Наука о веществах и их превращениях зародилась в Египте – технически наиболее передовой стране древнего мира.

Египет

Египетские жрецы были первыми химиками. Они владели многими до сих пор неразгаданными химическими секретами. Например, приемами бальзамирования тел умерших фараонов и знати, а также получением некоторых красок. Такие отрасли производства, как гончарное производство, стеклоделие, крашение, парфюмерия, достигли в Египте значительного развития еще задолго до нашей эры. Химия считалась «божественной» наукой, находилась целиком в руках жрецов и тщательно скрывалась ими от всех непосвященных. Однако, некоторые сведения все же проникали за пределы Египта. Известно, что в библиотеке египетского города Александрии, одном из семи чудес света, хранились манускрипты с описанием процессов прокаливания, перегонки, фильтрования и т.п.

Греция

В истории химии древнее греческое государство также играет значительную роль. Греки многому научились у египтян, в тоже время, сами внесли значительный вклад в науку о веществах. Химические знания, непрерывно накапливаемые людьми, постепенно отделялись от религии и переходили в самостоятельную область человеческой деятельности. Одним из первых основоположников восприятия мира через познание был известный философ Аристотель, который предполагал, что все существующие предметы и вещества состоят только из четырёх фундаментальных элементов – воды, огня, земли и воздуха. Каждый из этих элементов характеризует собственное свойство: вода – влажность, земля – холод, огонь – тепло, воздух – сухость. Древнегреческий философ Демокрит предполагал, что вся существующая и окружающая нас материя состоит из мельчайших неделимых частиц Чрезвычайно продвинутыми в сфере науки и изобретательства были и древние китайцы, история Китая знает имена многих выдающихся учёных.

Китай

Одним из самых значительных ранних открытий в Китае можно считать изобретение фарфора. В начале II в. н.э. в Китае была изобретена бумага, которую изготавливали сначала из коры деревьев, пеньки, шелковой ваты и шелковых очесов, остававшихся от производства. Позднее на юге Китая для изготовления лучших сортов бумаги стали употреблять молодые побеги бамбука и тростника. Еще до нашей эры китайцы разработали способы получения сахара. Широкое распространение получили у них и красители, извлекаемые из растений. В Китае успешно развивалась лекарственная химия, были изобретены порох, тушь, лаки. Китайские земледельцы еще до нашей эры начали применять органические удобрения.

Химия в средние века

В течение тысячелетий происходило накопление химических знаний человека. Примерно в VII в. н.э. арабы переняли достояние и приемы работы египетских жрецов и обогатили человечество новыми знаниями. Арабы добавили к слову хеми приставку ал, и лидерство в изучении веществ, которое стало называться алхимией, перешло к арабам. Следует отметить, что на Руси алхимия распространения не имела, хотя труды алхимиков были известны, и даже переводились на церковнославянский язык. Алхимия – это средневековое искусство получения и переработки различных веществ для практических нужд В отличие от древнегреческих философов, которые лишь наблюдали мир, а объяснение строили на предположениях и размышлениях, алхимики действовали, экспериментировали, делая неожиданные открытия и совершенствуя методику эксперимента. Алхимики считали, что металлы – это вещества, состоящие из трех основных элементов:

• соли – как символа твёрдости и способности к растворимости;
• серы – как вещества, способного нагреваться и гореть при высоких температурах;
• ртути – как вещества, способного к испарению и обладающего блеском.

В связи с этим предполагалось, что, например, золото, являвшееся драгоценным металлом, тоже обладает точно такими же элементами, а значит и получить его можно из любого металла! Считалось, что получение золота из любого другого металла связано с действием философского камня, которые безуспешно и пытались найти алхимики.

Кроме того, они верили, что если выпить эликсир, приготовленный из философского камня, то приобретешь вечную молодость! Но ни философского камня, ни золота из других металлов алхимикам найти и получить не удалось.

И, тем не менее, их деятельность дала положительные результаты: от них нам достался большой опыт работы со многими веществами, изобретенные приборы и оборудование, ими были открыты некоторые химические элементы и изучены их свойства. В истории алхимии стоит назвать некоторые выдающиеся имена. Так, немецкий алхимик Хенниг Бранд, впервые получил фосфор, предположительно в 1669 году. Одержимый поисками философского камня и золота, он считал, что все вещества, окрашенные в золотистый цвет, содержат частицы золота. Для экспериментов Бранд воспользовался мочой. При ее выпаривании алхимик и получил белое вещество, похожее на воск, которое самовоспламенялось на воздухе – это был фосфор.

Французский алхимик Николас Фламель – личность весьма загадочная. По некоторым данным считается, что именно этому алхимику все же удалось получить философский камень и эликсир жизни. Сведения об этом человеке обрывочны, считается, что после получения философского камня алхимик скрылся. Сегодня известно, что старейшее здание в Париже, построенное еще в 1407 году, являлось когда-то домом Николаса Фламеля.

XV век – период в истории химии, ознаменованный применением алхимии для изготовления различных медицинских препаратов. Благодаря развитию точных наук, развитие химии всё более приобретало научный характер. Алхимия постепенно превращалась в химию. Химия постепенно отделялась от философии и уже, как наука, строилась на обобщениях и анализе отдельных наблюдаемых явлений.

Параце́льс (лат. Paracelsus, настоящее имя Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, 1493–1541) – знаменитый швейцарский алхимик, врач, философ, естествоиспытатель, натурфилософ эпохи Возрождения, один из основателей ятрохимии. Парацельс был великим реформатором медицинской науки и практики, он подверг критическому пересмотру идеи древней медицины, способствовал внедрению химических препаратов в медицину. Считается одним из основателей современной науки.

Можно полагать, что Парацельс погиб от систематического отравления ртутью. Он считал, что когда-то все металлы были ртутью, и провел сотни опытов, чтобы из ртути получить золото. В конце жизни он признал неудачу, сказав: «Из семени лука вырастет лук, а не роза, орех или салат». По одной из легенд, Парацельс открыл секрет вечной молодости и не умер, а живет среди нас. Могила Парацельса на кладбище святого Себастьяна в Зальцбурге стала местом паломничества. Существует предание, что здесь в 1831 г. остановилось продвижение эпидемии холеры. Считают, что рассказы о Парацельсе легли в основу легенды о докторе Фаусте. Постепенно уровень развития химии позволил создавать сообщества, которые имели научный подход к изучаемым явлениям, могли передавать и продолжать накапливать знания. Это были первые академии. Так, в 1560 году такая академия образовалась в Неаполе.

Через 100 лет подобная академия появилась в Лондоне Во второй половине XVII века ирландским учёным Робертом Бойлем предпринята попытка объяснения некоторых химических превращений на основании применения понятия «атом». Работы Бойля имели большое значение для становления химии как науки

В книге «Химик-скептик» он сформулировал основную задачу химии – исследование состава разных физических тел, поиск новых химических элементов. В книге содержалась обоснованная критика учения о трех началах (сере, ртути, соли) и четырех стихиях. Трактат был издан анонимно, но имя автора вскоре стало широко известно. Эта книга стала важным шагом на пути превращения алхимии в самостоятельную науку – химию.

Становление современной химии

Первым этапом существования химии как самостоятельной науки можно считать открытие закона сохранения массы (вторая половина XVIII века). Этот закон был впервые сформулирован французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье (1743−1794), который в процессе свое научной деятельности положил основы исследования вещества уже с научной точки зрения. Автор кислородной теории горения, один из авторов новой химической номенклатуры, он предложил первый перечень химических элементов и написал первый учебник «Элементарный курс химии».

Первой (хотя и затем отвергнутой) теорией научной химии была предложенная Георгом Шталем теория флогистона (XVIII в.) . Флогистонная теория была главным условием и движущей силой развития учения об элементах. Она способствовала полному освобождению химии от алхимии. Именно во время почти столетнего господства флогистонной теории завершилось начатое Бойлем превращение алхимии в химию. К концу XVIII в. в химии был накоплен большой объем экспериментальных данных, которые необходимо было систематизировать в рамках единой теории. Создателями такой теории стали французский химик Антуан Лоран Лавуазье и русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов. Они применяли точные измерения при изучении химических реакций. Это позволило опровергнуть теорию флогистона, выявить суть процессов горения и дыхания, сформулировать закон сохранения массы.

