Jump to content

История химии

(Перенаправлено из «Истории химии »)

The 1871 periodic table constructed by Dmitri Mendeleev. The periodic table is one of the most potent icons in science, lying at the core of chemistry and embodying the most fundamental principles of the field.

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 алхимия химия и . не смогли 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

[ редактировать ]

Early humans

[edit]

Fire

[edit]

Arguably the first chemical reaction used in a controlled manner was fire. However, for millennia fire was seen simply as a mystical force that could transform one substance into another (burning wood, or boiling water) while producing heat and light. Fire affected many aspects of early societies. These ranged from the simplest facets of everyday life, such as cooking and habitat heating and lighting, to more advanced uses, such as making pottery and bricks and melting of metals to make tools. It was fire that led to the discovery of glass and the purification of metals; this was followed by the rise of metallurgy.[2]

Paint

[edit]

A 100,000-year-old ochre-processing workshop was found at Blombos Cave in South Africa. It indicates that early humans had an elementary knowledge of mineral processing. Paintings drawn by early humans consisting of early humans mixing animal blood with other liquids found on cave walls also indicate a small knowledge of chemistry.[3][4]

Early metallurgy

[edit]

The earliest recorded metal employed by humans seems to be gold, which can be found free or "native". Small amounts of natural gold have been found in Spanish caves used during the late Paleolithic period, around 40,000 BC.[5] The earliest gold metallurgy is known from the Varna culture in Bulgaria, dating from c. 4600 BC.[6]

Silver, copper, tin and meteoric iron can also be found native, allowing a limited amount of metalworking in ancient cultures.[7] Egyptian weapons made from meteoric iron in about 3000 BC were highly prized as "daggers from Heaven".[8]

During the early stages of metallurgy, methods of purification of metals were sought, and gold, known in ancient Egypt as early as 2900 BC, became a precious metal.

Bronze Age

[edit]

Tin, lead, and copper smelting

[edit]

Certain metals can be recovered from their ores by simply heating the rocks in a fire: notably tin, lead and (at a higher temperature) copper. This process is known as smelting. The first evidence of this extractive metallurgy dates from the 6th and 5th millennia BC, and was found in the archaeological sites of the Vinča culture, Majdanpek, Jarmovac and Pločnik in Serbia.[9] The earliest copper smelting is found at the Belovode site;[10] these examples include a copper axe from 5500 BC.[11] Other signs of early metals are found from the third millennium BC in places like Palmela (Portugal), Los Millares (Spain), and Stonehenge (United Kingdom). However, as often happens in the study of prehistoric times, the ultimate beginnings cannot be clearly defined and new discoveries are ongoing.

Mining areas of the ancient Middle East. Boxes colors: arsenic is in brown, copper in red, tin in grey, iron in reddish-brown, gold in yellow, silver in white and lead in black. Yellow area stands for arsenic bronze, while grey area stands for tin bronze.

Bronze

[edit]

These first metals were single elements, or else combinations as naturally occurred. By combining copper and tin, a superior metal could be made, an alloy called bronze. This was a major technological shift that began the Bronze Age about 3500 BC. The Bronze Age was a period in human cultural development when the most advanced metalworking (at least in systematic and widespread use) included techniques for smelting copper and tin from naturally occurring outcroppings of copper ores, and then smelting those ores to cast bronze. These naturally occurring ores typically included arsenic as a common impurity. Copper/tin ores are rare, as reflected in the absence of tin bronzes in western Asia before 3000 BC.

After the Bronze Age, the history of metallurgy was marked by armies seeking better weaponry. States in Eurasia prospered when they made the superior alloys, which, in turn, made better armor and better weapons.[citation needed] Significant progress in metallurgy and alchemy was made in ancient India.[12]

Iron Age

[edit]

Ferrous metallurgy

[edit]

The extraction of iron from its ore into a workable metal is much more difficult than copper or tin. While iron is not better suited for tools than bronze (until steel was discovered), iron ore is much more abundant and common than either copper or tin, and therefore more often available locally, with no need to trade for it.

Iron working appears to have been invented by the Hittites in about 1200 BC, beginning the Iron Age. The secret of extracting and working iron was a key factor in the success of the Philistines.[8][13]

The Iron Age refers to the advent of iron working (ferrous metallurgy). Historical developments in ferrous metallurgy can be found in a wide variety of past cultures and civilizations. These include the ancient and medieval kingdoms and empires of the Middle East and Near East, ancient Iran, ancient Egypt, ancient Nubia, and Anatolia (Turkey), Ancient Nok, Carthage, the Greeks and Romans of ancient Europe, medieval Europe, ancient and medieval China, ancient and medieval India, ancient and medieval Japan, amongst others. Many applications, practices, and devices associated with or involved in metallurgy were established in ancient China, such as the innovation of the blast furnace, cast iron, hydraulic-powered trip hammers, and double-acting piston bellows.[14][15]

Classical antiquity and atomism

[edit]
Democritus, Greek philosopher and ancient atomist

Philosophical attempts to rationalize why different substances have different properties (color, density, smell), exist in different states (gaseous, liquid, and solid), and react in a different manner when exposed to environments, for example to water or fire or temperature changes, led ancient philosophers to postulate the first theories on nature and chemistry. The history of such philosophical theories that relate to chemistry can probably be traced back to every single ancient civilization. The common aspect in all these theories was the attempt to identify a small number of primary classical elements that make up all the various substances in nature. Substances like air, water, and soil/earth, energy forms, such as fire and light, and more abstract concepts such as thoughts, aether, and heaven, were common in ancient civilizations even in the absence of any cross-fertilization: for example ancient Greek, Indian, Mayan, and Chinese philosophies all considered air, water, earth and fire as primary elements.[citation needed]

Ancient world

[edit]

Around 420 BC, Empedocles stated that all matter is made up of four elemental substances: earth, fire, air and water. The early theory of atomism can be traced back to ancient Greece. Greek atomism was made popular by the Greek philosopher Democritus, who declared that matter is composed of indivisible and indestructible particles called "atomos" around 380 BC. Earlier, Leucippus also declared that atoms were the most indivisible part of matter. This coincided with a similar declaration by the Indian philosopher Kanada in his Vaisheshika sutras around the same time period.[16] Aristotle opposed the existence of atoms in 330 BC. A Greek text attributed to Polybus the physician (ca. 380 BC) argued that the human body is composed of four humours instead. Epicurus (fl. 300 BC) postulated a universe of indestructible atoms in which man himself is responsible for achieving a balanced life.

With the goal of explaining Epicurean philosophy to a Roman audience, the Roman poet and philosopher Lucretius[17] wrote De rerum natura (The Nature of Things)[18] in the middle of the first century BC. In the work, Lucretius presents the principles of atomism; the nature of the mind and soul; explanations of sensation and thought; the development of the world and its phenomena; and explains a variety of celestial and terrestrial phenomena.

The earliest alchemists in the Western tradition seemed to have come from Greco-Roman Egypt in the first centuries AD. In addition to technical work, many of them invented chemical apparatuses. The bain-marie, or water bath, is named for Mary the Jewess. Her work also gives the first descriptions of the tribikos and kerotakis.[19] Cleopatra the Alchemist described furnaces and has been credited with the invention of the alembic.[20] Later, Zosimos of Panopolis wrote books on alchemy, which he called cheirokmeta, the Greek word for "things made by hand." These works include many references to recipes and procedures, as well as descriptions of instruments. Much of the early development of purification methods were described earlier by Pliny the Elder in his Naturalis Historia. He tried to explain those methods, as well as making acute observations of the state of many minerals.

Medieval alchemy

[edit]

15th-century artistic impression of Jābir ibn Hayyān (Geber), a Perso-Arab alchemist and pioneer in organic chemistry
Seventeenth-century alchemical emblem showing the four Classical elements in the corners of the image, alongside the tria prima on the central triangle

The elemental system used in medieval alchemy was developed primarily by the Persian or Arab alchemist Jābir ibn Hayyān and was rooted in the classical elements of Greek tradition.[21] His system consisted of the four Aristotelian elements of air, earth, fire, and water in addition to two philosophical elements: sulphur, characterizing the principle of combustibility, "the stone which burns"; and mercury, characterizing the principle of metallic properties. They were seen by early alchemists as idealized expressions of irreducible components of the universe[22] and are of larger consideration[clarification needed] within philosophical alchemy.

The three metallic principles (sulphur to flammability or combustion, mercury to volatility and stability, and salt to solidity) became the tria prima of the Swiss alchemist Paracelsus. He reasoned that Aristotle's four-element theory appeared in bodies as three principles. Paracelsus saw these principles as fundamental and justified them by recourse to the description of how wood burns in fire. Mercury included the cohesive principle, so that when it left the wood (in smoke) the wood fell apart. Smoke described the volatility (the mercurial principle), the heat-giving flames described flammability (sulphur), and the remnant ash described solidity (salt).[23]

The philosopher's stone

[edit]
The Alchemist, by Sir William Douglas, 1855

Alchemy is defined by the Hermetic quest for the philosopher's stone, the study of which is steeped in symbolic mysticism, and differs greatly from modern science. Alchemists toiled to make transformations on an esoteric (spiritual) and/or exoteric (practical) level.[24] It was the protoscientific, exoteric aspects of alchemy that contributed heavily to the evolution of chemistry in Greco-Roman Egypt, in the Islamic Golden Age, and then in Europe. Alchemy and chemistry share an interest in the composition and properties of matter, and until the 18th century they were not separate disciplines. The term chymistry has been used to describe the blend of alchemy and chemistry that existed before that time.[25]

During the Renaissance, exoteric alchemy remained popular in the form of Paracelsian iatrochemistry, while spiritual alchemy flourished, realigned to its Platonic, Hermetic, and Gnostic roots. Consequently, the symbolic quest for the philosopher's stone was not superseded by scientific advances, and was still the domain of respected scientists and doctors until the early 18th century. Early modern alchemists who are renowned for their scientific contributions include Jan Baptist van Helmont, Robert Boyle, and Isaac Newton.

Alchemy in the Islamic world

[edit]

In the Islamic World, the Muslims were translating the works of ancient Greek and Hellenistic philosophers into Arabic and were experimenting with scientific ideas.[26] The Arabic works attributed to the 8th-century alchemist Jābir ibn Hayyān introduced a systematic classification of chemical substances, and provided instructions for deriving an inorganic compound (sal ammoniac or ammonium chloride) from organic substances (such as plants, blood, and hair) by chemical means.[27] Some Arabic Jabirian works (e.g., the "Book of Mercy", and the "Book of Seventy") were later translated into Latin under the Latinized name "Geber",[28] and in 13th-century Europe an anonymous writer, usually referred to as pseudo-Geber, started to produce alchemical and metallurgical writings under this name.[29] Later influential Muslim philosophers, such as Abū al-Rayhān al-Bīrūnī[30] and Avicenna[31] disputed the theories of alchemy, particularly the theory of the transmutation of metals.

