кронштедта (во время называемого вольфрамом). Шееле и Торберн Бергман предположили, что возможно получить новый металл, восстановив эту кислоту. В 1783 году Хосе и Фаусто Эльхуяр представили кислоту, изготовленную из вольфрамита, которая была идентична вольфрамовой кислоте. Позже в том же году в Испанииям удалось получить металл, теперь известный как вольфрам, восстановив эту кислоту древесным углем, и им приписывают открытие этого элемента.
Гальваническая батарея на выставке в Темпио Вольтиано (Храм Вольты) недалеко от дома Вольты в Комо.Итальянский физик Алессандро Вольта сконструировал устройство для накопления большого заряда посредством серии индукций и заземлений. Он исследовал открытие 1780-х годов «животное электричество », сделанное Луиджи Гальвани, и обнаружил, что электрический ток генерируется при контакте разнородных металлов, и что лягушка нога действовала только как детектор. Вольта использует в 1794 году, когда два металла и пропитанная рассолом ткань или картон объединяют в цепи, они производят электрический ток .
В 1800 году Volta сложила несколько пар чередующихся дисков меди (или серебра ) и цинка (электродов ) отделены тканью или картоном, пропитанным рассолом (электролитом ) для увеличения проводимости электролита. Когда верхний и нижний контакты были соединены проводом, электрический ток протекал через эту гальваническую батарею и соединительный провод. Таким образом, в том числе приписывают создание первой электрической батареи для производства электричества.
. Таким образом, Вольта считается основоположником дисциплины электрохимии. Гальванический элемент (или гальванический элемент) - это электрохимический элемент, который получает электрическую энергию от спонтанной окислительно-восстановительной реакции, происходящей внутри элемента. Обычно он состоит из двух разных металлов, соединенных солевым мостиком, или отдельными полуячейек, разделенных пористой мембраной.
Портрет месье Лавуазье и его жены работы Жака-Луи Давида Антуан-Лоран де Лавуазье тщательными измерениями применил, что превращение воды в землю не происходило возможно, но осадок, наблюдаемый от кипящей воды, вышел из емкости. Он сжег фосфор и серу на воздухе и доказал, что продукты весили больше, чем исходные образцы, при этом полученная масса терялась из воздуха. Так, в 1789 году он установил Закон сохранения массы, который также называют «законом Лавуазье».
Первый в мире ледяной калориметр, который использовал зимой 1782–83 годов Антуан. Лавуазье и Пьера-Симона Лапласа для определения тепла, участвующего в различных химических изменениях ; расчеты, основанные на предыдущем открытии Джозефом Блэком скрытой теплоты. Эти эксперименты составляют основу термохимии.. Повторяя эксперименты Пристли, он продемонстрировал, что воздух состоит из двух частей, одна из которых соединяется с металлами, образуя калксы. В «Considérations Générales sur la Nature des Acides» (1778) он продемонстрировал, что «воздух», ответственный за горение, также является источником кислотности. В следующем году он назвал эту порцию кислородом (по-гречески - кислотообразующий), а другую - азотом (по-гречески без жизни). Из-за его более тщательной характеристики этого элемента, Лавуазье, таким образом, претендует на открытие кислорода наряду с Пристли и Шееле. Он также обнаружил, что «легковоспламеняющийся воздух», открытый Кавендишем, который он назвал водородом (по-гречески «водообразователь»), соединяется с кислородом с образованием росы, как сообщил Пристли, которая оказалась водой. В «Reflexions sur le Phlogistique» (1783) Лавуазье показал несостоятельность теории горения флогистона. Михаил Ломоносов самостоятельно основал химическую традицию в России XVIII века; он также отверг теорию флогистона и предвосхитил кинетическую теорию газов. Ломоносов рассматривал тепло как форму движения и высказал идею сохранения материи.
Лавуазье работал с Клодом Луи Бертолле и другими, чтобы разработать систему химической номенклатуры, которая служит основой современной системы наименования химических соединений. В своей работе «Методы химической номенклатуры» (1787) Лавуазье изобрел систему наименования и классификации, которая широко используется сегодня, включая такие названия, как серная кислота, сульфаты и сульфиты.. В 1785 году Бертолле первым начал использовать газообразный хлор в качестве коммерческого отбеливателя. В том же году он впервые определил элементный состав газа аммиак. Бертолле впервые произвел современную отбеливающую жидкость в 1789 году, пропустив газообразный хлор через раствор карбоната натрия. В результате получился слабый раствор гипохлорита натрия. Другой сильный хлор-окислитель и отбеливатель, который он исследовал и первым произвел, хлорат калия (KClO 3), известен как соль Бертолле. Бертолле также известен своим научным вкладом в теорию химического равновесия с помощью механизма обратимых реакций.
Traité élémentaire de chimie Lavoisier Traité Élémentaire de Chimie («Элементарный трактат химии», 1789 г.) был первым современным учебником по химии, который представил единый взгляд на новые теории химии, содержал четкое изложение Закона сохранения массы и отрицал существование флогистона. Кроме того, он содержал список элементов или веществ, которые не могли быть подвергнуты дальнейшему разложению, включая кислород, азот, водород, фосфор, ртуть, цинк и сера. В его список, однако, также входили свет и калорийность, которые он считал материальными веществами. В своей работе Лавуазье подчеркнул наблюдательную основу своей химии, заявив: «Я попытался... прийти к истине, связав факты; максимально подавить использование рассуждений, которые часто являются ненадежным инструментом, вводящим в заблуждение. нам, чтобы в максимально возможной степени следить за процессом наблюдения и эксперимента », - сказал Лавуазье действующим, что организмы разбирают и восстанавливают атмосферный воздух так же, как горящее тело. 670>
С помощью Пьера-Симона Лапласа Лавуазье использовал калориметр для оценки тепла, выделяемого на единицу произведенного диоксида углерода. Это же соотношение для пламени и животных, что указывает на то, Он считал в теорию радикалов, которые радикалы, которые радикалы как единая группа в химических реакциях, будут соединяться с кислородом в реакциях. бой кристаллической формы углерода.
Хотя многие партнеры Лавуазье сыграли роль в развитии химии как научных дисциплин, его жена Мари-Анн Лавуазье, возможно, была самой влиятельной из них. После их Лавуазье начала изучать химию, английский язык и рисование, чтобы помочь своему мужу в его работе, либо перевод документов на английский язык, который Лавуазье не знал, либо ведя записи и рисовая различные аппараты, которые Лавуазье использовал в своих лабораториях. Благодаря ее способности читать и переводить статью из Великобритании для своего мужа, Лавуазье имеет доступ к знаниям многих химических достижений, происходящих за пределами его лаборатории. Кроме того, мадам Лавуазье вела записи о работе мужа и след за тем, чтобы его работы были опубликованы. Первый признак истинного истинного Мари-Анны как химика в лаборатории Лавуазье появился, когда она переводила книгу ученого Ричарда Кирвана. При переводе она наткнулась и исправила несколько ошибок. Когда она представила свой перевод вместе со своими заметками Лавуазье, ее вкладыш к опровержению Лавуазье теории флогистона.
Лавуазье внес большой вклад в науку о химии. После его работы химия приобрела строгий количественный характер, что позволяет делать надежные прогнозы. Революция в химии, которую он произвел, явилась результатом сознательных усилий все эксперименты в рамках единой теории. Он установил постоянное химическое использование энергии, использует кислород, чтобы опровергнуть теорию флогистона, и разработал новую систему химической номенклатуры. Дальнейший потенциальный вклад был прерван, когда Лавуазье был обезглавлен во время Французской революции.
В 1802 году французско-американский химик и промышленник Элеутер Ирене дю Пон, изучивший производство пороха и взрывчатых веществ при Антуане Лавуазье, основал в Делавэре производителя пороха, известную как E. И. дю Пон де Немур и компания. Французская революция вынудила его семью переехать в США, где Дюпон открыл пороховую мельницу на реке Брендивайн в Делавэре. Желая сделать порошок как можно лучше, Дюпон внимательно следил за качеством используемых материалов. В течение 32 лет дю Понедельник, который превратился в компанию E. I. du Pont de Nemours and Company, превратился в одну из самых успешных компаний Америки.
На протяжении 19 века химия делилась между собой теми, кто следовал атомной теории Далласа Джонатона, и теми, кто этого не делал, например, Вильгельмом Оствальдом и Эрнст Мах. Хотя такие сторонники атомной теории, как Амедео Авогадро и Людвиг Больцман, добились больших успехов в объяснении поведения газов, этот спор окончательно разрешился только в <862 г.>Экспериментальное исследование Жаном Перреном атомарного объяснения броуновского движения, которое дал Эйнштейн в первом десятилетии 20-го века.