Блестящие успехи количественных методов исследования веществ привели к фундаментальным изменениям в химии. Английский химик Джон Дальтон (1766–1844) экспериментально подтвердил атомистическую теорию. Период количественных законов (атомно-молекулярной теории) продолжался с 1789 по 1860 г.

С первой половины XIX в. химия начала свое стремительное и триумфальное развитие. С увеличением объема знаний о веществах и их свойствах выделились ее отдельные области Несомненно, самым значительным открытием химии стало открытие важнейшего закона природы – Периодического Закона. Периодический Закон был открыт в феврале 1869 года русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым.

Сегодня Периодическая Система химических элементов Д.И. Менделеева висит на стене любого кабинета химии во всем мире! Именно Периодический Закон объединил химические знания в стройную и логическую систему. Д.И. Менделеев предсказал существование элементов, которые в то время были еще не открыты. Предсказанные Менделеевым элементы вскоре были открыты, что служило подтверждением великого открытия!

На современном этапе развития естественных наук (с XX в.) появились принципиально новые физические методы исследования. Это предоставило химикам невиданные прежде возможности для изучения веществ. В нынешнем, XXI веке, триумфальное шествие химии продолжается. Ее наивысшая цель – удовлетворять потребности каждого человека и всего общества.

Итог статьи:

• Родиной химии считается древний Египет
• В древнем мире существенный вклад в развитие химии внесли Египет, Китай, Греция
• До III в. н.э. длился доалхимический этап развития химии. Теоретические и практические знания о веществах развивались относительно независимо друг от друга. В течение алхимического периода (III – XVI вв.) зародилась экспериментальная химия, накопились знания о веществах
• Алхимия – средневековое искусство, основной целью которого была получение философского камня
• С XVII в. началось становление химии как науки. Современный этап развития химии берет начало в XX в. и длится до наших дней
• Сегодняшние успехи прикладной химии основаны на достижениях химической науки. Поэтому фундаментальные исследования – «знания ради знаний» – особо ценны для человечества

Химия – наука, изучающая состав, строение, свойства веществ, а также превращения этих веществ и законы, которым подчиняются эти превращения. XXIвек называют “веком химии”. Это связано с тем, что именно в последние годы развитие этой отрасли достигло пика в сравнении с предыдущими периодами.

Современная химия очень тесно связана со всеми отраслями народного хозяйства. Практически ни одна наука не обходится без достижений химии. Она все глубже проникает во все области как научной, так и хозяйственной деятельности. Если рассматривать взаимосвязь химии и других наук, можно выделить промежуточные (переходные) науки: физическая химия, геохимия, биохимия и множество других. Медицина, парфюмерия, металлургическая и топливная промышленность – это лишь малая часть отраслей, которые просто не смогут существовать без развития химии.

В данной работе представлены основные этапы развития химии как науки.

Человек использовал химические процессы, в результате которых образуются новые вещества, еще в доисторическую эпоху. Можно сказать, что человек выделился из животного мира тогда, когда провел первую химическую реакцию - зажег огонь, а далее начал применять его для приготовления пищи, в гончарном производстве, для обработки металлов.

В античную эпоху были известны в чистом виде семь металлов: медь, свинец, олово, железо, золото, серебро и ртуть, а в виде сплавов - ещё и мышьяк, цинк и висмут. Помимо металлургии, накопление практических знаний происходило и в других областях, таких как производство керамики и стекла, крашение тканей и дубление кож, изготовление лекарственных средств и косметики.

Попытки теоретического осмысления проблемы происхождения свойств вещества привели к формированию в античной греческой натурфилософии учения об элементах-стихиях. Наибольшее влияние на дальнейшее развитие науки оказали учения Эмпедокла, Платона и Аристотеля. Согласно этим концепциям все вещества образованы сочетанием четырёх первоначал: земли, воды, воздуха и огня. Сами элементы при этом способны к взаимопревращениям, поскольку каждый из них, согласно Аристотелю, представляет собой одно из состояний единой первоматерии - определённое сочетание качеств. Положение о возможности превращения одного элемента в другой стало позднее основой алхимической идеи о возможности взаимных превращений металлов (трансмутации). Практически одновременно с учением об элементах-стихиях в Греции возник и атомизм, основателями которого стали Левкипп и Демокрит.

Древнегреческие философы пытались понять и объяснить явления природы. Так, Аристотель выдвинул положение о том, что вещества, соединяясь, теряют свои индивидуальные качества, а новое вещество -это не смесь, а <тело>, обладающее новыми, лишь ему присущими качествами.

Приблизительно в 300 г. н.э. египтянин Зосима составил 28-томную энциклопедию, которая охватывала все знания по химии как искусству взаимных превращений веществ, собранные за предшествовавшие 500-600 лет, и пользовалась популярностью вплоть до XVI в. Это положило начало развитию такого явления культуры, как алхимия, теоретической основой которой были взгляды Аристотеля об элементах природы и их взаимном превращении (трансмутации). Осуществляя превращения одних веществ в другие, алхимики не видели препятствий для реализации любых превращений, в том числе одних металлов в другие, в частности в золото. Алхимики выработали экспериментальный метод работы, проверяющий гипотезу. Они построили первые лаборатории - помещения, предназначенные для проведения научных исследований. В поисках <философского камня> 1 алхимики открыли целый ряд веществ: этанол, многие соли, щелочи и, что особенно важно, сильные минеральные кислоты - серную и азотную, резко расширившие возможности химического воздействия на вещество.

Среди крупнейших алхимиков европейского этапа можно отметить Альберта Великого, Роджера Бэкона, Арнальдо де Вилланову, Раймунда Луллия, Василия Валентина. Р. Бэкон определил алхимию следующим образом: «Алхимия есть наука о том, как приготовить некий состав, или эликсир, который, если его прибавить к металлам неблагородным, превратит их в совершенные металлы».

В Европе в мифологию и символику алхимии были внедрены элементы христианской мифологии (Петрус Бонус, Николай Фламель); в целом для европейской алхимии мистические элементы оказались значительно более характерны, нежели для арабской. Мистицизм и закрытость европейской алхимии породили значительное число мошенников от алхимии; уже Данте Алигьери в «Божественной комедии» поместил в восьмой круг Ада тех, кто «алхимией подделывал металлы». Характерной чертой европейской алхимии стало её двусмысленное положение в обществе. Как церковные, так и светские власти неоднократно запрещали занятия алхимией; в то же время алхимия процветала и в монастырях, и при королевских дворах.

К началу XIV века европейская алхимия добилась первых значительных успехов, сумев превзойти арабов в постижении свойств вещества. В 1270 итальянский алхимик Бонавентура, в одной из попыток получения универсального растворителя получил раствор нашатыря в азотной кислоте (aqua fortis), который оказался способным растворять золото, царя металлов (отсюда и название - aqua Regis, то есть царская водка). Псевдо-Гебер - один из самых значительных средневековых европейских алхимиков, работавший в Испании в XIV веке и подписывавший свои сочинения именем Гебера, - подробно описал концентрированные минеральные кислоты (серную и азотную). Использование этих кислот в алхимической практике привело существенному росту знаний алхимиков о веществе.

В середине XIII века в Европе началась выделка пороха; первым его (не позже 1249) описал, по-видимому, Р. Бэкон (часто упоминаемого монаха Б. Шварца можно считать основоположником порохового дела в Германии). Появление огнестрельного оружия стало сильнейшим стимулом для развития алхимии и её тесного переплетения с ремесленной химией.

Становление собственно химии охватывает три столетия - с XVI по XVIII в. Слепое экспериментирование сменяется изучением законов превращения веществ для практического их использования. Первой из химических отраслей стала я т р о -химия, основанная в начале XVI в. швейцарцем Т. Парацельсом. Ятрохимики (в современных терминах) считали, что болезни возникают из-за нарушения течения химических процессов в организме и недостатка (или избытка) в нем тех или иных веществ, и предлагали соответствующие способы лечения. В этот же период развивается техническая химия.

С именем ирландского ученого Р. Бойля связывается полное освобождение химии от алхимии и ятрохимии. Он отбросил частичку <ал> в самом термине, ввел в пг"чктику определение химического элемента как составной части вещества, которую нельзя разложить на более простые части; положил начало химическому анализу, химии газов.

