История химии
| Часть серии о |
| Химия |
|---|
 |
|
История химии представляет собой временной промежуток от древней истории до наших дней. К 1000 году до нашей эры цивилизации использовали технологии, которые в конечном итоге легли в основу различных отраслей химии. Примеры включают открытие огня, извлечение металлов из руд , изготовление керамики и глазури, ферментацию пива и вина , извлечение химикатов из растений для медицины и парфюмерии , переработку жира в мыло , изготовление стекла ,и изготовление сплавов, таких как бронза .
Протонаука химии, алхимия , не смогла объяснить природу материи и ее превращений. Однако, проводя эксперименты и записывая результаты, алхимики подготовили почву для современной химии .
История химии переплетается с историей термодинамики , особенно благодаря работам Уилларда Гиббса . [1]
Древняя история [ править ]
Ранние люди [ править ]
Огонь [ править ]
Возможно, первой химической реакцией, использованной контролируемым образом, был огонь . Однако на протяжении тысячелетий огонь рассматривался просто как мистическая сила, способная превращать одно вещество в другое (горящее дерево или кипящую воду), производя при этом тепло и свет. Огонь затронул многие аспекты раннего общества. Они варьировались от самых простых аспектов повседневной жизни, таких как приготовление пищи, отопление и освещение жилища, до более продвинутых применений, таких как изготовление керамики и кирпичей, а также плавка металлов для изготовления инструментов. Именно огонь привел к открытию стекла и очистке металлов; за этим последовал подъем металлургии . [2]
Краска [ править ]
возрастом 100 000 лет охры была найдена мастерская по обработке В пещере Бломбос в Южной Африке . Это указывает на то, что древние люди обладали элементарными знаниями в области химии. Картины, нарисованные древними людьми, на которых изображены ранние люди, смешивающие кровь животных с другими жидкостями, найденные на стенах пещер, также указывают на небольшие познания в химии. [3] [4]
Ранняя металлургия [ править ]
Самым ранним зарегистрированным металлом, используемым людьми, по-видимому, является золото , которое можно найти бесплатно или «самородным». Небольшое количество природного золота было обнаружено в испанских пещерах, использовавшихся в период позднего палеолита , около 40 000 лет до нашей эры. [5] Самая ранняя золотая металлургия известна из варненской культуры в Болгарии, датируемой ок. 4600 г. до н.э. [6]
Серебро , медь , олово и метеоритное железо также можно найти в самородном виде, что позволяет осуществлять ограниченное количество металлообработки в древних культурах. [7] Египетское оружие, изготовленное из метеоритного железа примерно в 3000 году до нашей эры, высоко ценилось как «кинжалы с небес». [8]
На ранних этапах металлургии искались методы очистки металлов, и золото, известное в Древнем Египте еще в 2900 году до нашей эры, стало драгоценным металлом.
Бронзовый век [ править ]
Выплавка олова, свинца и меди [ править ]
Некоторые металлы можно извлечь из руд, просто нагревая камни в огне: особенно олово , свинец и (при более высокой температуре) медь. Этот процесс известен как плавка . Первые свидетельства этой добывающей металлургии датируются 6-м и 5-м тысячелетиями до нашей эры и были найдены в археологических памятниках культуры Винча , Майданпек , Ярмовац и Плочник в Сербии . [9] На сегодняшний день самая ранняя медеплавильная установка обнаружена на Беловодском полигоне; [10] К этим примерам относится медный топор 5500 г. до н.э. [11] Другие признаки ранних металлов найдены в третьем тысячелетии до нашей эры в таких местах, как Палмела (Португалия), Лос-Миларес (Испания) и Стоунхендж (Великобритания). Однако, как это часто бывает при изучении доисторических времен, окончательное начало не может быть четко определено, и новые открытия продолжаются.
Бронза [ править ]
Эти первые металлы представляли собой отдельные элементы или же сочетания, возникшие естественным образом. Объединив медь и олово, можно было получить превосходный металл — сплав , называемый бронзой . Это был крупный технологический сдвиг, положивший начало бронзовому веку около 3500 г. до н.э. Бронзовый век был периодом в культурном развитии человечества, когда наиболее развитая обработка металлов (по крайней мере, при систематическом и широком использовании) включала методы выплавки меди и олова из природных обнажений медных руд, а затем плавку этих руд для отливки бронзы. Эти природные руды обычно содержали мышьяк в качестве обычной примеси. Медно-оловянные руды редки, о чем свидетельствует отсутствие оловянной бронзы в Западной Азии до 3000 г. до н.э.
После бронзового века история металлургии была отмечена армиями, ищущими лучшее вооружение. Государства Евразии процветали, когда производили превосходные сплавы, которые, в свою очередь, позволяли производить лучшую броню и лучшее оружие. [ нужна ссылка ] Значительные успехи в металлургии и алхимии были достигнуты в Древней Индии . [12]
Железный век [ править ]
Черная металлургия [ править ]
Извлечь железо из руды в работоспособный металл гораздо сложнее, чем медь или олово. Хотя железо не лучше подходит для изготовления инструментов, чем бронза (пока не была открыта сталь ), железная руда гораздо более распространена и распространена, чем медь или олово, и поэтому ее чаще можно приобрести на местном уровне, без необходимости торговать ею.
Обработка железа, по-видимому, была изобретена хеттами примерно в 1200 году до нашей эры, в начале железного века . Секрет добычи и обработки железа был ключевым фактором успеха филистимлян . [8] [13]
Железный век относится к появлению обработки железа ( черной металлургии ). Историческое развитие черной металлургии можно найти в самых разных культурах и цивилизациях прошлого. К ним относятся древние и средневековые королевства и империи Ближнего Востока и Ближнего Востока, древний Иран , древний Египет , древняя Нубия и Анатолия (Турция), Древний Нок , Карфаген , греки и римляне древней Европы, средневековая Европа, древняя и средневековый Китай, древняя и средневековая Индия, древняя и средневековая Япония и другие. Многие применения, методы и устройства, связанные с металлургией или связанные с ней, были созданы в древнем Китае, такие как инновации в доменной печи , чугуне , с гидравлическим приводом молотах и сильфонах поршня двойного действия . [14] [15]
Классическая античность и атомизм [ править ]
Философские попытки объяснить, почему разные вещества имеют разные свойства (цвет, плотность, запах), существуют в разных состояниях (газообразное, жидкое и твердое) и по-разному реагируют на воздействие окружающей среды, например, на воду, огонь или температуру. Изменения привели к тому, что древние философы выдвинули первые теории о природе и химии. Историю таких философских теорий, связанных с химией, вероятно, можно проследить до каждой древней цивилизации. Общим во всех этих теориях была попытка выделить небольшое количество первичных классических элементов , из которых состоят все разнообразные вещества в природе. Субстанции, такие как воздух, вода и почва/земля, формы энергии, такие как огонь и свет, а также более абстрактные понятия, такие как мысли, эфир и небеса, были обычным явлением в древних цивилизациях даже при отсутствии какого-либо перекрестного оплодотворения: например, Древнегреческая, индийская, майя и китайская философия считали воздух , воду , землю и огонь как первоэлемент. [ нужна ссылка ]
Древний мир [ править ]
Около 420 г. до н.э. Эмпедокл заявил, что вся материя состоит из четырех элементарных субстанций : земли, огня, воздуха и воды. Ранняя теория атомизма восходит к Древней Греции . Греческий атомизм стал популярным благодаря греческому философу Демокриту , который около 380 г. до н.э. заявил, что материя состоит из неделимых и неразрушимых частиц, называемых «атомос». Ранее Левкипп также заявлял, что атомы являются самой неделимой частью материи. Это совпало с аналогичным заявлением индийского философа Канады в его Вайшешика сутрах примерно в тот же период. [16] Аристотель выступил против существования атомов в 330 г. до н.э. В греческом тексте, приписываемом врачу Полибу (ок. 380 г. до н.э.), утверждается, что человеческое тело вместо этого состоит из четырех жидкостей . Эпикур (ок. 300 г. до н. э.) постулировал существование вселенной из неразрушимых атомов, в которой человек сам несет ответственность за достижение сбалансированной жизни.
С целью объяснить философию Эпикура римской аудитории римский поэт и философ Лукреций [17] написал De rerum natura (Природа вещей). [18] в середине первого века до нашей эры. В работе Лукреций представляет принципы атомизма ; природа ума и души ; объяснения ощущений и мыслей; развитие мира и его явлений; и объясняет множество небесных и земных явлений.
Самые ранние алхимики западной традиции, по-видимому, пришли из греко-римского Египта в первые века нашей эры. Помимо технической работы, многие из них изобретали химические аппараты. Баня еврейки , или водяная баня, названа в честь Марии . В ее работах также даны первые описания трибикосов и керотакисов . [19] Клеопатра-алхимик описала печи, и ей приписывают изобретение перегонного куба . [20] Позже Зосима из Панополя написал книги по алхимии, которые он назвал хейрокмета , что по-гречески означает «вещи, сделанные вручную». Эти работы включают множество ссылок на рецепты и процедуры, а также описания инструментов. Большая часть раннего развития методов очистки была описана ранее Плинием Старшим в его Naturalis Historia . Он пытался объяснить эти методы, а также провести точные наблюдения за состоянием многих минералов.
Средневековая алхимия [ править ]
Система элементов, используемая в средневековой алхимии, была разработана в первую очередь персидским или арабским алхимиком Джабиром ибн Хайяном и коренилась в классических элементах греческой традиции. [21] Его система состояла из четырех аристотелевских элементов: воздуха, земли, огня и воды в дополнение к двум философским элементам: сере , характеризующей принцип горючести, «камню, который горит»; и ртуть , характеризующая принцип металлических свойств. Ранние алхимики рассматривали их как идеализированное выражение нередуцируемых компонентов Вселенной . [22] и имеют большее значение [ нужны разъяснения ] в рамках философской алхимии.
Три металлических начала (сера — воспламеняемость или горение, ртуть — летучесть и устойчивость, соль — твердость) стали tria prima швейцарского алхимика Парацельса . Он рассуждал, что теория четырех элементов Аристотеля проявляется в телах как три принципа. Парацельс считал эти принципы фундаментальными и оправдывал их, прибегая к описанию того, как горит дерево в огне. Меркурий включил в себя принцип сцепления, так что, когда он покидал древесину (в дыму), древесина разваливалась. Дым описывал летучесть (ртутный принцип), тепло дающее пламя описывало воспламеняемость (сера), а остатки пепла описывали твердость (соль). [23]
Философский камень [ править ]
Алхимия определяется герметическими поисками философского камня , изучение которого пропитано символическим мистицизмом и сильно отличается от современной науки. Алхимики трудились над трансформациями на эзотерическом (духовном) и/или экзотерическом (практическом) уровне. [24] Именно пронаучные , экзотерические аспекты алхимии внесли большой вклад в развитие химии в греко-римском Египте , в исламский золотой век , а затем и в Европе. Алхимия и химия разделяют интерес к составу и свойствам материи и до 18 века не были отдельными дисциплинами. Термин «химия» использовался для описания смеси алхимии и химии, существовавшей до того времени. [25]
В эпоху Возрождения экзотерическая алхимия оставалась популярной в форме парацельсианской ятрохимии , в то время как духовная алхимия процветала, перестроившись на свои платонические , герметические и гностические корни. Следовательно, символические поиски философского камня не были вытеснены научными достижениями и до начала 18 века все еще оставались прерогативой уважаемых ученых и врачей. Ранние современные алхимики, известные своим научным вкладом, включают Яна Баптиста ван Гельмонта , Роберта Бойля и Исаака Ньютона .
Алхимия в исламском мире [ править ]
В исламском мире мусульмане эллинистических переводили труды древнегреческих и философов на арабский язык и экспериментировали с научными идеями. [26] В арабских работах, приписываемых алхимику VIII века Джабиру ибн Хайяну , представлена систематическая классификация химических веществ и даны инструкции по получению неорганических соединений ( аммиак или хлорид аммония ) из органических веществ (таких как растения, кровь и волосы) путем химические средства. [27] Некоторые арабские произведения Джабира (например, «Книга милосердия» и «Книга семидесяти») были позже переведены на латынь под латинизированным названием «Гебер». [28] а в Европе 13-го века анонимный писатель, которого обычно называют псевдо-Гебером , начал писать под этим именем алхимические и металлургические сочинения. [29] Более поздние влиятельные мусульманские философы, такие как Абу ар-Райхан аль-Бируни. [30] и Авиценна [31] оспаривал теории алхимии, в частности теорию трансмутации металлов .
Проблемы, возникающие при алхимии [ править ]
С сегодняшней точки зрения в алхимии было несколько проблем. Не существовало систематической схемы наименования новых соединений, а язык был эзотерическим и расплывчатым до такой степени, что терминология означала разные вещи для разных людей. Фактически, согласно «Истории химии Фонтаны» (Брок, 1992):
В языке алхимии вскоре появился загадочный и секретный технический словарь, предназначенный для сокрытия информации от непосвященных. В значительной степени этот язык сегодня нам непонятен, хотя очевидно, что читатели « Джеффри Чосера » Рассказа Йомена каноника или зрители Бена Джонсона смогли «Алхимика» истолковать его в достаточной степени, чтобы посмеяться над ним. [32]
Рассказ Чосера разоблачил более мошенническую сторону алхимии, особенно изготовление поддельного золота из дешевых веществ. Менее чем за столетие до этого Данте Алигьери также продемонстрировал осознание этого мошенничества, заставив его в своих трудах отправить всех алхимиков в ад . Вскоре после этого, в 1317 году, авиньонский папа Иоанн XXII приказал всем алхимикам покинуть Францию для изготовления фальшивых денег. В 1403 году в Англии был принят закон, согласно которому «умножение металлов» каралось смертью. Несмотря на эти и другие, казалось бы, крайние меры, алхимия не умерла. Члены королевской семьи и привилегированные классы все еще стремились открыть для себя философский камень и эликсир жизни. [33]
Не существовало также единого научного метода воспроизводимости экспериментов. Действительно, многие алхимики включали в свои методы несущественную информацию, такую как время приливов или фаз луны. Эзотерическая природа и систематизированный словарь алхимии оказались более полезными для сокрытия того факта, что они вообще не могли быть в чем-то уверены. Еще в XIV веке на фасаде алхимии, казалось, росли трещины; и люди стали настроены скептически. [ нужна ссылка ] Очевидно, что необходим научный метод, позволяющий повторять эксперименты другим людям, а результаты необходимо излагать ясным языком, в котором будет изложено как то, что известно, так и то, что неизвестно.