Задолго до спора было решено, многие уже применили концепцию атомизма к химии. Основным примером была ионная теория Сванте Аррениуса, которая предвосхитила идею об атомной субструктуре, не получили полного развития до 20-го века. Майкл Фарадей был еще одним ранним исследователем, чьим основным вкладом в химию была электрохимия, в которой (среди прочего) определенное количество электричества во время электролиза или электроосаждение металлов, как было показано, связано с определенными количествами химических элементов и, следовательно, фиксированными количествами друг с другом в соотношениях. Эти данные, как и результаты исследования химических веществ Дальтона, были первыми ключами к разгадке атомной природы вещества.
Джон Далтон известен своими работами о парциальных давлениях в газах, дальтонике и атомной теории В 1803 году английский метеоролог и химик Джон Далтон использует Дальтона, который входит в соотношение между компонентами смеси газов и относительное давление, влияет на давление всей смеси. Эта концепция, открытая в 1801 году, также известна как закон парциальных давлений Дальтона.
Дальтон также использует современную атомную теорию в 1803 году, в которой говорилось, что вся состоит из небольших неделимых частиц, называемых атомами, атомы данного элемента обладают уникальными характеристиками и весом и тремя типами. атомы: простые (элементы), составные простые (молекулы) и сложный (сложный составлы). В 1808 году Дальтон систему впервые опубликовал «Новую химическую философию» (1808–1827), в которой он изложил первое современное научное описание теории атома. Эта работа идентифицирована химические элементы как особый тип атома, поэтому отвергала теорию химического сродства Ньютона.
Вместо этого Дальтон вывел пропорции элементов в соединениях, взяв отношения масс реагентов, установив атомный вес водорода равным единице. Следуя Иеремиасу Бенджамину Рихтеру (известному тем, что ввел термин стехиометрия ), он предположил, что химические элементы объединяются в целых соотношениях. Это известно как закон множественных пропорций или закон Дальтона, и Дальтон включил четкое описание закона в свою новую систему химической философии. Законных пропорций - один из основных основных стехиометрии, используя для создания атомной теории теории. Несмотря на важность этой работы как первого взгляда на атомы, как на физически реальные сущности и введение системы химических символов, Новая система химической теории посвятила теории калорий почти столько же места, сколько и атомизму.
Французский химик Жозеф Пруст использует закон определенных пропорций, который гласит, что элементы всегда объединяются в небольших целочисленных соотношениях с образованием соединений на нескольких проведенных экспериментах между 1797 и 1804 гг. Наряду с законом множественных пропорций, правильные пропорции составляют основу стехиометрии. Определенные пропорции и постоянного состава не доказывают, что атомы существуют, но их трудно объяснить, что химические соединения образуются, когда атомы соединяются в постоянных пропорциях.
Йенс Якоб Берцелиус, химик, разработавший современную технику записи химическую формул и считающийся одним из отцов современной химии Шведский химик и ученик Далтона Йенс Якоб Берцелиус начал систематическую программу, позволяющую проводить точные и точные измерения и меры чистоту химикатов. Наряду с Лавуазье, Бойлем и Дальтоном, Берцелиус известен как отец современной химии. В 1828 году он составлен таблицу относительных атомных весов, в которой кислород был использован в качестве стандарта, с его весом, установленным на уровне 100, и которая включает все элементы, известные в то время. Эта работа предоставляет доказательства использования атомной теории Дальтона - что неорганические химические вещества состоят из атомов, объединенных в целые числа. Он определил точные элементарные составляющие большого числа соединений; результаты убедительно подтверждают правильность определения правильных пропорций. Берцелиус также опроверг гипотезу Праута о, что элементы состоят из атомов водорода.
Руководствуясь обширными определениями атомного веса и желаем помочь своим экспериментам, он ввел классическую систему химические символы и обозначений в публикации 1808 года Lärbok i Kemien, в элементы сокращенно до одной или двух букв, чтобы их латинское имя отличалось от символа. Эта система химических обозначений, в которой используются простые цифровые обозначения, такие как O для кислорода или Fe для железа, с пропорциями, обозначенными цифрами, является той же системой, которая используется сегодня. Единственное отличие состоит в том, что вместо номера индекса, используемого сегодня (например, H 2 O), Берцелиус использовал верхний индекс (HO). Берцелиусу приписывают определение химических элементов кремний, селен, торий и церий. Студенты, работающие в лаборатории Берцелиуса, также представлены литий и ванадий.
. Берцелиус разработал теорию радикалов химических комбинаций, согласно установке которых происходит в виде стабильных элементов, называемые радикалы обмениваются между молекулами. Он считал, что соли представляет собой соединения, образованные из кислот и оснований, и обнаружил, что анионы в кислотах притягиваются к положительному электроду (анод ), тогда как катионы в основе притягивались к отрицательному электроду (катод ). Берцелиус не верил в теорию витализма, а верил в регулирующую силу, которая производит организацию тканей в организме. Берцелиусу также приписывают создание химических терминов «катализ », «полимер », «изомер » и «аллотроп », хотя его первоначальные определения сильно отличаются от современного. Например, он ввел термин «полимер» в 1833 году для описания соединений, имеющих идентичные эмпирические формулы, но различались по общей молекулярной массе, причем более крупные соединения описывались как «полимеры» наименьшего размера. В соответствии с этим давно замененным предструктурным определением глюкоза (C6H12O6) рассматривалась как полимер формальдегида (CH 2 O).
Хамфри Дэви, открытие нескольких щелочных и щелочноземельных металлов, а также вклад в открытие элементарная природа хлора и йода.Английский химик Хэмфри Дэви был пионером в области электролиза, используя гальваническую батарею Алессандро Вольта для разделения общих соединений и таким образом выделять ряд новых элементов. Он продолжил электролиз расплавленных солей и несколько новых металлов, особенно натрий и калий, высокореактивные элементы, известные как щелочные металлы. Калий, первый металл, выделенный электролизом, был открыт в 1807 году Дэви, который получил его из едкого калия (КОН). До 19 века не делалось различия между калием и натрием. Натрий был впервые выделен Дэви в том же году путем пропускания электрического тока через расплав гидроксида натрия (NaOH). Когда Дэви услышал, что Берцелиус и Понтин приготовили амальгаму кальция путем электролиза извести в ртути, он попробовал это сам. Дэви добился успеха и открыл кальций в 1808 году путем электролиза смеси извести и оксида ртути. Он работал с электролизом на протяжении всей своей жизни и в 1808 году выделил магний, стронций и барий.
. Дэви также экспериментировал с газами, вдыхая их. Эта экспериментальная процедура несколько раз была почти фатальной, но она стала известна как веселящий газ. Хлор был открыт в 1774 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле, который назвал его «дефлогистированной морской кислотой» (см. теорию флогистона ) и ошибочно решил, что он содержит кислород. Шееле наблюдал несколько свойств газообразного хлора, его отбеливающее действие на лакмус, его смертельное действие на насекомых, его желто-зеленый цвет и сходство его запаха с запахом царской водки. Однако в то время Шееле не смог опубликовать свои выводы. В 1810 году хлор получил свое нынешнее название от Хамфри Дэви (от греческого слова «зеленый»), который утверждал, что хлор на самом деле является основным . Он также показал, что кислород нельзя получить из вещества, известного как оксимуриатиновая кислота (раствор HCl). Это открытие опровергло определение Лавуазье соединений как соединений кислорода. Дэви был популярным лектором и способным экспериментатором.
Жозеф Луи Гей-Люссак, которое заявлено, что соотношение между объемами реагирующих газов и продуктов может быть выражено простыми целыми числами. Французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак Разделял интерес Лавуазье и других к количеству изучению свойств газов. Из своей первой крупной программы исследований в 1801–1802 годах он пришел к выводу, что равные объемы всех газов расширяются одинаково при одинаковом повышении температуры: этот вывод обычно называют «закономерностью Чарльза », как дал Гей-Люссак. заслуга Жака Шарля, который пришел к почти такому же выводу в 1780-х годах, но не опубликовал его. Закон независимо был британским натурфилософом Джоном Далтоном к 1801 году, хотя его описание было менее полным, чем описание Гей-Люссака. В 1804 году Гей-Люссак совершил несколько смелых восхождений на высоту более 7000 метров над уровнем моря на воздушных шарах, наполненных водородом - подвиг, которому не было равных в течение следующих 50 лет, - что ему следовало исследовать другие аспекты газов. Он не только собирал магнитные измерения на разных высотах, но также брал измерения давления, температуры и воздуха, а также пробы воздуха, которые анализировали химическим путем.
В 1808 году Гей-Люссак объявил, что, вероятно, было его самым большим достижением: из своих собственных и других экспериментов он пришел к выводу, что газы при постоянной температуре и давления объединяются в простых числовых пропорциях по объему, и в результате получается продукт или продукты - если газы - также имеют простую пропорцию по объему к объемам реагентов. Другими словами, газы при одинаковых условиях температуры и давления реагируют друг с другом в объемных отношениях малых целых чисел. Этот вывод или стал известен как «закон Гей-Люссака » «Закон границы области ». Вместе со своим коллегой-профессором из Политехнической школы, Луи Жаком Тенаром Гей-Люссак также участвовал в ранних электрохимических исследованиях, исследуя элементы, обнаруженные с его помощью. Среди других достижений они разложили борную кислоту, используя плавленый калий, таким образом обнаружив элемент бор. Эти двое также приняли участие в современных системах, которые изменили кислотность Лавуазье и продвинули его программу анализа соединений на содержание в них кислорода и водорода.
