3.Возникновение и развитие научной химии

От алхимии к научной химии

Во второй половине XVII века алхимическая традиция постепенно исчерпала себя. Укрепляется представление о том, что существует некоторый предел, граница взаимопревращения веществ. Этот предел определялся составом химических веществ. В XVII-XVIII вв. химия становится наукой о качественных изменения тел, происходящих в результате изменения их состава.

Все это время идет развитие технической химии (металлургия, стеклоделие, производство керамики, бумаги, спиртных напитков) и открытие новых химических веществ. Открыты новые металлы, развиваются ремесла и промышленность, что стимулирует развитие химического производства, а это, в свою очередь, и развитие научной химии.

Большую роль здесь сыграли труды мыслителя Гассенди, который возродил представление о том, что вечная и бесконечная Вселенная состоит из постоянно движущихся атомов и пустоты, которая способствует движению атомов и тел.

В отличие от Декарта, Гассенди считал материю активной, а атомы – обладают энергией, благодаря которой постоянно движутся и стремятся к движению. В своем учении он сформулировал понятие молекулы, что способствовало становлению научной химии.

Развитие идей атомизма в химии осуществил Р.Бойль, который считал, что химия должна быть самостоятельной наукой. Он предполагал, что качественные характеристики и превращения химических веществ могут быть объяснены с помощью понятия о движении, размерах, форме и расположения атомов. Считал, что все разнообразные вещества могут быть разделены на простые вещества (элементы), сложные вещества и смеси, причем сложные вещества являются химически неделимыми и отличаются от смесей простых веществ.

Кроме теории он разрабатывает и экспериментальные основы химии. С его точки зрения химический эксперимент призван заставить природу выдать её тайны, а не подтверждать те или иные теоретические гипотезы.

В трудах Бойля заложены основы аналитической химии, сформулирован фундаментальный физический закон, согласно которому объем газа обратно пропорционален изменению давления, и др.

Революция в химии

Химической проблемой XVIII века была проблема горения – что случается с горючими веществами, когда они сгорают в воздухе?

И.Бехер и Г.Э.Шталь предложили теорию флогистона. Флогистон – невесомая субстанция, которую содержат все вещества и которую они утрачивают при горении. Тела, содержащие много флогистона, горят хорошо; тела, которые не загораются – дефлогистированные.

Эта позиция удерживалась до конца XVIII века, пока А.Л.Лавуазье не разработал кислородную теорию горения. По его мнению, все явления в химии могут быть систематизированы и сведены к сочетанию элементов. К списку элементов (металлы, углерод, сера и фосфор) он добавил кислород, который с водородом входит в состав воды, и азот. В соответствии с его системой все химические соединения теперь делились на кислоты, соли и основания.

Лавуазье ввел новую номенклатуру – каждое химическое вещество должно иметь одно определенное название, характеризующее его функции и состав (сульфид, хлорид и т.д.). С помощью закона сохранения материи, привел химию к представлению о необходимости количественного выражения пропорций, в которых сочетаются элементы.

В процессе своих экспериментов показал, что живой организм действует так же, как и огонь, сжигая содержащиеся в пище вещества и высвобождая энергию в виде теплоты.

Атомно-молекулярное учение

Изучая химический состав газов Дж.Дальтон исследовал весовые количества кислорода, приходящееся на одно и то же весовое количество вещества в разных по количественному составу окислах, и установил кратность этих отношений (вывел закон кратности отношений). Объяснил закон атомным строением вещества и способностью атомов одного вещества соединяться с различным количеством атомов другого вещества.

Но в начале XIX века атомно-молекулярное учение не прижилось и одержало победу лишь на 1-м Международном конгрессе химиков в 1860 году. К этому времени уже был сформулирован ряд количественных законов (закон постоянных отношений Пруста, объемных отношений Гей-Люссака, Закон Авогадро ).

В 1850-1870 гг. на основе учения о валентности химической связи была разработана теория химического строения (Бутлеров, 1861), которая обусловила огромный успех органического синтеза и возникновение новых отраслей химической промышленности (производство красителей, медикаментов, нефтепереработка), способствовала появлению стереохимии.

Все это привело к идее о сложном строении и атома. В начале XIX века Прут предложил гипотезу, согласно которой атомы всех элементов состоят из атомов водорода (атомные веса элементов кратны атомному весу водорода).

Новый толчок идеи сложного строения атома дало открытие периодической системы (1869), которая наталкивала на мысль о том, что атомы не являются неделимыми, что они обладают структурой и их нельзя считать первичными материальными образованиями.