17 и 18 века Ранняя : химия
Практические попытки улучшить переработку руд и их извлечение для выплавки металлов были важным источником информации для первых химиков XVI века, в том числе для Георга Агриколы (1494–1555), опубликовавшего свою великую работу De re Metallica. в 1556 году В работе описаны высокоразвитые и сложные процессы добычи металлических руд, добычи металлов и металлургии того времени. Его подход устранил мистицизм, связанный с этой темой, создав практическую основу, на которой могли строиться другие. Работа описывает множество видов печей, используемых для выплавки руды, и стимулирует интерес к минералам и их составу. Не случайно он дает многочисленные ссылки на более раннего автора, Плиния Старшего и его Naturalis Historia . Агриколу называют «отцом металлургии» и основателем геологии как научной дисциплины. [35] [36] [37]
В 1605 году сэр Фрэнсис Бэкон опубликовал «Уровень и развитие обучения» , в котором содержалось описание того, что позже станет известно как научный метод . [38] В 1605 году Михал Седзивой публикует алхимический трактат «Новый свет алхимии» , в котором высказывается предположение о существовании «пищи жизни» в воздухе, гораздо позже признанной кислородом. В 1615 году Жан Беген опубликовал Tyrocinium Chymicum , ранний учебник по химии, и в нем вывел первое в истории химическое уравнение . [39] В 1637 году Рене Декарт публикует «Рассуждения о методе» , в которых излагается описание научного метода.
голландского химика Яна Баптиста ван Гельмонта Работа Ortus medicinae была опубликована посмертно в 1648 году; Некоторые называют эту книгу важной переходной работой между алхимией и химией и оказавшей большое влияние на Роберта Бойля . Книга содержит результаты многочисленных экспериментов и устанавливает раннюю версию закона сохранения массы . Работая сразу после Парацельса и ятрохимии , Ян Баптист ван Гельмонт предположил, что существуют нематериальные вещества, кроме воздуха, и придумал для них название – « газ », от греческого слова « хаос » . Помимо введения в словарь учёных слова «газ», ван Гельмонт провёл несколько экспериментов с газами. Яна Баптиста ван Гельмонта сегодня также помнят во многом благодаря его идеям о самозарождении и пятилетнему эксперименту с деревьями , а также как основателя пневматической химии .
Роберт Бойл [ править ]
англо-ирландский химик Роберт Бойль (1627–1691) положил начало постепенному отделению химии от алхимии. Считается, что [40] Хотя Бойль скептически относился к элементам и был убежден в алхимии, он сыграл ключевую роль в возвышении «священного искусства» как независимой, фундаментальной и философской дисциплины. Он наиболее известен благодаря закону Бойля , который он представил в 1662 году, хотя он не был первым, кто его открыл. [41] Закон описывает обратно пропорциональную зависимость между абсолютным давлением и объемом газа, если в замкнутой системе температура поддерживается постоянной . [42] [43]
Бойлю также приписывают его знаковую публикацию «Скептический химик» (1661 г.), в которой пропагандировался строгий подход к экспериментам среди химиков. В своей работе Бойль поставил под сомнение некоторые общепринятые алхимические теории и призвал практикующих быть более «философскими» и менее коммерчески ориентированными. [44] Он отверг классические четыре элемента — землю, огонь, воздух и воду — и предложил механистическую альтернативу атомам и химическим реакциям , которую можно было бы подвергнуть строгим экспериментам.
Бойль также пытался очистить 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 предпочитал слово «корпускла атомам » . Он заметил, что самое тонкое разделение материи, где свойства сохраняются, находится на уровне корпускул.
Бойль повторил эксперимент Ван Гельмонта с деревом и первым использовал индикаторы, меняющие цвет в зависимости от кислотности. Он также провел многочисленные исследования с помощью воздушного насоса и отметил, что ртуть падала при откачке воздуха. Он также заметил, что выкачивание воздуха из контейнера может погасить пламя и убить находящихся внутри мелких животных. Своими работами Бойль помог заложить основы химической революции два столетия спустя. [45]
Разработка и демонтаж флогистона [ править ]
В 1702 году немецкий химик Георг Шталь придумал название « флогистон » для вещества, которое, как полагают, выделяется в процессе горения. Около 1735 года шведский химик Георг Брандт проанализировал темно-синий пигмент, обнаруженный в медной руде. Брандт продемонстрировал, что пигмент содержит новый элемент, позже названный кобальтом . В 1751 году шведский химик и ученик Шталя по имени Аксель Фредрик Кронстедт определил примесь в медной руде как отдельный металлический элемент, который он назвал никелем . Кронстедт — один из основоположников современной минералогии . [46] Кронстедт также открыл минерал шеелит в 1751 году, который он назвал вольфрамом, что в переводе со шведского означает «тяжелый камень».
В 1754 году шотландский химик Джозеф Блэк выделил углекислый газ , который он назвал «неподвижным воздухом». [47] В 1757 году Луи Клод Каде де Гассикур , исследуя соединения мышьяка, создает дымящую жидкость Кадета , которая, как позже выяснилось, представляет собой оксид какодила , считающийся первым синтетическим металлоорганическим соединением. [48] В 1758 году Джозеф Блэк сформулировал концепцию скрытой теплоты для объяснения термохимии фазовых превращений . [49] В 1766 году английский химик Генри Кавендиш выделил водород , который назвал «горючим воздухом». Кавендиш открыл водород как бесцветный газ без запаха, который горит и может образовывать взрывоопасную смесь с воздухом, и опубликовал статью о получении воды путем сжигания легковоспламеняющегося воздуха (то есть водорода) в дефлогистированном воздухе (теперь 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. [50] В 1774 году английский химик Джозеф Пристли независимо выделил кислород в газообразном состоянии, назвав его «дефлогистизированным воздухом», и опубликовал свою работу раньше Шееле. [51] [52] При жизни значительная научная репутация Пристли основывалась на его изобретении газированной воды , его работах по электричеству и открытии нескольких «воздуха» (газов), наиболее известным из которых является то, что Пристли назвал «дефлогистизированным воздухом» (кислородом). Однако решимость Пристли защитить теорию флогистона и отвергнуть то, что впоследствии стало химической революцией , в конечном итоге оставила его изолированным в научном сообществе.
В 1781 году Карл Вильгельм Шееле обнаружил, что новую кислоту , вольфрамовую из шеелита Кронстедта (в то время называвшегося вольфрамом) можно получить . Шееле и Торберн Бергман предположили, что восстановлением этой кислоты можно получить новый металл. [53] В 1783 году Хосе и Фаусто Эльхуяр обнаружили кислоту из вольфрамита , идентичную вольфрамовой кислоте. Позже в том же году в Испании братьям удалось выделить металл, ныне известный как вольфрам, путем восстановления этой кислоты древесным углем , и им приписывают открытие этого элемента. [54] [55]
Вольта и Вольтов столб [ править ]
Итальянский физик Алессандро Вольта сконструировал устройство для накопления большого заряда с помощью серии индукций и заземлений. Он исследовал открытие « животного электричества » Луиджи Гальвани 1780-х годов и обнаружил, что электрический ток генерируется при контакте разнородных металлов, а лягушачья лапка действует только как детектор. В 1794 году Вольта продемонстрировал, что, когда два металла и ткань или картон, пропитанные рассолом, соединяются в цепь, они производят электрический ток.
В 1800 году Вольта сложил несколько пар чередующихся медных (или серебряных ) и цинковых дисков ( электродов ), разделенных тканью или картоном, пропитанным рассолом ( электролитом ), чтобы увеличить проводимость электролита. [56] Когда верхний и нижний контакты были соединены проводом, протекал электрический ток через эту гальваническую батарею и соединительный провод . Таким образом, Вольте приписывают создание первой электрической батареи, производящей электричество .
Таким образом, Вольта считается основателем дисциплины электрохимии . [57] ( Гальванический элемент или гальванический элемент) — это электрохимический элемент , который получает электрическую энергию в результате спонтанной окислительно-восстановительной реакции, происходящей внутри элемента. Обычно он состоит из двух разных металлов, соединенных солевым мостиком , или отдельных полуячеек, разделенных пористой мембраной.
Антуан-Лоран де Лавуазье [ править ]
Антуан-Лоран де Лавуазье с помощью тщательных измерений продемонстрировал, что превращение воды в землю невозможно, но что осадок, наблюдаемый при кипячении воды, исходит из контейнера. Он сжигал фосфор и серу на воздухе и доказал, что изделия весят больше исходных образцов, причем полученная масса теряется из-за воздуха. Так, в 1789 году он установил Закон сохранения массы , который еще называют «Законом Лавуазье». [58]
Повторяя опыты Пристли, он продемонстрировал, что воздух состоит из двух частей, одна из которых соединяется с металлами, образуя накипи . В «Общих соображениях о природе кислот» (1778 г.) он продемонстрировал, что «воздух», ответственный за горение, также является источником кислотности. В следующем году он назвал эту часть кислородом (по-гречески «кислотный»), а другую — азотом (по-гречески «нет жизни»). Таким образом, благодаря более тщательной характеристике его как элемента Лавуазье вместе с Пристли и Шееле претендует на открытие кислорода. Он также обнаружил, что «горючий воздух», открытый Кавендишем, который он назвал водородом (по-гречески «образующий воду»), в сочетании с кислородом образует росу, как сообщил Пристли, которая, по-видимому, представляет собой воду. В «Размышлениях о флогистике» (1783) Лавуазье показал флогистонной теории противоречивость горения. Михаил Ломоносов самостоятельно основал химическую традицию в России XVIII века; он также отверг теорию флогистона и предвидел кинетическая теория газов . Ломоносов рассматривал тепло как форму движения и высказал идею сохранения материи.
Лавуазье работал с Клодом Луи Бертолле и другими над разработкой системы химической номенклатуры , которая служит основой современной системы наименования химических соединений. В своих «Методах химической номенклатуры» (1787) Лавуазье изобрел систему наименования и классификации, которая широко используется и сегодня, включая такие названия, как серная кислота , сульфаты и сульфиты . В 1785 году Бертолле первым ввел использование газообразного хлора в качестве коммерческого отбеливателя. В этом же году он впервые определил элементный состав газообразного аммиака . Бертолле впервые изготовил современную отбеливающую жидкость в 1789 году, пропуская газообразный хлор через раствор карбоната натрия — в результате получился слабый раствор гипохлорита натрия . Другой сильный окислитель хлора и отбеливатель, который он исследовал и первым произвел, хлорат калия (KClO 3 ), известен как бертоллетова соль. Бертолле также известен своим научным вкладом в теорию химического равновесия через механизм обратимые реакции .
Лавуазье Traité Élémentaire de Chimie (Элементарный трактат по химии, 1789 г.) был первым современным учебником по химии, в котором представлен единый взгляд на новые теории химии, содержалось четкое изложение закона сохранения массы и отрицалось существование флогистона. Кроме того, он содержал список элементов или веществ, которые не подлежали дальнейшему расщеплению, в который входили кислород, азот , водород, фосфор , ртуть , цинк и сера . В его список, однако, входили также свет и теплород , которые он считал материальными веществами. В своей работе Лавуазье подчеркнул наблюдательную основу своей химии, заявив: «Я пытался... прийти к истине, связывая факты; подавить, насколько это возможно, использование рассуждений, которые часто являются ненадежным инструментом, вводящим в заблуждение». нас, чтобы как можно больше следовать за светом наблюдения и эксперимента». Тем не менее он считал, что реальное существование атомов философски невозможно. Лавуазье продемонстрировал, что организмы разбирают и восстанавливают атмосферный воздух так же, как горящее тело.
Вместе с Пьером-Симоном Лапласом Лавуазье использовал калориметр для оценки количества тепла, выделяющегося на единицу произведенного углекислого газа. Они обнаружили одинаковое соотношение между пламенем и животными, что указывает на то, что животные производят энергию путем сгорания. Лавуазье верил в радикальную теорию , согласно которой радикалы, которые в химической реакции функционируют как одна группа, в реакциях соединяются с кислородом. Он считал, что все кислоты содержат кислород. Он также обнаружил, что алмаз представляет собой кристаллическую форму углерода.
Хотя многие партнеры Лавуазье оказали влияние на развитие химии как научной дисциплины, его жена Мари-Анн Лавуазье, пожалуй, была самой влиятельной из них. После их свадьбы мадам. Лавуазье начала изучать химию, английский язык и рисование, чтобы помогать своему мужу в его работе, либо переводя статьи на английский язык, которого Лавуазье не знал, либо ведя записи и рисуя различные аппараты, которые Лавуазье использовал в своих лабораториях. [59] Благодаря своей способности читать и переводить статьи из Великобритании для своего мужа, Лавуазье имела доступ к знаниям о многих химических достижениях, происходящих за пределами его лаборатории. Кроме того, мадам. Лавуазье вела учет творчества мужа и следила за публикацией его произведений. Первый признак истинного потенциала Мари-Анны как химика в лаборатории Лавуазье появился, когда она переводила книгу учёного Ричарда Кирвана . При переводе она наткнулась и исправила множество ошибок. Когда она представила Лавуазье свой перевод вместе со своими примечаниями, ее вклад привел к опровержению Лавуазье теории флогистона.
Лавуазье внес большой фундаментальный вклад в химическую науку. После его работ химия приобрела строгий количественный характер, позволяющий делать надежные предсказания. Революция в химии , которую он совершил, была результатом сознательного стремления уместить все эксперименты в рамки единой теории. Он установил последовательное использование химического баланса, использовал кислород, чтобы опровергнуть теорию флогистона, и разработал новую систему химической номенклатуры. Дальнейшие потенциальные вклады были прерваны, когда Лавуазье был обезглавлен во время Французской революции .
19 век [ править ]
В 1802 году франко-американский химик и промышленник Элетер Ирене дю Пон , которая научилась производству пороха и взрывчатых веществ под руководством Антуана Лавуазье, основала в Делавэре фабрику по производству пороха, известную как EI du Pont de Nemours and Company . Французская революция вынудила его семью переехать в Соединенные Штаты, где Дюпон основал пороховой завод на реке Брендивайн в Делавэре. Желая производить как можно лучший порошок, Дюпон внимательно следил за качеством материалов, которые использовал. В течение 32 лет Дюпон занимал пост президента компании EI du Pont de Nemours and Company, которая со временем превратилась в одну из крупнейших и наиболее успешных компаний Америки.