Элемент йод был открыт французским химиком Бернаром Куртуа в 1811 году. Куртуа образцов дал своим друзьям, Шарлю Бернару Десорму (1777–1777). 1862) и Николас Клеман (1779–1841), чтобы продолжить исследования. Он также передал часть вещества Гей-Люссаку и физику Андре-Мари Амперу. 6 декабря 1813 года Гей-Люссак объявил, что новое вещество представляет собой элемент или соединение кислорода. Именно Гей-Люссак использует название «iode» от греческого слова ιώδες (iodes), означающего фиолетовый (из-за цвета паров йода). Ампер передал часть своего образца Хэмфри Дэви. Дэви провел несколько экспериментов с этим веществом и оценил его сходство с хлором. Дэви отправил письмо от 10 декабря в Лондонское королевское общество, в котором говорилось, что он обнаружил новый элемент. Между Дэви и Гей-Люссаком разгорелись споры о том, кто первым идентифицировал йод, но оба ученыхли Куртуа первым, кто выделил этот элемент.
В 1815 году Хэмфри Дэви изобрел лампу Дэви, которая позволяетла шахтерам угольных шахт безопасно работать в присутствии легковоспламеняющихся газов. Произошло много взрывов в шахтах, вызванных рудничным газом или метаном, которые часто воспламенялись открытым пламенем ламп, которые тогда использовались шахтерами. Дэви придумал использовать железную сетку, чтобы закрыть пламя лампы и таким образом предотвратить выход метана, горящего внутри лампы, в общую атмосферу. Хотя идея предохранительной лампы уже была установлена Уильямом Ридом Клэнни и тогда еще неизвестным (но широко известным) инженером Джорджем Стивенсоном, использование Дэви Проволочная сетка для распространения пламени использовалась другими изобретателями в своих более поздних разработках. Были некоторые дискуссии о том, открыл ли Дэви принципы, лежащие в основе его лампы, без помощи работы Смитсона Теннанта, но все согласились, что работа обоих мужчин была независимой. Дэви отказался патентовать лампу, и за ее изобретение в 1816 году он был награжден медалью Рамфорда.
Амедео Авогадро, который постулировал, что при контролируемых условиях температуры и давления равные объемы газов содержат равное количество молекул. Это известно как закон Авогадро.После того, как Дальтон опубликовал свою атомную теорию в 1808 году, некоторые из его центральных идей вскоре были приняты большинством химиков. Однако в течение полувека сохранялась неопределенность относительно того, как атомную теорию следует сконфигурировать и применить к конкретным ситуациям; химики в разных странах разработали несколько разных несовместимых атомистических систем. Работа, предлагавшая выход из этой сложной ситуации, была опубликована еще в 1811 году итальянским физиком Амедео Авогадро (1776-1856), который предположил, что равные объемы газов при одинаковой температуре и давление содержат равное количество молекул, из чего следует, что относительные молекулярные массы любых двух газов такие же, как отношение плотностей двух газов при одном и том же условия температуры и давления. Авогадро также рассуждал, что простые газы не образованы отдельными атомами, а представляют собой составные молекулы из двух или более атомов. Таким образом, Авогадро смог преодолеть трудность, с которой столкнулись Дальтон и другие, когда Гей-Люссак сообщил, что при температуре выше 100 ° C объем водяного пара вдвое превышает объем кислорода, использованного для его образования. По словам Авогадро, молекула кислорода разделилась на два атома в процессе образования водяного пара.
Гипотеза Авогадро игнорировалась в течение полувека после ее первой публикации. Было приведено множество причин такого пренебрежения, включая некоторые теоретические проблемы, такие как «дуализм» Йонса Якоба Берцелиуса, который утверждал, что соединения удерживаются вместе за счет притяжения положительных и отрицательных электрических зарядов, что делает невозможным, чтобы молекула, состоящая из двух электрически подобные атомы - как в кислороде - могут существовать. Дополнительным препятствием для принятия было то, что многие химики неохотно применяли физические методы (такие как определение плотности пара) для решения своих проблем. К середине века, однако, некоторые ведущие деятели начали рассматривать хаотическое множество конкурирующих систем атомных весов и молекулярных формул как недопустимое. Более того, начали собираться чисто химические доказательства того, что подход Авогадро в конце концов может быть правильным. В 1850-х годах молодые химики, такие как Александр Уильямсон в Англии, Чарльз Герхардт и Шарль-Адольф Вюрц во Франции, и Август Кекуле В Германии начали выступать за реформу теоретической химии, чтобы привести ее в соответствие с теорией Авогадриана.
Структурная формула мочевины В 1825 году Фридрих Вёлер и Юстус фон Либих сделали первое подтвержденное открытие и объяснение изомеров, ранее названных Берцелиусом. Работая с циановой кислотой и фульминовой кислотой, они правильно пришли к выводу, что изомерия была вызвана различным расположением атомов в молекулярной структуре. В 1827 году Уильям Праут классифицировал биомолекулы в их современные группы: углеводы, белки и липиды. После того, как природа горения была определена, начался спор о витализме и существенном различии между органическими и неорганическими веществами. Революция в вопросе витализма произошла в 1828 году, когда Фридрих Велер синтезировал мочевину, тем самым установив, что органические соединения могут быть получены из неорганических исходных материалов, и опровергнув теорию витализма.
Это открыло новую область исследований в химии, и к концу 19 века ученые смогли синтезировать сотни органических соединений. Наиболее важными из них являются лиловый, пурпурный и другие синтетические красители, а также широко применяемый лекарственный препарат аспирин. Открытие искусственного синтеза мочевины внесло большой вклад в теорию изомерии, поскольку эмпирические химические формулы для мочевины и цианата аммония идентичны (см. синтез Веллера ). В 1832 году Фридрих Велер и Юстус фон Либих открыли и объяснили функциональные группы и радикалы применительно к органической химии, а также впервые синтезировали бензальдегид. Либих, немецкий химик, внес большой вклад в сельское хозяйство и биологическую химию, а также работал над организацией органической химии. Либих считается "отцом индустрии удобрений " за его открытие азота в качестве важного растения питательное вещество и его формулировку Закона Минимум, который описывает влияние отдельных питательных веществ на сельскохозяйственные культуры.
В 1840 году Жермен Гесс предложил закон Гесса, раннее утверждение закона сохранения энергии, который устанавливает, что изменения энергии в химическом процессе зависят только от состояний исходных материалов и материалов продукта, а не от конкретного пути, пройденного между двумя состояниями. В 1847 году Герман Кольбе получил уксусную кислоту из полностью неорганических источников, что еще больше опровергло витализм. В 1848 году Уильям Томсон, 1-й барон Кельвин (широко известный как лорд Кельвин) установил концепцию абсолютного нуля, температуры, при которой прекращается любое движение молекул. В 1849 г. Луи Пастер обнаружил, что рацемическая форма винной кислоты представляет собой смесь левовращающей и правовращающей форм, таким образом прояснив природу оптической вращение и продвижение в области стереохимии. В 1852 году Август Бир предложил закон Бера, который объясняет взаимосвязь между составом смеси и количеством света, которое она будет поглощать. Частично основанный на более ранних работах Пьера Бугера и Иоганна Генриха Ламберта, он разработал аналитический метод, известный как спектрофотометрия. В 1855 году Бенджамин Силлиман-младший первым изобрел методы крекинга нефти, которые сделали возможной всю современную нефтехимическую промышленность.
Формулы уксусной кислоты приведены Август Кекуле в 1861 году. Гипотеза Авогадро стала широко привлекать химиков только после того, как его соотечественник и коллега-ученый Станислао Канниццаро продемонстрировал свою ценность в 1858 году, через два года после смерти Авогадро. Изначально химические интересы Канниццаро были сосредоточены на натуральных продуктах и реакциях ароматических соединений ; в 1853 году он обнаружил, что при обработке бензальдегида концентрированным основанием образуются и бензойная кислота, и бензиловый спирт - явление, известное сегодня как канниццаро. реакция. В своей брошюре 1858 года Канниццаро показал, что полное возвращение к идеям Авогадро может быть использовано для построения последовательной и надежной теоретической структуры, которая соответствует почти всем доступным эмпирическим данным. Например, он указал на доказательства, свидетельствующие о том, что не все элементарные газы состоят из двух атомов на молекулу - некоторые из них были одноатомными, большинство были двухатомными, а некоторые были даже более сложными.
