Химическая революция
В истории химии химическая революция , также называемая первой химической революцией , была переформулировкой химии в течение семнадцатого и восемнадцатого веков, кульминацией которой стал закон сохранения массы и кислородная теория горения .
В XIX и XX веках это преобразование было приписано работе французского химика Антуана Лавуазье (« отца современной химии »). [2] Однако недавние работы по истории ранней современной химии считают, что химическая революция состоит из постепенных изменений в химической теории и практике, возникших в течение двух столетий. [3] [4] Так называемая научная революция произошла в шестнадцатом и семнадцатом веках, тогда как химическая революция произошла в семнадцатом и восемнадцатом веках. [5]
Основные факторы
[ редактировать ]Несколько факторов привели к первой химической революции. Во-первых, это были формы гравиметрического анализа , возникшие из алхимии, и новые виды инструментов, разработанные в медицинском и промышленном контексте. В этих условиях химики все чаще оспаривали гипотезы, которые уже были выдвинуты древними греками. Например, химики стали утверждать, что все структуры состоят из более чем четырех элементов у греков или восьми элементов у средневековых алхимиков. Ирландский алхимик заложил Роберт Бойль основы химической революции своей механической корпускулярной философией, которая, в свою очередь, во многом опиралась на алхимическую корпускулярную теорию и экспериментальный метод, восходящий к псевдо-Геберу . [6] [7]
Более ранние работы химиков, таких как Ян Баптист ван Гельмонт, помогли изменить теоретическое убеждение о том, что воздух существует как единый элемент, к убеждению, что воздух существует как смесь различных видов газов. [8] Анализ данных Ван Гельмонта также предполагает, что у него было общее понимание закона сохранения массы в 17 веке. [8] Кроме того, работы Жана Рея в начале 17 века с такими металлами, как олово и свинец, и их окислением в присутствии воздуха и воды помогли точно определить вклад и существование кислорода в процессе окисления. [9]
Другие факторы включали новые экспериментальные методы и открытие Джозефом Блэком «неподвижного воздуха» (углекислого газа) в середине 18 века. Это открытие было особенно важным, поскольку оно эмпирически доказало, что «воздух» не состоит только из одного вещества, а также потому, что оно установило «газ» как важное экспериментальное вещество. Ближе к концу XVIII века эксперименты еще раз доказали Генри Кавендиша и Джозефа Пристли , что воздух не является элементом , а состоит из нескольких различных газов . Лавуазье также перевел названия химических веществ на новый номенклатурный язык, более приятный для ученых XIX века. Такие изменения произошли в атмосфере, когда промышленная революция повысила общественный интерес к изучению и практике химии. Описывая задачу заново изобрести химическую номенклатуру, Лавуазье попытался использовать новую центральную роль химии, сделав довольно гиперболическое заявление о том, что: [10]
Мы должны тщательно навести порядок в доме, поскольку они использовали свойственный им загадочный язык, который вообще представляет одно значение для адептов и другое значение для простонародья и в то же время не содержит ничего рационально понятного ни для одного, ни для одного. или для другого.
Прецизионные инструменты
[ редактировать ]Большая часть причин, по которым Антуан Лавуазье был назван «отцом современной химии» и началом химической революции, заключалась в его способности математизировать эту область, подталкивая химию к использованию экспериментальных методов, используемых в других «более точных науках». [11] Лавуазье изменил область химии, ведя тщательные балансы в своих исследованиях, пытаясь показать, что за счет трансформации химических частиц сохраняется общее количество вещества. Лавуазье использовал приборы для термометрических и барометрических измерений в своих экспериментах и сотрудничал с Пьером Симоном де Лапласом в изобретении калориметра — прибора для измерения тепловых изменений в реакции. [11] Пытаясь разрушить теорию флогистона и реализовать свою собственную теорию горения, Лавуазье использовал несколько аппаратов. К ним относятся раскаленный докрасна железный ствол пушки, который был спроектирован так, чтобы вода проходила через него и разлагалась, а также модификацию устройства, в которой на одном конце имелся пневматический желоб, термометр и барометр. Точность его измерений была необходимым условием для убедительного противодействия его теориям о воде как соединении с разработанными им приборами, использованными в его исследованиях.