На рубеже XVII и XVIII вв. появилась первая общая химическая теория -теория флогистона (от греч. phlogiston - воспламеняемый, горючий), разработанная немецким химиком и врачом Э.Г. Шталем и основанная на том положении, что, чем больше флогистона содержит данное тело, тем более оно способно к горению. Теория Шталя, созданная для объяснения явлений горения, окисления и восстановления металлов, смогла ч стать основой для объяснения большинства наблюдаемых в то время химических явлений.

В середине XVIII в. теория флогистона стала подвергаться сомнению. М.В. Ломоносов сформулировал закон сохранения массы вещества в химических процессах и доказал его экспериментально. Он также выдвинул идею, согласно которой при нагревании металл соединяется, как он говорил, с частичками воздуха. Французский химик А. Лавуазье, изучая горение и обжиг металлов, выяснил роль кислорода в этих явлениях, разрушив тем самым теорию флогистона. Он также внес ясность в понятия химического элемента, простого и сложного вещества. Независимо от Ломоносова он экспериментально установил закон сохранения массы в химических реакциях и убедил в нем своих современников-химиков.

В конце XVII - середине XIX в. были открыты стехиомет-рические законы химии о количественных соотношениях между массами веществ, вступающих в химическую реакцию, что придало химии рациональный характер и способствовало подведению экспериментального фундамента под атомно-мо-лекулярную гипотезу, а также позволило сформулировать правила составления химических формул и уравнений. Основными стехиометрическими законами считаются законы Авогадро о пропорциональности между плотностями газов или паров и молекулярными массами, объемных отношений Ж.Л. Гей-Люссака, кратных отношений Дж. Дальтона, эквивалентов И.В. Рихтера и У.Х. Волластона и др. Все эти законы были установлены экспериментально.

Использование количественных измерений, совершенствование химического эксперимента привели к окончательному утверждению атомно-молекулярных представлений о строении вещества. Эти представления утвердились в 1860-х гг., когда A.M. Бутлеров создал теорию строения химических соединений, показав, что не только состав, но и структура определяют свойства веществ, а Д.И. Менделеев открыл периодический закон.

Открытие электрона Дж. Дж. Томсоном (1897) и радиоактивности А. Беккерелем (1896) стали доказательством делимости атома, возможность которой стала обсуждаться после выдвижения У. Праутом гипотезы о протиле (1815). Уже в начале XX века появились первые модели строения атома: «кексовая» (У. Томсон, 1902 и Дж. Дж. Томсон, 1904), планетарная (Ж. Б. Перрен, 1901 и Х. Нагаока, 1903), «динамидическая» (Ф. Ленард, 1904). В 1911 Э. Резерфорд, основываясь на опытах по рассеиванию α-частиц, предложил ядерную модель, ставшую основой для создания классической модели строения атома (Н. Бор, 1913 и А. Зоммерфельд, 1916). Основываясь на ней, Н. Бор в 1921 заложил основы формальной теории периодической системы, объяснившей периодичность свойств элементов периодическим повторением строения внешнего электронного уровня атома.

После открытия делимости атома и установления природы электрона как его составной части возникли реальные предпосылки для разработки теорий химической связи. Первой стала концепция электровалентности Р. Абегга (1904), основанная на идее о сродстве атомов к электрону. Модель Бора - Зоммерфельда, представления о валентных электронах (И. Штарк, 1915) и идея об особой стабильности двух- и восьмиэлектронных оболочек атомов инертных газов легли в основу классических теорий химической связи. В. Коссель (1916) разработал теорию гетерополярной (ионной) связи, а Дж. Н. Льюис (1916) и И. Ленгмюр (1919) - теорию гомеополярной (ковалентной) связи

В конце 20-х - начале 30-х годов XX века сформировались принципиально новые - квантово-механические - представления о строении атома и природе химической связи.

Исходя из идеи французского физика Л. де Бройля о наличии у материальных частиц волновых свойств, австрийский физик Э. Шрёдингер в 1926 вывел основное уравнение т. н. волновой механики, содержащее волновую функцию и позволяющее определить возможные состояния квантовой системы и их изменение во времени. В том же году другой немецкий физик В. Гейзенберг разработал свой вариант квантовой теории атома в виде матричной механики.

Квантово-механический подход к строению атома привёл к созданию принципиально новых представлений о природе химической связи. Уже в 1927 В. Г. Гейтлер и Ф. Лондон начали разрабатывать квантовомеханическую теорию химической связи и выполнили приближённый расчет молекулы водорода. Распространение метода Гейтлера-Лондона на многоатомные молекулы привело к созданию метода валентных связей, который создают в 1928-1931 гг. Л. Полинг и Дж. К. Слэтер. Основная идея этого метода заключается в предположении, что атомные орбитали сохраняют при образовании молекулы известную индивидуальность. В 1928 Полинг предложил теорию резонанса и идею гибридизации атомных орбиталей, в 1932 - новое количественное понятие электроотрицательности.

В 1929 Ф. Хунд, Р. С. Малликен и Дж. Э. Леннард-Джонс заложили фундамент метода молекулярных орбиталей, основанного на представлении о полной потере индивидуальности атомов, соединившихся в молекулу. Хунд создал также современную классификацию химических связей; в 1931 он пришёл к выводу о существовании двух основных типов химических связей - простой, или σ-связи, и π-связи. Э. Хюккель распространил метод МО на органические соединения, сформулировав в 1931 правило ароматической стабильности, устанавливающее принадлежность вещества к ароматическому ряду

Фуллерен С60 - аллотропная форма углерода, открытая в 1985 г.Благодаря квантовой механике к 30-м годам XX века в основном был выяснен способ образования связи между атомами; кроме того, в рамках квантово-механического подхода получило корректную физическую интерпретацию менделеевское учение о периодичности. Создание надёжного теоретического фундамента привело к значительному росту возможностей прогнозирования свойств вещества. Особенностью химии в XX веке стало широкое использования физико-математического аппарата и разнообразных расчётных методов.

Подлинным переворотом в химии стало появление в XX веке большого числа новых аналитических методов, прежде всего физических и физико-химических (рентгеноструктурный анализ, электронная и колебательная спектроскопия, магнетохимия и масс-спектрометрия, спектроскопия ЭПР и ЯМР, хроматография и т. п.). Эти методы предоставили новые возможности для изучения состава, структуры и реакционной способности вещества.

Отличительной чертой современной химии стало её тесное взаимодействие с другими естественными науками, в результате которого на стыке наук появились биохимия, геохимия и др. разделы. Одновременно с этим процессом интеграции интенсивно протекал и процесс дифференциации самой химии. Хотя границы между разделами химии достаточно условны, коллоидная и координационная химия, кристаллохимия и электрохимия, химия высокомолекулярных соединений и некоторые другие разделы приобрели черты самостоятельных наук.

Неизбежным следствием совершенствования химической теории в XX веке стали новые успехи практической химии - каталитический синтез аммиака, получение синтетических антибиотиков, полимерных материалов и т. п. Успехи химиков в деле получения вещества с желаемыми свойствами в числе прочих достижений прикладной науки к концу XX столетия привели к коренным преобразованиям в жизни человечества.

Вторая половина XX века ознаменовала новый виток развития химии. Быстрое развитие математики, электроники и появления в арсенале химиков точных измерительных приборов и компьютеров позволили вести расчеты, которые раньше были весьма затруднительны, а порой и невозможны. Моделирование химических процессов, обработка больших объемов данных, расчеты структур сложных веществ позволили ученым значительно расширить значимость химии. Удешевление исследований и экспериментов, а также повышение их точности позволило применить их и для менее наукоемких отраслей. Началось развитие коммерческой химии.

Сегодня тысячи химических лабораторий проводят исследования для самых различных отраслей народного хозяйства, развивая коммерческую химию. Парфюмерия, производство самых разнообразных полимерных веществ, пластмасс, строительных материалов с заданными параметрами и множество других областей применения химии – основные потребители этих исследований.

Развитие химии носит и стратегический характер. Важное направление – получение дешевого альтернативного топлива. Не секрет, что запасы нефти и газа, основных на сегодняшний день источников энергии, уменьшаются с каждым днем. Поэтому именно на химию возложена проблема энергии будущего.

Дальнейшее развитие химии предусматривает помимо всего прочего разработку экологически безопасных аналогов для применяемых сегодня технологий, которые негативно влияют на окружающую среду.