На протяжении XIX века химия разделялась на тех, кто следовал атомной теории Джона Дальтона , и тех, кто этого не делал, таких как Вильгельм Оствальд и Эрнст Мах . [60] Хотя такие сторонники атомной теории, как Амедео Авогадро и Людвиг Больцман, добились больших успехов в объяснении поведения газов , этот спор не был окончательно разрешен до тех пор, пока Жан Перрен не провел экспериментальное исследование эйнштейновского атомного объяснения броуновского движения в первом десятилетии нашей эры. 20 век. [60]
Задолго до разрешения спора многие уже применили концепцию атомизма к химии. Ярким примером была ионная теория Сванте Аррениуса , которая предвосхитила идеи об атомной субструктуре, которые не получили полного развития до 20 века. Майкл Фарадей был еще одним ранним исследователем, основным вкладом которого в химию была электрохимия , в которой (среди прочего) было показано, что определенное количество электричества во время электролиза или электроосаждения металлов связано с определенными количествами химических элементов и фиксированными количествами элементы, следовательно, друг с другом, в определенных соотношениях. [ нужна ссылка ] Эти открытия, как и результаты комбинационных коэффициентов Дальтона, стали первым ключом к пониманию атомной природы материи.
Джон Далтон [ править ]
В 1803 году английский метеоролог и химик Джон Дальтон предложил закон Дальтона , который описывает взаимосвязь между компонентами смеси газов и относительным давлением, каждый из которых способствует давлению всей смеси. [61] Эта концепция, открытая в 1801 году, также известна как закон парциального давления Дальтона.
Дальтон также предложил современную теорию атома в 1803 году, которая утверждала, что вся материя состоит из маленьких неделимых частиц, называемых атомами, атомы данного элемента обладают уникальными характеристиками и весом, и существуют три типа атомов: простые (элементы), сложные (простые молекулы). ), и сложные (сложные молекулы). В 1808 году Дальтон впервые опубликовал «Новую систему химической философии» (1808–1827), в которой изложил первое современное научное описание теории атома. Эта работа определила химические элементы как особый тип атомов, отвергая тем самым . теорию химического сродства Ньютона
Вместо этого Дальтон вывел пропорции элементов в соединениях, взяв соотношения масс реагентов, установив атомный вес водорода равным единице. Вслед за Иеремиасом Бенджамином Рихтером (известным введением термина «стехиометрия ») он предположил, что химические элементы соединяются в целых соотношениях. Это известно как закон множественных пропорций или закон Дальтона, и Дальтон включил четкое описание этого закона в свою « Новую систему химической философии» . Закон кратных пропорций — один из основных законов стехиометрии, используемый для создания теории атома. Несмотря на важность этой работы как первого взгляда на атомы как на физически реальные сущности и введения системы химических символов, « Новая система химической философии» уделила теории теплорода почти столько же места, сколько и атомизму.
Французский химик Жозеф Пруст на основе нескольких экспериментов, проведенных между 1797 и 1804 годами, предложил закон определенных пропорций , который гласит, что элементы всегда объединяются в небольших целочисленных соотношениях с образованием соединений. [62] Наряду с законом кратных пропорций в основе стехиометрии лежит закон определенных пропорций. Закон определенных пропорций и постоянного состава не доказывает существования атомов, но их трудно объяснить, не допуская, что химические соединения образуются при соединении атомов в постоянных пропорциях.
Якоб Берцелиус Йенс
Шведский химик и ученик Дальтона Йонс Якоб Берцелиус приступил к осуществлению систематической программы, направленной на то, чтобы попытаться провести точные и точные количественные измерения и обеспечить чистоту химических веществ. Наряду с Лавуазье, Бойлем и Дальтоном Берцелиус известен как отец современной химии. В 1828 году он составил таблицу относительных атомных весов, в которой кислород в качестве стандарта использовался с его весом, равным 100, и которая включала все известные в то время элементы. Эта работа предоставила доказательства в пользу атомной теории Дальтона – что неорганические химические соединения состоят из атомов, объединенных в целочисленных количествах . Он определил точные элементарные составляющие большого числа соединений; результаты убедительно подтвердили закон определенных пропорций Пруста. Обнаружив, что атомный вес не является целым кратным весу водорода, Берцелиус также опроверг гипотезу Праута о том, что элементы состоят из атомов водорода.
Руководствуясь своими обширными определениями атомного веса и желая помочь в своих экспериментах, он ввел классическую систему химических символов и обозначений в своей публикации 1808 года Lärbok i Kemien , в которой элементы сокращены до одной или двух букв, чтобы сделать отдельные символы из их латинское название. Эта система химических обозначений, в которой элементам давались простые письменные обозначения, например, O для кислорода или Fe для железа, с пропорциями, обозначаемыми числами, является той же базовой системой, которая используется сегодня. Единственное отличие состоит в том, что вместо используемого сегодня нижнего индекса (например, H 2 O) Берцелиус использовал верхний индекс (H 2 О). Берцелиусу приписывают определение химических элементов кремния , селена , тория и церия . Студенты, работавшие в лаборатории Берцелиуса, также открыли литий и ванадий .
Берцелиус разработал радикальную теорию химического соединения, согласно которой реакции происходят при стабильных групп атомов, называемых радикалами обмене между молекулами . Он считал, что соли представляют собой соединения, образованные кислотами и основаниями , и обнаружил, что анионы кислот притягиваются к положительному электроду ( аноду ), тогда как катионы в основаниях притягиваются к отрицательному электроду ( катоду ). Берцелиус верил не в теорию витализма , а в регулирующую силу, которая обеспечивает организацию тканей в организме. Берцелиусу также приписывают создание химических терминов « катализ », « полимер », « изомер » и « аллотроп », хотя его первоначальные определения резко отличаются от современного использования. Например, он ввел термин «полимер» в 1833 году для описания органических соединений, которые имели одинаковые эмпирические формулы, но различались по общей молекулярной массе, причем большее из соединений описывалось как «полимеры» наименьшего. Согласно этому давно замененному, доструктурному определению, глюкозу (C 6 H 12 O 6 ) рассматривали как полимер формальдегида ( CH 2 O).
газовые законы и Новые элементы
Английский химик Хамфри Дэви был пионером в области электролиза , используя гальваническую батарею Алессандро Вольта для разделения обычных соединений и, таким образом, выделения ряда новых элементов. Он продолжил электролиз расплавленных солей и открыл 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 поташа (КОН). До XIX века не делалось различия между калием и натрием. Натрий был впервые выделен Дэви в том же году путем пропускания электрического тока через расплавленный гидроксид натрия (NaOH). Когда Дэви услышал, что Берцелиус и Понтин получили 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 . [63] [64] Всю свою жизнь он занимался электролизом и в 1808 году выделил магний , стронций. [65] и барий . [66]
Дэви также экспериментировал с газами, вдыхая их. Эта экспериментальная процедура несколько раз чуть не оказывалась фатальной, но привела к открытию необычных эффектов закиси азота , которая 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 полагал, что он содержит кислород . Шееле наблюдал несколько свойств газообразного хлора, таких как его отбеливающее действие на лакмус, его смертельное воздействие 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 настаивал на том, что хлор на самом деле является элементом . [67] Он также показал, что кислород нельзя получить из вещества, известного как оксимориатовая кислота (раствор HCl). Это открытие опровергло определение Лавуазье кислот как соединений кислорода. Дэви был популярным лектором и способным экспериментатором.
Французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак разделял интерес Лавуазье и других к количественному изучению свойств газов. Из своей первой крупной программы исследований 1801–1802 годов он пришел к выводу, что равные объемы всех газов расширяются одинаково при одинаковом повышении температуры: этот вывод обычно называют « законом Шарля », поскольку Гей-Люссак отдал должное Жаку Шарлю , который пришел почти к такому же выводу в 1780-х годах, но не опубликовал его. [68] Закон был независимо открыт британским натурфилософом Джоном Дальтоном к 1801 году, хотя описание Дальтона было менее подробным, чем описание Гей-Люссака. [69] [70] В 1804 году Гей-Люссак совершил несколько смелых восхождений на высоту более 7000 метров над уровнем моря на воздушных шарах, наполненных водородом – подвиг, не имеющий себе равных в течение следующих 50 лет – что позволило ему исследовать другие аспекты газов. Он не только проводил магнитные измерения на разных высотах, но также измерял давление, температуру и влажность, а также пробовал образцы воздуха, которые позже анализировал химически.
В 1808 году Гей-Люссак объявил о том, что, вероятно, было его единственным величайшим достижением: на основе своих собственных экспериментов и экспериментов других он пришел к выводу, что газы при постоянной температуре и давлении соединяются в простых числовых пропорциях по объему, и полученный продукт или продукты — если газы — также содержат простая пропорция по объему к объемам реагентов. Другими словами, газы при равных условиях температуры и давления реагируют друг с другом в объемных соотношениях малых целых чисел. Этот вывод впоследствии стал известен как « закон Гей-Люссака » или « Закон объединения объемов ». Вместе со своим коллегой-профессором Политехнической школы Луи -Жаком Тенаром Гей-Люссак также участвовал в ранних электрохимических исследованиях, исследуя элементы, открытые с его помощью. Среди других достижений они разложили борную кислоту с помощью плавленого калия, открыв таким образом элемент бор . Эти двое также приняли участие в современных дебатах, которые изменили определение кислот Лавуазье и продвинули его программу анализа органических соединений на содержание в них кислорода и водорода.
Элемент йод был открыт французским химиком Бернаром Куртуа в 1811 году. [71] [72] Куртуа передал образцы своим друзьям Шарлю Бернару Десорму (1777–1862) и Николя Клеману (1779–1841) для продолжения исследований. Он также передал часть вещества Гей-Люссаку и физику Андре-Мари Амперу . 6 декабря 1813 года Гей-Люссак объявил, что новое вещество представляет собой либо элемент, либо соединение кислорода. [73] [74] [75] Гей-Люссак предложил название «йод» от греческого слова ιώδες (йод), означающего фиолетовый (из-за цвета паров йода). [71] [73] Ампер передал часть своего образца Хамфри Дэви. Дэви провел несколько экспериментов с этим веществом и отметил его сходство с хлором. [76] Дэви отправил 10 декабря письмо в Лондонское королевское общество, в котором заявил, что обнаружил новый элемент. [77] Между Дэви и Гей-Люссаком разгорелись споры о том, кто первым определил йод, но оба ученых признали Куртуа первым, кто изолировал этот элемент.
В 1815 году Хамфри Дэви изобрел лампу Дэви , которая позволяла шахтерам угольных шахт безопасно работать в присутствии легковоспламеняющихся газов. Было много взрывов в шахтах, вызванных рудником или метаном, которые часто возгорались от открытого пламени ламп, которыми тогда пользовались шахтеры. Дэви задумал 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 продемонстрирована Уильямом Ридом Клэнни и неизвестным тогда (но впоследствии очень известным) инженером Джорджем Стефенсоном , использование Дэви проволочной сетки для предотвращения распространения пламени использовалось многими другими изобретателями в их более поздних работах. конструкции. Была некоторая дискуссия относительно того, открыл ли Дэви принципы, лежащие в основе своей лампы, без помощи работы Смитсона Теннанта , но в целом было решено, что работы обоих мужчин были независимыми. Дэви отказался запатентовать лампу, и за ее изобретение он получил премию Медаль Румфорда в 1816 году. [78]
После того как Дальтон опубликовал свою атомную теорию в 1808 году, некоторые из его основных идей вскоре были приняты большинством химиков. Однако на протяжении полувека сохранялась неуверенность в том, как атомную теорию следует формировать и применять к конкретным ситуациям; химики разных стран разработали несколько разных несовместимых атомистических систем. Работа, предложившая выход из этой сложной ситуации, была опубликована еще в 1811 году итальянским физиком Амедео Авогадро (1776–1856), который выдвинул гипотезу о том, что равные объемы газов при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое число молекул, из которых отсюда следовало, что относительные молекулярные массы любых двух газов такие же, как отношение плотностей двух газов при одинаковых условиях температуры и давления. Авогадро также пришел к выводу, что простые газы состоят не из отдельных атомов, а представляют собой сложные молекулы, состоящие 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 мнению Авогадро, молекула кислорода при образовании водяного пара распалась на два атома.
Гипотеза Авогадро игнорировалась в течение полувека после ее первой публикации. Было названо множество причин такого пренебрежения, в том числе 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 невероятным, чтобы молекула, состоящая из двух электрически подобные атомы, как в кислороде, могут существовать. Дополнительным препятствием для принятия был тот факт, что многие химики не хотели использовать физические методы (такие как определение плотности пара) для решения своих проблем. Однако к середине века некоторые ведущие деятели начали считать хаотическое множество конкурирующих систем атомных весов и молекулярных формул невыносимым. Более того, начали появляться чисто химические доказательства того, что подход Авогадро, возможно, все-таки верен. 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 реформирование теоретической химии, чтобы привести ее в соответствие с теорией Авогадры.
Вёлер, фон Либих, органическая химия и витализме о дебаты
In 1825, Friedrich Wöhler and Justus von Liebig performed the first confirmed discovery and explanation of isomers, earlier named by Berzelius. Working with cyanic acid and fulminic acid, they correctly deduced that isomerism was caused by differing arrangements of atoms within a molecular structure. In 1827, William Prout classified biomolecules into their modern groupings: carbohydrates, proteins and lipids. After the nature of combustion was settled, a dispute about vitalism and the essential distinction between organic and inorganic substances began. The vitalism question was revolutionized in 1828 when Friedrich Wöhler synthesized urea, thereby establishing that organic compounds could be produced from inorganic starting materials and disproving the theory of vitalism.
This opened a new research field in chemistry, and by the end of the 19th century, scientists were able to synthesize hundreds of organic compounds. The most important among them are mauve, magenta, and other synthetic dyes, as well as the widely used drug aspirin. The discovery of the artificial synthesis of urea contributed greatly to the theory of isomerism, as the empirical chemical formulas for urea and ammonium cyanate are identical (see Wöhler synthesis). In 1832, Friedrich Wöhler and Justus von Liebig discovered and explained functional groups and radicals in relation to organic chemistry, as well as first synthesizing benzaldehyde. Liebig, a German chemist, made major contributions to agricultural and biological chemistry, and worked on the organization of organic chemistry. Liebig is considered the "father of the fertilizer industry" for his discovery of nitrogen as an essential plant nutrient, and his formulation of the Law of the Minimum which described the effect of individual nutrients on crops.
