A kémia története tanulmányozza és leírja az anyagok tulajdonságainak és átalakulásának vizsgálatával kapcsolatos specifikus ismeretek felhalmozódásának összetett folyamatát ; határterületnek tekinthető, amely a kémia fejlődésével kapcsolatos jelenségeket, folyamatokat összekapcsolja az emberi társadalom történetével.
A kémia története általában több korszakra oszlik; Ugyanakkor figyelembe kell venni, hogy ez a periodizáció, mivel inkább feltételes és relatív, inkább didaktikai jelentéssel bír [1] . A kémia, mint tudományág történetének egyik megalapítója Hermann Kopp (1817-1892) német tudós [2] volt .
Az alkímia előtti időszakban az anyaggal kapcsolatos ismeretek elméleti és gyakorlati vonatkozásai egymástól viszonylag függetlenül fejlődtek.
Az anyaggal való gyakorlati műveletek a kézműves kémia kiváltsága volt. Eredetének kezdete elsősorban a kohászat megjelenéséhez és fejlődéséhez köthető . Az ókorban hét fémet ismertek tiszta formájában : rezet , ólmot , ónt , vasat , aranyat , ezüstöt és higanyt , ötvözetek formájában pedig arzént , cinket és bizmutot . A kohászat mellett a gyakorlati ismeretek felhalmozására más területeken is sor került, mint például a kerámia- és üveggyártás , a textilfestés és a bőr cserzése , a gyógyszer- és kozmetikai gyártás . A kémiai ismeretek fejlődése az ókor gyakorlati kémiájának sikerei és eredményei alapján ment végbe a következő korszakokban.
Az anyag tulajdonságainak eredetének problémájának elméleti megértésére tett kísérletek az elemek-elemek tanának kialakulásához vezettek az ókori görög természetfilozófiában . A tudomány további fejlődésére Empedoklész , Platón és Arisztotelész tanításai voltak a legnagyobb hatással . Ezen fogalmak szerint minden anyag négy alapelv kombinációjával jön létre: föld, víz, levegő és tűz. Ugyanakkor maguk az elemek képesek kölcsönös átalakulásra, mivel Arisztotelész szerint mindegyikük egyetlen elsődleges anyag - a minőségek bizonyos kombinációjának - egyik állapota. Az egyik elem másikká való átalakulásának lehetőségére vonatkozó álláspont később a fémek kölcsönös átalakulásának lehetőségére vonatkozó alkímiai elképzelés alapja lett ( transzmutáció ). Az elemek-elemek tanával szinte egyidőben Görögországban megjelent az atomizmus , melynek alapítói Leukipposz és Démokritosz voltak .
Az alkímiai időszak a bölcsek kövének keresésének ideje , amelyet szükségesnek tartottak a fémek transzmutációjának megvalósításához. A négy elemről alkotott ősi elképzeléseken alapuló alkímiai elmélet szorosan összefonódott az asztrológiával és a misztikával . A vegyi-technikai „aranykészítés” mellett ez a korszak a misztikus filozófia egyedülálló rendszerének megalkotásáról is nevezetes. Az alkímiai korszak pedig három részszakaszra oszlik: alexandriai (görög-egyiptomi), arab és európai alkímiára.
Alexandriában az elmélet ( Platón és Arisztotelész természetfilozófiája) és az anyagokról, azok tulajdonságairól és átalakulásáról szerzett gyakorlati ismeretek kombinációja volt; ebből a vegyületből egy új tudomány, a kémia született. Maga a „kémia” szó (és az arab al-kīmiyaˀ ) általában Egyiptom ősi nevéből – Keme vagy Khem – származik; eredetileg a szónak látszólag valami olyasmit kellett volna jelentenie, mint "egyiptomi művészet". Néha a kifejezés a görög χυμος - lé vagy χυμενσιζ - öntés [3] [4] [5] [6] szóból származik . Az alexandriai kémia fő vizsgálati tárgyai a fémek voltak. Az alexandriai időszakban kialakult az alkímia hagyományos fém-bolygó szimbolikája , amelyben az akkor ismert hét fém mindegyike a megfelelő bolygóhoz kapcsolódott : ezüst - Hold , higany - Merkúr , réz - Vénusz , arany - a Nap , vas - Mars , ón - Jupiter , ólom - Szaturnusz [7 ] . Thoth egyiptomi isten vagy görög megfelelője, Hermész lett a kémia mennyei patrónusa Alexandriában .