1)В. П. Бондарев Концепции современного естествознания Учебное пособие для студентов вузов. - М.: Альфа-М, 2003. - 464 с

2)Возникновение и развитие химии с древнейших времён до XVIII века. Всеобщая история химии. М.: Наука. 1989

3)http://www.chemport.ru/chemistry.shtml

4)http://ru.wikipedia.org/wiki/

По представлениям алхимиков, <философский камень> - чудодейственный камень, способный обращать все металлы в золото и излечивать все болезни.

Введение

С незапамятных времён человек, сталкиваясь с различными явлениями природы, накапливая сведения о них и об окружающих его предметах, всё чаще использовал их себе на благо. Человек заметил, что под действием огня одни вещества (и сам жизнь) исчезают, а другие изменяют свои свойства.

Например, обожжёная сырая глина приобретает прочность. Человек применил это в своей практике, и родилось гончарное дело. Из руд научились выплавлять металлы, а сплавляя металлы-получать различные сплавы; так появилась металлургия.

Используя свои наблюдения и знания, человек научился создавать, и, создавая, познавал. Науки рождались и развивались параллельно с ремёслами и производствами.

Превращения веществ под действием огня были первыми химическими реакциями, осуществлёнными человеком.

Основные этапы развития химии

При изучении истории развития химии возможны два взаимно дополняющих подхода: хронологический и содержательный.

При хронологическом подходе историю химии принято подразделять на несколько периодов. Следует учитывать, что периодизация истории химии, будучи достаточно условной и относительной, имеет скорее дидактический смысл.

При этом на поздних этапах развития науки в связи с её дифференциацией неизбежны отступления от хронологического порядка изложения, поскольку приходится отдельно рассматривать развитие каждого из основных разделов науки.

Как правило, большинство историков химии выделяют следующие основные этапы её развития:

1. Предалхимический период: до III в. н.э.

В предалхимическом периоде теоретический и практический аспекты знаний о веществе развиваются относительно независимо друг от друга. Происхождение свойств вещества рассматривает античная натурфилософия, практические операции с веществом являются прерогативой ремесленной химии.

2. Алхимический период: III - XVI вв.

Алхимический период, в свою очередь, разделяется на три подпериода:

александрийскую,

арабскую

европейскую алхимию.

Алхимический период - это время поисков философского камня, считавшегося необходимым для осуществления трансмутации металлов.

В этом периоде происходит зарождение экспериментальной химии и накопление запаса знаний о веществе; алхимическая теория, основанная на античных философских представлениях об элементах, тесно связана с астрологией и мистикой. Наряду с химико-техническим "златоделием" алхимический период примечателен также и созданием уникальной системы мистической философии.

3. Период становления (объединения): XVII - XVIII вв.

В период становления химии как науки происходит её полная рационализация. Химия освобождается от натурфилософских и алхимических взглядов на элементы как на носители определённых качеств. Наряду с расширением практических знаний о веществе начинает вырабатываться единый взгляд на химические процессы и в полной мере использоваться экспериментальный метод. Завершающая этот период химическая революция окончательно придаёт химии вид самостоятельной науки, занимающейся экспериментальным изучением состава тел.

4. Период количественных законов (атомно-молекулярной теории): 1789 - 1860 гг.

Период количественных законов, ознаменовавшийся открытием главных количественных закономерностей химии - стехиометрических законов, и формированием атомно-молекулярной теории, окончательно завершает превращение химии в точную науку, основанную не только на наблюдении, но и на измерении.

5. Период классической химии: 1860 г. - конец XIX в.

Период классической химии характеризуется стремительным развитием науки: создаётся периодическая система элементов, теория валентности и химического строения молекул, стереохимия, химическая термодинамика и химическая кинетика; блестящих успехов достигают прикладная неорганическая химия и органический синтез. В связи с ростом объёма знаний о веществе и его свойствах начинается дифференциация химии - выделение её отдельных ветвей, приобретающих черты самостоятельных наук.

Химия прошла сложный путь развития. Это древняя наука, возникшая из запросов практики.

Естественно, не известны ни время, ни место, когда человек впервые зажег огонь, стал использовать его для приготовления пищи, в гончарном производстве, для обработки металлов. Во всяком случае, к началу исторической эпохи химические знания в этих направлениях находились на высоком уровне. В древнем Египте, например, умели выплавлять из руд металлы (железо, свинец, медь, олово), получать их сплавы (например, бронзу), применяли золото, серебро, производили стекло и фарфор, гончарные изделия, краски и пигменты, парфюмерию. Химические производства существовали в древних Месопотамии, Индии и Китае.

Корни химии как науки следует искать, прежде всего, в эпоху античности. Древние Греция и Рим оказали огромное влияние на искусство, литературу, на политические, философские и религиозные взгляды всех народов Европы.

Вершина развития древнегреческой философии была достигнута в учении Аристотеля. Развивая идеи своих предшественников – Эмпедокла, Платона, он создал стройную философскую систему, в которой поднял естественнонаучное знание на качественно новую ступень. Особое внимание он уделял превращениям веществ. Каждое вещество он считал определенной комбинацией первоэлементов (атомов), определяемых на основе их чувственного восприятия. Движения, соединения и разъединения элементов (атомов) порождают все видимое многообразие во Вселенной.

Этот период развития науки о природе характеризуется полным отрывом теории от практики. Древние философы лишь наблюдали природу и ставили своей задачей ее объяснение.

Приблизительно в 300-е гг. н. э. грек Панополитанский Зосима написал энциклопедию из 28 книг, охватывающую все знания по химии. Этим моментом датируется начало следующего этапа развития химии – алхимии , который продлился вплоть до XVI в.

Наблюдая превращения одних веществ в другие и осуществляя их путем различных воздействий на вещества и их смеси, алхимики не видели препятствий для реализации любых превращений, в том числе одних металлов в другие и, в частности, в золото, получения универсального медицинского препарата – эликсира молодости и, в конечном счете, изготовления «философского камня», с помощью которого можно осуществить эти превращения.

От алхимиков современная наука унаследовала исключительно ценный метод работы – эксперимент, проверяющий гипотезу. В поисках «философского камня», обеспечивающего трансмутацию, алхимики открыли целый ряд веществ (этиловый спирт, многие соли, уксусную кислоту, серную и азотную кислоты и др.) и химических элементов (фосфор, сурьма, мышьяк, хлор и др.).

Третий период – период становления химии – охватывает XVI–XVIII вв. Изменилась цель исследования – вместо экспериментирования начинается изучение законов превращения веществ в целях использования их в практической деятельности.

В этот период развивается техническая химия, появляются научные труды, посвященные описанию на общедоступном языке химических процессов; начинается развитие химии газов – пневматической химии, связанной в первую очередь с именем Р. Бойля. Он ввел первое научное определение химического элемента как составной части вещества, которую нельзя разложить на более простые части; создал по-настоящему экспериментальный метод исследования; положил начало химическому анализу; написал первый научный трактат «Химик-скептик» (1661 г.), ставший широко известным, способствовал становлению химии как самостоятельной науки.

На рубеже XVII–XVIII вв. появилась первая общая химическая теория – теория флогистона (1697–1703 гг. 1 , Г. Э. Шталь), основанная на том положении, что чем больше тело содержит флогистона, тем более оно способно к горению.

Временем зарождения химии как точной науки условно можно считать середину XVIII в., когда М. В. Ломоносов сформулировал закон сохранения массы веществ в химических процессах и доказал его экспериментально. Он же первым высказал мысль, что при нагревании металл соединяется с «частичками воздуха». Заслуга окончательного ниспровержения теории флогистона принадлежит А. Л. Лавуазье, который выяснил и сделал очевидной для всех роль кислорода в процессах горения, внес ясность в понятия химического элемента, простого и сложного вещества и независимо от Ломоносова экспериментально установил закон сохранения массы. Лавуазье поставил химические исследования на количественную основу. Начиная с Лавуазье, химия «заговорила» на современном языке.

Четвертый этап развития химии – период атомно-молекулярного учения – охватывает конец XVIII – 60–70-е годы XIX в. и характеризуется открытием стехиометрических (количественных) законов химии: закон эквивалентов (1792–1802 гг., И. В. Рихтер); закон постоянства состава (1799–1806 гг., Ж. Л. Пруст); закон кратных отношений (1802–1808 гг., Дж. Дальтон); закон объемных отношений (1805–1808 гг., Ж. Л. Гей-Люссак); закон пропорциональности между плотностями газов или паров и молекулярными массами (1811 г., А. Авогадро); закон изоморфизма (1818–1819 гг., Э. Митчерлих); закон удельных теплоемкостей (1819 г., П. Л. Дюлонг, А. Т. Пти); законы электролиза (1834 г., М. Фарадей); закон постоянства количеств теплоты (1840 г., Г. И. Гесс); определения понятий «атом», «молекула» и создание шкалы атомных масс (1858 г., С. Канниццаро).