Vladimir Markovnikov[edit]
Vladimir Markovnikov, born in 1838, was a Russian scientist who did most of his work at Kazan University in Russia.[81] At Kazan, he studied under Butlerov in a laboratory better known as "the cradle of Russian organic chemistry", after which he also studied chemistry in Germany for two years.[81] Markovnikov's contributions to the fields of organic chemistry included the development of the eponymous Markovnikov's rule, which states that hydrogen halides when added to alkenes and alkynes would add in a way that hydrogens would bond to the side of the carbon with the most hydrogen substituents.[82] Products in chemistry that follow this rule are considered Markovnikov products and those that did not are considered anti-Markovnikov products.[82] Markovnikov's rule was an early example of regioselectivity in organic synthesis and the modern understanding of it continues to be important in the chemical industry, where catalysts have been developed to produce anti-Markovnikov products.[82] A significant aspect of Markovnikov's rule is that it explains reactivity based on the structural arrangement of atoms, as many chemists at the time did not consider chemical formulas as representing physical arrangement of atoms (see also radical theory).[83]
Mid-1800s[edit]
In 1840, Germain Hess proposed Hess's law, an early statement of the law of conservation of energy, which establishes that energy changes in a chemical process depend only on the states of the starting and product materials and not on the specific pathway taken between the two states. In 1847, Hermann Kolbe obtained acetic acid from completely inorganic sources, further disproving vitalism. In 1848, William Thomson, 1st Baron Kelvin (commonly known as Lord Kelvin) established the concept of absolute zero, the temperature at which all molecular motion ceases. In 1849, Louis Pasteur discovered that the racemic form of tartaric acid is a mixture of the levorotatory and dextrotatory forms, thus clarifying the nature of optical rotation and advancing the field of stereochemistry.[84] In 1852, August Beer proposed Beer's law, which explains the relationship between the composition of a mixture and the amount of light it will absorb. Based partly on earlier work by Pierre Bouguer and Johann Heinrich Lambert, it established the analytical technique known as spectrophotometry.[85] In 1855, Benjamin Silliman, Jr. pioneered methods of petroleum cracking, which made the entire modern petrochemical industry possible.[86]
Avogadro's hypothesis began to gain broad appeal among chemists only after his compatriot and fellow scientist Stanislao Cannizzaro demonstrated its value in 1858, two years after Avogadro's death. Cannizzaro's chemical interests had originally centered on natural products and on reactions of aromatic compounds; in 1853 he discovered that when benzaldehyde is treated with concentrated base, both benzoic acid and benzyl alcohol are produced—a phenomenon known today as the Cannizzaro reaction. In his 1858 pamphlet, Cannizzaro showed that a complete return to the ideas of Avogadro could be used to construct a consistent and robust theoretical structure that fit nearly all of the available empirical evidence. For instance, he pointed to evidence that suggested that not all elementary gases consist of two atoms per molecule—some were monatomic, most were diatomic, and a few were even more complex.
Another point of contention had been the formulas for compounds of the alkali metals (such as sodium) and the alkaline earth metals (such as calcium), which, in view of their striking chemical analogies, most chemists had wanted to assign to the same formula type. Cannizzaro argued that placing these metals in different categories had the beneficial result of eliminating certain anomalies when using their physical properties to deduce atomic weights. Unfortunately, Cannizzaro's pamphlet was published initially only in Italian and had little immediate impact. The real breakthrough came with an international chemical congress held in the German town of Karlsruhe in September 1860, at which most of the leading European chemists were present. The Karlsruhe Congress had been arranged by Kekulé, Wurtz, and a few others who shared Cannizzaro's sense of the direction chemistry should go. Speaking in French (as everyone there did), Cannizzaro's eloquence and logic made an indelible impression on the assembled body. Moreover, his friend Angelo Pavesi distributed Cannizzaro's pamphlet to attendees at the end of the meeting; more than one chemist later wrote of the decisive impression the reading of this document provided. For instance, Lothar Meyer later wrote that on reading Cannizzaro's paper, "The scales seemed to fall from my eyes."[87] Cannizzaro thus played a crucial role in winning the battle for reform. The system advocated by him, and soon thereafter adopted by most leading chemists, is substantially identical to what is still used today.
Perkin, Crookes, and Nobel[edit]
In 1856, Sir William Henry Perkin, age 18, given a challenge by his professor, August Wilhelm von Hofmann, sought to synthesize quinine, the anti-malaria drug, from coal tar. In one attempt, Perkin oxidized aniline using potassium dichromate, whose toluidine impurities reacted with the aniline and yielded a black solid—suggesting a "failed" organic synthesis. Cleaning the flask with alcohol, Perkin noticed purple portions of the solution: a byproduct of the attempt was the first synthetic dye, known as mauveine or Perkin's mauve. Perkin's discovery is the foundation of the dye synthesis industry, one of the earliest successful chemical industries.
German chemist August Kekulé von Stradonitz's most important single contribution was his structural theory of organic composition, outlined in two articles published in 1857 and 1858 and treated in great detail in the pages of his extraordinarily popular Lehrbuch der organischen Chemie ("Textbook of Organic Chemistry"), the first installment of which appeared in 1859 and gradually extended to four volumes. Kekulé argued that tetravalent carbon atoms – that is, carbon forming exactly four chemical bonds – could link together to form what he called a "carbon chain" or a "carbon skeleton," to which other atoms with other valences (such as hydrogen, oxygen, nitrogen, and chlorine) could join. He was convinced that it was possible for the chemist to specify this detailed molecular architecture for at least the simpler organic compounds known in his day. Kekulé was not the only chemist to make such claims in this era. The Scottish chemist Archibald Scott Couper published a substantially similar theory nearly simultaneously, and the Russian chemist Aleksandr Butlerov did much to clarify and expand structure theory. However, it was predominantly Kekulé's ideas that prevailed in the chemical community.
British chemist and physicist William Crookes is noted for his cathode ray studies, fundamental in the development of atomic physics. His researches on electrical discharges through a rarefied gas led him to observe the dark space around the cathode, now called the Crookes dark space. He demonstrated that cathode rays travel in straight lines and produce phosphorescence and heat when they strike certain materials. A pioneer of vacuum tubes, Crookes invented the Crookes tube – an early experimental discharge tube, with partial vacuum with which he studied the behavior of cathode rays. With the introduction of spectrum analysis by Robert Bunsen and Gustav Kirchhoff (1859–1860), Crookes applied the new technique to the study of selenium compounds. Bunsen and Kirchhoff had previously used spectroscopy as a means of chemical analysis to discover caesium and rubidium. In 1861, Crookes used this process to discover thallium in some seleniferous deposits. He continued work on that new element, isolated it, studied its properties, and in 1873 determined its atomic weight. During his studies of thallium, Crookes discovered the principle of the Crookes radiometer, a device that converts light radiation into rotary motion. The principle of this radiometer has found numerous applications in the development of sensitive measuring instruments.
In 1862, Alexander Parkes exhibited Parkesine, one of the earliest synthetic polymers, at the International Exhibition in London. This discovery formed the foundation of the modern plastics industry. In 1864, Cato Maximilian Guldberg and Peter Waage, building on Claude Louis Berthollet's ideas, proposed the law of mass action. In 1865, Johann Josef Loschmidt determined the number of molecules in a mole, later named Avogadro's number.
In 1865, August Kekulé, based partially on the work of Loschmidt and others, established the structure of benzene as a six carbon ring with alternating single and double bonds. Kekulé's novel proposal for benzene's cyclic structure was much contested but was never replaced by a superior theory. This theory provided the scientific basis for the dramatic expansion of the German chemical industry in the last third of the 19th century. Kekulé is also famous for having clarified the nature of aromatic compounds, which are compounds based on the benzene molecule. In 1865, Adolf von Baeyer began work on indigo dye, a milestone in modern industrial organic chemistry which revolutionized the dye industry.
Swedish chemist and inventor Alfred Nobel found that when nitroglycerin was incorporated in an absorbent inert substance like kieselguhr (diatomaceous earth) it became safer and more convenient to handle, and this mixture he patented in 1867 as dynamite. Nobel later on combined nitroglycerin with various nitrocellulose compounds, similar to collodion, but settled on a more efficient recipe combining another nitrate explosive, and obtained a transparent, jelly-like substance, which was a more powerful explosive than dynamite. Gelignite, or blasting gelatin, as it was named, was patented in 1876; and was followed by a host of similar combinations, modified by the addition of potassium nitrate and various other substances.
Mendeleev's periodic table[edit]
An important breakthrough in making sense of the list of known chemical elements (as well as in understanding the internal structure of atoms) was Dmitri Mendeleev's development of the first modern periodic table, or the periodic classification of the elements. Mendeleev, a Russian chemist, felt that there was some type of order to the elements and he spent more than thirteen years of his life collecting data and assembling the concept, initially with the idea of resolving some of the disorder in the field for his students. Mendeleev found that, when all the known chemical elements were arranged in order of increasing atomic weight, the resulting table displayed a recurring pattern, or periodicity, of properties within groups of elements. Mendeleev's law allowed him to build up a systematic periodic table of all the 66 elements then known based on atomic mass, which he published in Principles of Chemistry in 1869. His first Periodic Table was compiled on the basis of arranging the elements in ascending order of atomic weight and grouping them by similarity of properties.
Mendeleev had such faith in the validity of the periodic law that he proposed changes to the generally accepted values for the atomic weight of a few elements and, in his version of the periodic table of 1871, predicted the locations within the table of unknown elements together with their properties. He even predicted the likely properties of three yet-to-be-discovered elements, which he called ekaboron (Eb), ekaaluminium (Ea), and ekasilicon (Es), which proved to be good predictors of the properties of scandium, gallium, and germanium, respectively, which each fill the spot in the periodic table assigned by Mendeleev.
At first the periodic system did not raise interest among chemists. However, with the discovery of the predicted elements, notably gallium in 1875, scandium in 1879, and germanium in 1886, it began to win wide acceptance. The subsequent proof of many of his predictions within his lifetime brought fame to Mendeleev as the founder of the periodic law. This organization surpassed earlier attempts at classification by Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois, who published the telluric helix, an early, three-dimensional version of the periodic table of the elements in 1862, John Newlands, who proposed the law of octaves (a precursor to the periodic law) in 1864, and Lothar Meyer, who developed an early version of the periodic table with 28 elements organized by valence in 1864. Mendeleev's table did not include any of the noble gases, however, which had not yet been discovered. Gradually the periodic law and table became the framework for a great part of chemical theory. By the time Mendeleev died in 1907, he enjoyed international recognition and had received distinctions and awards from many countries.
In 1873, Jacobus Henricus van 't Hoff and Joseph Achille Le Bel, working independently, developed a model of chemical bonding that explained the chirality experiments of Pasteur and provided a physical cause for optical activity in chiral compounds.[88] van 't Hoff's publication, called Voorstel tot Uitbreiding der Tegenwoordige in de Scheikunde gebruikte Structuurformules in de Ruimte, etc. (Proposal for the development of 3-dimensional chemical structural formulae) and consisting of twelve pages of text and one page of diagrams, gave the impetus to the development of stereochemistry. The concept of the "asymmetrical carbon atom", dealt with in this publication, supplied an explanation of the occurrence of numerous isomers, inexplicable by means of the then current structural formulae. At the same time he pointed out the existence of relationship between optical activity and the presence of an asymmetrical carbon atom.
Josiah Willard Gibbs[edit]
American mathematical physicist J. Willard Gibbs's work on the applications of thermodynamics was instrumental in transforming physical chemistry into a rigorous deductive science. During the years from 1876 to 1878, Gibbs worked on the principles of thermodynamics, applying them to the complex processes involved in chemical reactions. He discovered the concept of chemical potential, or the "fuel" that makes chemical reactions work. In 1876 he published his most famous contribution, "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances", a compilation of his work on thermodynamics and physical chemistry which laid out the concept of free energy to explain the physical basis of chemical equilibria.[89] In these essays were the beginnings of Gibbs' theories of phases of matter: he considered each state of matter a phase, and each substance a component. Gibbs took all of the variables involved in a chemical reaction – temperature, pressure, energy, volume, and entropy – and included them in one simple equation known as Gibbs' phase rule.
Within this paper was perhaps his most outstanding contribution, the introduction of the concept of free energy, now universally called Gibbs free energy in his honor. The Gibbs free energy relates the tendency of a physical or chemical system to simultaneously lower its energy and increase its disorder, or entropy, in a spontaneous natural process. Gibbs's approach allows a researcher to calculate the change in free energy in the process, such as in a chemical reaction, and how fast it will happen. Since virtually all chemical processes and many physical ones involve such changes, his work has significantly impacted both the theoretical and experiential aspects of these sciences. In 1877, Ludwig Boltzmann established statistical derivations of many important physical and chemical concepts, including entropy, and distributions of molecular velocities in the gas phase.[90] Together with Boltzmann and James Clerk Maxwell, Gibbs created a new branch of theoretical physics called statistical mechanics (a term that he coined), explaining the laws of thermodynamics as consequences of the statistical properties of large ensembles of particles. Gibbs also worked on the application of Maxwell's equations to problems in physical optics. Gibbs's derivation of the phenomenological laws of thermodynamics from the statistical properties of systems with many particles was presented in his highly influential textbook Elementary Principles in Statistical Mechanics, published in 1902, a year before his death. In that work, Gibbs reviewed the relationship between the laws of thermodynamics and the statistical theory of molecular motions. The overshooting of the original function by partial sums of Fourier series at points of discontinuity is known as the Gibbs phenomenon.
Late 19th century[edit]
Carl von Linde and the modern chemical process[edit]
German engineer Carl von Linde's invention of a continuous process of liquefying gases in large quantities formed a basis for the modern technology of refrigeration and provided both impetus and means for conducting scientific research at low temperatures and very high vacuums. He developed a dimethyl ether refrigerator (1874) and an ammonia refrigerator (1876). Though other refrigeration units had been developed earlier, Linde's were the first to be designed with the aim of precise calculations of efficiency. In 1895 he set up a large-scale plant for the production of liquid air. Six years later he developed a method for separating pure liquid oxygen from liquid air that resulted in widespread industrial conversion to processes utilizing oxygen (e.g., in steel manufacture). He founded the Linde plc, the world's largest industrial gas company by market share and revenue.