Problems encountered with alchemy

[edit]

There were several problems with alchemy, as seen from today's standpoint. There was no systematic naming scheme for new compounds, and the language was esoteric and vague to the point that the terminologies meant different things to different people. In fact, according to The Fontana History of Chemistry (Brock, 1992):

The language of alchemy soon developed an arcane and secretive technical vocabulary designed to conceal information from the uninitiated. To a large degree, this language is incomprehensible to us today, though it is apparent that readers of Geoffery Chaucer's Canon's Yeoman's Tale or audiences of Ben Jonson's The Alchemist were able to construe it sufficiently to laugh at it.[32]

Chaucer's tale exposed the more fraudulent side of alchemy, especially the manufacture of counterfeit gold from cheap substances. Less than a century earlier, Dante Alighieri also demonstrated an awareness of this fraudulence, causing him to consign all alchemists to the Inferno in his writings. Soon afterwards, in 1317, the Avignon Pope John XXII ordered all alchemists to leave France for making counterfeit money. A law was passed in England in 1403 which made the "multiplication of metals" punishable by death. Despite these and other apparently extreme measures, alchemy did not die. Royalty and privileged classes still sought to discover the philosopher's stone and the elixir of life for themselves.[33]

There was also no agreed-upon scientific method for making experiments reproducible. Indeed, many alchemists included in their methods irrelevant information such as the timing of the tides or the phases of the moon. The esoteric nature and codified vocabulary of alchemy appeared to be more useful in concealing the fact that they could not be sure of very much at all. As early as the 14th century, cracks seemed to grow in the facade of alchemy; and people became sceptical.[citation needed] Clearly, there needed to be a scientific method in which experiments could be repeated by other people, and results needed to be reported in a clear language that laid out both what was known and what was unknown.

17th and 18th centuries: Early chemistry

[edit]
Agricola, author of De re metallica, was the first to drop the Arabic definite article al-, exclusively writing chymia and chymista, giving chemistry its modern name.[34]
Workroom, from De re metallica, 1556, Chemical Heritage Foundation

Practical attempts to improve the refining of ores and their extraction to smelt metals was an important source of information for early chemists in the 16th century, among them Georg Agricola (1494–1555), who published his great work De re metallica in 1556. His work describes the highly developed and complex processes of mining metal ores, metal extraction and metallurgy of the time. His approach removed the mysticism associated with the subject, creating the practical base upon which others could build. The work describes the many kinds of furnace used to smelt ore, and stimulated interest in minerals and their composition. It is no coincidence that he gives numerous references to the earlier author, Pliny the Elder and his Naturalis Historia. Agricola has been described as the "father of metallurgy" and the founder of geology as a scientific discipline.[35][36][37]

In 1605, Sir Francis Bacon published The Proficience and Advancement of Learning, which contains a description of what would later be known as the scientific method.[38] In 1605, Michal Sedziwój publishes the alchemical treatise A New Light of Alchemy which proposed the existence of the "food of life" within air, much later recognized as oxygen. In 1615 Jean Beguin published the Tyrocinium Chymicum, an early chemistry textbook, and in it draws the first-ever chemical equation.[39] In 1637 René Descartes publishes Discours de la méthode, which contains an outline of the scientific method.

The Dutch chemist Jan Baptist van Helmont's work Ortus medicinae was published posthumously in 1648; the book is cited by some as a major transitional work between alchemy and chemistry, and as an important influence on Robert Boyle. The book contains the results of numerous experiments and establishes an early version of the law of conservation of mass. Working during the time just after Paracelsus and iatrochemistry, Jan Baptist van Helmont suggested that there are insubstantial substances other than air and coined a name for them – "gas", from the Greek word chaos. In addition to introducing the word "gas" into the vocabulary of scientists, van Helmont conducted several experiments involving gases. Jan Baptist van Helmont is also remembered today largely for his ideas on spontaneous generation and his 5-year tree experiment, as well as being considered the founder of pneumatic chemistry.

Robert Boyle

[edit]
Robert Boyle, a transitional figure between alchemy and modern chemistry
Title page from The Sceptical Chymist, 1661, Chemical Heritage Foundation

Anglo-Irish chemist Robert Boyle (1627–1691) is considered to have initiated the gradual separation of chemistry from alchemy.[40] Although skeptical of elements and convinced of alchemy, Boyle played a key part in elevating the "sacred art" as an independent, fundamental and philosophical discipline. He is best known for Boyle's law, which he presented in 1662, though he was not the first to discover it.[41] The law describes the inversely proportional relationship between the absolute pressure and volume of a gas, if the temperature is kept constant within a closed system.[42][43]

Boyle is also credited for his landmark publication The Sceptical Chymist (1661), which advocated for a rigorous approach to experimentation among chemists. In the work, Boyle questioned some commonly held alchemical theories and argued for practitioners to be more "philosophical" and less commercially focused.[44] He rejected the classical four elements of earth, fire, air, and water, and proposed a mechanistic alternative of atoms and chemical reactions that could be subject to rigorous experiment.

Boyle also tried to purify chemicals to obtain reproducible reactions. He was a vocal proponent of the mechanical philosophy proposed by René Descartes to explain and quantify the physical properties and interactions of material substances. Boyle was an atomist, but favoured the word corpuscle over atoms. He commented that the finest division of matter where the properties are retained is at the level of corpuscles.

Boyle repeated the tree experiment of van Helmont, and was the first to use indicators which changed colors with acidity. He also performed numerous investigations with an air pump, and noted that the mercury fell as air was pumped out. He also observed that pumping the air out of a container would extinguish a flame and kill small animals placed inside. Through his works, Boyle helped to lay the foundations for the chemical revolution two centuries later.[45]

Development and dismantling of phlogiston

[edit]
Carl Wilhelm Scheele co-discovered oxygen and called it "fire air".
Joseph Priestley, co-discoverer of the element oxygen, which he called "dephlogisticated air"

In 1702, German chemist Georg Stahl coined the name "phlogiston" for the substance believed to be released in the process of burning. Around 1735, Swedish chemist Georg Brandt analyzed a dark blue pigment found in copper ore. Brandt demonstrated that the pigment contained a new element, later named cobalt. In 1751, a Swedish chemist and pupil of Stahl's named Axel Fredrik Cronstedt, identified an impurity in copper ore as a separate metallic element, which he named nickel. Cronstedt is one of the founders of modern mineralogy.[46] Cronstedt also discovered the mineral scheelite in 1751, which he named tungsten, meaning "heavy stone" in Swedish.

In 1754, Scottish chemist Joseph Black isolated carbon dioxide, which he called "fixed air".[47] In 1757, Louis Claude Cadet de Gassicourt, while investigating arsenic compounds, creates Cadet's fuming liquid, later discovered to be cacodyl oxide, considered to be the first synthetic organometallic compound.[48] In 1758, Joseph Black formulated the concept of latent heat to explain the thermochemistry of phase changes.[49] In 1766, English chemist Henry Cavendish isolated hydrogen, which he called "inflammable air". Cavendish discovered hydrogen as a colorless, odourless gas that burns and can form an explosive mixture with air, and published a paper on the production of water by burning inflammable air (that is, hydrogen) in dephlogisticated air (now known to be oxygen), the latter a constituent of atmospheric air (phlogiston theory).

In 1773, Swedish German[50] chemist Carl Wilhelm Scheele discovered oxygen, which he called "fire air", but did not immediately publish his achievement.[51] In 1774, English chemist Joseph Priestley independently isolated oxygen in its gaseous state, calling it "dephlogisticated air", and published his work before Scheele.[52][53] During his lifetime, Priestley's considerable scientific reputation rested on his invention of soda water, his writings on electricity, and his discovery of several "airs" (gases), the most famous being what Priestley dubbed "dephlogisticated air" (oxygen). However, Priestley's determination to defend phlogiston theory and to reject what would become the chemical revolution eventually left him isolated within the scientific community.

In 1781, Carl Wilhelm Scheele discovered that a new acid, tungstic acid, could be made from Cronstedt's scheelite (at the time named tungsten). Scheele and Torbern Bergman suggested that it might be possible to obtain a new metal by reducing this acid.[54] In 1783, José and Fausto Elhuyar found an acid made from wolframite that was identical to tungstic acid. Later that year, in Spain, the brothers succeeded in isolating the metal now known as tungsten by reduction of this acid with charcoal, and they are credited with the discovery of the element.[55][56]

Volta and the Voltaic pile

[edit]
A voltaic pile on display in the Tempio Voltiano (the Volta Temple) near Volta's home in Como

Italian physicist Alessandro Volta constructed a device for accumulating a large charge by a series of inductions and groundings. He investigated the 1780s discovery "animal electricity" by Luigi Galvani, and found that the electric current was generated from the contact of dissimilar metals, and that the frog leg was only acting as a detector. Volta demonstrated in 1794 that when two metals and brine-soaked cloth or cardboard are arranged in a circuit they produce an electric current.

In 1800, Volta stacked several pairs of alternating copper (or silver) and zinc discs (electrodes) separated by cloth or cardboard soaked in brine (electrolyte) to increase the electrolyte conductivity.[57] When the top and bottom contacts were connected by a wire, an electric current flowed through this voltaic pile and the connecting wire. Thus, Volta is credited with constructing the first electrical battery to produce electricity.

Thus, Volta is considered to be the founder of the discipline of electrochemistry.[58] A Galvanic cell (or voltaic cell) is an electrochemical cell that derives electrical energy from a spontaneous redox reaction taking place within the cell. It generally consists of two different metals connected by a salt bridge, or individual half-cells separated by a porous membrane.

Antoine-Laurent de Lavoisier

[edit]
Portrait of Monsieur Lavoisier and his wife, by Jacques-Louis David

Antoine-Laurent de Lavoisier demonstrated with careful measurements that transmutation of water to earth was not possible, but that the sediment observed from boiling water came from the container. He burnt phosphorus and sulfur in air, and proved that the products weighed more than the original samples, with the mass gained being lost from the air. Thus, in 1789, he established the Law of Conservation of Mass, which is also called "Lavoisier's Law."[59]

The world's first ice-calorimeter, used in the winter of 1782–83, by Antoine Lavoisier and Pierre-Simon Laplace, to determine the heat involved in various chemical changes; calculations which were based on Joseph Black's prior discovery of latent heat. These experiments mark the foundation of thermochemistry.

Repeating the experiments of Priestley, he demonstrated that air is composed of two parts, one of which combines with metals to form calxes. In Considérations Générales sur la Nature des Acides (1778), he demonstrated that the "air" responsible for combustion was also the source of acidity. The next year, he named this portion oxygen (Greek for acid-former), and the other azote (Greek for no life). Because of his more thorough characterization of it as an element, Lavoisier thus has a claim to the discovery of oxygen along with Priestley and Scheele. He also discovered that the "inflammable air" discovered by Cavendish – which he termed hydrogen (Greek for water-former) – combined with oxygen to produce a dew, as Priestley had reported, which appeared to be water. In Reflexions sur le Phlogistique (1783), Lavoisier showed the phlogiston theory of combustion to be inconsistent. Mikhail Lomonosov independently established a tradition of chemistry in Russia in the 18th century; he also rejected the phlogiston theory, and anticipated the kinetic theory of gases. Lomonosov regarded heat as a form of motion, and stated the idea of conservation of matter.

Lavoisier worked with Claude Louis Berthollet and others to devise a system of chemical nomenclature, which serves as the basis of the modern system of naming chemical compounds. In his Methods of Chemical Nomenclature (1787), Lavoisier invented the system of naming and classification still largely in use today, including names such as sulfuric acid, sulfates, and sulfites. In 1785, Berthollet was the first to introduce the use of chlorine gas as a commercial bleach. In the same year he first determined the elemental composition of the gas ammonia. Berthollet first produced a modern bleaching liquid in 1789 by passing chlorine gas through a solution of sodium carbonate – the result was a weak solution of sodium hypochlorite. Another strong chlorine oxidant and bleach which he investigated and was the first to produce, potassium chlorate (KClO3), is known as Berthollet's Salt. Berthollet is also known for his scientific contributions to the theory of chemical equilibrium via the mechanism of reversible reactions.