Следующий этап развития химии – период классической химии – начинается открытием в 1869 г. периодического закона Д. И. Менделеевым и завершается разработкой в 1913–1921 гг. теории строения атома Н. Бора – А. Зоммерфельда.

В это время также развивается понятие о валентности (1852 г., Э. Франкланд), появляются теории строения органических соединений (1861–1864 гг., А. М. Бутлеров), ароматических соединений (1865 г., Ф. А. Кекуле), комплексных соединений (1893 г., А. Вернер); закон действующих масс (1864–1867 гг., К. М. Гульдберг, П. Вааге); термохимия; теория электролитической диссоциации (1884 г., С. А. Аррениус); принцип смещения химического равновесия (1884 г., А. Л. Ле Шателье); правило фаз (1876 г., Дж. У. Гиббс) и др.

Шестой период развития химии – современный .

Успехи химии XX в. связаны с прогрессом аналитической химии и физических методов изучения веществ и воздействия на них, проникновением в механизмы реакций, с синтезом новых классов веществ и новых материалов, дифференциацией химических дисциплин и интеграцией химии с другими науками, с удовлетворением потребностей современной промышленности, техники и технологии, медицины, строительства, сельского хозяйства и других сфер человеческой деятельности в новых химических знаниях, процессах и продуктах. Успешное применение новых физических методов воздействия привело к формированию новых важных направлений химии, например, радиационной химии, плазмохимии. Вместе с химией низких температур (криохимией) и химией высоких давлений, сонохимией (наукой, изучающей химические и физико-химические эффекты, возникающие в звуковых полях), лазерной химией и др. они стали формировать новую область – химию экстремальных воздействий, играющую большую роль в получении новых материалов (например, для электроники) или старых ценных материалов сравнительно дешевым синтетическим путем (например, алмазов или нитридов металлов).

На одно из первых мест в химии выдвигаются проблемы предсказания функциональных свойств вещества на основе знания его структуры и определения структуры вещества (и его синтез), исходя из его функционального назначения. Решение этих проблем связано с развитием расчетных квантово-химических методов и новых теоретических подходов, с успехами в неорганическом и органическом синтезе. Развиваются работы по генной инженерии и по синтезу соединений с необычными строением и свойствами (например, высокотемпературные сверхпроводники, фуллерены). Все шире применяются методы, основанные на матричном синтезе, а также использующие идеи планарной технологии. Получают дальнейшее развитие методы, моделирующие биохимические реакции. Успехи спектроскопии (в том числе сканирующей туннельной) открыли перспективы «конструирования» веществ на молекулярном уровне, привели к созданию нового направления в химии – нанотехнологии. Для управления химическими процессами как в лаборатории, так и в промышленном масштабе, начинают использоваться принципы молекулярной и надмолекулярной организации ансамблей реагирующих молекул (в том числе подходы, основанные на термодинамике иерархических систем).

Развитие химической науки можно обобщить в виде схемы (рис. 1.1), на которой показано появление на определенных этапах новых концептуальных систем (относительно замкнутых систем теорий, объединенных некоей общей концепцией), определяющих дальнейший прогресс.

Рис. 1.1. Модель процесса развития химии

Учение о химических элементах и их соединениях , которое непрерывно развивается, обогащаясь, видоизменяясь, начиная с работ Р. Бойля до наших дней. Даже в наше время в некоторых областях химии категории «состав» и «свойства» остаются фундаментальными. Это учение выводит свойства вещества исходя из его состава (рис. 1.2).

Система структурных теорий, структурная химия возникла с появлением атомно-молекулярной концепции. Теперь свойства веществ (их реакционная способность) описываются не только на основе состава, но и на основе структуры вещества. Таким образом, подобно тому, как «структура» углубляет понятие «состав», так понятие «функция» (реакционная способность) углубляет понятие «свойство» (рис. 1.2).

Теории химической кинетики и химической термодинамики, учение о химических процессах. Возникновение этой концептуальной системы связано с установлением роли условий проведения химических процессов в их протекании. Эти условия – не только внешние факторы (температура, давление и др.), но и концентрации реагентов, присутствие посторонних веществ (катализаторов, ингибиторов и др.) и т. д. Другими словами, данные теории описывают поведение системы веществ исходя из организации химического процесса (рис. 1.2).

Биологическая химия и учение об эволюционном катализе – теория саморазвития (самоорганизации) химических систем (А. П. Руденко). В основе этой теории лежит представление об изменяющемся в ходе химической реакции катализаторе.

Рис. 1.2. Этапы эволюции химических знаний

Химия древности.

Химия, наука о составе веществ и их превращениях, начинается с открытия человеком способности огня изменять природные материалы. По-видимому, люди умели выплавлять медь и бронзу, обжигать глиняные изделия, получать стекло еще за 4000 лет до н.э. К 7 в. до н.э. Египет и Месопотамия стали центрами производства красителей; там же получали в чистом виде золото, серебро и другие металлы. Примерно с 1500 до 350 до н.э. для производства красителей использовали перегонку, а металлы выплавляли из руд, смешивая их с древесным углем и продувая через горящую смесь воздух. Самим процедурам превращения природных материалов придавали мистический смысл.

Греческая натурфилософия.

Эти мифологические идеи проникли в Грецию через Фалеса Милетского , который возводил все многообразие явлений и вещей к единой первостихии – воде. Однако греческих философов интересовали не способы получения веществ и их практическое использование, а главным образом суть происходящих в мире процессов. Так, древнегреческий философ Анаксимен утверждал, что первооснова Вселенной – воздух: при разрежении воздух превращается в огонь, а по мере сгущения становится водой, затем землей и, наконец, камнем. Гераклит Эфесский пытался объяснить явления природы, постулируя в качестве первоэлемента огонь.

Четыре первоэлемента.

Эти представления были объединены в натурфилософии Эмпедокла из Агригента – создателя теории четырех начал мироздания. В различных вариантах его теория властвовала над умами людей более двух тысячелетий. Согласно Эмпедоклу, все материальные объекты образуются при соединении вечных и неизменных элементов-стихий – воды, воздуха, земли и огня – под действием космических сил любви (притяжения) и ненависти (отталкивания). Теорию элементов Эмпедокла приняли и развили сначала Платон , уточнивший, что нематериальные силы добра и зла могут превращать эти элементы один в другой, а затем Аристотель .

Согласно Аристотелю, элементы-стихии – это не материальные субстанции, а носители определенных качеств – тепла, холода, сухости и влажности. Этот взгляд трансформировался в идею четырех «соков» Галена и господствовал в науке вплоть до 17 в. Другим важным вопросом, занимавшим греческих натурфилософов, был вопрос о делимости материи. Родоначальниками концепции, получившей впоследствии название «атомистической», были Левкипп , его ученик Демокрит и Эпикур . Согласно их учению, существуют только пустота и атомы – неделимые материальные элементы, вечные, неразрушимые, непроницаемые, различающиеся формой, положением в пустоте и величиной; из их «вихря» образуются все тела. Атомистическая теория оставалась непопулярной в течение двух тысячелетий после Демокрита, но не исчезла полностью. Одним из ее приверженцев стал древнегреческий поэт Тит Лукреций Кар , изложивший взгляды Демокрита и Эпикура в поэме О природе вещей (De Rerum Natura ).

Алхимия.

Алхимия – искусство совершенствования вещества через превращение металлов в золото и совершенствования человека путем создания эликсира жизни. Стремясь к достижению самой привлекательной для них цели – созданию неисчислимых богатств, – алхимики разрешили многие практические задачи, открыли множество новых процессов, наблюдали разнообразные реакции, способствуя становлению новой науки – химии.

Эллинистический период.

Колыбелью алхимии был Египет. Египтяне блестяще владели прикладной химией, которая, однако, не была выделена в самостоятельную область знания, а входила в «священное тайное искусство» жрецов. Как отдельная область знания алхимия появилась на рубеже 2 и 3 в. н.э. После смерти Александра Македонского его империя распалась, но влияние греков распространялось на обширные территории Ближнего и Среднего Востока. Особенно бурного расцвета алхимия достигла в 100–300 н.э. в Александрии.