In 1883, Svante Arrhenius developed an ion theory to explain conductivity in electrolytes.[92] In 1884, Jacobus Henricus van 't Hoff published Études de Dynamique chimique (Studies in Dynamic Chemistry), a seminal study on chemical kinetics.[93] In this work, van 't Hoff entered for the first time the field of physical chemistry. Of great importance was his development of the general thermodynamic relationship between the heat of conversion and the displacement of the equilibrium as a result of temperature variation. At constant volume, the equilibrium in a system will tend to shift in such a direction as to oppose the temperature change which is imposed upon the system. Thus, lowering the temperature results in heat development while increasing the temperature results in heat absorption. This principle of mobile equilibrium was subsequently (1885) put in a general form by Henry Louis Le Chatelier, who extended the principle to include compensation, by change of volume, for imposed pressure changes. The van 't Hoff-Le Chatelier principle, or simply Le Chatelier's principle, explains the response of dynamic chemical equilibria to external stresses.[94]
In 1884, Hermann Emil Fischer proposed the structure of purine, a key structure in many biomolecules, which he later synthesized in 1898. He also began work on the chemistry of glucose and related sugars.[95] In 1885, Eugen Goldstein named the cathode ray, later discovered to be composed of electrons, and the canal ray, later discovered to be positive hydrogen ions that had been stripped of their electrons in a cathode ray tube; these would later be named protons.[96] The year 1885 also saw the publishing of J. H. van 't Hoff's L'Équilibre chimique dans les Systèmes gazeux ou dissous à I'État dilué (Chemical equilibria in gaseous systems or strongly diluted solutions), which dealt with this theory of dilute solutions. Here he demonstrated that the "osmotic pressure" in solutions which are sufficiently dilute is proportionate to the concentration and the absolute temperature so that this pressure can be represented by a formula that only deviates from the formula for gas pressure by a coefficient i. He also determined the value of i by various methods, for example by means of the vapor pressure and François-Marie Raoult's results on the lowering of the freezing point. Thus van 't Hoff was able to prove that thermodynamic laws are not only valid for gases, but also for dilute solutions. His pressure laws, given general validity by the electrolytic dissociation theory of Arrhenius (1884–1887) – the first foreigner who came to work with him in Amsterdam (1888) – are considered the most comprehensive and important in the realm of natural sciences. In 1893, Alfred Werner discovered the octahedral structure of cobalt complexes, thus establishing the field of coordination chemistry.[97]
Ramsay's discovery of the noble gases[edit]
The most celebrated discoveries of Scottish chemist William Ramsay were made in inorganic chemistry. Ramsay was intrigued by the British physicist John Strutt, 3rd Baron Rayleigh's 1892 discovery that the atomic weight of nitrogen found in chemical compounds was lower than that of nitrogen found in the atmosphere. He ascribed this discrepancy to a light gas included in chemical compounds of nitrogen, while Ramsay suspected a hitherto undiscovered heavy gas in atmospheric nitrogen. Using two different methods to remove all known gases from air, Ramsay and Lord Rayleigh were able to announce in 1894 that they had found a monatomic, chemically inert gaseous element that constituted nearly 1 percent of the atmosphere; they named it argon.
The following year, Ramsay liberated another inert gas from a mineral called cleveite; this proved to be helium, previously known only in the solar spectrum. In his book The Gases of the Atmosphere (1896), Ramsay showed that the positions of helium and argon in the periodic table of elements indicated that at least three more noble gases might exist. In 1898 Ramsay and the British chemist Morris W. Travers isolated these elements—called neon, krypton, and xenon—from air and brought them to a liquid state at low temperature and high pressure. Sir William Ramsay worked with Frederick Soddy to demonstrate, in 1903, that alpha particles (helium nuclei) were continually produced during the radioactive decay of a sample of radium. Ramsay was awarded the 1904 Nobel Prize for Chemistry in recognition of "services in the discovery of the inert gaseous elements in the air, and his determination of their place in the periodic system."
In 1897, J. J. Thomson discovered the electron using the cathode ray tube. In 1898, Wilhelm Wien demonstrated that canal rays (streams of positive ions) can be deflected by magnetic fields and that the amount of deflection is proportional to the mass-to-charge ratio. This discovery would lead to the analytical technique known as mass spectrometry in 1912.[98]
Marie and Pierre Curie[edit]
Marie Skłodowska-Curie was a Polish-born French physicist and chemist who is famous for her pioneering research on radioactivity. She and her husband are considered to have laid the cornerstone of the nuclear age with their research on radioactivity. Marie was fascinated with the work of Henri Becquerel, a French physicist who discovered in 1896 that uranium casts off rays similar to the X-rays discovered by Wilhelm Röntgen. Marie Curie began studying uranium in late 1897 and theorized, according to a 1904 article she wrote for Century magazine, "that the emission of rays by the compounds of uranium is a property of the metal itself—that it is an atomic property of the element uranium independent of its chemical or physical state." Curie took Becquerel's work a few steps further, conducting her own experiments on uranium rays. She discovered that the rays remained constant, no matter the condition or form of the uranium. The rays, she theorized, came from the element's atomic structure. This revolutionary idea created the field of atomic physics and the Curies coined the word radioactivity to describe the phenomenon.
Pierre and Marie further explored radioactivity by working to separate the substances in uranium ores and then using the electrometer to make radiation measurements to 'trace' the minute amount of unknown radioactive element among the fractions that resulted. Working with the mineral pitchblende, the pair discovered a new radioactive element in 1898. They named the element polonium, after Marie's native country of Poland. On December 21, 1898, the Curies detected the presence of another radioactive material in the pitchblende. They presented this finding to the French Academy of Sciences on December 26, proposing that the new element be called radium. The Curies then went to work isolating polonium and radium from naturally occurring compounds to prove that they were new elements. In 1902, the Curies announced that they had produced a decigram of pure radium, demonstrating its existence as a unique chemical element. While it took three years for them to isolate radium, they were never able to isolate polonium. Along with the discovery of two new elements and finding techniques for isolating radioactive isotopes, Curie oversaw the world's first studies into the treatment of neoplasms, using radioactive isotopes. With Henri Becquerel and her husband, Pierre Curie, she was awarded the 1903 Nobel Prize for Physics. She was the sole winner of the 1911 Nobel Prize for Chemistry. She was the first woman to win a Nobel Prize, and she is the only woman to win the award in two different fields.
While working with Marie to extract pure substances from ores, an undertaking that really required industrial resources but that they achieved in relatively primitive conditions, Pierre himself concentrated on the physical study (including luminous and chemical effects) of the new radiations. Through the action of magnetic fields on the rays given out by the radium, he proved the existence of particles that were electrically positive, negative, and neutral; these Ernest Rutherford was afterward to call alpha, beta, and gamma rays. Pierre then studied these radiations by calorimetry and also observed the physiological effects of radium, thus opening the way to radium therapy. Among Pierre Curie's discoveries were that ferromagnetic substances exhibited a critical temperature transition, above which the substances lost their ferromagnetic behavior – this is known as the "Curie point." He was elected to the Academy of Sciences (1905), having in 1903 jointly with Marie received the Royal Society's prestigious Davy Medal and jointly with her and Becquerel the Nobel Prize for Physics. He was run over by a carriage in the rue Dauphine in Paris in 1906 and died instantly. His complete works were published in 1908.
Ernest Rutherford[edit]
New Zealand-born chemist and physicist Ernest Rutherford is considered to be "the father of nuclear physics." Rutherford is best known for devising the names alpha, beta, and gamma to classify various forms of radioactive "rays" which were poorly understood at his time (alpha and beta rays are particle beams, while gamma rays are a form of high-energy electromagnetic radiation). Rutherford deflected alpha rays with both electric and magnetic fields in 1903. Working with Frederick Soddy, Rutherford explained that radioactivity is due to the transmutation of elements, now known to involve nuclear reactions.
He also observed that the intensity of radioactivity of a radioactive element decreases over a unique and regular amount of time until a point of stability, and he named the halving time the "half-life". In 1901 and 1902 he worked with Frederick Soddy to prove that atoms of one radioactive element would spontaneously turn into another, by expelling a piece of the atom at high velocity. In 1906 at the University of Manchester, Rutherford oversaw an experiment conducted by his students Hans Geiger (known for the Geiger counter) and Ernest Marsden. In the Geiger–Marsden experiment, a beam of alpha particles, generated by the radioactive decay of radon, was directed normally onto a sheet of very thin gold foil in an evacuated chamber. Under the prevailing plum pudding model, the alpha particles should all have passed through the foil and hit the detector screen, or have been deflected by, at most, a few degrees.
However, the actual results surprised Rutherford. Although many of the alpha particles did pass through as expected, many others were deflected at small angles while others were reflected back to the alpha source. They observed that a very small percentage of particles were deflected through angles much larger than 90 degrees. The gold foil experiment showed large deflections for a small fraction of incident particles. Rutherford realized that, because some of the alpha particles were deflected or reflected, the atom had a concentrated centre of positive charge and of relatively large mass – Rutherford later termed this positive center the "atomic nucleus". The alpha particles had either hit the positive centre directly or passed by it close enough to be affected by its positive charge. Since many other particles passed through the gold foil, the positive centre would have to be a relatively small size compared to the rest of the atom – meaning that the atom is mostly open space. From his results, Rutherford developed a model of the atom that was similar to the solar system, known as the Rutherford model. Like planets, electrons orbited a central, sun-like nucleus. For his work with radiation and the atomic nucleus, Rutherford received the 1908 Nobel Prize in Chemistry.
20th century[edit]
In 1903, Mikhail Tsvet invented chromatography, an important analytic technique. In 1904, Hantaro Nagaoka proposed an early nuclear model of the atom, where electrons orbit a dense massive nucleus. In 1905, Fritz Haber and Carl Bosch developed the Haber process for making ammonia, a milestone in industrial chemistry with deep consequences in agriculture. The Haber process, or Haber-Bosch process, combined nitrogen and hydrogen to form ammonia in industrial quantities for the production of fertilizer and munitions. The food production for half the world's current population depends on this method for producing fertilizer. Haber, along with Max Born, proposed the Born–Haber cycle as a method for evaluating the lattice energy of an ionic solid. Haber has also been described as the "father of chemical warfare" for his work developing and deploying chlorine and other poisonous gases during World War I.
In 1905, Albert Einstein explained Brownian motion in a way that definitively proved atomic theory. Leo Baekeland invented bakelite, one of the first commercially successful plastics. In 1909, American physicist Robert Andrews Millikan – who had studied in Europe under Walther Nernst and Max Planck – measured the charge of individual electrons with unprecedented accuracy through the oil drop experiment, in which he measured the electric charges on tiny falling water (and later oil) droplets. His study established that any particular droplet's electrical charge is a multiple of a definite, fundamental value — the electron's charge — and thus a confirmation that all electrons have the same charge and mass. Beginning in 1912, he spent several years investigating and finally proving Albert Einstein's proposed linear relationship between energy and frequency, and providing the first direct photoelectric support for the Planck constant. In 1923 Millikan was awarded the Nobel Prize for Physics.
In 1909, S. P. L. Sørensen invented the pH concept and developed methods for measuring acidity. In 1911, Antonius Van den Broek proposed the idea that the elements on the periodic table are more properly organized by positive nuclear charge rather than atomic weight. In 1911, the first Solvay Conference was held in Brussels, bringing together most of the most prominent scientists of the day. In 1912, William Henry Bragg and William Lawrence Bragg proposed Bragg's law and established the field of X-ray crystallography, an important tool for elucidating the crystal structure of substances. In 1912, Peter Debye used the concept of a molecular dipole to describe asymmetric charge distribution in some molecules.
Otto Hahn[edit]
Отто Хан — немецкий химик и пионер в области радиоактивности и радиохимии . Он сыграл ведущую роль в открытии ядерного деления и сделал ядерную химию научной областью. Хан, Лиза Мейтнер и Фриц Штрассман открыли радиоактивные изотопы радия , тория , протактиния и урана . Он также открыл явления атомной отдачи и ядерной изомерии и стал пионером в датировании рубидием-стронцием . В 1938 году Хан, Мейтнер и Штрассман открыли деление ядра . В своей второй публикации о делении ядра в феврале 1939 года Хан и Штрассман предсказали существование и высвобождение дополнительных нейтронов в процессе деления, открыв возможность цепной ядерной реакции . Хан получил Нобелевскую премию по химии За эти открытия 1944 года. Ядерное деление было основой ядерных реакторов и ядерного оружия .
Нильс Бор [ править ]
В 1913 году датский физик Нильс Бор ввёл в структуру атома концепции квантовой механики , предложив то, что сейчас известно как Бора модель атома , где электроны существуют только на строго определённых круговых орбитах вокруг ядра, подобных ступеням на лестница. 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 плоские). Гравитационная сила Солнечной системы математически подобна силе притяжения. Кулоновская (электрическая) сила между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами.
Однако в модели Бора электроны вращаются вокруг ядра по орбитам, которые имеют заданный размер и энергию. Говорят, что уровни энергии квантованы , что означает, что разрешены только определенные орбиты с определенными радиусами; орбит между ними просто не существует. Энергия орбиты связана с ее размером – то есть наименьшая энергия наблюдается на самой маленькой орбите. Бор также постулировал, что электромагнитное излучение поглощается или излучается, когда электрон перемещается с одной орбиты на другую. Поскольку разрешены только определенные электронные орбиты, излучение света, сопровождающее переход электрона из возбужденного энергетического состояния в основное состояние, создает уникальный спектр излучения для каждого элемента. За эту работу Бор позже получил 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 влетающая частица ударится о ядро и создаст возбужденное составное ядро. Это легло в основу его модели жидкой капли , а затем послужило теоретической базой для ядерного деления после его открытия химиками Отто Ханом и Фрицем Штрассманом , а также объяснения и наименования физиками Лизой Мейтнер и Отто Фришем .
В 1913 году Генри Мозли , опираясь на более раннюю идею Ван ден Брока, ввел концепцию атомного номера, чтобы исправить некоторые недостатки таблицы Менделеева, основанной на атомном весе. Пик карьеры Фредерика Содди в радиохимии пришелся на 1913 год, когда он сформулировал концепцию изотопов , в которой утверждалось, что определенные элементы существуют в двух или более формах, имеющих разный атомный вес, но химически неотличимых. Его помнят за доказательство существования изотопов некоторых радиоактивных элементов, а также, наряду с другими, ему приписывают открытие элемента протактиний в 1917 году. В 1913 году Дж. Дж. Томсон расширил работу Вина, показав, что заряженные субатомные частицы можно разделить по соотношению массы к заряду, метод, известный как масс-спектрометрия .
Гилберт Н. Льюис [ править ]
Американский физико-химик Гилберт Н. Льюис заложил основы теории валентных связей ; он сыграл важную роль в разработке теории связи, основанной на количестве электронов во внешней «валентной» оболочке атома. В 1902 году, когда Льюис пытался объяснить своим ученикам валентность, он изобразил атомы, состоящие из серии концентрических кубов с электронами в каждом углу. Этот «кубический атом» объяснил восемь групп в периодической таблице и представил свою идею о том, что химические связи образуются в результате переноса 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 представляет собой пару электронов, разделяемых двумя атомами. Модель Льюиса приравнивала классическую химическую связь к совместному использованию пары электронов между двумя связанными атомами. Льюис представил в этой статье «электронные точечные диаграммы», чтобы символизировать электронные структуры атомов и молекул. Теперь известные как структуры Льюиса , они обсуждаются практически в каждом вводном учебнике по химии.
Вскоре после публикации своей статьи 1916 года Льюис занялся военными исследованиями. Он не возвращался к теме химической связи до 1923 года, когда мастерски суммировал свою модель в небольшой монографии под названием «Валентность и структура атомов и молекул». Возобновление его интереса к этой теме во многом стимулировалось 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 разработали концепцию квантовомеханического спина в субатомных частицах.