Несмотря на точные измерения своей работы, Лавуазье столкнулся с большим сопротивлением в своих исследованиях. Сторонники теории флогистона, такие как Кейр и Пристли , утверждали, что демонстрация фактов применима только к чистым явлениям и что интерпретация этих фактов не подразумевает точности теорий. Они заявили, что Лавуазье пытался навести порядок в наблюдаемых явлениях, тогда как для окончательного доказательства состава воды и отсутствия флогистона потребуется вторичный источник достоверности. [11]
Антуан Лавуазье
[ редактировать ]Последние этапы революции были вызваны публикацией в 1789 году «Элементов химии » Лавуазье. Начиная с этой и последующих публикаций, Лавуазье обобщил работы других и ввёл термин «кислород». Антуан Лавуазье представлял химическую революцию не только в своих публикациях, но и в том, как он практиковал химию. Работа Лавуазье характеризовалась его систематическим определением веса и сильным упором на точность и аккуратность. [12] Хотя предполагалось, что закон сохранения массы был открыт Лавуазье, это утверждение было опровергнуто ученым Марселленом Бертло. [13] Ранее использование закона сохранения массы было предложено Анри Герлаком , отметив, что ученый Ян Баптист ван Гельмонт неявно применил эту методологию к своей работе в 16 и 17 веках. Более ранние упоминания о законе сохранения массы и его использовании были сделаны Жаном Реем в 1630 году. [13] Хотя закон сохранения массы не был открыто Лавуазье явно, его работа с более широким спектром материалов, чем тот, который был доступен большинству ученых в то время, позволила его работе значительно расширить границы принципа и его основ. [13]
Лавуазье также внес в химию метод понимания горения и дыхания и доказательство состава воды путем разложения на составные части. Он объяснил теорию горения и бросил вызов теории флогистона своими взглядами на теплотворность . « Трактат» включает понятия «новой химии» и описывает эксперименты и рассуждения, которые привели к его выводам. Ньютона Подобно «Началам» , ставшим кульминацией научной революции, « Трактат » Лавуазье можно рассматривать как кульминацию химической революции.
Работа Лавуазье не была сразу принята, и потребовалось несколько десятилетий, чтобы она набрала обороты. [14] Этому переходу способствовала работа Йонса Якоба Берцелиуса , который придумал упрощенную стенографию для описания химических соединений, основанную на Джона Дальтона теории атомных весов . Многие люди считают Лавуазье и его свержение теории флогистона традиционной химической революцией, причем Лавуазье ознаменовал начало революции, а Джон Далтон - ее кульминацию.
Метод химической номенклатуры
[ редактировать ]Антуан Лавуазье в сотрудничестве с Луи Бернаром Гайтоном де Морво , Клодом Луи Бертолле и Антуаном Франсуа де Фуркруа опубликовал «Метод химической номенклатуры» в 1787 году. [15] Эта работа установила терминологию для «новой химии», которую создавал Лавуазье, которая была сосредоточена на стандартизированном наборе терминов, установлении новых элементов и экспериментальной работе. Метод установил 55 элементов, которые на момент публикации представляли собой вещества, которые нельзя было разложить на более простые составные части. [16] Вводя в эту область новую терминологию, Лавуазье призвал других химиков перенять его теории и практики, чтобы использовать его термины и оставаться в курсе химии.
Элементарный трактат по химии
[ редактировать ]Одним из главных вдохновителей Лавуазье был Этьен Бонне, аббат де Кондильяк . Подход Кондильяка к научным исследованиям , который лежал в основе подхода Лавуазье в «Тракте» , заключался в том, чтобы продемонстрировать, что люди могут создавать ментальное представление мира, используя собранные доказательства . В предисловии Лавуазье к «Тракту » он заявляет:
В геометрии, да и во всех отраслях знания, общепризнанным является принцип, согласно которому в ходе исследования мы должны переходить от известных фактов к неизвестному. ... Таким образом, из ряда ощущений , наблюдений и анализов возникает последовательный ряд идей, настолько связанных друг с другом, что внимательный наблюдатель может проследить до известной точки порядок и связь всей суммы человеческих знание. [17]
Лавуазье явно связывает свои идеи с идеями Кондильяка, стремясь реформировать область химии. Его цель в «Тракте» заключалась в том, чтобы связать эту область с непосредственным опытом и наблюдением, а не с предположениями. Его работы заложили новые основы химических идей и определили направление дальнейшего курса химии. [18]
Хамфри Дэви