Примерно в 300 н.э. египтянин Зосима написал энциклопедию – 28 книг, охватывавших все знания по алхимии за предыдущие 5–6 вв., в частности сведения о взаимопревращениях (трансмутациях) веществ.

Алхимия в арабском мире.

Завоевав Египет в 7 в., арабы усвоили греко-восточную культуру, сохранявшуюся в течение веков александрийской школой. Подражая древним властителям, халифы начали покровительствовать наукам, и в 7–9 вв. появились первые химики.

Самым талантливым и прославленным арабским алхимиком был Джабир ибн Хайян (конец 8 в.), позднее ставший известным в Европе под именем Гебер. Джабир полагал, что сера и ртуть являются двумя противоположными началами, из которых образуются семь других металлов; труднее всего образуется золото: для этого нужно особое вещество, которое греки называли xerion – «сухой», а арабы изменили на al-iksir (так появилось слово «эликсир»). Эликсир должен был обладать и другими чудесными свойствами: излечивать от всех болезней и давать бессмертие. Другой арабский алхимик, ар-Рази (ок. 865–925) (в Европе известен под именем Разес) занимался также медициной. Так, он описал методику приготовления гипса и способа наложения повязки на место перелома. Однако самым знаменитым врачом был бухарец Ибн Сина , известный также под именем Авиценна. Его сочинения служили руководством для врачей в течение многих веков.

Алхимия в Западной Европе.

Научные воззрения арабов проникли в средневековую Европу в 12 в. через Северную Африку, Сицилию и Испанию. Работы арабских алхимиков были переведены на латынь, а затем и на другие европейские языки. Вначале алхимия в Европе опиралась на работы таких корифеев, как Джабир, но спустя три столетия вновь проявился интерес к учению Аристотеля, особенно в трудах немецкого философа и теолога-доминиканца, ставшего впоследствии епископом и профессором Парижского университета, Альберта Великого и его ученика Фомы Аквинского . Убежденный в совместимости греческой и арабской науки с христианской доктриной, Альберт Великий способствовал введению их в схоластические курсы обучения. В 1250 философия Аристотеля была введена в курс преподавания в Парижском университете. Алхимическими проблемами интересовался и английский философ и естествоиспытатель, монах-францисканец Роджер Бэкон , предвосхитивший многие позднейшие открытия; он изучал свойства селитры и многих других веществ, нашел способ изготовления черного пороха. Среди других европейских алхимиков следует упомянуть Арнальдо да Вилланова (1235–1313), Раймонда Луллия (1235–1313), Василия Валентина (немецкого монаха 15–16 вв.).

Достижения алхимии.

Развитие ремесел и торговли, возвышение городов в Западной Европе 12–13 вв. сопровождались развитием науки и появлением промышленности. Рецепты алхимиков использовались в таких технологических процессах, как обработка металлов. В эти годы начинаются систематические поиски способов получения и идентификации новых веществ. Появляются рецепты производства спирта и усовершенствования процесса его перегонки. Важнейшим достижением было открытие сильных кислот – серной, азотной. Теперь европейские химики смогли осуществить многие новые реакции и получить такие вещества, как соли азотной кислоты, купорос, квасцы, соли серной и соляной кислот. Услугами алхимиков, которые нередко были искусными врачами, пользовалась высшая знать. Считалось также, что алхимики владеют тайной трансмутации обычных металлов в золото.

К концу 14 в. интерес алхимиков к превращению одних веществ в другие уступил место интересу к производству меди, латуни, уксуса, оливкового масла и различных лекарств. В 15–16 вв. опыт алхимиков все чаще использовался в горном деле и медицине.

ЗАРОЖДЕНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ХИМИИ

Конец средних веков отмечен постепенным отходом от оккультизма, спадом интереса к алхимии и распространением механистического взгляда на устройство природы.

Ятрохимия.

Совершенно иных взглядов на цели алхимии придерживался Парацельс (1493–1541). Под таким выбранным им самим именем («превосходящий Цельса») вошел в историю швейцарский врач Филипп фон Гогенгейм. Парацельс, как и Авиценна, считал, что основная задача алхимии – не поиски способов получения золота, а изготовление лекарственных средств. Он заимствовал из алхимической традиции учение о том, что существуют три основные части материи – ртуть, сера, соль, которым соответствуют свойства летучести, горючести и твердости. Эти три элемента составляют основу макрокосма (Вселенной) и связаны с микрокосмом (человеком), образованным духом, душой и телом. Переходя к определению причин болезней, Парацельс утверждал, что лихорадка и чума происходят от избытка в организме серы, при избытке ртути наступает паралич и т.д. Принцип, которого придерживались все ятрохимики, состоял в том, что медицина есть дело химии, и все зависит от способности врача выделять чистые начала из нечистых субстанций. В рамках этой схемы все функции организма сводились к химическим процессам, и задача алхимика заключалась в нахождении и приготовлении химических веществ для медицинских нужд.

Основными представителями ятрохимического направления были Ян Гельмонт (1577–1644), по профессии врач; Франциск Сильвий (1614–1672), пользовавшийся как медик большой славой и устранивший из ятрохимического учения «духовные» начала; Андреас Либавий (ок. 1550–1616), врач из Ротенбурга. Их исследования во многом способствовали формированию химии как самостоятельной науки.

Механистическая философия.

С уменьшением влияния ятрохимии натурфилософы вновь обратились к учениям древних о природе. На первый план в 17 в. вышли атомистические (корпускулярные) воззрения. Одним из виднейших ученых – авторов корпускулярной теории – был философ и математик Рене Декарт .Свои взгляды он изложил в 1637 в сочинении Рассуждение о методе . Декарт полагал, что все тела «состоят из многочисленных мелких частиц различной формы и размеров,... которые не настолько точно прилегают друг к другу, чтобы вокруг них не оставалось промежутков; эти промежутки не пустые, а наполнены... разреженной материей». Свои «маленькие частички» Декарт не считал атомами, т.е. неделимыми; он стоял на точке зрения бесконечной делимости материи и отрицал существование пустоты. Одним из виднейших противников Декарта был французский физик и философ Пьер Гассенди . Атомистика Гассенди была по существу пересказом учения Эпикура, однако, в отличие от последнего, Гассенди признавал сотворение атомов Богом; он считал, что Бог создал определенное число неделимых и непроницаемых атомов, из которых и состоят все тела; между атомами должна быть абсолютная пустота. В развитии химии 17 в. особая роль принадлежит ирландскому ученому Роберту Бойлю . Бойль не принимал утверждения древних философов, считавших, что элементы мироздания можно установить умозрительно; это и нашло отражение в названии его книги Химик-скептик . Будучи сторонником экспериментального подхода к определению химических элементов (который в конечном счете и был принят), он не знал о существовании реальных элементов, хотя один из них – фосфор – едва не открыл сам. Обычно Бойлю приписывают заслугу введения в химию термина «анализ». В своих опытах по качественному анализу он применял различные индикаторы, ввел понятие химического сродства. Основываясь на трудах Галилео Галилея Эванджелиста Торричелли , а также Отто Герике , демонстрировавшего в 1654 «магдебургские полушария», Бойль описал сконструированный им воздушный насос и опыты по определению упругости воздуха при помощи U-образной трубки. В результате этих опытов был сформулирован известный закон об обратной пропорциональности объема и давления воздуха. В 1668 Бойль стал деятельным членом только что организованного Лондонского королевского общества, а в 1680 был избран его президентом.

Техническая химия.

Научные успехи и открытия не могли не повлиять на техническую химию, элементы которой можно найти в 15–17 вв. В середине 15 в. была разработана технология воздуходувных горнов. Нужды военной промышленности стимулировали работы по усовершенствованию технологии производства пороха. В течение 16 в. удвоилось производство золота и в девять раз возросло производство серебра. Выходят фундаментальные труды по производству металлов и различных материалов, используемых в строительстве, при изготовлении стекла, крашении тканей, для сохранения пищевых продуктов, выделки кож. С расширением потребления спиртных напитков совершенствуются методы перегонки, конструируются новые перегонные аппараты. Появляются многочисленные производственные лаборатории, прежде всего металлургические. Среди химиков-технологов того времени можно упомянуть Ванноччо Бирингуччо (1480–1539), чей классический труд О пиротехнике был напечатан в Венеции в 1540 и содержал 10 книг, в которых речь шла о рудниках, испытании минералов, приготовлении металлов, перегонке, военном искусстве и фейерверках. Другой известный трактат, О горном деле и металлургии , был написан Георгом Агриколой (1494–1555). Следует упомянуть также об Иоганне Глаубере (1604–1670), голландском химике, создателе глауберовой соли.