Для случаев, когда совместное использование не предполагалось, Льюис в 1923 году разработал теорию электронных пар кислот и оснований : Льюис переопределил кислоту как любой атом или молекулу с неполным октетом, который, таким образом, способен принимать электроны от другого атома; основания были, конечно, донорами электронов. Его теория известна как концепция кислот и оснований Льюиса . В 1923 году Дж. Н. Льюис и Мерл Рэндалл опубликовали «Термодинамику и свободную энергию химических веществ» — первый современный трактат по химической термодинамике .
В 1920-е годы модель Льюиса связи электронной пары быстро получила распространение и стала применяться в области органической и координационной химии. В органической химии это произошло прежде всего благодаря усилиям британских химиков Артура Лэпворта , Роберта Робинсона , Томаса Лоури и Кристофера Ингольда ; В то время как в координационной химии модель связи Льюиса была продвинута благодаря усилиям американского химика Мориса Хаггинса и британского химика Невила Сиджвика .
Квантовая механика [ править ]
  | |
  | |
| 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 свою диссертацию, в которой представил революционную теорию электронных волн, основанную на корпускулярно-волновом дуализме . В его время волновые и корпускулярные интерпретации света и материи считались противоречащими друг другу, но де Бройль предположил, что эти, казалось бы, разные характеристики на самом деле были одним и тем же поведением, наблюдаемым с разных точек зрения - что частицы могут вести себя как волны, и волны (излучение) могут вести себя как частицы. Предложение Бройля дало объяснение ограниченному движению электронов внутри атома. Первые публикации идеи Бройля о «волнах материи» не привлекли особого внимания со стороны других физиков, но копия его докторской диссертации случайно попала к Эйнштейну, который отреагировал с энтузиазмом. Эйнштейн подчеркивал важность работы Бройля как открыто, так и развивая ее.
В 1925 году физик австрийского происхождения Вольфганг Паули разработал принцип исключения Паули , который гласит, что никакие два электрона вокруг одного ядра в атоме не могут одновременно занимать одно и то же квантовое состояние , описываемое четырьмя квантовыми числами . Паули внес большой вклад в квантовую механику и квантовую теорию поля (в 1945 году он был удостоен Нобелевской премии по физике за открытие принципа Паули), а также в физику твердого тела и успешно выдвинул гипотезу о существовании нейтрино . Помимо своих оригинальных работ, он написал мастерские синтезы нескольких областей физической теории, которые считаются классикой научной литературы.
В 1926 году в возрасте 39 лет австрийский физик-теоретик Эрвин Шредингер опубликовал работы, 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, какое уравнения движения Ньютона имеют к планетарной астрономии. Приняв высказанное Луи де Бройлем в 1924 году предложение о том, что частицы материи имеют двойственную природу и в некоторых ситуациях действуют как волны, Шредингер ввел теорию, описывающую поведение такой системы волновым уравнением, которое сейчас 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 на планетарных орбитах Ньютона в квантовой механике заменяется более абстрактным понятием вероятности . (Этот аспект квантовой теории глубоко огорчил Шрёдингера и некоторых других физиков, 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 благодаря которому 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 , а также сыграл важную роль в планировании первого западногерманского ядерного реактора в Карлсруэ вместе с исследовательским реактором в Мюнхене. , в 1957 году. Значительные разногласия окружают его работу по атомным исследованиям во время Второй мировой войны.
Квантовая химия [ править ]
Некоторые считают рождение квантовой химии открытием уравнения Шредингера и его применением к атому водорода в 1926 году. [ нужна ссылка ] Однако статья Уолтера Хайтлера и Фрица Лондона 1927 года [99] часто признается первой вехой в истории квантовой химии. Это первое применение 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 , Лайнус Полинг , Эрих Хюкель , Дуглас Хартри и Владимир Александрович Фок , и это лишь некоторые из них. [ нужна ссылка ]
Тем не менее, оставался скептицизм относительно общей силы квантовой механики применительно к сложным химическим системам. [ нужна ссылка ] Ситуацию около 1930 года описывает Поль Дирак : [100]
Таким образом, основные физические законы, необходимые для математической теории значительной части физики и всей химии, полностью известны, и трудность состоит лишь в том, что точное применение этих законов приводит к уравнениям, слишком сложным, чтобы их можно было решить. Поэтому становится желательным разработать приближенные практические методы применения квантовой механики, которые могут привести к объяснению основных особенностей сложных атомных систем без слишком больших вычислений.
Поэтому квантово-механические методы, разработанные в 1930-х и 1940-х годах, часто называют теоретической молекулярной или атомной физикой, чтобы подчеркнуть тот факт, что они были скорее применением квантовой механики к химии и спектроскопии, чем ответами на химически важные вопросы. В 1951 году важной статьей в квантовой химии стала основополагающая статья Клеменса Рутана об уравнениях Рутана . [101] Это открыло путь к решению уравнений самосогласованного поля для малых молекул, таких как водород или азот . Эти вычисления проводились с помощью таблиц интегралов, которые рассчитывались на самых совершенных компьютерах того времени. [ нужна ссылка ]
В 1940-х годах многие физики перешли от молекулярной или атомной физики к ядерной физике (например, Дж. Роберт Оппенгеймер или Эдвард Теллер ). Гленн Т. Сиборг был американским химиком-ядерщиком, наиболее известным своей работой по выделению и идентификации трансурановых элементов (тяжелее урана ). Он разделил Нобелевскую премию по химии 1951 года с Эдвином Мэттисоном Макмилланом за 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 при его жизни был назван химический элемент.
Молекулярная биология и биохимия [ править ]
го века, в принципе, интеграция физики и химии была обширной, при этом химические свойства объяснялись электронной структурой атома К середине 20 - ; Лайнуса Полинга В книге «Природа химической связи» принципы квантовой механики использовались для определения валентных углов во все более сложных молекулах. Однако, хотя некоторые принципы, выведенные из квантовой механики, были способны качественно предсказать некоторые химические особенности биологически значимых молекул, до конца 20-го века они представляли собой скорее набор правил, наблюдений и рецептов, чем строгие ab initio . количественные методы [ нужна ссылка ]
Этот эвристический подход восторжествовал в 1953 году, когда Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик вывели двойную спиральную структуру ДНК , построив модели, ограниченные и основанные на знаниях химии составных частей и картинах дифракции рентгеновских лучей, полученных Розалиндой Франклин . [102] Это открытие привело к взрывному росту исследований биохимии жизни .
В том же году эксперимент Миллера-Юри продемонстрировал, что основные составляющие белка , простые аминокислоты , сами по себе могут быть построены из более простых молекул при моделировании первичных процессов на Земле. Эта первая попытка химиков изучить гипотетические процессы в лаборатории в контролируемых условиях помогла дать толчок обильным исследованиям в области естественных наук о происхождении жизни .
В 1983 году Кэри Маллис разработал метод амплификации ДНК in vitro, известный как полимеразная цепная реакция (ПЦР), который произвел революцию в химических процессах, используемых в лаборатории для манипулирования ею. ПЦР можно было использовать для синтеза определенных фрагментов ДНК и сделать возможным секвенирование ДНК организмов, кульминацией которого стал огромный проект генома человека .
Важный фрагмент головоломки двойной спирали был решен одним из учеников Полинга Мэтью Мезельсоном и Фрэнком Сталем , результат их сотрудничества ( эксперимент Мезельсона-Сталя ) был назван «самым красивым экспериментом в биологии».
Они использовали метод центрифугирования, который сортировал молекулы по разнице в весе. Поскольку атомы азота являются компонентом ДНК, их пометили и, следовательно, отслеживали при репликации у бактерий.
Конец 20 века [ править ]
В 1970 году Джон Попл разработал программу Гаусса, значительно упрощающую вычислительные химические расчеты. [103] В 1971 году Ив Шовен предложил объяснение механизма реакций метатезиса олефинов . [104] В 1975 году Карл Барри Шарплесс и его группа открыли стереоселективного окисления реакции , включая эпоксидирование Шарплесса . [105] [106] Асимметричное дигидроксилирование Шарплесса . [107] [108] [109] и оксиаминирование Шарплесса . [110] [111] [112] В 1985 году Гарольд Крото , Роберт Керл и Ричард Смолли открыли фуллерены — класс крупных молекул углерода, внешне напоминающих геодезический купол, спроектированный архитектором Р. Бакминстером Фуллером . [113] В 1991 году Сумио Иидзима использовал электронную микроскопию , чтобы открыть тип цилиндрического фуллерена, известный как углеродная нанотрубка , хотя более ранние работы в этой области были проведены еще в 1951 году. Этот материал является важным компонентом в области нанотехнологий . [114] В 1994 году К.С. Николау со своей группой. [115] [116] и Роберт А. Холтон и его группа осуществили первый полный синтез таксола . [117] [118] [119] В 1995 году Эрик Корнелл и Карл Виман создали первый конденсат Бозе-Эйнштейна — вещество, проявляющее квантово-механические свойства в макроскопическом масштабе. [120]
Математика и химия [ править ]
До 20 века химия определялась как наука о природе материи и ее превращениях. Поэтому она отличалась от физики, которая не занималась столь драматическим преобразованием материи. При этом, в отличие от физики, химия до конца XIX века оставалась преимущественно описательной и эмпирической наукой. Хотя они разработали последовательную количественную основу, основанную на понятиях атомного и молекулярного веса, комбинированных пропорциях и термодинамических величинах, химики меньше использовали передовую математику. [121] Некоторые даже выразили нежелание использовать математику в химии. Например, философ Огюст Конт писал в 1830 году:
Любую попытку применить математические методы при изучении химических вопросов следует считать глубоко иррациональной и противоречащей духу химии... привести к быстрому и повсеместному вырождению этой науки.
Однако во второй половине XIX века ситуация начала меняться, как писал Август Кекуле в 1867 году:
Я скорее ожидаю, что когда-нибудь мы найдем математическо-механическое объяснение тому, что мы сейчас называем атомами, которое даст объяснение их свойствам.
Область применения химии [ править ]
По мере развития понимания природы материи развивалось и самопонимание химической науки ее практиками. Этот непрерывный исторический процесс оценки включает категории, термины, цели и сферу применения химии. Кроме того, развитие социальных институтов и сетей, поддерживающих химические исследования, является весьма важным фактором, обеспечивающим производство, распространение и применение химических знаний. (См. Философию химии )
Химическая промышленность [ править ]
Во второй половине девятнадцатого века наблюдался огромный рост эксплуатации нефти, добываемой из недр, для производства множества химикатов, что в значительной степени заменило использование китового жира , каменноугольной смолы и военно-морских запасов, использовавшихся ранее. Крупномасштабное производство и переработка нефти обеспечило сырье для жидкого топлива, такого как бензин и дизельное топливо , растворители , смазочные материалы , асфальт , воск , а также для производства многих распространенных в современном мире материалов, таких как синтетические волокна , пластмассы, краски. , моющие средства , фармацевтические препараты , клеи и аммиак в качестве удобрения и для других целей. Многие из них требовали новых катализаторов и использования химической технологии для их экономически эффективного производства. [ нужна ссылка ]
В середине двадцатого века контроль электронной структуры полупроводниковых материалов был уточнен за счет создания крупных слитков чрезвычайно чистых монокристаллов кремния и германия . Точный контроль их химического состава путем легирования другими элементами сделал возможным производство твердотельных транзисторов в 1951 году и сделал возможным производство крошечных интегральных схем для использования в электронных устройствах, особенно в компьютерах . [ нужна ссылка ]
См. также [ править ]
Истории и сроки [ править ]
- Атомная теория
- Купелирование
- История хроматографии
- История электрохимии
- История энергетики
- История материаловедения
- История молекулярной биологии
- История молекулярной теории
- История физики
- История науки и техники
- История молекулы
- История таблицы Менделеева
- История термодинамики
- Список лет в науке
- Нобелевская премия по химии
- Хронология научных открытий
- Хронология атомной и субатомной физики
- Хронология открытия химических элементов
- Хронология химии
- Хронология кристаллографии
- Хронология исторических изобретений
- Хронология технологии материалов
- Хронология термодинамики, статистической механики и случайных процессов
- Химическая история свечи
- Тайна материи: поиск элементов (фильм PBS)
химики Известные
перечислены в хронологическом порядке:
- Список химиков
- Роберт Бойль , 1627–1691 гг.
- Джозеф Блэк , 1728–1799 гг.
- Джозеф Пристли , 1733–1804 гг.
- Карл Вильгельм Шееле , 1742–1786 гг.
- Антуан Лавуазье , 1743–1794 гг.
- Алессандро Вольта , 1745–1827 гг.
- Жак Шарль , 1746–1823 гг.
- Клод Луи Бертолле , 1748–1822 гг.
- Амедео Авогадро , 1776–1856 гг.
- Жозеф-Луи Гей-Люссак , 1778–1850 гг.
- Хамфри Дэви , 1778–1829 гг.
- Йёнс Якоб Берцелиус , изобретатель современной химической записи, 1779–1848 гг.
- Юстус фон Либих , 1803–1873 гг.
- Луи Пастер , 1822–1895 гг.
- Станислао Канниццаро , 1826–1910 гг.
- Фридрих Август Кекуле фон Страдониц , 1829–1896 гг.
- Дмитрий Менделеев , 1834–1907.
- Джозайя Уиллард Гиббс , 1839–1903 гг.
- Дж. Х. Ван 'т Хофф , 1852–1911 гг.
- Уильям Рамзи , 1852–1916 гг.
- Сванте Аррениус , 1859–1927 гг.
- Вальтер Нернст , 1864–1941 гг.
- Мария Кюри , 1867–1934 гг.
- Гилберт Н. Льюис , 1875–1946 гг.
- Отто Хан , 1879–1968 гг.
- Ирвинг Ленгмюр , 1881–1957 гг.
- Лайнус Полинг , 1901–1994 гг.
- Гленн Т. Сиборг , 1912–1999 гг.
- Роберт Бернс Вудворд , 1917–1979 гг.
- Фредерик Сэнгер , 1918–2013 гг.
- Джеффри Уилкинсон , 1921–1996 гг.
- Рудольф А. Маркус , 1923–
- Джордж Эндрю Ола , 1926–2017 гг.
- Элиас Джеймс Кори , 1928–
- Акира Судзуки , 1930–
- Ричард Ф. Хек , 1931–2015 гг.
- Гарольд Крото , 1939–2016 гг.
- Жан-Мари Лен , 1939–
- Питер Аткинс , 1940–
- Барри Шарплесс , 1941–
- Ричард Смолли , 1943–2005 гг.
- Жан-Пьер Соваж , 1944–
Примечания [ править ]
- ^ Избранные классические статьи по истории химии.
- ^ «ИСТОКИ СТЕКЛЯННОГО ПРОИЗВОДСТВА» . Корнингский музей стекла . Декабрь 2011.