A görög-egyiptomi alkímia jelentős képviselői közül, akiknek neve máig fennmaradt, megemlíthető Bolos Demokritos , Zosima Panopolit , Olympiodorus . A Bolos (i.e. 200 körül) által írt "Fizika és miszticizmus" című könyv négy részből áll, amelyek aranynak, ezüstnek, drágaköveknek és bíbornak vannak szentelve . Bolos először fejezte ki a fémek transzmutációjának gondolatát - az egyik fém átalakulását egy másikba (elsősorban az alapfémek arannyá), amely az egész alkímiai időszak fő feladata lett. Zosimus enciklopédiájában (3. század) a khemeiát az arany és ezüst készítésének művészeteként határozta meg, és "tetraszómát" írta le - a mesterséges arany előállítási folyamatának szakaszait; külön rámutatott e művészet titkai felfedésének tilalmára.
Sok hermetikus szöveg is megmaradt az alexandriai korszakból, amelyek az anyagok átalakulásának filozófiai és misztikus magyarázatára tesznek kísérletet, köztük Hermész Triszmegisztosz híres " Smaragd táblája " .
A görög-egyiptomi alkimisták kétségtelen gyakorlati vívmányai közé tartozik a fémösszeolvadás jelenségének felfedezése. Az aranyamalgámot elkezdték használni az aranyozáshoz. Az alexandriai tudósok továbbfejlesztették az arany és ezüst ércekből való kinyerésének módszerét, amelyhez széles körben használták a cinóberből vagy kalomelből nyert higanyt . A gyakorlati jelentősége mellett a higany egyedülálló amalgámképző képessége hozzájárult a higany, mint speciális, „elsődleges” fém gondolatának megjelenéséhez. Az alkimisták egy módszert is kidolgoztak az arany kupellációval történő tisztítására – az érc ólommal és salétromával történő hevítésével [8] .
Az arab [9] alkímia elméleti alapját még Arisztotelész tanításai képezték. Az alkímiai gyakorlat fejlődéséhez azonban szükség volt egy új elmélet megalkotására, amely az anyagok kémiai tulajdonságain alapul. Jabir ibn Hayyan (Geber) a 8. század végén kidolgozta a fémek eredetének higany-kén elméletét , amely szerint a fémek két alapelv alapján keletkeznek: a higany (a fémesség elve) és a kén (az éghetőség elve) alapján. . Az arany - tökéletes fém - képződéséhez a higanyon és a kénen kívül szükség van valamilyen anyag jelenlétére, amelyet Jabir elixírnek nevezett ( al -iksir , a görög ξεριον szóból, azaz "száraz"). A transzmutáció problémája tehát a higany-kén elmélet keretein belül egy elixír, más néven bölcsek kövének ( Lapis Philosophorum ) kinyerésének problémájára redukálódott. Az elixírről azt hitték, hogy sokkal több mágikus tulajdonsággal rendelkezik – minden betegséget meggyógyít, és valószínűleg halhatatlanságot is ad [10] [11] .
A higany-kén elmélet képezte az alkímia elméleti alapját több évszázadon keresztül. A 10. század elején egy másik kiváló alkimista, Ar-Razi (Razes) továbbfejlesztette az elméletet azáltal, hogy hozzáadta a keménység (törékenység, oldhatóság) vagy filozófiai só elvét a higanyhoz és a kénhez.