ВОСЕМНАДЦАТЫЙ ВЕК

Химия как научная дисциплина.

С 1670 по 1800 химия получила официальный статус в учебных планах ведущих университетов наряду с натурфилософией и медициной. В 1675 появился учебник Николя Лемери (1645–1715) Курс химии , завоевавший огромную популярность, в свет вышло 13 его французских изданий, а кроме того, он был переведен на латинский и многие другие европейские языки. В 18 в. в Европе создаются научные химические общества и большое количество научных институтов; проводимые в них исследования тесно связаны с социальными и экономическими потребностями общества. Появляются химики-практики, занимающиеся изготовлением приборов и получением веществ для промышленности.

Теория флогистона.

В сочинениях химиков второй половины 17 в. большое внимание уделялось толкованиям процесса горения. По представлениям древних греков, все, что способно гореть, содержит в себе элемент огня, который высвобождается при соответствующих условиях. В 1669 немецкий химик Иоганн Иоахим Бехер попытался дать рационалистическое объяснение горючести. Он предположил, что твердые вещества состоят из трех видов «земли», и один из видов, названный им «жирной землей», принял за «принцип горючести».

Последователь Бехера немецкий химик и врач Георг Эрнст Шталь трансформировал концепцию «жирной земли» в обобщенную доктрину флогистона – «начала горючести». Согласно Шталю, флогистон – это некая субстанция, содержащаяся во всех горючих веществах и высвобождающаяся при горении. Шталь утверждал, что ржавление металлов подобно горению дерева. Металлы содержат флогистон, а ржавчина (окалина) уже не содержит флогистона. Это давало приемлемое объяснение и процессу превращения руд в металлы: руда, содержание флогистона в которой незначительно, нагревается на древесном угле, богатом флогистоном, и последний переходит в руду. Уголь же превращается в золу, а руда – в металл, богатый флогистоном. К 1780 теория флогистона была принята химиками почти повсеместно, хотя и не отвечала на очень важный вопрос: почему железо при ржавлении становится тяжелее, хотя флогистон из него улетучивается? Химикам 18 в. это противоречие не казалось столь важным; главное, по их мнению, было объяснить причины изменения внешнего вида веществ.

В 18 в. работало много химиков, чья научная деятельность не укладывается в обычные схемы рассмотрения этапов и направлений развития науки, и среди них особое место принадлежит русскому ученому-энциклопедисту, поэту, поборнику просвещения Михаилу Васильевичу Ломоносову (1711–1765). Своими открытиями Ломоносов обогатил почти все области знания, и многие его идеи более чем на сто лет опередили науку того времени. В 1756 Ломоносов провел знаменитые опыты по обжиганию металлов в закрытом сосуде, которые дали неоспоримое доказательство сохранения вещества при химических реакциях и роли воздуха в процессах горения: наблюдаемое увеличение веса при обжигании металлов еще до Лавуазье он объяснял соединением их с воздухом. В противоположность господствовавшим представлениям о теплороде он утверждал, что тепловые явления обусловлены механическим движением материальных частиц. Упругость газов он объяснял движением частиц. Ломоносов разграничивал понятия «корпускула» (молекула) и «элемент» (атом), что получило всеобщее признание лишь в середине 19 в. Ломоносов сформулировал принцип сохранения материи и движения, исключил флогистон из числа химических агентов, заложил основы физической химии, создал при Петербургской АН в 1748 химическую лабораторию, в которой проводились не только научные работы, но и практические занятия студентов. Обширные исследования проводил он в смежных с химией областях знания – физике, геологии и др.

Пневматическая химия.

Недостатки теории флогистона наиболее ясно выявились в период развития т.н. пневматической химии. Крупнейшим представителем этого направления был Р.Бойль: он не только открыл газовый закон, носящий теперь его имя, но и сконструировал аппараты для собирания воздуха. Химики получили важнейшее средство для выделения, идентификации и изучения различных «воздухов». Важным шагом было изобретение английским химиком Стивеном Хейлзом (1677–1761) «пневматической ванны» в начале 18 в. – прибора для улавливания газов, выделяющихся при нагревании вещества, в сосуд с водой, опущенный вверх дном в ванну с водой. Позже Хейлз и Генри Кавендиш установили существование неких газов («воздухов»), отличающихся по своим свойствам от обычного воздуха. В 1766 Кавендиш систематически исследовал газ, образующийся при взаимодействии кислот с некоторыми металлами, позже названный водородом. Большой вклад в изучение газов внес шотландский химик Джозеф Блэк .Он занялся исследованием газов, выделяющихся при действии кислот на щелочи. Блэк установил, что минерал карбонат кальция при нагревании разлагается с выделением газа и образует известь (оксид кальция). Выделившийся газ (углекислый газ – Блэк назвал его «связанным воздухом») можно было вновь соединить с известью и получить карбонат кальция. Среди прочего, это открытие устанавливало неразрывность связей между твердыми и газообразными веществами.

Химическая революция.

Больших успехов в выделении газов и изучении их свойств достиг Джозеф Пристли – протестантский священник, увлеченно занимавшийся химией. Близ Лидса (Англия), где он служил, находился пивоваренный завод, откуда можно было получать в больших количествах «связанный воздух» (теперь мы знаем, что это был диоксид углерода) для проведения опытов. Пристли обнаружил, что газы могут растворяться в воде, и попытался собирать их не над водой, а над ртутью. Так он сумел собрать и изучить оксид азота, аммиак, хлороводород, диоксид серы (конечно, это их современные названия). В 1774 Пристли сделал самое важное свое открытие: он выделил газ, в котором вещества горели особенно ярко. Будучи сторонником теории флогистона, он назвал этот газ «дефлогистированным воздухом». Газ, открытый Пристли, казался антиподом «флогистированного воздуха» (азота), выделенного в 1772 английским химиком Даниэлом Резерфордом (1749–1819). В «флогистированном воздухе» мыши умирали, а в «дефлогистированном» были весьма активным. (Следует отметить, что свойства газа, выделенного Пристли, еще в 1771 описал шведский химик Карл Вильгельм Шееле , но его сообщение по небрежности издателя появилось в печати лишь в 1777.) Великий французский химик Антуан Лоран Лавуазье сразу же оценил значение открытия Пристли. В 1775 он подготовил статью, где утверждал, что воздух не простое вещество, а смесь двух газов, один из них – «дефлогистированный воздух» Пристли, который соединяется с горящими или ржавеющими предметами, переходит из руд в древесный уголь и является необходимым для жизни. Лавуазье назвал его oxygen , кислород, т.е. «порождающий кислоты». Второй удар по теории элементов-стихий был нанесен после того, как выяснилось, что вода – это тоже не простое вещество, а продукт соединения двух газов: кислорода и водорода. Все эти открытия и теории, покончив с таинственными «стихиями», повлекли за собой рационализацию химии. На первый план вышли только те вещества, которые можно взвесить или количество которых можно измерить каким-то иным способом. В течение 80-х годов 18 в. Лавуазье в сотрудничестве с другими французскими химиками – Антуаном Франсуа де Фуркруа (1755–1809), Гитоном де Морво (1737–1816) и Клодом Луи Бертолле – разработал логическую систему химической номенклатуры; в ней было описано более 30 простых веществ с указанием их свойств. Этот труд, Метод химической номенклатуры , был опубликован в 1787.

Переворот в теоретических взглядах химиков, который произошел в конце 18 в. в результате быстрого накопления экспериментального материала в условиях господства теории флогистона (хотя и независимо от нее), обычно называют «химической революцией».

ДЕВЯТНАДЦАТЫЙ ВЕК

Состав веществ и их классификация.

Успехи Лавуазье показали, что применение количественных методов может помочь в определении химического состава веществ и выяснении законов их объединения.

Атомная теория.

Рождение физической химии.