- ^ Хеншилвуд, CS; д'Эррико, Ф.; Ван Никерк, КЛ; Кокино, Ю.; Джейкобс, З.; Лауритцен, SE; Меню, М.; Гарсиа-Морено, Р. (15 октября 2011 г.). «100 000-летняя мастерская по обработке охры в пещере Бломбос, Южная Африка». Наука . 334 (6053): 219–22. Бибкод : 2011Sci...334..219H . дои : 10.1126/science.1211535 . ПМИД 21998386 . S2CID 40455940 .
- ^ Корбин, Зои (13 октября 2011 г.). «Древняя охряная лаборатория африканской пещеры» . Новости природы . дои : 10.1038/news.2011.590 . Проверено 4 октября 2018 г.
- ^ «История золота» . Золотой дайджест . Проверено 4 февраля 2007 г.
- ^ Перницка, Эрнст; и др. (2015). «Об изобретении золотой металлургии: золотые предметы с кладбища Варна I (Болгария) - технологические последствия и изобретательское творчество» . Кембриджский археологический журнал . 25 (1): 353–376. дои : 10.1017/S0959774314001140 .
- ^ Фотографии, Э., «Вопрос о метеоритном и выплавленном никелевом железе: археологические данные и экспериментальные результаты», World Archeology Vol. 20, № 3, Археометаллургия (февраль 1989 г.), стр. 403–421. Доступ к онлайн-версии открыт 08 февраля 2010 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б В. Келлер (1963) Библия как история , с. 156 ISBN 0-340-00312-X
- ^ Радивоевич, Миляна; Робертс, Бенджамин В. (2021). «Ранняя балканская металлургия: истоки, эволюция и общество, 6200–3700 до н. э.» . Журнал мировой предыстории . 34 (2): 195–278. дои : 10.1007/s10963-021-09155-7 . S2CID 237005605 .
- ^ Радивоевич, Миляна; Ререн, Тило; Перницка, Эрнст; Шливар, Душан; Браунс, Майкл; Борич, Душан (2010). «О происхождении добывающей металлургии: новые данные из Европы». Журнал археологической науки . 37 (11): 2775. Бибкод : 2010JArSc..37.2775R . дои : 10.1016/j.jas.2010.06.012 .
- ↑ Неолитическая барвинка была металлургической культурой. Архивировано 19 сентября 2017 г. на Stonepages Wayback Machine из источников новостей, ноябрь 2007 г.
- ↑ Уилл Дюрант писал в «Истории цивилизации I: Наше восточное наследие» :
«Кое-что говорилось о химическом совершенстве чугуна в древней Индии и о высоком промышленном развитии во времена Гуптов , смотрели , когда на Индию, даже императорский Рим как на самую квалифицированную из наций в таких химических отраслях, как крашение , дубление , мыловарение , производство стекла и цемента ... К шестому веку индусы далеко опередили Европу в промышленной химии, они были мастерами прокаливания , дистилляции , сублимации , пропаривания , фиксации , производства света без нагревания; смешивание анестезирующих и снотворных порошков, а также приготовление солей металлов , соединений и сплавов . Закалка стали была доведена в древней Индии до совершенства, неизвестного в Европе до наших дней, королем Пором как говорят, специально выбранного ; ценный подарок Александра . Мусульмане вывезли большую часть этой индуистской химической науки и промышленности на Ближний Восток и в Европу; — не золото или серебро, а тридцать фунтов стали , например, было взято арабами у персов , а персами у Индии».
- ^ Б.В. Андерсон (1975) Живой мир Ветхого Завета , с. 154, ISBN 0-582-48598-3
- ^ RF Tylecote (1992) История металлургии ISBN 0-901462-88-8
- ^ Темпл, Роберт К.Г. (2007). Гений Китая: 3000 лет науки, открытий и изобретений (3-е издание). Лондон: Андре Дойч . стр. 44–56. ISBN 978-0-233-00202-6 .
- ^ Уилл Дюрант (1935), Наше восточное наследие :
«Две системы индуистской мысли выдвигают физические теории, поразительно схожие с греческими . Канада , основатель философии вайшешики , считал, что мир состоит из атомов, столь же многочисленных по природе, как и различных элементов. Джайны больше приближались к Демокриту , обучая что все атомы были одного типа и производили разные эффекты различными способами сочетания, считая свет и тепло разновидностью одной и той же субстанции; Удаяна учил, что все тепло исходит от Солнца, а Вачаспати , как и Ньютон , интерпретировал свет как состоит из мельчайших частиц, испускаемых веществами и поражающих глаз».
- ^ Симпсон, Дэвид (29 июня 2005 г.). «Лукреций (ок. 99 – ок. 55 до н. э.)» . Интернет-история философии . Проверено 9 января 2007 г.
- ^ Лукреций. «de Rerum Natura (О природе вещей)» . Архив интернет-классики . Массачусетский технологический институт . Проверено 9 января 2007 г.
- ^ Холмьярд, Э.Дж. (1957). Алхимия . Нью-Йорк: Дувр, 1990. стр. 48, 49.
- ^ Стэнтон Дж. Линден. Читатель алхимии: от Гермеса Трисмегиста до Исаака Ньютона Издательство Кембриджского университета. 2003. стр.44
- ^ Норрис, Джон А. (2006). «Теория металлогенеза с выделением минералов в досовременной науке о минералах». Амбикс . 53 : 43–65. дои : 10.1179/174582306X93183 . S2CID 97109455 .
- ^ Клули, Николас Х. (1988). Естественная философия Джона Ди . Рутледж. п. 97. ИСБН 978-0-415-00625-5 .
- ^ Стратерн, 2000. Страница 79.
- ^ Холмьярд, Э.Дж. (1957). Алхимия . Нью-Йорк: Дувр, 1990. стр. 15, 16.
- ^ Уильям Ройалл Ньюман. Атомы и алхимия: химия и экспериментальные истоки научной революции. Издательство Чикагского университета, 2006. стр.xi.
- ^ История древней химии. Архивировано 4 марта 2015 г. в Wayback Machine.
- ^ Стэплтон, Генри Э .; Азо, РФ; Хидаят Хусейн, М. (1927). «Химия в Ираке и Персии в десятом веке нашей эры» Мемуары Азиатского общества Бенгалии . VIII (6): 317–418. OCLC 706947607 . стр. 338–340; Краус, Пауль (1942–1943). Джабир ибн Хайян: Вклад в историю научных идей в исламе. I. Корпус джабирских сочинений. II. Джабир и греческая наука . Каир: Французский институт восточной археологии. ISBN 978-3-487-09115-0 . OCLC 468740510 . том. II, стр. 41–42.
- ^ Дармштедтер, Эрнст. «Liber Misericordiae Geber: латинский перевод Большого Китаб л-рахма», Архив истории медицины , 17/4, 1925, стр. 181–197; Бертло, Марселлен. «Археология и история наук», Mémoires de l'Académie des Sciences de l'Institut de France , 49, 1906, стр. 308–363; см. также Форстер, Регула. «Джабир б. Хайян» , Энциклопедия ислама, Три .
- ^ Ньюман, Уильям Р. «Новый взгляд на личность Гебера», Sudhoffs Archiv , 1985, 69, стр. 76–90; Ньюман, Уильям Р. Сумма совершенства Псевдо-Гебера: критическое издание, перевод и исследование , Лейден: Брилл, 1991, стр. 57–103. Ахмад Й. Аль-Хасан утверждал, что произведения псевдо-Гебера на самом деле были переведены на латынь с арабского языка (см. Аль-Хассан, Ахмад Й. «Арабское происхождение латинских произведений Суммы и Гебера: опровержение Бертло , Руска и Ньюман на основе арабских источников», в: Ахмад Ю. Аль-Хасан. Исследования аль-Кимья: критические проблемы латинской и арабской алхимии и химии . Хильдесхайм: Георг Олмс Верлаг, 2009, стр. 53–104. ; также доступно в Интернете ).
- ^ Мармура, Майкл Э.; Наср, Сейед Хосейн (1965). « Введение в исламские космологические доктрины. Представления о природе и методы, используемые для ее изучения Ихваном Ас-Сафааном, Аль-Бируни и Ибн Синой, автор Сейед Хосейн Наср» . Зеркало . 40 (4): 744–746. дои : 10.2307/2851429 . JSTOR 2851429 .
- ^ Роберт Бриффо (1938). Создание человечества , стр. 196–197.
- ^ Брок, Уильям Х. (1992). Фонтана История химии . Лондон, Англия: Fontana Press. стр. 32–33 . ISBN 978-0-00-686173-7 .
- ^ Брок, Уильям Х. (1992). Фонтана История химии . Лондон, Англия: Fontana Press. ISBN 978-0-00-686173-7 .
- ^ Маршалл, Джеймс Л.; Маршалл, Вирджиния Р. (осень 2005 г.). «Повторное открытие элементов: Агрикола» (PDF) . Шестиугольник . 96 (3). Альфа Хи Сигма: 59. ISSN 0164-6109 . OCLC 4478114 . Проверено 7 января 2024 г.
- ^ Карл Альфред фон Циттель (1901) История геологии и палеонтологии , с. 15
- ^ «Георгиус Агрикола» . Калифорнийский университет — Музей палеонтологии . Проверено 4 апреля 2019 г.
- ^ Рафферти, Джон П. (2012). геологические науки; Геология: формы рельефа, минералы и горные породы . Нью-Йорк: Образовательное издательство Britannica, стр. 10. ISBN 9781615305445
- ^ Асарнов, Герман (8 августа 2005 г.). «Сэр Фрэнсис Бэкон: Эмпиризм» . Образно-ориентированное введение в предысторию английской литературы эпохи Возрождения . Университет Портленда. Архивировано из оригинала 1 февраля 2007 г. Проверено 22 февраля 2007 г.
- ^ Кросланд, член парламента (1959). «Использование диаграмм в качестве химических «уравнений» в лекциях Уильяма Каллена и Джозефа Блэка ». Анналы науки , Том 15, № 2, июнь
- ^ «Роберт Бойл» . Архивировано из оригинала 3 декабря 2013 г. Проверено 4 ноября 2008 г.
- ^ Акотт, Крис (1999). «Ныряющие «Юристы»: Краткое резюме их жизни» . Журнал Общества подводной медицины Южно-Тихоокеанского региона . 29 (1). ISSN 0813-1988 . OCLC 16986801 . Архивировано из оригинала 2 апреля 2011 года . Проверено 17 апреля 2009 г.
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Левин, Ира. Н (1978). «Физическая химия» Бруклинского университета: МакГроу-Хилл
- ^ Левин, Ира. Н. (1978), с.12 дает оригинальное определение.
- ^ Принсипи, Л. (2011). «Оглядываясь назад: химик-скептик» . Природа . 469 (7328): 30–31. Бибкод : 2011Natur.469...30P . дои : 10.1038/469030a . ISSN 1476-4687 . S2CID 6490305 .
- ^ Урсула Кляйн (июль 2007 г.). «Стили экспериментов и алхимическая теория материи в научной революции». Метанаука . 16 (2): 247–256 [247]. дои : 10.1007/s11016-007-9095-8 . ISSN 1467-9981 . S2CID 170194372 .
- ^ Семейная книга скандинавских стран - Кронстедт : « ден современной минералогии и основатель геогнозии » = « основатель современной минералогии и геогнозии »
- ^ Купер, Алан (1999). «Джозеф Блэк» . История химического факультета Университета Глазго . Химический факультет Университета Глазго. Архивировано из оригинала 10 апреля 2006 г. Проверено 23 февраля 2006 г.
- ^ Сейферт, Дитмар (2001). «Кадетская дымящая мышьяковая жидкость и какодильные соединения Бунзена» . Металлоорганические соединения . 20 (8): 1488–1498. дои : 10.1021/om0101947 .
- ^ Партингтон-младший (1989). Краткая история химии . Dover Publications, Inc. ISBN 978-0-486-65977-0 .
- ^ Кун, 53–60; Шофилд (2004), 112–13. Трудность точного определения времени и места «открытия» кислорода в контексте развивающейся химической революции является одной из центральных иллюстраций Томаса Куна постепенного характера смены парадигм в «Структуре научных революций» .
- ^ «Джозеф Пристли». Химические достижения: человеческое лицо химических наук . Фонд химического наследия. 2005. стр. 5–6. ISBN 9780941901123 .
- ^ «Карл Вильгельм Шееле» . История газохимии . Центр микрогазохимии, Университет Крейтона. 11 сентября 2005 г. Проверено 23 февраля 2007 г.
- ^ Сондерс, Найджел (2004). Вольфрам и элементы групп 3–7 (таблица Менделеева) . Чикаго: Библиотека Хайнемана. ISBN 978-1-4034-3518-7 .
- ^ «Информационный бюллетень ITIA» (PDF) . Международная ассоциация вольфрамовой промышленности. Июнь 2005 г. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 г. Проверено 18 июня 2008 г.
- ^ «Информационный бюллетень ITIA» (PDF) . Международная ассоциация вольфрамовой промышленности. Декабрь 2005 г. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 г. . Проверено 18 июня 2008 г.
- ^ Моттелей, Поль Флери (2008). Библиографическая история электричества и магнетизма (переиздание изд. 1892 г.). Читайте книги. п. 247. ИСБН 978-1-4437-2844-7 .
- ^ «Биография изобретателя Алессандро Вольта» . Отличный искатель идей . 2005 . Проверено 23 февраля 2007 г.
- ^ Лавуазье, Антуан (1743–1794) - из «Мира научной биографии» Эрика Вайсштейна , ScienceWorld
- ^ «Известные учёные — Мари-Анн Лавуазье» . Архивировано из оригинала 17 апреля 2015 г. Проверено 15 апреля 2015 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Пуллман, Бернард (2004). Атом в истории человеческого мышления . Райзингер, Аксель. США: Oxford University Press Inc. Бибкод : 1998ahht.book.....P . ISBN 978-0-19-511447-8 .
- ^ Боуден, Мэри Эллен (2005). «Джон Далтон». Химические достижения: человеческое лицо химических наук . Фонд химического наследия.
- ^ «Пруст, Жозеф Луи (1754–1826)» . 100 выдающихся химиков . Европейская ассоциация химической и молекулярной науки. 2005. Архивировано из оригинала 15 мая 2008 г. Проверено 23 февраля 2007 г.
- ^ Энхаг, П. (2004). «11. Натрий и калий». Энциклопедия стихий . Wiley-VCH Вайнхайм. ISBN 978-3-527-30666-4 .
- ^ Дэви, Хамфри (1808). «О некоторых новых явлениях химических изменений, производимых электричеством, в частности о разложении фиксированных щелочей и проявлении новых веществ, составляющих их основания» . Философские труды Лондонского королевского общества . 98 : 1–45. дои : 10.1098/rstl.1808.0001 .