Traité élémentaire de chimie

Lavoisier's Traité Élémentaire de Chimie (Elementary Treatise of Chemistry, 1789) was the first modern chemical textbook, and presented a unified view of new theories of chemistry, contained a clear statement of the Law of Conservation of Mass, and denied the existence of phlogiston. In addition, it contained a list of elements, or substances that could not be broken down further, which included oxygen, nitrogen, hydrogen, phosphorus, mercury, zinc, and sulfur. His list, however, also included light and caloric, which he believed to be material substances. In the work, Lavoisier underscored the observational basis of his chemistry, stating "I have tried...to arrive at the truth by linking up facts; to suppress as much as possible the use of reasoning, which is often an unreliable instrument which deceives us, in order to follow as much as possible the torch of observation and of experiment." Nevertheless, he believed that the real existence of atoms was philosophically impossible. Lavoisier demonstrated that organisms disassemble and reconstitute atmospheric air in the same manner as a burning body.

With Pierre-Simon Laplace, Lavoisier used a calorimeter to estimate the heat evolved per unit of carbon dioxide produced. They found the same ratio for a flame and animals, indicating that animals produced energy by a type of combustion. Lavoisier believed in the radical theory, which stated that radicals, which function as a single group in a chemical reaction, would combine with oxygen in reactions. He believed all acids contained oxygen. He also discovered that diamond is a crystalline form of carbon.

Although many of Lavoisier's partners were influential for the advancement of chemistry as a scientific discipline, his wife Marie-Anne Lavoisier was arguably the most influential of them all. Upon their marriage, Mme. Lavoisier began to study chemistry, English, and drawing in order to help her husband in his work either by translating papers into English, a language which Lavoisier did not know, or by keeping records and drawing the various apparatuses that Lavoisier used in his labs.[60] Through her ability to read and translate articles from Britain for her husband, Lavoisier had access to knowledge of many of the chemical advances happening outside of his lab. Furthermore, Mme. Lavoisier kept records of her husband's work and ensured that his works were published. The first sign of Marie-Anne's true potential as a chemist in Lavoisier's lab came when she was translating a book by the scientist Richard Kirwan. While translating, she stumbled upon and corrected multiple errors. When she presented her translation, along with her notes, to Lavoisier, her contributions led to Lavoisier's refutation of the theory of phlogiston.

Lavoisier made many fundamental contributions to the science of chemistry. Following his work, chemistry acquired a strict, quantitative nature, allowing reliable predictions to be made. The revolution in chemistry which he brought about was a result of a conscious effort to fit all experiments into the framework of a single theory. He established the consistent use of chemical balance, used oxygen to overthrow the phlogiston theory, and developed a new system of chemical nomenclature. Further potential contributions were cut short when Lavoisier was beheaded during the French Revolution.

19th century

[edit]

In 1802, French American chemist and industrialist Éleuthère Irénée du Pont, who learned manufacture of gunpowder and explosives under Antoine Lavoisier, founded a gunpowder manufacturer in Delaware known as E. I. du Pont de Nemours and Company. The French Revolution forced his family to move to the United States where du Pont started a gunpowder mill on the Brandywine River in Delaware. Wanting to make the best powder possible, du Pont was vigilant about the quality of the materials he used. For 32 years, du Pont served as president of E. I. du Pont de Nemours and Company, which eventually grew into one of the largest and most successful companies in America.

Throughout the 19th century, chemistry was divided between those who followed the atomic theory of John Dalton and those who did not, such as Wilhelm Ostwald and Ernst Mach.[61] Although such proponents of the atomic theory as Amedeo Avogadro and Ludwig Boltzmann made great advances in explaining the behavior of gases, this dispute was not finally settled until Jean Perrin's experimental investigation of Einstein's atomic explanation of Brownian motion in the first decade of the 20th century.[61]

Well before the dispute had been settled, many had already applied the concept of atomism to chemistry. A major example was the ion theory of Svante Arrhenius which anticipated ideas about atomic substructure that did not fully develop until the 20th century. Michael Faraday was another early worker, whose major contribution to chemistry was electrochemistry, in which (among other things) a certain quantity of electricity during electrolysis or electrodeposition of metals was shown to be associated with certain quantities of chemical elements, and fixed quantities of the elements therefore with each other, in specific ratios.[citation needed] These findings, like those of Dalton's combining ratios, were early clues to the atomic nature of matter.

John Dalton

[edit]
John Dalton is remembered for his work on partial pressures in gases, color blindness, and atomic theory.

In 1803, English meteorologist and chemist John Dalton proposed Dalton's law, which describes the relationship between the components in a mixture of gases and the relative pressure each contributes to that of the overall mixture.[62] Discovered in 1801, this concept is also known as Dalton's law of partial pressures.

Dalton also proposed a modern atomic theory in 1803 which stated that all matter was composed of small indivisible particles termed atoms, atoms of a given element possess unique characteristics and weight, and three types of atoms exist: simple (elements), compound (simple molecules), and complex (complex molecules). In 1808, Dalton first published New System of Chemical Philosophy (1808–1827), in which he outlined the first modern scientific description of the atomic theory. This work identified chemical elements as a specific type of atom, therefore rejecting Newton's theory of chemical affinities.

Instead, Dalton inferred proportions of elements in compounds by taking ratios of the weights of reactants, setting the atomic weight of hydrogen to be identically one. Following Jeremias Benjamin Richter (known for introducing the term stoichiometry), he proposed that chemical elements combine in integral ratios. This is known as the law of multiple proportions or Dalton's law, and Dalton included a clear description of the law in his New System of Chemical Philosophy. The law of multiple proportions is one of the basic laws of stoichiometry used to establish the atomic theory. Despite the importance of the work as the first view of atoms as physically real entities and the introduction of a system of chemical symbols, New System of Chemical Philosophy devoted almost as much space to the caloric theory as to atomism.

French chemist Joseph Proust proposed the law of definite proportions, which states that elements always combine in small, whole number ratios to form compounds, based on several experiments conducted between 1797 and 1804[63] Along with the law of multiple proportions, the law of definite proportions forms the basis of stoichiometry. The law of definite proportions and constant composition do not prove that atoms exist, but they are difficult to explain without assuming that chemical compounds are formed when atoms combine in constant proportions.

Jöns Jacob Berzelius

[edit]
Jöns Jacob Berzelius, the chemist who worked out the modern technique of chemical formula notation and is considered one of the fathers of modern chemistry

A Swedish chemist and disciple of Dalton, Jöns Jacob Berzelius embarked on a systematic program to try to make accurate and precise quantitative measurements and to ensure the purity of chemicals. Along with Lavoisier, Boyle, and Dalton, Berzelius is known as the father of modern chemistry. In 1828 he compiled a table of relative atomic weights, where oxygen was used as a standard, with its weight set at 100, and which included all of the elements known at the time. This work provided evidence in favor of Dalton's atomic theory – that inorganic chemical compounds are composed of atoms combined in whole number amounts. He determined the exact elementary constituents of a large number of compounds; the results strongly supported Proust's Law of Definite Proportions. In discovering that atomic weights are not integer multiples of the weight of hydrogen, Berzelius also disproved Prout's hypothesis that elements are built up from atoms of hydrogen.

Motivated by his extensive atomic weight determinations and in a desire to aid his experiments, he introduced the classical system of chemical symbols and notation with his 1808 publication Lärbok i Kemien, in which elements are abbreviated to one or two letters to make a distinct symbol from their Latin name. This system of chemical notation—in which the elements were given simple written labels, such as O for oxygen, or Fe for iron, with proportions denoted by numbers—is the same basic system used today. The only difference is that instead of the subscript number used today (e.g., H2O), Berzelius used a superscript (H2O). Berzelius is credited with identifying the chemical elements silicon, selenium, thorium, and cerium. Students working in Berzelius's laboratory also discovered lithium and vanadium.

Berzelius developed the radical theory of chemical combination, which holds that reactions occur as stable groups of atoms called radicals are exchanged between molecules. He believed that salts are compounds formed of acids and bases, and discovered that the anions in acids were attracted to a positive electrode (the anode), whereas the cations in a base were attracted to a negative electrode (the cathode). Berzelius did not believe in the Vitalism Theory, but instead in a regulative force which produced organization of tissues in an organism. Berzelius is also credited with originating the chemical terms "catalysis", "polymer", "isomer", and "allotrope", although his original definitions differ dramatically from modern usage. For example, he coined the term "polymer" in 1833 to describe organic compounds which shared identical empirical formulas but which differed in overall molecular weight, the larger of the compounds being described as "polymers" of the smallest. By this long-superseded, pre-structural definition, glucose (C6H12O6) was viewed as a polymer of formaldehyde (CH2O).

New elements and gas laws

[edit]
Humphry Davy, the discover of several alkali and alkaline earth metals, as well as contributions to the discoveries of the elemental nature of chlorine and iodine

English chemist Humphry Davy was a pioneer in the field of electrolysis, using Alessandro Volta's voltaic pile to split up common compounds and thus isolate a series of new elements. He went on to electrolyse molten salts and discovered several new metals, especially sodium and potassium, highly reactive elements known as the alkali metals. Potassium, the first metal that was isolated by electrolysis, was discovered in 1807 by Davy, who derived it from caustic potash (KOH). Before the 19th century, no distinction was made between potassium and sodium. Sodium was first isolated by Davy in the same year by passing an electric current through molten sodium hydroxide (NaOH). When Davy heard that Berzelius and Pontin prepared calcium amalgam by electrolyzing lime in mercury, he tried it himself. Davy was successful, and discovered calcium in 1808 by electrolyzing a mixture of lime and mercuric oxide.[64][65] He worked with electrolysis throughout his life and, in 1808, he isolated magnesium, strontium[66] and barium.[67]

Davy also experimented with gases by inhaling them. This experimental procedure nearly proved fatal on several occasions, but led to the discovery of the unusual effects of nitrous oxide, which came to be known as laughing gas. Chlorine was discovered in 1774 by Swedish chemist Carl Wilhelm Scheele, who called it "dephlogisticated marine acid" (see phlogiston theory) and mistakenly thought it contained oxygen. Scheele observed several properties of chlorine gas, such as its bleaching effect on litmus, its deadly effect on insects, its yellow-green colour, and the similarity of its smell to that of aqua regia. However, Scheele was unable to publish his findings at the time. In 1810, chlorine was given its current name by Humphry Davy (derived from the Greek word for green), who insisted that chlorine was in fact an element.[68] He also showed that oxygen could not be obtained from the substance known as oxymuriatic acid (HCl solution). This discovery overturned Lavoisier's definition of acids as compounds of oxygen. Davy was a popular lecturer and able experimenter.

Joseph Louis Gay-Lussac, who stated that the ratio between the volumes of the reactant gases and the products can be expressed in simple whole numbers

French chemist Joseph Louis Gay-Lussac shared the interest of Lavoisier and others in the quantitative study of the properties of gases. From his first major program of research in 1801–1802, he concluded that equal volumes of all gases expand equally with the same increase in temperature: this conclusion is usually called "Charles's law", as Gay-Lussac gave credit to Jacques Charles, who had arrived at nearly the same conclusion in the 1780s but had not published it.[69] The law was independently discovered by British natural philosopher John Dalton by 1801, although Dalton's description was less thorough than Gay-Lussac's.[70][71] In 1804 Gay-Lussac made several daring ascents of over 7,000 meters above sea level in hydrogen-filled balloons—a feat not equaled for another 50 years—that allowed him to investigate other aspects of gases. Not only did he gather magnetic measurements at various altitudes, but he also took pressure, temperature, and humidity measurements and samples of air, which he later analyzed chemically.