К концу 19 в. появились первые работы, в которых систематически изучались физические свойства различных веществ (температуры кипения и плавления, растворимость, молекулярный вес). Начало таким исследованиям положили Гей-Люссак и Вант-Гофф, показавшие, что растворимость солей зависит от температуры и давления. В 1867 норвежские химики Петер Вааге (1833–1900) и Като Максимилиан Гульдберг (1836–1902) сформулировали закон действующих масс, согласно которому скорость реакций зависит от концентраций реагентов. Использованный ими математический аппарат позволил найти очень важную величину, характеризующую любую химическую реакцию, – константу скорости.

Химическая термодинамика.

Тем временем химики обратились к центральному вопросу физической химии – о влиянии теплоты на химические реакции. К середине 19 в. физики Уильям Томсон (лорд Кельвин), Людвиг Больцман и Джеймс Максвелл выработали новые взгляды на природу теплоты. Отвергая калористическую теорию Лавуазье, они представляли теплоту как результат движения. Их идеи развил Рудольф Клаузиус . Он разработал кинетическую теорию, согласно которой такие величины, как объем, давление, температура, вязкость и скорость реакций, можно рассматривать исходя из представления о непрерывном движении молекул и их столкновениях. Одновременно с Томсоном (1850) Клазиус дал первую формулировку второго начала термодинамики, ввел понятия энтропии (1865), идеального газа, длины свободного пробега молекул.

Термодинамический подход к химическим реакциям применил в своих работах Август Фридрих Горстман (1842–1929), который на основе идей Клаузиуса попытался объяснить диссоциацию солей в растворе. В 1874–1878 американский химик Джозайя Уиллард Гиббс предпринял систематическое изучение термодинамики химических реакций. Он ввел понятие свободной энергии и химического потенциала, объяснив суть закона действующих масс, применил термодинамические принципы при изучении равновесия между различными фазами при разных температуре, давлении и концентрации (правило фаз). Работы Гиббса создали фундамент современной химической термодинамики. Шведский химик Сванте Август Аррениус создал теорию ионной диссоциации, объясняющую многие электрохимические явления, и ввел понятие энергии активации. Он также разработал электрохимический метод измерения молекулярной массы растворенных веществ.

Крупным ученым, благодаря которому физическая химия была признана самостоятельной областью знаний, был немецкий химик Вильгельм Оствальд , применивший концепции Гиббса при изучении катализа. В 1886 он написал первый учебник по физической химии, а в 1887 основал (вместе с Вант-Гоффом) журнал «Физическая химия» (Zeitschrift für physikalische Chemie).

ДВАДЦАТЫЙ ВЕК

Новая структурная теория.

С развитием физических теорий о строении атомов и молекул были переосмыслены такие старые понятия, как химическое сродство и трансмутация. Возникли новые представления о строении материи.

Модель атома.

В 1896 Антуан Анри Беккерель (1852–1908) открыл явление радиоактивности, обнаружив спонтанное испускание солями урана субатомных частиц, а спустя два года супруги Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри выделили два радиоактивных элемента: полоний и радий. В последующие годы было установлено, что радиоактивные вещества испускают три вида излучения: a -частицы, b -частицы и g -лучи. Вместе с открытием Фредерика Содди , показавшим, что при радиоактивном распаде происходит превращение одних веществ в другие, все это придало новый смысл тому, что древние называли трансмутацией.

В 1897 Джозеф Джон Томсон открыл электрон, заряд которого с высокой точностью измерил в 1909 Роберт Милликен . В 1911 Эрнст Резерфорд , исходя из электронной концепции Томсона, предложил модель атома: в центре атома находится положительно заряженное ядро, а вокруг него вращаются отрицательно заряженные электроны. В 1913 Нильс Бор , используя принципы квантовой механики, показал, что электроны могут находиться не на любых, а на строго определенных орбитах. Планетарная квантовая модель атома Резерфорда – Бора заставила ученых по-новому подойти к объяснению строения и свойств химических соединений. Немецкий физик Вальтер Коссель (1888–1956) предположил, что химические свойства атома определяются числом электронов на его внешней оболочке, а образование химических связей обусловливается в основном силами электростатического взаимодействия. Американские ученые Гилберт Ньютон Льюис и Ирвинг Ленгмюр сформулировали электронную теорию химической связи. В соответствии с этими представлениями молекулы неорганических солей стабилизируются электростатическими взаимодействиями между составляющими их ионами, которые образуются при переходе электронов от одного элемента к другому (ионная связь), а молекулы органических соединений – за счет обобществления электронов (ковалентная связь). Эти идеи лежат в основе современных представлений о химической связи.

Новые методы исследования.

Все новые представления о строении вещества могли формироваться только в результате развития в 20 в. экспериментальной техники и появления новых методов исследования. Открытие в 1895 Вильгельмом Конрадом Рентгеном Х-лучей послужило основой для создания впоследствии метода рентгеновской кристаллографии, позволяющей определять структуру молекул по картине дифракции рентгеновских лучей на кристаллах. С помощью этого метода была расшифрована структура сложных органических соединений – инсулина, дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), гемоглобина и др. С созданием атомной теории появились новые мощные спектроскопические методы, дающие информацию о строении атомов и молекул. Различные биологические процессы, а также механизм химических реакций исследуются с помощью радиоизотопных меток; широкое применение радиационные методы находят и в медицине.

Биохимия.

Эта научная дисциплина, занимающаяся изучением химических свойств биологических веществ, сначала была одним из разделов органической химии. В самостоятельную область она выделилась в последнее десятилетие 19 в. в результате исследований химических свойств веществ растительного и животного происхождения. Одним из первых биохимиков был немецкий ученый Эмиль Фишер . Он синтезировал такие вещества, как кофеин, фенобарбитал, глюкоза, многие углеводороды, внес большой вклад в науку о ферментах – белковых катализаторах, впервые выделенных в 1878. Формированию биохимии как науки способствовало создание новых аналитических методов. В 1923 шведский химик Теодор Сведберг сконструировал ультрацентрифугу и разработал седиментационный метод определения молекулярной массы макромолекул, главным образом белков. Ассистент Сведберга Арне Тизелиус (1902–1971) в том же году создал метод электрофореза – более совершенный метод разделения гигантских молекул, основанный на различии в скорости миграции заряженных молекул в электрическом поле. В начале 20 в. русский химик Михаил Семенович Цвет (1872–1919) описал метод разделения растительных пигментов при прохождении их смеси через трубку, заполненную адсорбентом. Метод был назван хроматографией. В 1944 английские химики Арчер Мартин и Ричард Синг предложили новый вариант метода: они заменили трубку с адсорбентом на фильтровальную бумагу. Так появилась бумажная хроматография – один из самых распространенных в химии, биологии и медицине аналитических методов, с помощью которого в конце 1940-х – начале 1950-х годов удалось проанализировать смеси аминокислот, получающиеся при расщеплении разных белков, и определить состав белков. В результате кропотливых исследований был установлен порядок расположения аминокислот в молекуле инсулина (Фредерик Сенгер), а к 1964 этот белок удалось синтезировать. Сейчас методами биохимического синтеза получают многие гормоны, лекарственные средства, витамины.

Промышленная химия.

Вероятно, наиболее важным этапом в развитии современной химии было создание в 19 в. различных исследовательских центров, занимавшихся, помимо фундаментальных, также прикладными исследованиями. В начале 20 в. ряд промышленных корпораций создали первые промышленные исследовательские лаборатории. В США в 1903 была основана химическая лаборатория «Дюпон», а в 1925 – лаборатория фирмы «Белл». После открытия и синтеза в 1940-х годах пенициллина, а затем и других антибиотиков появились крупные фармацевтические фирмы, в которых работали профессиональные химики. Большое прикладное значение имели работы в области химии высокомолекулярных соединений. Одним из ее основоположников был немецкий химик Герман Штаудингер (1881–1965), разработавший теорию строения полимеров. Интенсивные поиски способов получения линейных полимеров привели в 1953 к синтезу полиэтилена (Карл Циглер ,), а затем других полимеров с заданными свойствами. Сегодня производство полимеров – крупнейшая отрасль химической промышленности.

Не все достижения химии оказались благом для человека. В 19 в. при производстве красок, мыла, текстиля использовали соляную кислоту и серу, представлявшие большую опасность для окружающей среды. В 20 в. производство многих органических и неорганических материалов увеличилось за счет вторичной переработки использованных веществ, а также за счет переработки химических отходов, которые представляют опасность для здоровья человека и окружающей среды.

Литература:

Фигуровский Н.А. Очерк общей истории химии . М., 1969
Джуа М. История химии . М., 1975
Азимов А. Краткая история химии . М., 1983