- ^ Уикс, Мария Эльвира (1933). «XII. Другие элементы, выделенные с помощью калия и натрия: бериллий, бор, кремний и алюминий». Открытие элементов . Истон, Пенсильвания: Журнал химического образования. ISBN 978-0-7661-3872-8 .
- ^ Роберт Э. Кребс (2006). История и использование химических элементов нашей Земли: Справочник . Издательская группа Гринвуд. п. 80. ИСБН 978-0-313-33438-2 .
- ^ Сэр Хамфри Дэви (1811 г.). «О сочетании оксимориатического газа и кислородного газа» . Философские труды Королевского общества . 101 : 155–162. дои : 10.1098/rstl.1811.0008 .
- ^ Гей-Люссак, Ж.Л. (1802), «Исследования по расширению газов и паров» , Annales de Chimie , 43 : 137–175 . Английский перевод (отрывок).
На странице 157 Гей-Люссак упоминает о неопубликованных открытиях Шарля: « Прежде чем идти дальше, я должен предупредить, что, хотя я уже много раз признавал, что газы кислород, азот, водород и углекислота, а также атмосферный воздух также расширяются от 0° до 80°, цитируемый Чарльз наблюдал то же самое свойство у этих газов в течение 15 лет, но никогда не публиковал свои результаты, я по большой случайности знал их ». (Прежде чем идти дальше, я должен сообщить [вам], что, хотя я много раз признавал, что газы кислород, азот, водород и углекислота [т. е. углекислый газ] и атмосферный воздух также расширяются от 0° до 80°, гражданин Чарльз заметил то же самое свойство этих газов 15 лет назад, но, поскольку он никогда не публиковал свои результаты, я знал о них по чистой случайности.) - ^ Дж. Далтон (1802) «Очерк IV. О расширении упругих жидкостей при нагревании», Мемуары Литературно-философского общества Манчестера , том. 5, пт. 2, страницы 595–602.
- ^ «Жозеф-Луи Гей-Люссак — Химическая энциклопедия — газ, число» .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Куртуа, Бернар (1813). «Раскрытие нового вещества в Вареке» . Анналы де Химье . 88 : 304. По-французски водоросли, выброшенные на берег, назывались «варец», «вареч» или «варек», откуда и произошло английское слово «крушение». Позже «варцем» называли и золу таких водорослей: золу использовали как источник йода и солей натрия и калия.
- ^ Суэйн, Патрисия А. (2005). «Бернар Куртуа (1777–1838), прославившийся открытием йода (1811 г.), и его жизнью в Париже с 1798 г.» (PDF) . Бюллетень истории химии . 30 (2): 103. Архивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2010 г. Проверено 14 июня 2013 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Гей-Люссак, Ж. (1813). «О новой кислоте, образовавшейся из вещества, открытого М. Куртуа» . Анналы химии . 88 :311.
- ^ Гей-Люссак, Ж. (1813). «О соединении йода с кислородом» . Анналы химии . 88 :319.
- ^ Гей-Люссак, Ж. (1814). «Память на йоде» . Анналы химии . 91 :5.
- ^ Дэви, Х. (1813). «О новом веществе, открытом М. Куртуа в варекской соли» . Анналы химии . 88 :322.
- ^ Дэви, Хамфри (1 января 1814 г.). «Некоторые эксперименты и наблюдения над новым веществом, которое при нагревании превращается в газ фиолетового цвета» . Фил. Пер. Р. Сок. Лонд . 104 : 74. doi : 10.1098/rstl.1814.0007 . S2CID 109845199 .
- ^ Дэвид Найт, «Дэви, сэр Хамфри, баронет (1778–1829)», Оксфордский национальный биографический словарь , Oxford University Press , 2004, по состоянию на 6 апреля 2008 г.
- ^ Кин, Робин (2005). Баттнер, Йоханнес (ред.). Жизнь и творчество Фридриха Велера (1800–1882) (PDF) . Бауц.
- ^ https://www.mayoclinicproceedings.org/article/S0025-6196(11)62112-5/fulltext .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «В. Марковников» . natsci.parkland.edu . Проверено 29 ноября 2022 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Беллер, Матиас; Сияд, Джаясри; Тиллак, Аннегрет; Цзяо, Хайцзюнь (28 июня 2004 г.). «Каталитическая марковниковская и антимарковниковская функционализация алкенов и алкинов: последние события и тенденции» . Angewandte Chemie, международное издание . 43 (26): 3368–3398. дои : 10.1002/anie.200300616 . ISSN 1433-7851 . ПМИД 15221826 .
- ^ Хьюз, Питер (2006). «Было ли правило Марковникова вдохновенной догадкой?» . Журнал химического образования . 83 (8): 1152. Бибкод : 2006JChEd..83.1152H . дои : 10.1021/ed083p1152 . ISSN 0021-9584 .
- ^ «История хиральности» . Корпорация Стено. 2006. Архивировано из оригинала 7 марта 2007 г. Проверено 12 марта 2007 г.
- ^ «Закон Ламберта-Бера» . Сигрист-Фотометр АГ. 07.03.2007 . Проверено 12 марта 2007 г.
- ^ «Бенджамин Силлиман-младший (1816–1885)» . История изображения . ООО «Картинка История». 2003. Архивировано из оригинала 7 июля 2007 г. Проверено 24 марта 2007 г.
- ^ Мур, Ф.Дж. (1931). История химии . МакГроу-Хилл. стр. 182–1184 . ISBN 978-0-07-148855-6 . (2-е издание)
- ^ «Якобус Хенрикус вант Хофф». Химические достижения: человеческое лицо химических наук . Фонд химического наследия. 2005.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|url=( помощь ) - ^ О'Коннор, Джей-Джей; Робертсон, Э.Ф. (1997). «Джосия Уиллард Гиббс» . МакТьютор . Школа математики и статистики Университета Сент-Эндрюс, Шотландия . Проверено 24 марта 2007 г.
- ^ Вайсштейн, Эрик В. (1996). «Больцман, Людвиг (1844–1906)» . Мир научной биографии Эрика Вайсштейна . Исследовательские продукты Вольфрама . Проверено 24 марта 2007 г.
- ^ «Карл фон Линде» .
- ^ «Сванте Август Аррениус». Химические достижения: человеческое лицо химических наук . Фонд химического наследия. 2005.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|url=( помощь ) - ^ «Якобус Х. ван 'т Хофф: Нобелевская премия по химии 1901 года» . Нобелевские лекции по химии 1901–1921 гг . Издательство Эльзевир. 1966 год . Проверено 28 февраля 2007 г.
- ^ Анри Луи Ле Шателье . Томсон Гейл. 2005 . Проверено 24 марта 2007 г.
{{cite book}}:|work=игнорируется ( помогите ) - ^ «Эмиль Фишер: Нобелевская премия по химии 1902 года» . Нобелевские лекции по химии 1901–1921 гг . Издательство Эльзевир. 1966 год . Проверено 28 февраля 2007 г.
- ^ «История химии» . Интенсивная общая химия . Программа бакалавриата химического факультета Колумбийского университета . Проверено 24 марта 2007 г.
- ^ «Альфред Вернер: Нобелевская премия по химии 1913 года» . Нобелевские лекции по химии 1901–1921 гг . Издательство Эльзевир. 1966 год . Проверено 24 марта 2007 г.
- ^ «Альфред Вернер: Нобелевская премия по физике 1911 года» . Нобелевские лекции по физике 1901–1921 гг . Издательство Эльзевир. 1967 год . Проверено 24 марта 2007 г.
- ^ В. Хейтлер и Ф. Лондон , Взаимодействие нейтральных атомов и гомеополярная связь согласно квантовой механике , Z. Physik, 44, 455 (1927).
- ^ ПАМ Дирак , Квантовая механика многоэлектронных систем , Proc. Р. Сок. Лондон, А 123, 714 (1929).
- ^ CCJ Рутан , Исследование двухцентровых интегралов, полезных для расчетов молекулярной структуры , J. Chem. Phys., 19, 1445 (1951).
- ^ Уотсон Дж. и Крик Ф., «Молекулярная структура нуклеиновых кислот» Nature, 25 апреля 1953 г., стр. 737–8.
- ^ WJ Hehre, WA Lathan, R. Ditchfield, MD Newton и JA Pople, Gaussian 70 (Обмен программой квантовой химии, программа № 237, 1970).
- ^ Жан-Луи Эриссон, Би; Шовен, Ив (9 февраля 1971 г.). «Катализ превращения олефинов вольфрамовыми комплексами. II. Теломеризация циклических олефинов в присутствии ациклических олефинов». Die Makromoleculare Chemie . 141 (1): 161–176. дои : 10.1002/macp.1971.021410112 . ISSN 0025-116X .
- ^ Кацуки, Цутому (1980). «Первый практический метод асимметричного эпоксидирования». Журнал Американского химического общества . 102 (18): 5974–5976. дои : 10.1021/ja00538a077 .
- ^ Хилл, Дж.Г.; Шарплесс, КБ ; Экзон, СМ; Реженье, Р. Орг. Синтез. , Колл. Том. 7, с.461 (1990); Том. 63, с.66 (1985). ( Статья )
- ^ Якобсен, Эрик Н. (1988). «Асимметричное дигидроксилирование посредством катализа, ускоренного лигандами». Журнал Американского химического общества . 110 (6): 1968–1970. дои : 10.1021/ja00214a053 .
- ^ Колб, Хартмут К. (1994). «Каталитическое асимметрическое дигидроксилирование». Химические обзоры . 94 (8): 2483–2547. дои : 10.1021/cr00032a009 .
- ^ Гонсалес, Дж.; Ауригемма, К.; Трусдейл, L. Org. Синтез. , Колл. Том. 10, с.603 (2004); Том. 79, с.93 (2002). Статья
- ^ Шарплесс, К. Барри (1975). «Новая реакция. Стереоспецифическое вицинальное оксиаминирование олефинов алкилимидоосмийными соединениями». Журнал Американского химического общества . 97 (8): 2305–2307. дои : 10.1021/ja00841a071 .
- ^ Херранц, Эухенио (1978). «Катализируемое осмием вицинальное оксиаминирование олефинов N-хлор-N-аргентокарбаматами». Журнал Американского химического общества . 100 (11): 3596–3598. дои : 10.1021/ja00479a051 .
- ^ Херранц, Э.; Шарплесс, КБ Орг. Синтез. , Колл. Том. 7, с.375 (1990); Том. 61, с.85 (1983). Статья
- ^ «Нобелевская премия по химии 1996 года» . Нобелевская премия.org . Нобелевский фонд . Проверено 28 февраля 2007 г.
- ^ «Медаль Бенджамина Франклина вручена доктору Сумио Иидзима, директору Исследовательского центра перспективных углеродных материалов, AIST» . Национальный институт передовых промышленных наук и технологий. 2002. Архивировано из оригинала 4 апреля 2007 г. Проверено 27 марта 2007 г.
- ^ Борман, Стю (21 февраля 1994 г.). «Полный синтез противоракового агента таксола, достигнутый двумя разными путями». Новости химии и техники . Том. 72, нет. 8. стр. 32–34. doi : 10.1021/cen-v072n008.p032 .
- ^ Блейксли, Сандра (15 февраля 1994 г.). «Гонка за синтез молекулы лекарства от рака имеет фотофиниш» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 22 августа 2013 г.
- ^ Первый полный синтез таксола 1. Функционализация кольца B Роберт А. Холтон, Кармен Сомоса, Хён Байк Ким, Фэн Лян, Рональд Дж. Бидигер, П. Дуглас Ботман, Мицуру Шиндо, Чейз К. Смит, Сукчан Ким и др. др.; Дж. Ам. хим. Соц. ; 1994 год ; 116(4); 1597–1598. DOI Аннотация
- ^ Первый полный синтез таксола. 2. Завершение колец C и D Роберт А. Холтон, Хён Байк Ким, Кармен Сомоза, Фэн Лян, Рональд Дж. Бидигер, П. Дуглас Ботман, Мицуру Шиндо, Чейз К. Смит, Сукчан Ким и др. Дж. Ам. хим. Соц. ; 1994 год ; 116(4) стр. 1599–1600 DOI Аннотация
- ^ Синтез таксусина Роберта А. Холтона, Р. Р. Джуо, Хён Б. Кима, Эндрю Д. Уильямса, Шинья Харусава, Ричарда Э. Ловенталя, Садаму Йогаи Дж. Ам. хим. Соц. ; 1988 год ; 110(19); 6558–6560. Абстрактный
- ^ «Корнелл и Виман разделили Нобелевскую премию по физике 2001 года» . Пресс-релиз НИСТ . Национальный институт стандартов и технологий. 2001. Архивировано из оригинала 10 июня 2007 г. Проверено 27 марта 2007 г.
- ^ Блиндер, С.М.; Хаус, Джеймс Э. (2018). Математическая физика в теоретической химии . Эльзевир. стр. XIII. ISBN 978-0-12-813701-7 .
Ссылки [ править ]
- Избранные классические статьи по истории химии
- Биографии химиков
- Эрик Р. Скерри, Периодическая таблица: ее история и значение, Oxford University Press, 2006.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Моррис, Питер Дж.Т.; Рок, Алан, ред. (2022). Культурная история химии. Тома 1–6 . Лондон: Блумсбери. ISBN 9781474294928 .
- Беретта, Марко, изд. (2022). Культурная история химии в древности (Том 1) . Лондон: Блумсбери. дои : 10.5040/9781474203746 . ISBN 978-1-4742-9453-9 .
- Дженсен, Уильям Б. (2006). «Учебники и будущее истории химии как учебной дисциплины». Бюллетень истории химии . 3 : 1–8.
- Мультауф, Роберт П. (1966). Истоки химии . Лондон: Олдборн. OCLC 977570829 .
- Партингтон, Джеймс Р. (1961–1964). История химии . Лондон: Макмиллан. OCLC 1149250811 . (четыре тома)
- Принсипи, Лоуренс М. (2013). Тайны алхимии . Чикаго: Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0226103792 . (общий обзор истории алхимии и химии с акцентом на взаимосвязь между ними; написано доступным стилем)
- Рэмплинг, Дженнифер М. (2017). «Будущее истории химии» . Амбикс . 64 (4): 295–300. дои : 10.1080/00026980.2017.1434970 . ПМИД 29448901 .
- Рэмплинг, Дженнифер М. (2020). Экспериментальный огонь: изобретение английской алхимии, 1300–1700 гг . Чикаго: Издательство Чикагского университета. ISBN 9780226826547 .
- Документальные фильмы
- Би-би-си (2010). Химия: изменчивая история .
Внешние ссылки [ править ]
- ChemisLab – химики прошлого
- SHAC: Общество истории алхимии и химии
Отрасли химии |
|---|