Другим предметом спора были формулы для соединений щелочных металлов (таких как натрий ) и щелочноземельных металлов (таких как кальций ), которые,ввиду их поразительных химических аналогий, большинство химиков хотели отнести к тому же типу формулы. Канниццаро утвержден, что отнесение этих металлов к разным категориям дает положительный результат в виде указанных аномалий при использовании их свойств для определения атомного веса. К сожалению, памфлет Канниццаро изначально был опубликован только на итальянском языке и сразу же имел большое влияние. Настоящим прорывом стал международный химический конгресс, состоявшийся в немецком городе Карлсруэ в сентябре 1860 года, на котором присутствовало большинство ведущих европейских химиков. Конгресс в Карлсруэ был организован Кекуле, Вюрцем и другими, которые разделяли представление Канниццаро о том, в каком направлении должна идти химия. Говоря по-французски (как и все присутствующие), красноречие и логика Канниццаро произвели неизгладимое впечатление на собранное тело. Более того, его друг Анджело Павеси раздал участникам брошюру Канниццаро в конце встречи; более чем один химик позже написал о решающем впечатлении, произвело чтение этого документа. Например, Лотар Мейер позже писал, что, читая статья Канниццаро, «казалось, что с моих глаз свалилась чешуя». Таким образом, Канницо играет решающую роль в победе в битве за реформы. Система, отстаиваемая им и вскоре принятая большинством ведущих химиков, используется до сих пор.
В 1856 году сэр Уильям Генри Перкин, 18 лет, получил вызов от своего профессора Августа Вильгельма фон Хофманна, стремились синтезировать хинин, лекарственное средство против малярии, из каменноугольной смолы. В одной из попыток Perkin окислил анилин, используя дихромат калия, примеси которого толуидин вступили в реакцию с анилином и дали черное твердое вещество, что указывает на «неудавшийся» органический синтез. Очистив колбу спиртом, Перкин заметил фиолетовые части раствор: побочным продуктом этой попытки был первый синтетический краситель, известный как мовеин или сиреневый Перкин. Открытие Перкина положило начало индустрии синтаксического анализа, одной из первых успешных химических отраслей промышленности.
Немецкий химик Самым важным вкладом Августа Ключевой фон Страдоница была его структурная теория органического состава, представленная в двух статьях, опубликованных в 1857 и 1858 годах и подробно описанная на страницах его необычайно популярный Lehrbuch der Organischen Chemie («Учебник органической химии»), первая часть которого появилась в 1859 году и постепенно расширилась до четырех томов. Кекуле утверждал, что четырехвалентные углеродные атомы, то есть углеродный, образующий ровно четыре химические связи, могут соединяться вместе, образуя то, что он назвал «углеродной цепью» или «углеродным скелетом». какие другие атомы с другими валентностями (например, водород, кислород, азот и хлор) могут присоединиться. Электрические сети, проводные сети Интернет. Кекуле был не единственным химиком, который делал такие приложения в ту эпоху. Шотландский химик Арчибальд Скотт Купер почти одновременно опубликовал аналогичную теорию, а русский химик Александр Бутлеров много сделал для прояснения и расширения теории структуры. Однако в химическом сообществе преобладали идеи Кекуле.
A Трубка Крукса (2 вида): светлый и темный. Электроны движутся по прямой линии от катода (), о чем свидетельствует тень, отбрасываемая мальтийским крестом на флуоресценции правого конца. Анод находится у нижней проволоки. Британский химик и физик Уильям Крукс известен своими исследованиями катодных лучей, фундаментальными для развития атомной физики. Это вокруг темным пространством Крукса, которое вызывает его исследование электрических разрядов, приводит его к наблюдению за темным пространством катода. Он использует, что катодные лучи движутся по прямой линиим и производят фосфоресценцию и тепло при попадании на источники материалы. Пионер электронных ламп, Крукс изобрел трубку Крукса - раннюю экспериментальную газоразрядную трубку с частичным вакуумом, с помощью которой он изучал поведение катодных лучей. С введением спектрального анализа Роберта Бунзена и Густава Кирхгофа (1859-1860), Крукс применил новую технику к изучению селена соединения. Бунзен и Кирхгоф ранее использовали спектроскопию как средство химического анализа для обнаружения цезия и рубидия. В 1861 году Крукс использовал этот процесс, чтобы построить таллий в некоторых селенистых отложениях. Он продолжил работу над этим новым, выделил его, изучил его свойства и в 1873 году определил его атомный вес. Во время своих исследований таллия Крукс основывает принцип радиометра Крукса, устройство, преобразует световое излучение во вращательное движение. Принцип этого радиометра нашел применение применений при разработке чувствительных измерительных приборов.
В 1862 году Александр Паркс полимал Parkesine, один из первых синтетическихеров, на Международной выставке в Лондоне. Это открытие легло в основу современной индустрии пластмасс. В 1864 году Катон Максимилиан Гульдберг и Питер Вааге, сохранить на идеях Клода Луи Бертолле, предложили закон действия масс. В 1865 году Иоганн Йозеф Лошмидт определил точное количество молекул в моле, позже названном числом Авогадро.
. В 1865 году Август Кекуле, частично опираясь на работы Лошмидт и другие установили структуру бензола как шестиуглеродное кольцо с чередующимися одинарными и двойными связями. Новое предложение Кекуле о циклической структуре бензола вызвало много споров, но так и не было заменено более совершенной теорией. Эта теория послужила научной основой для резкого роста немецкой химической промышленности в последней трети XIX века. Сегодня подавляющее большинство известных органических соединений являются ароматическими, и все они содержат по крайней мере одно гексагональное бензольное кольцо того типа, который отстаивал Кекуле. Кекуле также известен тем, что разъяснил природу ароматических соединений, которые представляют собой соединения на основе молекулы бензола. В 1865 году Адольф фон Байер начал работу над красителем индиго, вехой в современной промышленной органической химии, которая произвела революцию в красильной промышленности.
Шведский химик и изобретатель Альфред Нобель обнаружил, что когда нитроглицерин был включен в абсорбирующее инертное вещество, такое как кизельгур (диатомовая земля ), он стал более безопасным и более удобна в обращении, и эту смесь он запатентовал в 1867 году как динамит. Позднее Нобель объединил нитроглицерин с различными нитроцеллюлозными соединениями, подобными коллодию, но остановился на более эффективном рецепте, сочетающем другое нитратное взрывчатое вещество, и получил прозрачное желеобразное вещество, которое было более мощным взрывчатым веществом, чем динамит.. Гелигнит, или желатин для взрывных работ, как его называли, был запатентован в 1876 году; и последовало множество подобных комбинаций, модифицированных добавлением нитрата калия и различных других веществ.
Дмитрий Менделеев, ответственный за организацию известных химических элементов в периодической таблице.Важный прорыв в понимании списка известных химических элементов (как а также в понимании внутренней структуры атомов) было разработкой Дмитрием Менделеевым первой современной периодической таблицы, или периодической классификации элементов. Менделеев, русский химик, чувствовал, что в элементах существует какой-то порядок, и он провел более тринадцати лет своей жизни, собирая данные и конструируя концепцию, изначально с идеей разрешить некоторые беспорядки в этой области для своих учеников.. Менделеев обнаружил, что, когда все известные химические элементы расположены в порядке возрастания атомного веса, полученная таблица показывает повторяющийся образец или периодичность свойств внутри групп элементов. Закон Менделеева позволил ему построить систематическую периодическую таблицу всех 66 известных тогда элементов на основе атомной массы, которую он опубликовал в «Принципах химии» в 1869 году. Его первая Периодическая таблица была составлена на основе расположения элементов в порядке возрастания. атомный вес и группировка по сходству свойств.
Менделеев настолько верил в справедливость периодического закона, что он предложил изменения общепринятых значений атомного веса нескольких элементов и в своей версии периодической таблицы 1871 года предсказал их расположение в пределах таблица неизвестных элементов вместе с их свойствами. Он даже предсказал вероятные свойства трех еще не обнаруженных элементов, которые он назвал экаборон (Eb), экалюминий (Ea) и экасиликон (Es), которые оказались хорошими предикторами свойствами скандия., галлия и германия. соответственно, каждое из которых занимает место в периодической таблице, указанное Менделеевым.
Сначала периодическая система не вызывала интереса у химиков. Однако с открытием предсказанных элементов, особенно галлия в 1875 году, скандия в 1879 году и германия в 1886 году, он начал завоевывать широкое признание. Последующее доказательство многих его предсказаний при его жизни прославило Менделеева как основателя периодического закона. Эта ранние попытки превзошла, предпринятые Александром-Эмилем Бегуайе де Шанкуртуа, который опубликовал теллурическую версию периодической таблицы элементов 1862 года, Джон Ньюлендс, предложивший закон октав (предшественник периодического закона) в 1864 году, и Лотар Мейера, который разработал раннюю версию периодической таблицы с 28 элементами, организованными по валентности в 1864 году. Таблица Менделеева не включала ни одного из благородных газов, однако имели место еще не обнаружено. Постепенно периодический закон и таблица стали большей части теории. К моменту смерти Менделеева в 1907 году он пользовался международным признанием и был удостоен наград и отличий многих стран.