Az arab alkímia az alexandriaival ellentétben meglehetősen racionális volt; a benne lévő misztikus elemek inkább a hagyomány előtti tisztelgés volt. Az alkímia alapelméletének kialakítása mellett az arab szakaszban fogalmi apparátust, laboratóriumi berendezéseket és kísérleti módszereket fejlesztettek ki. Az arab alkimisták kétségtelen gyakorlati sikereket értek el - antimont , arzént és látszólag foszfort izoláltak, ecetsavat és ásványi savak híg oldatát kapták . Az arab alkimisták fontos érdeme volt a racionális gyógyszerészet megteremtése , amely továbbfejlesztette az ókori orvoslás hagyományait.
Az arabok tudományos nézetei a 13. században hatoltak be a középkori Európába . Az arab alkimisták műveit latinra , majd később más európai nyelvekre is lefordították.
Az európai színpad legnagyobb alkimistái közül kiemelhető Nagy Albert , Roger Bacon , Arnaldo de Villanova , Raymond Lull , Basil Valentin . R. Bacon a következőképpen definiálta az alkímiát: "Az alkímia egy bizonyos készítmény vagy elixír készítésének tudománya, amelyet ha nem nemesfémekhez adnak, tökéletes fémekké válik" [12] .
Európában a keresztény mitológia elemei bekerültek az alkímia mitológiájába és szimbolikájába ( Petrus Bonus , Nicholas Flamel ); általában az európai alkímiára a misztikus elemek sokkal jellemzőbbnek bizonyultak, mint az arabra. Az európai alkímia miszticizmusa és zártsága jelentős számú alkímiai csalót szült; már Dante Alighieri az " Isteni színjátékban " a Pokol nyolcadik körének tizedik árkába helyezte azokat, akik "fémeket kovácsoltak alkímiával" [13] . Az európai alkímia jellemző vonása a társadalomban betöltött kétértelmű helyzete volt. Mind az egyházi, mind a világi hatóságok többször is megtiltották [14] az alkímia gyakorlását; ugyanakkor az alkímia virágzott mind a kolostorokban , mind a királyi udvarokban.
Az európai alkímia a 14. század elejére érte el első jelentős sikereit, az anyag tulajdonságainak megértésében az arabokat megelőzve. 1270- ben Bonaventure olasz alkimista univerzális oldószer előállítása során ammónia salétromsavas oldatát ( aqua fortis ) kapott, amelyről kiderült, hogy képes feloldani az aranyat, a fémek királyát (innen a név - aqua ). regis , azaz aqua regia ). Pszeudo-Geber , az egyik legjelentősebb középkori európai alkimista, aki a 14. században Spanyolországban dolgozott, munkáit Geber néven írta alá, részletesen leírta a koncentrált ásványi savakat ( kén- és salétromsav). Ezeknek a savaknak az alkímiai gyakorlatban való felhasználása az alkimisták anyaggal kapcsolatos ismereteinek jelentős növekedéséhez vezetett.
A 13. század közepén Európában megkezdődött a puskapor gyártása ; elsőként (legkésőbb 1249 -ben ) R. Bacon írta le (a gyakran emlegetett B. Schwartz szerzetes a németországi lőpor-üzletág megalapítójának tekinthető ). A lőfegyverek megjelenése erős ösztönzővé vált az alkímia fejlődésében és a kézműves kémiával való szoros összefonódásában.
A reneszánsztól kezdődően a termelés fejlődésével összefüggésben az alkímiában egyre nagyobb jelentőséget kapott a gyártás és általában a gyakorlati irány: a kohászat, a kerámia-, üveg- és festékgyártás. A 16. század első felében racionális irányzatok jelentek meg az alkímiában: a műszaki kémia, amelynek kezdetét V. Biringuccio , G. Agricola és B. Palissy művei tették , és az iatrokémia , amelynek alapítója Paracelsus volt .
Biringuccio és Agricola az alkímia feladatát abban látta, hogy módokat találjon a kémiai technológia fejlesztésére; írásaikban a kísérleti adatok és technológiai folyamatok minél egyértelműbb, legteljesebb és legmegbízhatóbb leírására törekedtek [15] .