In 1808 Gay-Lussac announced what was probably his single greatest achievement: from his own and others' experiments he deduced that gases at constant temperature and pressure combine in simple numerical proportions by volume, and the resulting product or products—if gases—also bear a simple proportion by volume to the volumes of the reactants. In other words, gases under equal conditions of temperature and pressure react with one another in volume ratios of small whole numbers. This conclusion subsequently became known as "Gay-Lussac's law" or the "Law of Combining Volumes". With his fellow professor at the École Polytechnique, Louis Jacques Thénard, Gay-Lussac also participated in early electrochemical research, investigating the elements discovered by its means. Among other achievements, they decomposed boric acid by using fused potassium, thus discovering the element boron. The two also took part in contemporary debates that modified Lavoisier's definition of acids and furthered his program of analyzing organic compounds for their oxygen and hydrogen content.

The element iodine was discovered by French chemist Bernard Courtois in 1811.[72][73] Courtois gave samples to his friends, Charles Bernard Desormes (1777–1862) and Nicolas Clément (1779–1841), to continue research. He also gave some of the substance to Gay-Lussac and to physicist André-Marie Ampère. On December 6, 1813, Gay-Lussac announced that the new substance was either an element or a compound of oxygen.[74][75][76] It was Gay-Lussac who suggested the name "iode", from the Greek word ιώδες (iodes) for violet (because of the color of iodine vapor).[72][74] Ampère had given some of his sample to Humphry Davy. Davy did some experiments on the substance and noted its similarity to chlorine.[77] Davy sent a letter dated December 10 to the Royal Society of London stating that he had identified a new element.[78] Arguments erupted between Davy and Gay-Lussac over who identified iodine first, but both scientists acknowledged Courtois as the first to isolate the element.

In 1815, Humphry Davy invented the Davy lamp, which allowed miners within coal mines to work safely in the presence of flammable gases. There had been many mining explosions caused by firedamp or methane often ignited by open flames of the lamps then used by miners. Davy conceived of using an iron gauze to enclose a lamp's flame, and so prevent the methane burning inside the lamp from passing out to the general atmosphere. Although the idea of the safety lamp had already been demonstrated by William Reid Clanny and by the then unknown (but later very famous) engineer George Stephenson, Davy's use of wire gauze to prevent the spread of flame was used by many other inventors in their later designs. There was some discussion as to whether Davy had discovered the principles behind his lamp without the help of the work of Smithson Tennant, but it was generally agreed that the work of both men had been independent. Davy refused to patent the lamp, and its invention led to him being awarded the Rumford medal in 1816.[79]

Amedeo Avogadro, who postulated that, under controlled conditions of temperature and pressure, equal volumes of gases contain an equal number of molecules. This is known as Avogadro's law.

After Dalton published his atomic theory in 1808, certain of his central ideas were soon adopted by most chemists. However, uncertainty persisted for half a century about how atomic theory was to be configured and applied to concrete situations; chemists in different countries developed several different incompatible atomistic systems. A paper that suggested a way out of this difficult situation was published as early as 1811 by the Italian physicist Amedeo Avogadro (1776–1856), who hypothesized that equal volumes of gases at the same temperature and pressure contain equal numbers of molecules, from which it followed that relative molecular weights of any two gases are the same as the ratio of the densities of the two gases under the same conditions of temperature and pressure. Avogadro also reasoned that simple gases were not formed of solitary atoms but were instead compound molecules of two or more atoms. Thus Avogadro was able to overcome the difficulty that Dalton and others had encountered when Gay-Lussac reported that above 100 °C the volume of water vapor was twice the volume of the oxygen used to form it. According to Avogadro, the molecule of oxygen had split into two atoms in the course of forming water vapor.

Avogadro's hypothesis was neglected for half a century after it was first published. Many reasons for this neglect have been cited, including some theoretical problems, such as Jöns Jacob Berzelius's "dualism", which asserted that compounds are held together by the attraction of positive and negative electrical charges, making it inconceivable that a molecule composed of two electrically similar atoms—as in oxygen—could exist. An additional barrier to acceptance was the fact that many chemists were reluctant to adopt physical methods (such as vapour-density determinations) to solve their problems. By mid-century, however, some leading figures had begun to view the chaotic multiplicity of competing systems of atomic weights and molecular formulas as intolerable. Moreover, purely chemical evidence began to mount that suggested Avogadro's approach might be right after all. During the 1850s, younger chemists, such as Alexander Williamson in England, Charles Gerhardt and Charles-Adolphe Wurtz in France, and August Kekulé in Germany, began to advocate reforming theoretical chemistry to make it consistent with Avogadrian theory.

Wöhler, von Liebig, organic chemistry and the vitalism debate

[edit]
Структурная формула мочевины , которую Фридрих Вёлер использовал для внесения основополагающего вклада в органическую химию , в которую Юстус фон Либих . также внес большой вклад [80] [81]

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.

Это открыло новую область исследований в химии, и к концу XIX века учёные смогли синтезировать сотни органических соединений. Среди них важнейшие — лиловый , пурпурный и другие синтетические красители , а также широко используемый препарат аспирин . Открытие искусственного синтеза мочевины внесло большой вклад в теорию изомерии , так как эмпирические химические формулы мочевины и цианата аммония идентичны (см. Синтез Велера ). В 1832 году Фридрих Вёлер и Юстус фон Либих открыли и объяснили функциональные группы и радикалы применительно к органической химии, а также впервые синтезировали бензальдегид . Либих, немецкий химик, внес большой вклад в сельскохозяйственную и биологическую химию , работал над организацией органической химии и считался одним из ее главных основателей. [82] Либих также считается «отцом индустрии удобрений » за открытие азота как важного питательного вещества для растений и формулировку закона минимума , который описывал влияние отдельных питательных веществ на сельскохозяйственные культуры.

Владимир Марковников

[ редактировать ]
Марковников провел обширные исследования в области замещения и стереохимии.

Владимир Марковников, родившийся в 1838 году, был российским учёным, большую часть своей работы проведшим в Казанском университете в России. [83] В Казани он учился у Бутлерова в лаборатории, более известной как «колыбель русской органической химии», после чего в течение двух лет также изучал химию в Германии. [83] Вклад Марковникова в области органической химии включал разработку одноименного правила Марковникова , которое гласит, что галогениды водорода при добавлении к алкенам и алкинам будут присоединяться таким образом, что водороды будут связываться со стороной углерода с наибольшим количеством водородных заместителей. [84] Продукты в химии, которые следуют этому правилу, считаются марковниковскими продуктами, а те, которые не соответствуют этому правилу, считаются антимарковниковскими продуктами. [84] Правило Марковникова было ранним примером региоселективности в органическом синтезе, и современное понимание этого правила по-прежнему важно в химической промышленности, где были разработаны катализаторы для производства антимарковниковских продуктов. [84] Важным аспектом правила Марковникова является то, что оно объясняет реакционную способность на основе структурного расположения атомов, поскольку многие химики в то время не считали химические формулы отражением физического расположения атомов (см. Также радикальную теорию ). [85]

Середина 1800-х годов

[ редактировать ]

В 1840 году Жермен Гесс предложил закон Гесса , раннюю формулировку закона сохранения энергии , который устанавливает, что изменения энергии в химическом процессе зависят только от состояний исходного и конечного материалов, а не от конкретного пути, пройденного между ними. государства. В 1847 году Герман Кольбе получил уксусную кислоту из совершенно неорганических источников, что еще больше опровергло витализм. В 1848 году Уильям Томсон, 1-й барон Кельвин (широко известный как лорд Кельвин) разработал концепцию абсолютного нуля — температуры, при которой прекращается любое молекулярное движение. В 1849 году Луи Пастер открыл, что рацемическая форма винной кислоты представляет собой смесь левовращающей и правовращающей форм, прояснив тем самым природу оптического вращения и продвинув область стереохимии . [86] В 1852 году Август Бер предложил закон Бера , объясняющий зависимость между составом смеси и количеством света, который она поглотит. Частично основанный на более ранних работах Пьера Бугера и Иоганна Генриха Ламберта , он создал аналитическую технику, известную как спектрофотометрия . [87] В 1855 году Бенджамин Силлиман-младший изобрел методы крекинга нефти , что сделало возможной всю современную нефтехимическую промышленность . [88]

Формулы уксусной кислоты, данные Августом Кекуле в 1861 году.

Гипотеза Авогадро стала приобретать широкую популярность среди химиков только после того, как его соотечественник и коллега-ученый Станислао Канниццаро ​​продемонстрировал ее ценность в 1858 году, через два года после смерти Авогадро. Химические интересы Канниццаро ​​первоначально были сосредоточены на натуральных продуктах и ​​реакциях ароматических соединений ; в 1853 году он обнаружил, что при бензальдегида обработке концентрированным основанием образуются как бензойная кислота , так и бензиловый спирт — явление, известное сегодня как реакция Канниццаро . В своей брошюре 1858 года Канниццаро ​​показал, что полный возврат к идеям Авогадро может быть использован для построения последовательной и надежной теоретической структуры, которая соответствует почти всем доступным эмпирическим данным. Например, он указал на данные, свидетельствующие о том, что не все элементарные газы состоят из двух атомов на молекулу — некоторые из них были одноатомными , большинство — двухатомными , а некоторые были еще более сложными.

Другим предметом разногласий были формулы соединений щелочных металлов (таких как натрий ) и щелочноземельных металлов (таких как кальций ), которые ввиду их поразительной химической аналогии большинство химиков хотели приписать одной и той же формуле. тип. Канниццаро ​​утверждал, что размещение этих металлов в разных категориях имело полезный результат, поскольку устраняло определенные аномалии при использовании их физических свойств для определения атомного веса. К сожалению, брошюра Канниццаро ​​первоначально была опубликована только на итальянском языке и не оказала непосредственного воздействия. Настоящим прорывом стал международный химический конгресс, состоявшийся в немецком городе Карлсруэ в сентябре 1860 года, на котором присутствовало большинство ведущих европейских химиков. Конгресс в Карлсруэ был организован Кекуле, Вюрцем и некоторыми другими людьми, которые разделяли мнение Канниццаро ​​о том, в каком направлении должна двигаться химия. Говоря по-французски (как и все присутствующие), красноречие и логика Канниццаро ​​произвели на собравшихся неизгладимое впечатление. Более того, в конце встречи его друг Анджело Павези раздал участникам брошюру Канниццаро; Позднее не один химик написал о решающем впечатлении, которое произвело чтение этого документа. Например, Лотар Мейер позже написал, что, прочитав статью Канниццаро, «казалось, пелена спала с моих глаз». [89] Таким образом, Канниццаро ​​сыграл решающую роль в победе в битве за реформы. Система, которую он отстаивал и вскоре после этого приняла большинство ведущих химиков, по существу идентична той, которая используется до сих пор.