В 1873 году Якобус Хенрикус ван 'т Хофф и Джозеф Ахилле Ле Бель, независимо друг от друга, разработали модель химической связи, объясняющую эксперименты с хиральностью Пастера и предоставили физическую причину оптической активности в хиральных соединениях. Публикация ван 'т Хоффа под названием Voorstel tot Uitbreiding der Tegenwoordige in de Scheikunde gebruikte Structuurformules in de Ruimte и т. д. (Предложение о разработке трехмерных химических структурных формул), состоящая из двенадцати страниц текста и одной страницы диаграмм, дала толчок к развитию стереохимии. Рассматриваемая в этой публикации концепция «асимметричного атома углерода» дает объяснение примеров изомеров, необъяснимых с помощью нынешних структурных формул. В то же время он указывает на наличие связи между оптической активностью и наличием асимметричного атома углерода.
Дж. Уилла Гиббс сформулировал концепцию термодинамического равновесия системы в терминах энергии и энтропии. Он также провел обширную работу по химическому равновесию и равновесию между фазами. Американский физик-математик Дж. Работа Уилларда Гиббса по применению термодинамики сыграла важную роль в превращении физической химии в строгую дедуктивную науку. В период с 1876 по 1878 год Гиббс работал над принципами термодинамики, применяя их к сложным процессам, с химическими реакциями. Он открывает химические функции работы. В 1876 году онал свой самый известный труд «О равновесии гетерогенных веществ », сборник его работ по термодинамике и физической химии, в котором сформулирована концепция свободной энергии для объяснения физическая основа химического равновесия. Эти эссе положили начало теории материи Гиббса: он считал каждое состояние материи фазы, каждое вещество - компонентом. Гиббс взял все переменные, участвующие в их реакции - температуру, давление, энергию, объем и энтропию - и включил в одно простое уравнение, известное как правило фазбса.
. В этой статье, пожалуй, самый выдающийся его ввод, введение его свободной энергии, теперь повсеместно называемой свободной энергией Гиббса в честь. Свободная энергия Гиббса связывает тенденцию к физической системе одновременно снижать свою энергию и увеличивать беспорядок, или энтропию, в спонтанном естественном процессе. Подход Гиббса позволяет исследователю рассчитать изменение свободной энергии в процессе, например, в теории и как быстро это происходит. Практически все химические процессы и теоретические физические физические включают в себя такие изменения. В 1877 году Людвиг Больцман установил статистические выводы многих важных физических и химических понятий, включая энтропию и распределение молекулярных скоростей в газовой фазе. Вместе с Больцманом и Джеймсом Клерком Максвеллом Гиббс создал новую ветвь теоретической физики, названную статистической механикой (термин, который он ввел в обращение), объяснение термодинамики как следствия статистических свойств больших ансамблей частиц. Гиббс также работал над применением решений Максвелла к задачам физической оптики. Вывод Гиббса феноменологических термодинамики из статистических систем представлен представлением Гиббса феноменологических моделей статистической механики, опубликованном в 1902 году, за год его смерти. В этой работе Гиббс рассмотрел взаимосвязь между законами термодинамики и статистической теорией молекулярных движений. Превышение исходной функции частичными суммами ряд Фурье в точках известно как феномен Гиббса.
Немецкий инженер Карл фон Изобретение Linde непрерывного процесса сжижения Газы в больших количествах легло в основу современных технологий охлаждения и средства для проведения научных исследований при низких температурах и очень высоком вакууме. Он разработал диметиловый эфир холодильник (1874) и аммиачный холодильник (1876). Хотя холодильные установки были разработаны ранее, Linde были первыми, кто проектировал с целью точного расчета эффективности. В 1895 году он основал крупный завод по производству жидкого воздуха. Шесть лет спустя он разработал метод отделения чистого жидкого кислорода от жидкого воздуха, который привел к повсеместному промышленному переводу на процессы с использованием кислорода (например, при производстве стали ).
В 1883 году Сванте Аррениус разработал ионную теорию для объяснения проводимости в электролитах. В 1884 году Якобус Хенрикус ван 'т Хофф опубликовал «Исследования по динамической химии», основополагающее исследование химической кинетики. В этой работе Ван 'т Гофф впервые вошел в область физической химии. Большое значение имело его развитие общей термодинамической взаимосвязи между теплотой превращения и смещением равновесия в результате изменения температуры. При постоянном постоянном равновесии в системе будет тенденцию сдвигаться в таком направлении, чтобы противодействовать изменению температуры, накладывается на систему. Таким образом, понижение температуры приводит к выделению тепла, а повышение температуры приводит к поглощению тепла. Этот подвижный принцип равновесия был усилен (1885 г.) изложен в общей форме Анри Луи Ле Шателье, который расширил этот принцип, включив в него компенсацию изменением объема наложенных изменений. Принцип Ван 'т Гоффа-Ле Шателье, или просто принцип Ле Шателье, объясняет реакцию динамического химического равновесия на внешние напряжения.
В 1884 году Герман Эмиль Фишер усиливает структуру пурина, ключевыми структурами многих биомолекул, которые он позже синтезировал в 1898 году. Он также начал работу над химией глюкоза и родственные сахара. В 1885 году Юджин Гольдштейн назвал катодный луч, который, как позже, образовался, состоит из электронов, и канальный луч, позже обнаруженный как положительные ионы водорода, которые имели лишены своих электронов в электронно-лучевой трубке ; позже они будут названы протонами. В 1885 году была опубликована работа Дж. Х. ван 'т Гоффа «Химическое равновесие в газовых системах или разбавленных растворах» («Химическое равновесие в газовых системах или сильно разбавленных растворах»), в рассматриваемой теории разбавленных растворов. Здесь он действует, что «осмотическое давление » в растворах, которые достаточно разбавлены, пропорционально концентрации и так что это давление может быть представлена формулой, которая только отклоняется от формула для абсолютного давления газа с коэффициентом и . Он также определил значение различных методов, например, с помощью давления пара и результатов Франсуа-Мари Рауля по снижению точки замерзания. Таким образом Ван'т Хофф смог доказать, что законы термодинамики справедливы не только для газов, но и для разбавленных растворов. Его законы давления, получившие всеобщее признание благодаря теории электролитической диссоциации Аррениуса (1884-1887) - первого иностранца, приехавшего с ним работать в Амстердам (1888), - считаются всеобъемлющими и важными в области естественных наук. В 1893 году Альфред Вернер открыл октаэдрическую систему комплексов кобальта, тем самым открыв область координационной химии.
Самые знаменитые открытия Шотландии химик Уильям Рамзи занимались неорганической химией. Рамзи был заинтригован открытием в 1892 г. британского физика Джона Стратта, 3-го барона Рэлея, что атомная масса азота, обнаруженного в химических соединениях, ниже, чем у азота, обнаруженного в атмосфере. Приписал это несоответствие легкому газу, входящему в химические соединения азота, в то время как Рамзи подозревал, что в атмосферном азоте присутствует еще не обнаруженный тяжелый газ. Используя два разных метода для удаления всех известных газов из воздуха, Рамзи и лорд Рэлей смогли объявить в 1894 году, что они представлены одноатомный химически инертный газообразный элемент, составляющий почти 1 процент атмосферы; они назвали его аргон.
Дж. Дж. Томсон В следующем году Рамзи выделил еще один инертный газ из минерала под названием клевеит ; это оказался гелий, ранее известный только в солнечном спектре. В своей книге «Газы атмосферы» (1896 г.) Рамзи показал, что положение гелия и аргона в периодической таблице элементов указывает на то, что может существовать по крайней мере еще три благородных газа. В 1898 году Рамзи и британский химик Моррис У. Трэверс выделили эти элементы - неон, криптон и ксенон - из воздуха, принесенного в жидкое состояние при низкой температуре и высоком давлении. В 1903 году сэр Уильям Рамзи работал с Фредериком Содди, чтобы действовать, что альфа-частицы (ядро гелия) постоянно образуются во время радиоактивного распада образца радия. Рамзи был удостоен Нобелевской премии по химии 1904 г. в знак признания «заслуг в открытии инертных газообразных элементов в воздухе и определении их места в периодической системе».
В 1897 году Дж. Дж. Томсон открыл электрон с помощью электронно-лучевой трубки. В 1898 году Вильгельм Вин имелал, что лучи канала (потоки положительных благоприятных условий) могут отклоняться магнитными полями, и что величина отклонения пропорциональна относительно массы к заряду. Это открытие привело бы к аналитической методике, известной как масс-спектрометрия в 1912 году.