Paracelsus azzal érvelt, hogy az alkímia feladata a gyógyszerek előállítása [16] ; míg Paracelsus orvoslása a higany-kén elméleten alapult . Úgy vélte, hogy egy egészséges testben a három alapelv – a higany, a kén és a só – egyensúlyban van; betegség az elvek közötti egyensúlyhiányt jelenti [17] [18] . Ennek helyreállítására a Paracelsus a hagyományos gyógynövénykészítmények mellett ásványi eredetű gyógyászati készítményeket is bevezetett - arzén, antimon, ólom, higany stb. vegyületeket.
Az iatrokémia (spagírok, ahogy Paracelsus követői nevezték magukat) képviselői közé tartozik a 16-17 . század számos híres alkimistája : A. Libavia , R. Glauber , Ya. B. Van Helmont , O. Takhenia .
A műszaki kémia és az iatrokémia közvetlenül vezetett a kémia mint tudomány létrejöttéhez; ebben a szakaszban felhalmozták a kísérleti munka és a megfigyelések készségeit, különösen a kemencék és laboratóriumi műszerek tervezését, az anyagok tisztítási módszereit ( kristályosítás , desztilláció stb.) fejlesztették és fejlesztették, új kémiai készítményeket szereztek.
Az alkímiai korszak egészének fő eredménye az anyagról szóló jelentős ismeretanyag felhalmozódása mellett az anyag tulajdonságainak vizsgálatának empirikus megközelítésének megjelenése volt. Az alkímiai időszak feltétlenül szükséges átmeneti szakasz lett a természetfilozófia és a kísérleti természettudomány között.
A 17. század második felét az első tudományos forradalom jellemezte, amelynek eredményeként egy teljesen kísérleti adatokon alapuló új természettudomány jött létre. A világ heliocentrikus rendszerének létrehozása ( N. Kopernikusz , I. Kepler ), új mechanika ( G. Galileo ), a vákuum és a légköri nyomás felfedezése ( E. Torricelli , B. Pascal és O. von Guericke ) vezetett az arisztotelészi fizikai világkép mély válsága. F. Bacon azt a tézist terjesztette elő, hogy a kísérletnek a tudományos vitában a döntő érvnek kell lennie; az atomisztikus eszmék a filozófiában éledtek fel ( R. Descartes , P. Gassendi ).
Ennek a tudományos forradalomnak az egyik következménye egy új kémia létrehozása volt, amelynek alapítóját hagyományosan R. Boyle -nak tartják . Boyle „A szkeptikus kémikus ” című értekezésében (1661) bebizonyította az elemekről mint bizonyos tulajdonságok hordozóiról alkotott alkímiai elképzelések következetlenségét, és azt a feladatot tűzte ki, hogy valódi kémiai elemeket találjon a kémia számára . Az elemek Boyle szerint gyakorlatilag felbonthatatlan testek, hasonló homogén testekből állnak, amelyekből minden összetett test áll, és amelyekre felbonthatók. Boyle a kémia fő feladatának az anyagok összetételének és az anyag tulajdonságainak összetételétől való függésének vizsgálatát tekintette [19] [20] .
A testek összetételére vonatkozó elméleti elképzelések megalkotása, amelyek helyettesíthetik Arisztotelész tanításait és a higany-kén elméletet, nagyon nehéz feladatnak bizonyult. A XVII . század utolsó negyedében . megjelent ún. eklektikus nézetek, amelyek alkotói megpróbálták összekapcsolni az alkímiai hagyományokat és a kémiai elemekről szóló új elképzeléseket ( N. Lemery , I. I. Becher ).
A 18. század első felében az elemek tanának kidolgozásának fő hajtóereje a flogiszton elmélete volt , amelyet G. E. Stahl német kémikus javasolt . A testek éghetőségét azzal magyarázta, hogy bennük van egy bizonyos anyagi éghetőségi elv - a flogiszton, és az égést bomlásnak tekintette [21] . A flogiszton elmélete a fémek égési és pörkölési folyamataival kapcsolatos tények széles körét általánosította, erőteljes ösztönzőként szolgált az összetett testek kvantitatív elemzésének kidolgozásához , amely nélkül teljesen lehetetlen lenne kísérletileg megerősíteni a kémiai elemekre vonatkozó elképzeléseket. . Emellett ösztönözte különösen a gáznemű égéstermékek és általában a gázok tanulmányozását; ennek eredményeként megjelent a pneumatikus kémia , amelynek alapítói J. Black , D. Rutherford , G. Cavendish , J. Priestley és K. V. Scheele [22] voltak .