Перкин, Крукс и Нобель

[ редактировать ]

В 1856 году 18-летний сэр Уильям Генри Перкин , получив вызов от своего профессора Августа Вильгельма фон Хофмана , попытался синтезировать хинин , противомалярийное лекарство , из каменноугольной смолы . В одной из попыток Перкин окислил анилин с помощью дихромата калия , примеси толуидина которого прореагировали с анилином и дали черное твердое вещество, что указывает на «неудавшийся» органический синтез. Протирая колбу спиртом, Перкин заметил фиолетовые части раствора: побочным продуктом попытки стал первый синтетический краситель, известный как мовеин или лиловый Перкин. Открытие Перкина положило начало индустрии синтеза красителей, одной из первых успешных химических отраслей.

Самым важным вкладом немецкого химика Августа Кекуле фон Страдоница была его структурная теория органического состава, изложенная в двух статьях, опубликованных в 1857 и 1858 годах и подробно рассмотренная на страницах его чрезвычайно популярного Lehrbuch der Organischen Chemie («Учебник органической химии»). Химия»), первый выпуск которого вышел в 1859 году и постепенно расширился до четырёх томов. Кекуле утверждал, что атомы четырехвалентного углерода – то есть углерод, образующий ровно четыре химические связи – могут соединяться вместе, образуя то, что он называл «углеродной цепью» или «углеродным скелетом», к которому присоединяются другие атомы с другой валентностью (например, водород, кислород и т. д.). , азот и хлор) могут присоединиться. Он был убежден, что химик может определить эту детальную молекулярную архитектуру, по крайней мере, для более простых органических соединений, известных в его время. Кекуле был не единственным химиком, сделавшим подобные заявления в ту эпоху. Шотландский химик Арчибальд Скотт Купер почти одновременно опубликовал схожую теорию, а русский химик Александр Бутлеров многое сделал для уточнения и расширения теории структуры. Однако в химическом сообществе преобладали преимущественно идеи Кекуле.

Трубка Крукса (два вида): светлая и темная. Электроны движутся по прямым линиям от катода (слева), о чем свидетельствует тень от мальтийского креста на флуоресценции правого конца. Анод находится на нижнем проводе.

Британский химик и физик Уильям Крукс известен своими исследованиями катодных лучей , которые сыграли фундаментальную роль в развитии атомной физики . Его исследования электрических разрядов в разреженном газе привели его к наблюдению темного пространства вокруг катода, которое теперь называется темным пространством Крукса. Он продемонстрировал, что катодные лучи движутся по прямым линиям и производят фосфоресценцию и тепло при попадании на определенные материалы. Пионер электронных ламп, Крукс изобрел трубку Крукса — раннюю экспериментальную газоразрядную трубку с частичным вакуумом, с помощью которой он изучал поведение катодных лучей. С введением спектрального анализа Робертом Бунзеном и Густавом Кирхгофом (1859–1860) Крукс применил новый метод к изучению соединений селена . Бунзен и Кирхгоф ранее использовали спектроскопию как средство химического анализа для открытия цезия и рубидия . В 1861 году Крукс использовал этот процесс для обнаружения таллия в некоторых селенсодержащих месторождениях. Он продолжил работу над этим новым элементом, выделил его, изучил свойства и в 1873 году определил его атомный вес. Во время своих исследований таллия Крукс открыл принцип Радиометр Крукса — прибор, преобразующий световое излучение во вращательное движение. Принцип действия этого радиометра нашел множество применений при разработке чувствительных измерительных приборов.

В 1862 году Александр Паркс представил паркезин , один из первых синтетических полимеров , на Международной выставке в Лондоне. Это открытие легло в основу современной индустрии пластмасс . В 1864 году Катон Максимилиан Гульдберг и Петер Вааге , опираясь на идеи Клода Луи Бертолле, предложили закон действия масс . В 1865 году Иоганн Йозеф Лошмидт определил число молекул в моле , позднее названное числом Авогадро .

В 1865 году Август Кекуле, частично основываясь на работах Лошмидта и других, установил структуру бензола в виде шестиуглеродного кольца с чередующимися одинарными и двойными связями . Новое предложение Кекуле о циклической структуре бензола вызвало много споров, но так и не было заменено более совершенной теорией. Эта теория обеспечила научную основу резкого расширения немецкой химической промышленности в последней трети XIX века. Кекуле также известен тем, что прояснил природу ароматических соединений, представляющих собой соединения на основе молекулы бензола. В 1865 году Адольф фон Байер начал работу над красителем индиго , ставшим важной вехой в современной промышленной органической химии, которая произвела революцию в красильной промышленности.

Шведский химик и изобретатель Альфред Нобель обнаружил, что, когда нитроглицерин был включен в абсорбирующее инертное вещество, такое как кизельгур ( кизельгур ), с ним стало безопаснее и удобнее обращаться, и эту смесь он запатентовал в 1867 году как динамит . Позже Нобель объединил нитроглицерин с различными соединениями нитроцеллюлозы, похожими на коллодий , но остановился на более эффективном рецепте, сочетающем другое нитратное взрывчатое вещество, и получил прозрачное желеобразное вещество, которое было более мощным взрывчатым веществом, чем динамит. Гелигнит , или взрывной желатин, как его назвали, был запатентован в 1876 году; за ним последовало множество подобных комбинаций, модифицированных добавлением нитрата калия и различных других веществ.

периодическая таблица Менделеева

[ редактировать ]
Дмитрий Менделеев , ответственный за организацию известных химических элементов в таблицу Менделеева.

Важным прорывом в понимании списка известных химических элементов (а также в понимании внутренней структуры атомов) стала разработка Дмитрием Менделеевым первой современной таблицы Менделеева , или периодической классификации элементов. Менделеев, русский химик, чувствовал, что в элементах существует некий порядок, и провел более тринадцати лет своей жизни, собирая данные и формулируя концепцию, первоначально с идеей разрешить некоторые беспорядки в этой области для своих учеников. . Менделеев обнаружил, что, когда все известные химические элементы были расположены в порядке увеличения атомного веса, полученная таблица отображала повторяющийся образец или периодичность свойств внутри групп элементов. Закон Менделеева позволил ему построить систематическую периодическую таблицу всех 66 известных тогда элементов на основе атомной массы, которую он опубликовал в «Принципах химии» в 1869 году. Его первая периодическая таблица была составлена ​​на основе расположения элементов в порядке возрастания чисел. атомный вес и группировка их по сходству свойств.

Менделеев настолько верил в справедливость периодического закона, что предложил внести изменения в общепринятые значения атомного веса нескольких элементов и в своей версии таблицы Менделеева 1871 года предсказал расположение в таблице неизвестных элементов вместе. со своими свойствами. Он даже предсказал вероятные свойства трех еще не открытых элементов, которые он назвал экабором (Eb), экаалюминием (Ea) и экакремнием (Es) , которые оказались хорошими предикторами свойств скандия , галлия и и германий соответственно, каждый из которых занимает место в таблице Менделеева.

Поначалу периодическая система не вызывала интереса у химиков. Однако с открытием предсказанных элементов, особенно галлия в 1875 году, скандия в 1879 году и германия в 1886 году, он начал завоевывать широкое признание. Последующее доказательство многих его предсказаний при жизни принесло Менделееву славу как основателя периодического закона. Эта организация превзошла более ранние попытки классификации Александра-Эмиля Бегуйера де Шанкуртуа , опубликовавшего в 1862 году теллурическую спираль, раннюю трехмерную версию периодической таблицы элементов, Джона Ньюлендса , предложившего закон октав (предшественника к периодическому закону) в 1864 году, и Лотару Мейеру , который разработал раннюю версию таблицы Менделеева с 28 элементами, организованными по валентности , в 1864 году. Однако в таблицу Менделеева не входил ни один из благородных газов , которые еще не были открыты. Постепенно периодический закон и таблица стали основой значительной части химической теории. К моменту смерти Менделеева в 1907 году он пользовался международным признанием и был удостоен знаков отличия и наград многих стран.

В 1873 году Якобус Хенрикус ван 'т Хофф и Джозеф Ахилл Ле Бель , работая независимо, разработали модель химической связи , которая объяснила эксперименты Пастера по киральности и обеспечила физическую причину оптической активности в хиральных соединениях. [90] Публикация ван 'т Хоффа под названием Voorstel tot Uitbreiding der Tegenwoordige in de Scheikunde gebruikte Structuurformules in de Ruimte и т. д. (Предложение по разработке трехмерных химических структурных формул) и состоящая из двенадцати страниц текста и одной страницы диаграмм, дала толчок развитию стереохимии . Концепция «асимметричного атома углерода», рассматриваемая в этой публикации, позволила объяснить возникновение многочисленных изомеров, необъяснимых с помощью существовавших в то время структурных формул. При этом он указал на существование связи между оптической активностью и наличием асимметричного атома углерода.

Джозайя Уиллард Гиббс

[ редактировать ]
Дж. Уиллард Гиббс сформулировал концепцию термодинамического равновесия системы в терминах энергии и энтропии. Он также провёл обширную работу по химическому равновесию и равновесию между фазами.

Работа американского физика-математика Дж. Уилларда Гиббса по приложениям термодинамики сыграла важную роль в превращении физической химии в строгую дедуктивную науку. В период с 1876 по 1878 год Гиббс работал над принципами термодинамики, применяя их к сложным процессам, связанным с химическими реакциями. Он открыл концепцию химического потенциала или «топлива», которое заставляет химические реакции работать. В 1876 году он опубликовал свой самый известный труд « О равновесии гетерогенных веществ », сборник своих работ по термодинамике и физической химии, в котором изложена концепция свободной энергии для объяснения физических основ химического равновесия. [91] В этих эссе было заложено начало теории Гиббса о фазах материи: он считал каждое состояние материи фазой, а каждое вещество — компонентом. Гиббс взял все переменные, участвующие в химической реакции – температуру, давление, энергию, объем и энтропию – и включил их в одно простое уравнение, известное как правило фаз Гиббса .

В этой статье был, пожалуй, его самый выдающийся вклад — введение концепции свободной энергии, которую теперь повсеместно называют свободной энергией Гиббса в его честь . Свободная энергия Гиббса связана с тенденцией физической или химической системы одновременно снижать свою энергию и увеличивать беспорядок или энтропию в спонтанном естественном процессе. Подход Гиббса позволяет исследователю рассчитать изменение свободной энергии в процессе, например, в химической реакции, и насколько быстро это произойдет. Поскольку практически все химические процессы и многие физические процессы включают такие изменения, его работа существенно повлияла как на теоретические, так и на экспериментальные аспекты этих наук. В 1877 году Людвиг Больцман установил статистические выводы многих важных физических и химических понятий, включая энтропию и распределение скоростей молекул в газовой фазе. [92] Вместе с Больцманом и Джеймсом Клерком Максвеллом Гиббс создал новую ветвь теоретической физики, названную статистической механикой (термин, который он придумал), объясняя законы термодинамики как следствия статистических свойств больших ансамблей частиц. Гиббс также работал над применением уравнений Максвелла к задачам физической оптики. Вывод Гиббсом феноменологических законов термодинамики из статистических свойств систем со многими частицами был представлен в его весьма влиятельном учебнике « Элементарные принципы статистической механики» , опубликованном в 1902 году, за год до его смерти. В этой работе Гиббс рассмотрел взаимосвязь между законами термодинамики и статистической теорией молекулярного движения. Выход за пределы исходной функции частичными суммами рядов Фурье в точках разрыва известен как феномен Гиббса .