Мария Кюри, пионер в области радиоактивности и первый дважды удостоенный награды лауреат Нобелевской премии (и до сих пор единственный в двух различных науках) Мария Склодовская-Кюри была французским физиком и химиком польского происхождения, известная своими новаторскими исследованиями в области радиоактивность. Считается, что она и ее заложили краеугольный камень ядерного века в своих исследованиях радиоактивности. Мари была очарована работой Анри Беккереля, французского физика, который в 1896 году обнаружил, что уран испускает лучи, похожие на рентгеновские лучи, открытые Вильгельмом Рентгеном. Мария Кюри начала изучать уран в конце 1897 года и предположила, согласно статье 1904 года, которую она написала для журнала Century, «это излучение лучей, соединяющее урана самого металла, а именно атомарным своим элементом. уран независимо от его химического или физического состояния ». Кюри продвинула работу Беккереля на несколько шагов вперед, проведя собственные эксперименты с урановыми лучами. Она обнаружила, что лучи остаются постоянными, независимо от состояния или формы урана. Она предположила, что лучи исходят от атомной структуры элемента. Эта революционная идея создала область атомной физики, и Кюри придумали слово радиоактивность для описания этого явления.
Пьер Кюри, известный своими работами по радиоактивности, а также по ферромагнетизму, парамагнетизму и диамагнетизму ; в частности, закон Кюри и точка Кюри.Пьер и Мари также исследовали радиоактивность, применяя над разделением веществ в урановых рудах, используя электрометр для измерения радиации до проследить мельчайшее количество неизвестного радиоактивного элемента среди полученных фракций. Работая с минералом урана, в 1898 году пара открыла новый радиоактивный элемент. Они назвали этот элемент полонием в честь родины Мари, Польши. 21 декабря 1898 года Кюри встретиться в настуране еще один радиоактивный материал. Они представили этот результат Французской академии наук 26 декабря, предложив назвать новый элемент радием. Затем Кюри приступили к работе по выделению полония и радия из природных соединений, чтобы доказать, что они являются новыми элементами. В 1902 году Кюрилили, что получили дециграмму чистого радия, действовало его существование как уникального химического элемента. Хотя им потребовалось три года, чтобы заблокировать радий, им так и не удалось заблокировать полоний. Наряду с открытием двух новых элементов и поиском методов выделения активных изотопов, Кюри руководил первыми в мире исследованиями по лечению новообразований с использованием радиоактивных изотопов. Вместе с Анри Беккерелем и ее мужем Пьером Кюри она была удостоена Нобелевской программы по физике 1903 . Она была обладателем Нобелевской премии по химии 1911 г. . Она была первой женщиной, получившей Нобелевскую премию, и она единственная женщина, получившая награду в двух разных областях.
Работая с Мари над извлечением чистых веществ из руд, предприятие действительно требовало промышленных ресурсов, но достигалось в относительно примитивных, сам Пьер сосредоточился на физических исследованиях (включая световые и химические эффекты) условиях новых излучений. Посредством действия магнитных полей на лучи, испускаемые радием, он доказал частицы, которые были электрически положительными, отрицательными и нейтральными; эти Эрнест Резерфорд может называл альфа-, бета- и гамма-лучи. Затем Пьер изучал эти излучения с помощью калориметрии, а также наблюдал физиологические эффекты радия, открывая тем путь к радиевой терапии. Среди открытий Пьера Кюри было то, что ферромагнитные вещества демонстрируют критический температурный переход, выше которого вещества теряют свое ферромагнитное поведение - это известно как «точка Кюри ». Он был избранным в Академию наук (1905 г.), получив в 1903 г. вместе с Мари престижной медаль Дэви Королевского общества, а вместе с ней и Беккерелем Нобелевскую премию по физике. Его сбила карета на rue Dauphine в Париже в 1906 году и он умер мгновенно. Полное собрание его сочинений было опубликовано в 1908 году.
Эрнест Резерфорд, первооткрыватель ядра ядерной физики Химик и физик из Новой Зеландии Эрнест Резерфорд считается «отцом ядерной физики ». Резерфорд известен прежде всего, что придумал название альфа, бета и гамма для классификации различных форм радиоактивных «лучей», которые были плохо изучены в то время (альфа) и бета-лучи представьте форму собой высокоэнергетического электромагнитного излучения ). Резерфорд отклонил альфа-лучи как электрические, так и магнитным полями в 1903 году. Работая с Фредериком Содди, Резерфорд объяснил, что радиоактивность возникает из-за трансмутации элементов, известных сейчас вовлечение ядерных факторов.
Вверху: предсказанные результаты, основанные на принятой тогда модели атома сливового пудинга. Внизу: наблюдаемые результаты. Резерфорд опроверг модель сливового пудра и пришел к выводу, что положительный заряд атома должен быть сосредоточен в небольшом центральном ядре. Он также заметил, что интенсивность радиоактивного радиоактивного элемента уменьшается в течение уникального и регулярного промежутка времени до тех пор, пока точка стабильности, и он назвал время уменьшения вдвое «период полураспада ». В 1901 и 1902 годах он работал с Фредериком Содди, чтобы доказать, что атомы одного радиоактивного элемента могут самопроизвольно превратиться в другой, выталкивая часть атома с большой скоростью. В 1906 году в Манчестерском университете Резерфорд руководил экспериментом, проведенным его учениками Хансом Гейгером (известным благодаря счетчику Гейгера ) и Эрнесту Марсдену. В эксперименте Гейгера-Марсдена пучок альфа-частиц, образованный в результате радиоактивного распада радона, направлялся нормально на лист очень тонкой золотой фольги в откачанной камере. Согласно преобладающей модели сливового пудинга, все альфа-частицы должны были пройти через фольгу и поразить экран детектора или были отклонены максимум на несколько градусов.
Однако реальные результаты удивили Резерфорда. Хотя многие из альфа-частиц действительно прошли, как и ожидалось, многие другие были отклонены под небольшими углами, в то время как другие отражались обратно в альфа-источник. Они заметили, что очень небольшой процент частиц отклоняется на углы, намного превышающие 90 градусов. Эксперимент с золотой фольгой показал большие отклонения для небольшой части падающих частиц. Резерфорд понял, что, поскольку некоторые из альфа-частиц отклонялись или отражались, атом имел концентрированный центр положительного заряда и относительно большой массы - Резерфорд позже назвал этот положительный центр «атомным ядром ». Альфа-частицы либо попали в положительный центр напрямую, либо прошли мимо него достаточно близко, чтобы на них повлиял его положительный заряд. Поскольку многие другие частицы прошли через золотую фольгу, положительный центр должен быть относительно небольшого размера по сравнению с остальной частью атома, а это означает, что атом в основном представляет собой открытое пространство. На основе своих результатов Резерфорд разработал модель атома, похожую на солнечную систему, известную как модель Резерфорда. Подобно планетам, электроны вращаются вокруг центрального солнечного ядра. За свои работы с излучением и атомным ядром Резерфорд получил Нобелевскую премию по химии 1908 года.
Первая Сольвеевская конференция прошла в Брюсселе в 1911 году и считалась поворотной точкой в мире физики и химия. В 1903 году Михаил Цвет изобрел хроматографию, важный аналитический метод. В 1904 году Хантаро Нагаока предложил раннюю ядерную модель атома, в которой электроны вращаются вокруг плотного массивного ядра. В 1905 году Фриц Габер и Карл Бош разработали процесс Габера для производства аммиака, что стало важной вехой в промышленной химии с глубокими последствиями для сельского хозяйства.. Процесс Габера, или процесс Габера-Боша, объединил азот и водород с образованием аммиака в промышленных количествах для производства удобрений и боеприпасов. Производство продуктов питания для половины нынешнего населения мира зависит от этого метода производства удобрений. Хабер вместе с Максом Борном предложил цикл Борна – Габера в качестве метода оценки энергии решетки ионного твердого тела. Хабера также называют "отцом химической войны " за его работу по разработке и применению хлора и других ядовитых газов во время Первой мировой войны
Роберт А. Милликен, который наиболее известен за измерение заряда электрона, получил Нобелевскую премию по физике в 1923 году. В 1905 году Альберт Эйнштейн объяснил броуновское движение таким образом, который окончательно подтвердил атомную теорию. Лео Бэкеланд изобрел бакелит, один из первых коммерчески успешных пластиков. В 1909 году американский физик Роберт Эндрюс Милликен, который учился в Европе у Вальтера Нернста и Макса Планка, с беспрецедентной точностью измерил заряд отдельных электронов с помощью эксперимент с каплями масла, в котором он измерял электрические заряды крошечных падающих капель воды (а позже и масла). Его исследование установило, что электрический заряд любой конкретной капли кратен определенной фундаментальной величине - заряду электрона - и, таким образом, является подтверждением того, что все электроны имеют одинаковый заряд и массу. Начиная с 1912 года, он провел несколько лет, исследуя и наконец доказав предложенную Альбертом Эйнштейном линейную зависимость между энергией и частотой, и предоставил первую прямую фотоэлектрическую поддержку постоянной постоянной Планка. В 1923 году Милликен был удостоен Нобелевской премии по физике.