A kémia tudománnyá alakításának folyamata A. L. Lavoisier felfedezéseiben csúcsosodott ki . Az égés oxigénelméletének megalkotásával ( 1777 ) a kémia fejlődésében fordulópont kezdődött, az úgynevezett "kémiai forradalom". A flogiszton elméletének elvetése a kémia összes alapelvének és fogalmának felülvizsgálatát, az anyagok terminológiájának és nómenklatúrájának megváltoztatását követelte [23] . 1789 -ben Lavoisier kiadta a Kémia elemi kurzusa című híres tankönyvét, amely teljes egészében az égés oxigénelméletén és az új kémiai nómenklatúrán alapult . Ő adta meg az új kémia történetében a kémiai elemek első listáját (egyszerű testek táblázata). A tapasztalatot választotta, és csak a tapasztalatot választotta az elem meghatározásának kritériumául, kategorikusan elutasítva minden olyan nem empirikus érvelést az atomokról és molekulákról, amelyek létezése kísérletileg nem igazolható [24] . Lavoisier megfogalmazta a tömegmegmaradás törvényét, megalkotta a kémiai vegyületek racionális osztályozását, amely egyrészt a vegyületek elemi összetételének különbségén, másrészt tulajdonságaik természetén alapult.
A kémiai forradalom végül önálló tudomány látszatát keltette a kémiának, amely a testek összetételének kísérleti vizsgálatával foglalkozik; befejezte a kémia kialakulásának időszakát, a kémia teljes racionalizálását, az anyag természetére és tulajdonságaira vonatkozó alkímiai elképzelések végleges elutasítását jelentette.
A kémia fejlődésének fő eredménye a mennyiségi törvények időszakában az volt, hogy a kémia nemcsak megfigyelésen, hanem mérésen alapuló egzakt tudománnyá alakult. A Lavoisier által felfedezett tömegmegmaradás törvényét számos új mennyiségi törvény követte - sztöchiometrikus törvények:
A többszörös arányok törvénye és az összetétel állandóságának törvénye alapján, amely nem magyarázható anélkül, hogy az anyag diszkrétségének feltevéséhez folyamodna, J. Dalton kidolgozta atomelméletét ( 1808 ). Dalton egy elem atomjának legfontosabb jellemzőjének az atomtömeget (tömeget) tartotta. Az atomtömeg meghatározásának problémája évtizedek óta a kémia egyik legfontosabb elméleti problémája.
A kémiai atomizmus kialakulásához óriási hozzájárulást tett J. Ya. Berzelius svéd kémikus , aki számos elem atomtömegét meghatározta [26] . 1811-1818 - ban kidolgozta az affinitás elektrokémiai elméletét is, amely az atomok polaritásának és elektronegativitásának gondolata alapján magyarázta az atomok kombinációját [27] . 1814 -ben Berzelius bevezette a kémiai elemek szimbólumrendszerét [28] , ahol minden elemet a latin ábécé egy vagy két betűjével jelöltek ; Berzelius jelképei többnyire egybeesnek a modernekkel.
A. Avogadro kidolgozta molekuláris elméletét, szervesen kiegészítve Dalton atomisztikáját, de nézetei sokáig nem találtak elismerésre.
Az atomsúlyok mellett a kémiában sokáig létezett egy "egyenértékű súlyok" rendszere, amelyet W. Wollaston és L. Gmelin dolgozott ki . Sok vegyész számára az ekvivalens súlyok kényelmesebbnek és pontosabbnak tűntek, mint az atomsúlyok, mivel ezeket Dalton [29] feltevései nélkül számították ki . A szerves kémia esetében azonban az ekvivalens-rendszer kevéssé hasznosnak bizonyult, és az 1840-es években. J. B. Dumas , Ch. Gerard és O. Laurent felelevenítették Avogadro gondolatait [30] .