Конец 19 века

[ редактировать ]

Карл фон Линде и современный химический процесс

[ редактировать ]
Карл фон Линде , отец промышленной газовой промышленности и современного холодильного оборудования. [93]

немецким инженером Карлом фон Линде Изобретение непрерывного процесса сжижения газов в больших количествах легло в основу современной технологии охлаждения и дало стимул и средства для проведения научных исследований при низких температурах и очень высоком вакууме. Он разработал холодильник с диметиловым эфиром (1874 г.) и холодильник с аммиаком (1876 г.). Хотя другие холодильные установки были разработаны ранее, Linde были первыми, которые были спроектированы с целью точного расчета эффективности. В 1895 году он основал крупный завод по производству жидкого воздуха. Шесть лет спустя он разработал метод отделения чистого жидкого кислорода от жидкого воздуха, что привело к широкому промышленному переходу на процессы, использующие кислород (например, при производстве стали ). Он основал Linde plc, крупнейшую в мире компанию по производству промышленных газов по доле рынка и доходам.

В 1883 году Сванте Аррениус разработал ионную теорию, объясняющую проводимость электролитов . [94] В 1884 году Якобус Хенрикус ван 'т Хофф опубликовал Etudes de Dynamique chimique (Исследования по динамической химии), плодотворное исследование по химической кинетике . [95] В этой работе Ван 'т-Гофф впервые вошел в область физической химии. Большое значение имела разработка им общей термодинамической связи между теплотой превращения и смещением равновесия в результате изменения температуры. При постоянном объеме равновесие в системе будет иметь тенденцию смещаться в таком направлении, чтобы противодействовать изменению температуры, которое воздействует на систему. Таким образом, понижение температуры приводит к выделению тепла, а повышение температуры приводит к поглощению тепла. Этот принцип мобильного равновесия впоследствии (1885 г.) был облечен в общую форму Анри Луи Ле Шателье , который расширил этот принцип, включив в него компенсацию за счет изменения объема вызванных изменений давления. Принцип Ван'т-Гоффа-Ле Шателье, или просто принцип Ле Шателье , объясняет реакцию динамического химического равновесия на внешние стрессы. [96]

В 1884 году Герман Эмиль Фишер предложил структуру пурина , ключевой структуры во многих биомолекулах, которую он позже синтезировал в 1898 году. Он также начал работы по химии глюкозы и родственных ей сахаров . [97] В 1885 году Ойген Гольдштейн назвал катодный луч , который, как позже выяснилось, состоит из электронов, и канальный луч , который, как позже выяснилось, представляет собой положительные ионы водорода, лишенные своих электронов в электронно-лучевой трубке ; позже они будут названы протонами . [98] В 1885 году также была опубликована книга Дж. Х. ван 'т Хоффа « L'Equilibre chimique dans les Systèmes Gazeux ou Dissous à I'État Dilué» («Химическое равновесие в газообразных системах или сильно разбавленных растворах»), в которой рассматривалась теория разбавленных растворов. Здесь он показал, что « осмотическое давление » в достаточно разбавленных растворах пропорционально концентрации и абсолютной температуре, так что это давление можно представить формулой, которая отклоняется от формулы для давления газа лишь на коэффициент i . Он также определил значение i различными методами, например, с помощью давления пара и результатов Франсуа-Мари Рауля о понижении температуры замерзания. Таким образом Ван'т-Гоффу удалось доказать, что законы термодинамики справедливы не только для газов, но и для разбавленных растворов. Его законы давления, получившие общую обоснованность благодаря теории электролитической диссоциации Аррениуса (1884–1887) — первого иностранца, приехавшего работать с ним в Амстердам (1888), — считаются наиболее полными и важными в области естественных наук. В 1893 году Альфред Вернер открыл октаэдрическую структуру комплексов кобальта, положив начало области координационной химии . [99]

Открытие Рамзаем благородных газов

[ редактировать ]

Самые знаменитые открытия шотландского химика Уильяма Рамзи были сделаны в области неорганической химии. Рамзи был заинтригован открытием британского физика Джона Стрэтта, третьего барона Рэлея в 1892 году, что атомный вес азота , содержащегося в химических соединениях, ниже, чем атомный вес азота, обнаруженного в атмосфере. Это несоответствие он приписывал легкому газу, входящему в состав химических соединений азота, тогда как Рамзай подозревал в атмосферном азоте наличие до сих пор неоткрытого тяжелого газа. Используя два разных метода для удаления всех известных газов из воздуха, Рамзи и лорд Рэлей смогли объявить в 1894 году, что они обнаружили одноатомный, химически инертный газообразный элемент, составляющий почти 1 процент атмосферы; они назвали его аргоном .

Джей Джей Томсон

В следующем году Рамзи выделил еще один инертный газ из минерала под названием клевеит ; это оказался гелий , ранее известный только в солнечном спектре. В своей книге «Газы атмосферы » (1896 г.) Рамзай показал, что положения гелия и аргона в периодической таблице элементов указывают на то, что могут существовать по крайней мере еще три благородных газа. В 1898 году Рамзи и британский химик Моррис Трэверс выделили эти элементы, называемые неон , криптон и ксенон , из воздуха и перевели их в жидкое состояние при низкой температуре и высоком давлении. Сэр Уильям Рамзи работал с Фредериком Содди , чтобы продемонстрировать в 1903 году, что альфа-частицы (ядра гелия) постоянно образуются во время радиоактивного распада образца радия. Рамзи был удостоен Нобелевской премии по химии 1904 года в знак признания «за заслуги в открытии инертных газообразных элементов в воздухе и определении их места в периодической системе».

В 1897 году Дж. Дж. Томсон открыл электрон с помощью электронно-лучевой трубки . В 1898 году Вильгельм Вин продемонстрировал, что канальные лучи (потоки положительных ионов) могут отклоняться магнитными полями и что величина отклонения пропорциональна отношению массы к заряду . Это открытие привело в 1912 году к аналитической методике, известной как масс-спектрометрия . [100]

Мария и Пьер Кюри

[ редактировать ]
Мария Кюри , пионер в области радиоактивности и первый дважды нобелевский лауреат (и до сих пор единственный в двух разных науках)

Мария Склодовская-Кюри — французский физик и химик польского происхождения, известная своими новаторскими исследованиями радиоактивности . Считается, что она и ее муж своими исследованиями радиоактивности заложили краеугольный камень ядерного века. Мари была очарована работами Анри Беккереля , французского физика, открывшего в 1896 году, что уран испускает лучи, подобные рентгеновским лучам, открытым Вильгельмом Рентгеном . Мария Кюри начала изучать уран в конце 1897 года и, согласно статье, которую она написала для журнала Century в 1904 году, выдвинула теорию , «что испускание лучей соединениями урана является свойством самого металла — что это атомное свойство элемента. уран независимо от его химического или физического состояния». Кюри пошла еще дальше в работе Беккереля, проведя собственные эксперименты с урановыми лучами. Она обнаружила, что лучи остаются постоянными, независимо от состояния и формы урана. Лучи, предположила она, исходят из атомной структуры элемента. Эта революционная идея создала область атомная физика и Кюри придумали слово радиоактивность для описания этого явления.

Пьер Кюри , известный своими работами по радиоактивности, а также по ферромагнетизму , парамагнетизму и диамагнетизму ; особенно закон Кюри и точка Кюри

Пьер и Мари дополнительно исследовали радиоактивность, работая над разделением веществ в урановых рудах, а затем используя электрометр для измерения радиации, чтобы «отследить» мельчайшие количества неизвестного радиоактивного элемента среди образовавшихся фракций. Работая с минералом настуран , пара обнаружила новый радиоактивный элемент в 1898 году. Они назвали элемент полоний в честь родной страны Мари, Польши. 21 декабря 1898 года супруги Кюри обнаружили в настуране еще один радиоактивный материал. 26 декабря они представили это открытие Французской академии наук , предложив назвать новый элемент радием . Затем семья Кюри приступила к выделению полония и радия из природных соединений, чтобы доказать, что они являются новыми элементами. В 1902 году Кюри объявили, что получили дециграмм чистого радия, доказав его существование как уникального химического элемента. Хотя им потребовалось три года, чтобы выделить радий, им так и не удалось выделить полоний. Наряду с открытием двух новых элементов и разработкой методов выделения радиоактивных изотопов Кюри руководил первыми в мире исследованиями по лечению радиоактивных изотопов. новообразования с использованием радиоактивных изотопов. Вместе с Анри Беккерелем и ее мужем Пьером Кюри она была удостоена Нобелевской премии по физике 1903 года . Она была единственным лауреатом Нобелевской премии по химии 1911 года . Она была первой женщиной, получившей Нобелевскую премию, и единственной женщиной, получившей эту награду в двух разных областях.

Работая вместе с Мари над извлечением чистых веществ из руд — предприятием, которое действительно требовало промышленных ресурсов, но достигалось в относительно примитивных условиях, — сам Пьер сосредоточился на физическом изучении (включая световые и химические эффекты) новых излучений. Воздействуя магнитными полями на лучи, испускаемые радием, он доказал существование электрически положительных, отрицательных и нейтральных частиц; их Эрнест Резерфорд впоследствии назвал альфа-, бета- и гамма-лучами. Затем Пьер изучил эти излучения с помощью калориметрии , а также наблюдал физиологические эффекты радия, открыв тем самым путь к радиевой терапии. Среди открытий Пьера Кюри было то, что ферромагнитные вещества демонстрируют критический температурный переход, выше которого вещества теряют свое ферромагнитное поведение – это известно как « точка Кюри ». Он был избран членом Академии наук (1905 г.), получив в 1903 г. вместе с Мари получение престижной медали Дэви Королевского общества и совместно с ней и Беккерелем Нобелевскую премию по физике. Его сбила карета в на улице Дофин в Париже в 1906 году и мгновенно умер. Полное собрание его сочинений было опубликовано в 1908 году.

Эрнест Резерфорд

[ редактировать ]
Эрнест Резерфорд , первооткрыватель ядра и считающийся отцом ядерной физики.

Родившийся в Новой Зеландии химик и физик Эрнест Резерфорд считается «отцом ядерной физики ». Резерфорд наиболее известен тем, что придумал названия альфа , бета и гамма для классификации различных форм радиоактивных «лучей», которые были плохо изучены в его время (альфа- и бета-лучи — это пучки частиц, а гамма-лучи — это форма высокоэнергетических электромагнитных лучей). радиация ). Резерфорд отклонил альфа-лучи с помощью электрического и магнитного полей в 1903 году. Работая с Фредериком Содди , Резерфорд объяснил, что радиоактивность возникает в результате трансмутации элементов, которые, как теперь известно, включают ядерные реакции .

Вверху: предсказанные результаты на основе принятой тогда модели атома сливового пудинга. Внизу: наблюдаемые результаты. Резерфорд опроверг модель сливового пудинга и пришел к выводу, что положительный заряд атома должен быть сконцентрирован в небольшом центральном ядре.

Он также заметил, что интенсивность радиоактивности радиоактивного элемента уменьшается в течение уникального и регулярного промежутка времени до точки стабильности, и назвал время сокращения вдвое «периодом полураспада ». В 1901 и 1902 годах он работал с Фредериком Содди, чтобы доказать, что атомы одного радиоактивного элемента могут самопроизвольно превращаться в другой, выбрасывая часть атома с высокой скоростью. В 1906 году в Манчестерском университете Резерфорд руководил экспериментом, проведенным его студентами Гансом Гейгером (известным благодаря счетчику Гейгера ) и Эрнестом Марсденом . В эксперименте Гейгера-Марсдена пучок альфа-частиц, генерируемый радиоактивным распадом радона , был направлен нормально на лист очень тонкой золотой фольги в вакуумированной камере. Согласно преобладающей модели сливового пудинга , все альфа-частицы должны были пройти через фольгу и попасть на экран детектора или отклониться максимум на несколько градусов.