В 1909 году С. П. Л. Соренсен изобрел концепцию pH и разработал методы измерения кислотности. В 1911 году Антониус Ван ден Брук предложил идею о том, что элементы периодической таблицы более правильно организованы положительным ядерным зарядом, а не атомным весом. В 1911 году в Брюсселе прошла первая Сольвеевская конференция, на которой собралось большинство самых выдающихся ученых того времени. В 1912 году Уильям Генри Брэгг и Уильям Лоуренс Брэгг предложили закон Брэгга и основали область рентгеновской кристаллографии, важного инструмента. для выяснения кристаллической структуры веществ. В 1912 году Питер Дебай использовал концепцию молекулярного диполя для описания асимметричного распределения заряда в некоторых молекулах.
Нильс Бор, разработчик модели Бора атома и ведущий основатель квантовой механики В 1913 году Нильс Бор, датский физик, ввел концепции квантовой механики в структуру атома, предложив то, что сейчас известно как модель Бора атома, где существуют электроны. только в строго определенных круговых орбитах вокруг ядра, подобных ступеням на лестнице. Модель Бора - это планетарная модель, в которой отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг небольшого положительно заряженного ядра, подобного планетам, вращающимся вокруг Солнца (за исключением того, что орбиты не являются плоскими) - гравитационная сила Солнечной системы математически сродни притяжению. Кулоновская (электрическая) сила между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами.
Однако в модели Бора электроны вращаются вокруг ядра по орбитам с заданным размером и энергией - уровни энергии, как говорят, квантованы, что означает, что разрешены только определенные орбиты с определенными радиусами; промежуточных орбит просто не существует. Энергия орбиты связана с ее размером - то есть самая низкая энергия находится на самой маленькой орбите. Бор также постулировал, что электромагнитное излучение поглощается или испускается, когда электрон движется с одной орбиты на другую. Поскольку разрешены только определенные электронные орбиты, излучение света, сопровождающее скачок электрона из возбужденного энергетического состояния в основное состояние, создает уникальный спектр излучения для каждого элемента. Позже Бор получил за эту работу Нобелевскую премию по физике.
Нильс Бор также работал над принципом дополнительности, который гласит, что электрон можно интерпретировать двумя взаимоисключающими и действительными способами. Электроны можно интерпретировать как модели волн или частиц. Его гипотеза заключалась в том, что входящая частица ударится по ядру и создаст возбужденное составное ядро. Это легло в основу его модели жидкой капли и позже стало теоретической основой для ядерного деления после его открытия химиками Отто Ханом и Фриц Страссман, объяснение и наименование физиков Лиз Мейтнер и Отто Фриш.
Лестница Мозли В 1913 году Генри Мозли, работает из более ранней идеи Ван ден Брука ввел понятие атомного числа, чтобы исправить некоторые недостатки периодической таблицы Менделеева, которая была основана на атомном весе. Пик карьеры Фредерика Содди в радиохимии пришелся на 1913 год, когда он сформулировал концепцию изотопов, в которой говорилось, что определенные элементы существуют в двух или более формах, которые имеют разный атомный вес, но химически неразличимы. Его помнят за доказательство существования изотопов определенных радиоактивных элементов, а также приписывают, наряду с другими, открытие элемента протактиний в 1917 году. В 1913 году Дж. Дж. Томсон расширил работу Вина. показывая, что заряженные субатомные частицы могут быть разделены по соотношению их массы к заряду, метод, известный как масс-спектрометрия.
Американский физик-химик Гилберт Н. Льюис заложил основы теории валентных связей ; он сыграл важную роль в развитии теории связи, основанной на числе электронов во внешней «валентной» оболочке атома. В 1902 году, когда Льюис пытался объяснить своим ученикам валентность, он изобразил атомы в виде концентрической серии кубов с электронами в каждом углу. Этот «кубический атом» объяснил восемь групп в периодической таблице и представил его идею о том, что химические связи образуются переносом электронов, чтобы дать каждому атому полный набор из восьми внешних электронов («октет»).
Теория химической связи Льюиса продолжала развиваться, и в 1916 году он опубликовал свою основополагающую статью «Атом молекулы», в которой предположил, что химическая связь - это пара электронов, разделяемых двумя атомами. В модели Льюиса классическая химическая связь приравнивается к разделению пары электронов между двумя связанными атомами. Льюис представил в этой статье «электронные точечные диаграммы» для обозначения электронных структур атомов и молекул. Теперь известные как структуры Льюиса, они обсуждаются практически во всех вводных книгах по химии.
Вскоре после публикации своей статьи 1916 года Льюис занялся военными исследованиями. Он не возвращался к теме химической связи до 1923 года, когда он мастерски резюмировал свою модель в короткой монографии под названием Валентность и структура атомов и молекул. Возобновление его интереса к этому предмету было в значительной степени стимулировано деятельностью американского химика и исследователя General Electric Ирвинга Ленгмюра, который между 1919 и 1921 годами популяризировал и разработал модель Льюиса. Впоследствии Ленгмюр ввел термин ковалентная связь. В 1921 году Отто Штерн и Вальтер Герлах установили концепцию квантово-механического спина в субатомных частицах.
Для случаев, когда не было деления, Льюис в 1923 году разработал теорию электронных пар кислот и основания : Льюис переопределил кислоту как любой атом или молекулу с неполный октет, который, таким образом, мог принимать электроны от другого атома; базы были, конечно, донорами электронов. Его теория известна как концепция кислот и оснований Льюиса. В 1923 году Г. Н. Льюис и Мерл Рэндалл опубликовали первый современный трактат по химической термодинамике.
«Термодинамика и свободная энергия химических веществ».
. В 1920-х годах была принята и применена модель электрона Льюиса. -парная связь в области органической и координационной химии. В органической химии это произошло в первую очередь благодаря усилиям британских химиков Артура Лэпворта, Роберта Робинсона, Томаса Лоури и Кристофера Инголда ; в то время как в координационной химии модель связывания Льюиса была продвинута усилиями американского химика Мориса Хаггинса и британского химика Невила Сиджвика.
  | |
  | |
| Слева направо, верхний ряд: Луи де Бройль (1892–1987) и Вольфганг Паули (1900–58); второй ряд: Эрвин Шредингер (1887–1961) и Вернер Гейзенберг (1901–76) |
В 1924 году французский квантовый физик Луи де Бройль опубликовал свой диссертацию, в которой он представил революционную теорию электронных волн, основанную на дуальности волна-частица. В свое время интерпретации света и материи волны и частицы рассматривались как противоречащие друг другу, но де Бройль предположил, что эти, казалось бы, разные характеристики, вместо этого, были одним и тем же поведением, наблюдаемым с разных точек зрения - что частицы могут вести себя как волны, а волны (излучение) могут вести себя как частицы. Предложение Бройля предлагало объяснение ограниченного движения электронов внутри атома. Первые публикации идеи Бройля о «материальных волнах» не привлекли особого внимания со стороны других физиков, но копия его докторской диссертации попала в руки Эйнштейна, который откликнулся с энтузиазмом. Эйнштейн подчеркнул важность работы Бройля как явно, так и продолжая ее развивать.
В 1925 году физик австрийского происхождения Вольфганг Паули разработал принцип исключения Паули, согласно которому никакие два электрона вокруг одного ядра в атоме не могут занимать одно и то же квантовое состояние одновременно, как описано четырьмя квантовыми числами. Паули внес большой вклад в квантовую механику и квантовую теорию поля (он был удостоен Нобелевской премии по физике 1945 года за открытие принципа исключения Паули), а также в физику твердого тела, и он успешно выдвинул гипотезу о существовании нейтрино .. В дополнение к своей оригинальной работе он написал мастерские синтезы нескольких областей физической теории, которые считаются классикой научной литературы.
Уравнение Шредингера В 1926 году в возрасте 39 лет австрийский физик-теоретик Эрвин Шредингер опубликовал статьи, заложившие основы квантовой волновой механики. В этих статьях он описал свое уравнение в частных производных, которое является основным уравнением квантовой механики и имеет такое же отношение к механике атома, как уравнения движения Ньютона к планетарной астрономии. Приняв предложение Луи де Бройля в 1924 году о том, что частицы материи имеют двойную природу и в некоторых ситуациях действуют как волны, Шредингер представил теорию, описывающую поведение такой системы с помощью волнового уравнения, которое теперь известно как Уравнение Шредингера. Решения уравнения Шредингера, в отличие от решений уравнений Ньютона, представляют собой волновые функции, которые могут быть связаны только с вероятным возникновением физических событий. Легко визуализируемая последовательность событий планетных орбит Ньютона в квантовой механике заменена более абстрактным понятием вероятности. (Этот аспект квантовой теории сделал Шредингера и некоторых других физиков глубоко несчастными, и он посвятил большую часть своей дальнейшей жизни формулированию философских возражений против общепринятой интерпретации теории, для создания которой он так много сделал.)