[ редактировать ]Хамфри Дэви был английским химиком и профессором химии в Лондонском Королевском институте в начале 1800-х годов. [19] Там он проводил эксперименты, которые поставили под сомнение некоторые ключевые идеи Лавуазье, такие как кислотность кислорода и идея теплового элемента. [19] Дэви смог показать, что кислотность не возникает из-за присутствия кислорода, используя в качестве доказательства соляную кислоту (соляную кислоту) . [19] Он также доказал, что соединение оксимориевой кислоты не содержит кислорода и вместо этого представляет собой элемент, который он назвал хлором . [19] Используя электрические батареи в Королевском институте, Дэви впервые выделил хлор, а в 1813 году — элементарный йод . [19] Используя батарейки, Дэви также смог выделить элементы натрий и калий . [19] На основании этих экспериментов Дэви пришел к выводу, что силы, соединяющие химические элементы, должны иметь электрическую природу. [19] Дэви также выступал против идеи о том, что теплота — это нематериальная жидкость, утверждая вместо этого, что тепло — это тип движения. [19]
Джон Далтон
[ редактировать ]Джон Дальтон — английский химик, разработавший идею атомной теории химических элементов. Атомная теория химических элементов Дальтона предполагала, что каждый элемент имеет уникальные атомы, связанные с этим атомом и специфичные для него. [19] Это противоречило определению элементов Лавуазье, согласно которому элементы — это вещества, которые химики не могли разложить на более простые части. [19] Идея Дальтона также отличалась от идеи корпускулярной теории материи , которая считала, что все атомы одинаковы, и была поддерживаемой теорией с 17 века. [19] Чтобы поддержать свою идею, Дальтон работал над определением относительного веса атомов в химических веществах в своей работе «Новая система химической философии», опубликованной в 1808 году. [19] В его тексте были показаны расчеты по определению относительных атомных масс различных элементов Лавуазье на основе экспериментальных данных, касающихся относительных количеств различных элементов в химических комбинациях. [19] Далтон утверждал, что элементы будут сочетаться в простейшей возможной форме. [19] Было известно, что вода представляет собой комбинацию водорода и кислорода, поэтому Дальтон полагал, что вода представляет собой бинарное соединение, содержащее один водород и один кислород. [19]
Дальтон смог точно рассчитать относительное количество газов в атмосферном воздухе. Он использовал удельный вес азотистых (азота), кислородсодержащих, углекислых (двуокись углерода) и водородосодержащих газов, а также водного пара, определенный Лавуазье и Дэви, для определения пропорциональных весов каждого из них в процентах от всего объема атмосферного воздуха. . [20] Дальтон установил, что атмосферный воздух содержит 75,55% азотистого газа, 23,32% кислородсодержащего газа, 1,03% водяного пара и 0,10% углекислого газа. [20]
Йенс Якоб Берцелиус
[ редактировать ]Йонс Якоб Берцелиус был шведским химиком, изучавшим медицину в Уппсальском университете и профессором химии в Стокгольме. [19] Он использовал идеи Дэви и Дальтона, чтобы создать электрохимическое представление о том, как элементы соединяются вместе. Берцелиус разделил элементы на две группы: электроотрицательные и электроположительные, в зависимости от того, из какого полюса гальванической батареи они высвобождаются при разложении. [19] Он создал шкалу заряда, в которой кислород является наиболее электроотрицательным элементом, а калий - наиболее электроположительным. [19] Эта шкала означала, что некоторые элементы имели связанные с ними положительные и отрицательные заряды, а положение элемента на этой шкале и заряд элемента определяли, как этот элемент сочетается с другими. [19] Работа Берцелиуса по электрохимической теории атома была опубликована в 1818 году под названием « Очерк теории химических пропорций и химического влияния электричества» . [19] Он также ввел в химию новую химическую номенклатуру , обозначая элементы буквами и сокращениями, например O для кислорода и Fe для железа. Комбинации элементов представлялись в виде последовательностей этих символов, а количество атомов обозначалось сначала верхними индексами, а затем нижними индексами. [19]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ким, Ми Гён (2003). Близость, эта неуловимая мечта: генеалогия химической революции . МТИ Пресс. ISBN 978-0-262-11273-4 .
- ^ Первая химическая революция. Архивировано 26 апреля 2009 г., в Wayback Machine - проект инструмента, Колледж Вустера.
- ^ Эдди, Мэтью Дэниел; Маускопф, Сеймур Х.; Ньюман, Уильям Р. (январь 2014 г.). «Введение в химические знания в раннем современном мире». Осирис . 29 (1): 1–15. дои : 10.1086/678110 . ПМИД 26103744 .
- ^ Флорин Джордж Калиан. Алкимия действующая и Алкимия спекулятива. Некоторые современные споры по историографии алхимии .