Однако фактические результаты удивили Резерфорда. Хотя многие альфа-частицы прошли, как и ожидалось, многие другие были отклонены под небольшими углами, а другие отразились обратно к источнику альфа-излучения. Они заметили, что очень небольшой процент частиц отклонялся на углы, намного превышающие 90 градусов. Эксперимент с золотой фольгой показал большие отклонения для небольшой доли падающих частиц. Резерфорд понял, что, поскольку некоторые альфа-частицы были отклонены или отражены, атом имел концентрированный центр положительного заряда и относительно большой массы – Резерфорд позже назвал этот положительный центр « атомным ядром ». Альфа-частицы либо попали непосредственно в положительный центр, либо прошли мимо него достаточно близко, чтобы на них воздействовал его положительный заряд. Поскольку многие другие частицы прошли через золотую фольгу, положительный центр должен был бы быть относительно небольшого размера по сравнению с остальной частью атома – это означает, что атом в основном представляет собой открытое пространство. На основе своих результатов Резерфорд разработал модель атома, аналогичную солнечной системе, известную как Модель Резерфорда . Как и планеты, электроны вращались вокруг центрального ядра, подобного солнцу. За свои работы с излучением и атомным ядром Резерфорд получил Нобелевскую премию по химии 1908 года.

Первая Сольвеевская конференция состоялась в Брюсселе в 1911 году и считалась поворотным моментом в мире физики и химии.

В 1903 году Михаил Цвет изобрел хроматографию — важный аналитический метод. В 1904 году Хантаро Нагаока предложил раннюю ядерную модель атома, в которой электроны вращаются вокруг плотного массивного ядра. В 1905 году Фриц Хабер и Карл Бош разработали процесс Габера для получения аммиака , что стало важной вехой в промышленной химии и имело глубокие последствия для сельского хозяйства. Процесс Габера, или процесс Хабера-Боша, объединял азот и водород с образованием аммиака в промышленных количествах для производства удобрений и боеприпасов. Производство продуктов питания для половины нынешнего населения мира зависит от этого метода производства удобрений. Габер вместе с Максом Борном предложил цикл Борна-Габера как метод оценки энергии решетки ионного твердого тела. Габера также называют «отцом химической войны » за его работу по разработке и использованию хлора и других ядовитых газов во время Первой мировой войны.

Роберт А. Милликен , наиболее известный благодаря измерению заряда электрона, получил Нобелевскую премию по физике в 1923 году.

В 1905 году Альберт Эйнштейн объяснил броуновское движение таким образом, что окончательно доказала теорию атома. Лео Бэкеланд изобрел бакелит , один из первых коммерчески успешных пластиков. В 1909 году американский физик Роберт Эндрюс Милликен , который учился в Европе у Вальтера Нернста и Макса Планка , с беспрецедентной точностью измерил заряд отдельных электронов в эксперименте с каплей масла , в котором он измерил электрические заряды крошечной падающей воды (а позже масло) капельки. Его исследование установило, что электрический заряд любой конкретной капли кратен определенной фундаментальной величине — заряду электрона — и, таким образом, является подтверждением того, что все электроны имеют одинаковый заряд и массу. Начиная с 1912 года, он провел несколько лет, исследуя и, наконец, доказывая предложенную Альбертом Эйнштейном линейную зависимость между энергией и частотой, а также обеспечив первое прямое фотоэлектрическое подтверждение постоянной Планка . В 1923 году Милликен был удостоен Нобелевской премии по физике.

В 1909 году компания SPL Sørensen изобрела концепцию pH и разработала методы измерения кислотности. В 1911 году Антониус Ван ден Брук выдвинул идею о том, что элементы таблицы Менделеева более правильно организованы по положительному заряду ядра, а не по атомному весу. В 1911 году в Брюсселе прошла первая Сольвеевская конференция , собравшая большинство самых выдающихся ученых того времени. В 1912 году Уильям Генри Брэгг и Уильям Лоуренс Брэгг предложили закон Брэгга и основали область рентгеновской кристаллографии — важного инструмента для выяснения кристаллической структуры веществ. В 1912 году Питер Дебай использовал концепцию молекулярного диполя для описания асимметричного распределения заряда в некоторых молекулах.

Отто Хан

[ редактировать ]
Отто Хан , отец ядерного деления и ядерной химии

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 ядерной цепной реакции . Хан получил Нобелевскую премию по химии За эти открытия 1944 года. Ядерное деление было основой ядерных реакторов и ядерного оружия .

Нильс Бор

[ редактировать ]
Нильс Бор , разработчик модели Бора атома и ведущий основатель квантовой механики.

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 .

Лестница Мозли

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

[ редактировать ]

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

[ редактировать ]
Квантовая механика в 1920-е годы
Слева направо, верхний ряд: Луи де Бройль (1892–1987) и Вольфганг Паули (1900–1958); второй ряд: Эрвин Шредингер (1887–1961) и Вернер Гейзенберг (1901–1976).

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.

Шрёдингера Уравнение

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, известным сейчас как уравнение Шредингера . Решения уравнения Шрёдингера, 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 Шредингера 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

[ редактировать ]

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 [101] 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 : [102]

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 . [103] 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

[ редактировать ]

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 ]

Схематическое изображение некоторых ключевых структурных особенностей ДНК.

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 . [104] Это открытие привело к взрывному росту исследований в области 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

[ редактировать ]
Бакминстерфуллерен, C 60

В 1970 году Джон Попл разработал программу Гаусса, значительно упрощающую вычислительные химические расчеты. [105] В 1971 году Ив Шовен предложил объяснение механизма реакций метатезиса олефинов . [106] В 1975 году Карл Барри Шарплесс и его группа открыли стереоселективного окисления реакции , включая эпоксидирование Шарплесса . [107] [108] Асимметричное дигидроксилирование Шарплесса . [109] [110] [111] и оксиаминирование Шарплесса . [112] [113] [114] 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 . [115] 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 . [116] В 1994 году К.С. Николау со своей группой. [117] [118] и Роберт А. Холтон и его группа осуществили первый полный синтез таксола . [119] [120] [121] В 1995 году Эрик Корнелл и Карл Виман создали первый конденсат Бозе-Эйнштейна — вещество, проявляющее квантово-механические свойства в макроскопическом масштабе. [122]

Математика и химия

[ редактировать ]

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. [123] Некоторые даже выразили нежелание использовать математику в химии. Например, философ Огюст Конт писал в 1830 году:

Любую попытку использовать 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

[ редактировать ]

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

[ редактировать ]

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

[ редактировать ]

Истории и сроки

[ редактировать ]

Известные химики

[ редактировать ]

перечислены в хронологическом порядке:

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Избранные классические статьи по истории химии.
  2. ^ «ИСТОКИ СТЕКЛЯННОГО ПРОИЗВОДСТВА» . Корнингский музей стекла . Декабрь 2011.
  3. ^ 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 .
  4. ^ Корбин, Зои (13 октября 2011 г.). «Древняя охряная лаборатория африканской пещеры» . Новости природы . дои : 10.1038/news.2011.590 . Проверено 4 октября 2018 г.
  5. ^ «История золота» . Золотой дайджест . Проверено 4 февраля 2007 г.
  6. ^ 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 .
  7. ^ 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.
  8. ^ Перейти обратно: а б В. Келлер (1963) Библия как история , с. 156 ISBN   0-340-00312-X
  9. ^ 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 .
  10. ^ 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 .
  11. Неолитическая барвинка была металлургической культурой. Архивировано 19 сентября 2017 г. на Stonepages Wayback Machine из источников новостей, ноябрь 2007 г.
  12. 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 обезболивающих 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».

  13. ^ Б.В. Андерсон (1975) Живой мир Ветхого Завета , с. 154, ISBN   0-582-48598-3
  14. ^ RF Tylecote (1992) История металлургии ISBN   0-901462-88-8
  15. ^ 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 .
  16. ^ Уилл Дюрант (1935), Наше восточное наследие :

    «Две системы индуистской мысли выдвигают физические теории, поразительно похожие на те, что были в Греции . Канада , основатель философии вайшешики , считал, что мир состоит из атомов, столь же многочисленных по природе, как и различных элементов. Джайны более приближались к Демокриту своим учением. что все атомы были одного и того же вида, производя различные эффекты различными способами сочетания, Канада полагал, что свет и тепло являются разновидностями одного и того же вещества; 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».