Немецкий физик-теоретик Вернер Гейзенберг был одним из ключевых создателей квантовой механики. В 1925 году Гейзенберг открыл способ сформулировать квантовую механику в терминах матриц. За это открытие он был удостоен Нобелевской премии по физике за 1932 год. В 1927 году он опубликовал свой принцип неопределенности, на котором он построил свою философию и которым он наиболее известен. Гейзенберг смог продемонстрировать, что если вы изучаете электрон в атоме, вы можете сказать, где он находится (местоположение электрона) или куда он движется (скорость электрона), но невозможно выразить и то, и другое одновременно. Он также внес важный вклад в теории гидродинамики турбулентных потоков, атомного ядра, ферромагнетизма, космических лучей и субатомных частиц, и он сыграл важную роль в проектировании первого западногерманского ядерного реактора в Карлсруэ вместе с исследовательским реактором в Мюнхене, в 1957. Значительные противоречия окружают его работы по атомным исследованиям во время Второй мировой войны.
Некоторые считают, что рождение квантовой химии связано с открытием уравнения Шредингера и его применением к атому водорода в 1926 году. Однако статью 1927 года Уолтера Хайтлера и Фрица Лондона часто называют первой вехой в истории квантовой химии. Это первое приложение квантовой механики к двухатомной молекуле водорода и, следовательно, к явлению химической связи. В последующие годы большого прогресса добились Эдвард Теллер, Роберт С. Малликен, Макс Борн, Дж. Роберт Оппенгеймер, Линус Полинг, Эрих Хюкель, Дуглас Хартри и Владимир Александрович Фок, и многие другие.
Тем не менее, сохранялся скептицизм относительно общей силы квантовой механики, применяемой к сложным химическим системам. Ситуация около 1930 года описана Полем Дираком :
Основные физические законы, необходимые для математической теории большой части физики и всего мира Таким образом, химия полностью известна, и трудность состоит только в том, что точно Согласно этим системам, приведенным к рассмотрению, слишком сложным, чтобы их можно было решить. Поэтому становится желательным приближенные практические методы применения квантовой механики, которые могут привести к объяснению основных сложных атомных систем без излишних вычислений.
Следовательно, квантово-механические методы, разработанные в 1930-х и 1940-х годах, являются их часто называют теоретической молекулярной или они атомной физикой, чтобы подчеркнуть тот факт, что были скорее приложение квантовой механики к химии и спектроскопией, чем ответами на химически важные вопросы. В 1951 году ссылка в квантовой химии стала основополагающая статья Клеменса К. Дж. Рутана по уравнениям Рутана. Это открыло путь к решению уравнений самосогласованного поля для малых молекул, таких как водород или азот. Эти вычисления производились с помощью таблиц интегралов, которые были вычислены на самых передовых компьютерах того времени.
В 1940-х годах многие физики отказались от молекулярной или атомной физики до ядерной физики (например, Дж. Роберт Оппенгеймер или Эдвард Теллер ). Гленн Т. Сиборг был известным химиком-ядерщиком, наиболее известным специалистом по определению и идентификации трансурановых элементов (тех, которые тяжелее у ). Он разделил Нобелевскую премию по химии 1951 года с Эдвином Маттисоном Макмилланом за их независимые открытия трансурановых элементов. Сиборгий был назван в его честь, что сделало его единственным человеком, наряду с Альбертом Эйнштейном и Юрием Оганесяном, в честь которого химический элемент был назван при его жизни.
К середине 20-го века, в принципе, интеграция физики и химии была обширной, а химические свойства объяснялись электронным структура атома ; Книга Линуса Полинга о природе химической связи использовала принципы квантовой механики для вывода валентных углов во все более сложные молекулах. Однако, хотя некоторые принципы, выведенные из квантовой механики, могли качественно предсказать некоторые химические свойства биологически значимых молекул, до конца 20-го века они меньше меня скорее набор правил, наблюдений и рецептов, чем строгие ab initio количественные методы.
Схематическое представление некоторых ключевых структурных ДНК Этот эвристический подход восторжествовал в 1953 году, когда Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик вывели двойную спиральную структуру ДНК путем построения моделей, ограниченных и основанных на знании химии составных частей и рентгеновских дифракционных изображений, полученных Розалинд Франклин. Это открытие привело к взрыву исследований биохимии жизни.
В том же году эксперимент Миллера - Юри действовал, что основные составляющие белка, простые аминокислоты, сами могут образовываться из более простых молекул в модели моделирования первобытных процессов на Земле. Хотя остается много вопросов об истинной природе происхождения жизни, это была первая попытка химиков изучить гипотетические процессы в лаборатории в контролируемых условиях.
В 1983 году Кэри Маллис разработала метод амплификации ДНК in vitro, известный как полимеразная цепная реакция (ПЦР), который произвел революцию в химических процессах, используемых в лаборатории для манипулирования ею. ПЦР системный кузнец для установки фрагментов ДНК и делает секвенирование ДНК организмов, кульминацией которого стал грандиозный проект человека генома.
Важная часть головоломки двойная спирали была решена один из учеников Полинга Мэтью Мезельсон и Фрэнк Шталь, результаты их сотрудничества (эксперимент Мезельсона - Шталя ) был назван «самым красивым экспериментом в биологии».
Они использовали метод центрифугирования, при Стабилизатор ДНК, который, следовательно, отслеживались при репликации бактерии.
Бакминстерфуллерен, C 60В 1970 году Джон Попл разработал программу Gaussian, значительно упрощающую вычисления в вычислительной химии. В 1971 году Ив Шовен использует объяснение механизма реакции использование метатезиса олефинов. В 1975 г. Карл Барри Шарплесс и его группа открыли стереоселективные окислительные реакции, включая эпоксидирование по Шарплесу, асимметричное дигидроксилирование по Шарплесу и по Шарплесу. оксиаминирование. В 1985 году Гарольд Крото, Роберт Керл и Ричард Смолли открыли фуллерены, класс больших молекул углерода, внешне напоминающий геодезический купол по проекту архитектора Р. Бакминстер Фуллер. В 1991 году Сумио Иидзима использовал электронную микроскопию, чтобы открыть тип цилиндрического фуллерена, известный как углеродная нанотрубка, хотя более ранние работы в этой области проводились еще раньше. as 1951. Этот материал является важным компонентом в области нанотехнологий. В 1994 году К. К. Николау со своей группой и Роберт А. Холтон и его группа осуществили первый полный синтез таксола. В 1995 году Эрик Корнелл и Карл Виман создали первый конденсат Бозе-Эйнштейна, вещество, проявляющее квантово-механические свойства в макроскопическом масштабе.
Классически, до 20 века, химия определялась как наука о природе материи и ее преобразованиях. Таким образом, он явно отличался от физики, которая не занималась столь драматическим преобразованием материи. Более того, в отличие от физики, химия не использовалась много математики. Даже некоторые из них особенно неохотно использовали математику в химии. Например, Огюст Конт писал в 1830 году:
Каждая попытка использовать математические методы для изучения химических вопросов должна считаться иррациональной и противоречащей духу химии... если математический анализ должен когда-либо занимать видное место в химии - это привело к быстрому вырождению этого заболевания.
Однако во второй половине XIX века ситуация изменилась и Август Кекуле писал в 1867 году:
Я скорее ожидаю, что когда-нибудь мы найдем математико-механическое объяснение того, что мы теперь называем атомами, которое даст отчет об их свойствах.
По мере развития понимания природы материи происходило и самопонимание науки химии ее практиками. Этот непрерывный исторический процесс оценки включает в себя категории, термины, цели и объем химии. Кроме того, используются социальные институты и сети, которые включают в себя очень важные факторы, которые распространяют и распространяют химические знания. (См. Философия химии )
В конце девятнадцатого значительно возросла эксплуатация нефти, добываемой из земли, для производства множества химикатов и в степени заменило использование китового жира, каменноугольной смолы и морских запасов, ранее использованных. Крупномасштабное производство и очистка нефти предоставил сырье для жидкого топлива, такого как бензин и дизельное топливо, растворители, очные материалы, асфальт, воск, а также препараты для производства многих распространенных в современном мире материалов, таких как синтетические волокна, пластмассы, краски, моющие средства, фармацевтические, клеи и аммиак в качестве удобрений и для других целей. Многие из них требовали новых катализаторов и использование химического ма шиностроения для их рентабельного производства.
I В середине двадцатого электронного века структуры полупроводников был создан точным путем больших созданий исключительно чистых монокристаллов кремния и германия. Точный контроль их химического состава путем других элементов сделал возможным производство твердотельного транзистора в 1951 году и сделал возможным производство крошечных интегральных схем для использования в электронных устройствах, особенно компьютеры.
в хронологическом порядке:
 | Викицитатник содержит цитаты, связанные с: Историей химии |
 | На Викискладе есть медиафайлы, связанные с Историей химии. |