- ^ Эдди, Мэтью Д.; Маускопф, Сеймур Х.; Ньюман, Уильям Р. (2015). Осирис, Том 29: Химические знания в мире раннего Нового времени . Пресс-журналы Чикагского университета. ISBN 978-0-226-15839-6 . [ нужна страница ]
- ^ Урсула Кляйн (июль 2007 г.). «Стили экспериментов и алхимическая теория материи в научной революции». Метанаука . 16 (2). Спрингер : 247–256 [247]. дои : 10.1007/s11016-007-9095-8 . ISSN 1467-9981 . S2CID 170194372 .
- ^ Нирмайер-Дохони, Джастин Роберт (2018). Жизненно важный вопрос: алхимия, рог изобилия и улучшение сельского хозяйства в Англии семнадцатого века (Диссертация). OCLC 1090369187 . ПроКвест 2161867295 . [ нужна страница ]
- ^ Jump up to: а б Дюшейн, Штеффен (2008). «Предварительное исследование присвоения творчества Ван Гельмонта в Великобритании в области химии, медицины и натуральной философии». Амбикс . 55 (2): 122–135. дои : 10.1179/174582308X255479 . ISSN 0002-6980 . ПМИД 19048972 . S2CID 38195230 .
- ^ Де Милт, Клара (1953). «Очерки Жана Рея» . Журнал химического образования . 30 (7): 377. Бибкод : 1953ЖЧЭд..30..377Д . дои : 10.1021/ed030p377.3 . ISSN 0021-9584 .
- ^ Яффе, Б. (1976). Тигли: история химии от алхимии до ядерного деления (4-е изд.). Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN 978-0-486-23342-0 .
- ^ Jump up to: а б с Голинский, Ян (1994). «Точные приборы и демонстративный порядок доказательства в химии Лавуазье». Осирис . 9 : 30–47. дои : 10.1086/368728 . S2CID 95978870 .
- ^ Левер, Тревор (2001). Преобразование материи . Балтимор, Мэриленд: Издательство Университета Джона Хопкинса. ISBN 0-8018-6610-3 .
- ^ Jump up to: а б с Блюменталь, Джеффри (февраль 2013 г.). «О достижениях Лавуазье в химии: О достижениях Лавуазье в химии» (PDF) . Центавр . 55 (1): 20–47. дои : 10.1111/1600-0498.12001 . hdl : 1983/205ebdf7-ee96-42db-8687-a1b9eb6575c5 .
- ^ Эдди, Мэтью (2008). Язык минералогии: Джон Уокер, химия и Эдинбургская медицинская школа, 1750–1800 гг . Эшгейт. ISBN 978-0-7546-6332-4 . [ нужна страница ]
- ^ Дювин, Денис; Кликштейн, Герберт (сентябрь 1954 г.). «Введение химической номенклатуры Лавуазье в Америку». Исида . 45 (3): 278–292. дои : 10.1086/348339 . ПМИД 13232806 . S2CID 32064170 .
- ^ Гайтон де Морво, Луи-Бернар; Лавуазье, Антуан Лоран; Бертолле, Клод-Луи; Фуркруа, Антуан-Франсуа де, граф; Хассенфрац, Жан-Анри; Адет, Пьер-Огюст (1787). Метод химической номенклатуры . Париж, Франция: Ше Кюше. Архивировано из оригинала 19 апреля 2019 года . Проверено 19 апреля 2019 г.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Антуан-Лоран Лавуазье, Элементы химии , пер. Роберт Керр (Эдинбург, 1790; перепечатка факсов Нью-Йорк: Дувр, 1965), стр. xv – xvi.
- ^ Дорогой, Питер (2006). Разумность природы . Издательство Чикагского университета. стр. 74–75.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в Дж., Боулер, Питер; Морус, Иван Рис (2005). Создание современной науки: исторический обзор . Чикаго: Издательство Чикагского университета. ISBN 0226068609 . OCLC 56333962 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Общество, Манчестерское литературно-философское общество (1805 г.). Мемуары и труды Манчестерского литературно-философского общества: (Манчестерские мемуары.) .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Уильям Б. Дженсен, « Логика, история и учебник химии: III. Одна химическая революция или три? », Journal of Chemical Education , Vol. 75, № 8, август 1998 г.
- Джон Г. МакЭвой (2010). Историография химической революции: модели интерпретации истории науки . Пикеринг и Чатто. ISBN 978-1-84893-030-8 . См. также рецензию на книгу Сеймура Маускопфа в HYLE — International Journal for Philosophy of Chemistry , Vol. 17, № 1 (2011), стр. 41–46.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Химия :: Химическая революция – Британская энциклопедия
- Библиография о химической революции. Архивировано 22 апреля 2008 г. в Wayback Machine - Университет Валенсии.