  17. ^ Симпсон, Дэвид (29 июня 2005 г.). «Лукреций (ок. 99 – ок. 55 до н. э.)» . Интернет-история философии . Проверено 9 января 2007 г.
  18. ^ Лукреций. «de Rerum Natura (О природе вещей)» . Архив интернет-классики . Массачусетский технологический институт . Проверено 9 января 2007 г.
  19. ^ Холмьярд, Э.Дж. (1957). Алхимия . Нью-Йорк: Дувр, 1990. стр. 48, 49.
  20. ^ Стэнтон Дж. Линден. Читатель алхимии: от Гермеса Трисмегиста до Исаака Ньютона Издательство Кембриджского университета. 2003. стр.44
  21. ^ Норрис, Джон А. (2006). «Теория металлогенеза с выделением минералов в досовременной науке о минералах». Амбикс . 53 : 43–65. дои : 10.1179/174582306X93183 . S2CID   97109455 .
  22. ^ Клули, Николас Х. (1988). Естественная философия Джона Ди . Рутледж. п. 97. ИСБН  978-0-415-00625-5 .
  23. ^ Стратерн, 2000. Страница 79.
  24. ^ Холмьярд, Э.Дж. (1957). Алхимия . Нью-Йорк: Дувр, 1990. стр. 15, 16.
  25. ^ Уильям Ройалл Ньюман. Атомы и алхимия: химия и экспериментальные истоки научной революции. Издательство Чикагского университета, 2006. стр.xi.
  26. ^ История древней химии. Архивировано 4 марта 2015 г. в Wayback Machine.
  27. ^ 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.
  28. ^ 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 .
  29. ^ 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 Й. 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 ).
  30. ^ 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 .
  31. ^ Роберт Бриффо (1938). Создание человечества , стр. 196–197.
  32. ^ Брок, Уильям Х. (1992). Фонтана История химии . Лондон, Англия: Fontana Press. стр. 32–33 . ISBN  978-0-00-686173-7 .
  33. ^ Брок, Уильям Х. (1992). Фонтана История химии . Лондон, Англия: Fontana Press. ISBN  978-0-00-686173-7 .
  34. ^ 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.
  35. ^ Карл Альфред фон Циттель (1901) История геологии и палеонтологии , с. 15
  36. ^ «Георгиус Агрикола» . Калифорнийский университет — Музей палеонтологии . Проверено 4 апреля 2019 г.
  37. ^ Рафферти, Джон П. (2012). геологические науки; Геология: формы рельефа, минералы и горные породы . Нью-Йорк: Образовательное издательство Britannica, стр. 10. ISBN   9781615305445
  38. ^ 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.
  39. ^ Кросланд, член парламента (1959). «Использование диаграмм в качестве химических «уравнений» в лекциях Уильяма Каллена и Джозефа Блэка ». Анналы науки , Том 15, № 2, июнь
  40. ^ «Роберт Бойл» . Архивировано из оригинала 3 декабря 2013 г. Проверено 4 ноября 2008 г.
  41. ^ 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 )
  42. ^ Левин, Ира. Н (1978). «Физическая химия» Бруклинского университета: МакГроу-Хилл
  43. ^ Левин, Ира. Н. (1978), с.12 дает оригинальное определение.
  44. ^ 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 .
  45. ^ 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 .
  46. ^ Семейная книга скандинавских стран - Кронштедт : « ден современной минералогии и основатель геогнозии » = « основатель современной минералогии и геогнозии »
  47. ^ 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.
  48. ^ Сейферт, Дитмар (2001). «Дымящая мышьяковая жидкость кадета и какодильные соединения Бунзена» . Металлоорганические соединения . 20 (8): 1488–1498. дои : 10.1021/om0101947 .
  49. ^ Партингтон, младший (1989). Краткая история химии . Dover Publications, Inc. ISBN  978-0-486-65977-0 .
  50. ^ «Карл Вильгельм Шееле | Энциклопедия.com» . www.энциклопедия.com .
  51. ^ 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» .
  52. ^ «Джозеф Пристли». Химические достижения: человеческое лицо химических наук . Фонд химического наследия. 2005. стр. 5–6. ISBN  9780941901123 .
  53. ^ «Карл Вильгельм Шееле» . История газохимии . Центр микрохимии газа, Университет Крейтона. 11 сентября 2005 г. Проверено 23 февраля 2007 г.
  54. ^ Сондерс, Найджел (2004). Вольфрам и элементы групп 3–7 (таблица Менделеева) . Чикаго: Библиотека Хайнемана. ISBN  978-1-4034-3518-7 .
  55. ^ «Информационный бюллетень ITIA» (PDF) . Международная ассоциация вольфрамовой промышленности. Июнь 2005 г. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 г. Проверено 18 июня 2008 г.
  56. ^ «Информационный бюллетень ITIA» (PDF) . Международная ассоциация вольфрамовой промышленности. Декабрь 2005 г. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 г. . Проверено 18 июня 2008 г.
  57. ^ Моттелей, Поль Флери (2008). Библиографическая история электричества и магнетизма (переиздание изд. 1892 г.). Читайте книги. п. 247. ИСБН  978-1-4437-2844-7 .
  58. ^ «Биография изобретателя Алессандро Вольта» . Отличный искатель идей . 2005 . Проверено 23 февраля 2007 г.
  59. ^ Лавуазье, Антуан (1743–1794) - из «Мира научной биографии» Эрика Вайсштейна , ScienceWorld
  60. ^ «Известные учёные — Мари-Анн Лавуазье» . Архивировано из оригинала 17 апреля 2015 г. Проверено 15 апреля 2015 г.
  61. ^ 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 .
  62. ^ Боуден, Мэри Эллен (2005). «Джон Далтон». Химические достижения: человеческое лицо химических наук . Фонд химического наследия. ISBN  978-0-941901-12-3 .
  63. ^ «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.
  64. ^ Энхаг, П. (2004). «11. Натрий и калий». Энциклопедия стихий . Wiley-VCH Вайнхайм. ISBN  978-3-527-30666-4 .
  65. ^ Дэви, Хамфри (1808). «О некоторых новых явлениях химических изменений, производимых электричеством, в частности о разложении фиксированных щелочей и проявлении новых веществ, составляющих их основы» . Философские труды Лондонского королевского общества . 98 : 1–45. дои : 10.1098/rstl.1808.0001 .
  66. ^ 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 .
  67. ^ Роберт Э. Кребс (2006). История и использование химических элементов нашей Земли: Справочник . Издательская группа Гринвуд. п. 80. ИСБН  978-0-313-33438-2 .
  68. ^ 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 .
  69. ^ 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 великой 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.)
  70. ^ Дж. Далтон (1802) «Очерк IV. О расширении упругих жидкостей при нагревании», Мемуары Литературно-философского общества Манчестера , том. 5, пт. 2, страницы 595–602.
  71. ^ «Жозеф-Луи Гей-Люссак — Химическая энциклопедия — газ, число» .
  72. ^ 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.
  73. ^ 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.
  74. ^ Перейти обратно: а б Гей-Люссак, Ж. (1813). «О новой кислоте, образовавшейся из вещества, открытого М. Куртуа» . Анналы химии . 88 :311.
  75. ^ Гей-Люссак, Ж. (1813). «О соединении йода с кислородом» . Анналы химии . 88 :319.
  76. ^ Гей-Люссак, Ж. (1814). «Память на йоде» . Анналы химии . 91 :5.
  77. ^ Дэви, Х. (1813). «О новом веществе, открытом М. Куртуа в варекской соли» . Анналы химии . 88 :322.
  78. ^ 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 .
  79. ^ Дэвид Найт, «Дэви, сэр Хамфри, баронет (1778–1829)», Оксфордский национальный биографический словарь , Oxford University Press , 2004, по состоянию на 6 апреля 2008 г.
  80. ^ Кин, Робин (2005). Баттнер, Йоханнес (ред.). Жизнь и творчество Фридриха Вёлера (1800–1882) (PDF) . Бауц.
  81. ^ https://www.mayoclinicproceedings.org/article/S0025-6196(11)62112-5/fulltext .
  82. ^ Лондонское королевское общество (1 января 1875 г.). «Некролог умерших товарищей» . Труды Лондонского королевского общества . 24 : xxvii–xxxvii . Проверено 5 ноября 2014 г.
  83. ^ Перейти обратно: а б «В. Марковников» . natsci.parkland.edu . Проверено 29 ноября 2022 г.
  84. ^ 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 .
  85. ^ 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 .
  86. ^ «История хиральности» . Корпорация Стено. 2006. Архивировано из оригинала 7 марта 2007 г. Проверено 12 марта 2007 г.
  87. ^ «Закон Ламберта-Бера» . Сигрист-Фотометр АГ. 07.03.2007 . Проверено 12 марта 2007 г.
  88. ^ «Бенджамин Силлиман-младший (1816–1885)» . История изображения . ООО «Картинка История». 2003. Архивировано из оригинала 7 июля 2007 г. Проверено 24 марта 2007 г.
  89. ^ Мур, Ф.Дж. (1931). История химии . МакГроу-Хилл. стр. 182–1184 . ISBN  978-0-07-148855-6 . (2-е издание)
  90. ^ «Якобус Хенрикус вант Хофф». Химические достижения: человеческое лицо химических наук . Фонд химического наследия. 2005. {{cite web}}: Отсутствует или пусто |url= ( помощь )
  91. ^ 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.
  92. ^ Вайсштейн, Эрик В. (1996). «Больцман, Людвиг (1844–1906)» . Мир научной биографии Эрика Вайсштейна . Исследовательские продукты Вольфрама . Проверено 24 марта 2007 г.
  93. ^ «Карл фон Линде» .
  94. ^ «Сванте Август Аррениус». Химические достижения: человеческое лицо химических наук . Фонд химического наследия. 2005. {{cite web}}: Отсутствует или пусто |url= ( помощь )
  95. ^ «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.
  96. ^ Анри Луи Ле Шателье . Томсон Гейл. 2005 . Проверено 24 марта 2007 г. {{cite book}}: |work= игнорируется ( помогите )
  97. ^ «Эмиль Фишер: Нобелевская премия по химии 1902 года» . Нобелевские лекции по химии 1901–1921 гг . Издательство Эльзевир. 1966 год . Проверено 28 февраля 2007 г.
  98. ^ «История химии» . Интенсивная общая химия . Программа бакалавриата химического факультета Колумбийского университета . Проверено 24 марта 2007 г.
  99. ^ «Альфред Вернер: Нобелевская премия по химии 1913 года» . Нобелевские лекции по химии 1901–1921 гг . Издательство Эльзевир. 1966 год . Проверено 24 марта 2007 г.
  100. ^ «Альфред Вернер: Нобелевская премия по физике 1911 года» . Нобелевские лекции по физике 1901–1921 гг . Издательство Эльзевир. 1967 год . Проверено 24 марта 2007 г.
  101. ^ В. Хейтлер и Ф. Лондон , Взаимодействие нейтральных атомов и гомеополярная связь согласно квантовой механике , Z. Physik, 44, 455 (1927).
  102. ^ ПАМ Дирак , Квантовая механика многоэлектронных систем , Proc. Р. Сок. Лондон, А 123, 714 (1929).
  103. ^ CCJ Рутан , Исследование двухцентровых интегралов, полезных для расчетов молекулярной структуры , J. Chem. Phys., 19, 1445 (1951).
  104. ^ Уотсон Дж. и Крик Ф., «Молекулярная структура нуклеиновых кислот» Nature, 25 апреля 1953 г., стр. 737–8.
  105. ^ WJ Hehre, WA Lathan, R. Ditchfield, MD Newton и JA Pople, Gaussian 70 (Обмен программой квантовой химии, программа № 237, 1970).
  106. ^ 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 .
  107. ^ Кацуки, Цутому (1980). «Первый практический метод асимметричного эпоксидирования». Журнал Американского химического общества . 102 (18): 5974–5976. дои : 10.1021/ja00538a077 .
  108. ^ Хилл, Дж.Г.; Шарплесс, КБ ; Экзон, СМ; Реженье, Р. Орг. Синтез. , Колл. Том. 7, с.461 (1990); Том. 63, с.66 (1985). ( Статья )
  109. ^ Якобсен, Эрик Н. (1988). «Асимметричное дигидроксилирование посредством катализа, ускоренного лигандами». Журнал Американского химического общества . 110 (6): 1968–1970. дои : 10.1021/ja00214a053 .
  110. ^ Колб, Хартмут К. (1994). «Каталитическое асимметрическое дигидроксилирование». Химические обзоры . 94 (8): 2483–2547. дои : 10.1021/cr00032a009 .
  111. ^ Гонсалес, Дж.; Ауригемма, К.; Трусдейл, L. Org. Синтез. , Колл. Том. 10, с.603 (2004); Том. 79, с.93 (2002). Статья
  112. ^ Шарплесс, К. Барри (1975). «Новая реакция. Стереоспецифическое вицинальное оксиаминирование олефинов алкилимидоосмийными соединениями». Журнал Американского химического общества . 97 (8): 2305–2307. дои : 10.1021/ja00841a071 .
  113. ^ Херранц, Эухенио (1978). «Катализируемое осмием вицинальное оксиаминирование олефинов N-хлор-N-аргентокарбаматами». Журнал Американского химического общества . 100 (11): 3596–3598. дои : 10.1021/ja00479a051 .
  114. ^ Херранц, Э.; Шарплесс, КБ Орг. Синтез. , Колл. Том. 7, с.375 (1990); Том. 61, с.85 (1983). Статья
  115. ^ «Нобелевская премия по химии 1996 года» . Нобелевская премия.org . Нобелевский фонд . Проверено 28 февраля 2007 г.
  116. ^ «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.
  117. ^ 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 .
  118. ^ Блейксли, Сандра (15 февраля 1994 г.). «Гонка за синтез молекулы лекарства от рака имеет фотофиниш» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 22 августа 2013 г.
  119. ^ 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
  120. ^ 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
  121. ^ 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
  122. ^ «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.
  123. ^ Блиндер, С.М.; Хаус, Джеймс Э. (2018). Математическая физика в теоретической химии . Эльзевир. стр. XIII. ISBN  978-0-12-813701-7 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Документальные фильмы
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: cd005584cacb4305d7b1f59eb6b790db__1721848020
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/cd/db/cd005584cacb4305d7b1f59eb6b790db.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
History of chemistry - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)