Az atom-molekuláris elmélet végső egyértelműségét S. Cannizzaro vezette be [31] . A karlsruhei Nemzetközi Vegyészkongresszuson ( 1860 ) egyetemes elismerést kapott Cannizzaro reformja zárta le az időszakot, amelynek fő tartalma a mennyiségi törvények megállapítása volt. A legpontosabbnak a kémiai elemek atomtömegének meghatározását tartották az 1860-as évek első felében J. S. Stas belga kémikus (aki végül jóváhagyta a 16 (a. m.) oxigénre vonatkozó relatív atomtömeget ) egészen addig. század végén, és felfedezte az elemek rendezésének módját.
Ezt az időszakot a tudomány rohamos fejlődése jellemzi: létrejött az elemek periodikus rendszere , a molekulák kémiai szerkezetének elmélete, a sztereokémia , a kémiai termodinamika és a kémiai kinetika ; Az alkalmazott szervetlen kémia és szerves szintézis ragyogó sikereket ért el . Az anyaggal és annak tulajdonságaival kapcsolatos ismeretek mennyiségének növekedésével összefüggésben megkezdődött a kémia differenciálódása - külön ágainak felosztása, elsajátítva az önálló tudományok jellemzőit.
A kémia egyik legfontosabb feladata a 19. század második felében a kémiai elemek rendszerezése volt. A periódusos rendszer létrejötte egy hosszú evolúciós folyamat eredménye volt, amely az I. V. Döbereiner által 1829 -ben javasolt triádok törvényével kezdődött [32] . Az elemek tulajdonságai és atomtömegük közötti tagadhatatlan kapcsolatot L. Gmelin dolgozta ki, aki kimutatta, hogy ez a kapcsolat sokkal bonyolultabb, mint a triádok [33] . J. Dumas és M. von Pettenkofer A. Strekker által kidolgozott differenciálrendszereket javasoltak az elemek atomtömegének változásának mintázatainak azonosítására . Az 1860-as évek közepén W. Odling , A. E. Beguile de Chancourtois , J. Newlands és L. Meyer számos olyan táblázatváltozatot javasolt [34] [35] [36] , amelyekben már egyértelműen nyomon követhető az elemek tulajdonságainak periodicitása. [37] [38] .
1869- ben D. I. Mengyelejev publikálta periódusos rendszerének első változatát, és megfogalmazta a kémiai elemek periódusos törvényét [39] . Mengyelejev nemcsak kijelentette, hogy az atomtömegek és az elemek tulajdonságai között van összefüggés, hanem vállalta a bátorságot, hogy megjósolja több olyan elem tulajdonságait, amelyeket még nem fedeztek fel [40] [41] . Miután Mengyelejev jóslatai fényesen beigazolódtak, a Periodikus Törvényt kezdték a természet egyik alapvető törvényének tekinteni [42] [43] .
A szerves kémiában rendkívül gyakori izoméria jelenségének felfedezése után ( J. Liebig és F. Wöhler , 1824 ) nyilvánvalóvá vált, hogy egy anyag tulajdonságait nemcsak az összetétele határozza meg, hanem a sorrend is. az atomok kapcsolatáról és térbeli elrendezéséről.
A szerves anyagok szerkezetének problémájának megoldása kezdetben Berzelius gyökökről alkotott elképzelésén alapult - az atomok poláris csoportjain, amelyek anélkül, hogy az egyik anyagból a másikba áthaladnának. A Liebig és Wöhler (1832) által javasolt komplex gyökök elmélete gyorsan általános elfogadásra került. A metalepszia jelenségének felfedezése (J. B. Dumas, 1834 ), amely nem illett bele Berzelius elektrokémiai elképzeléseibe, Dumas típuselméletének megjelenéséhez vezetett ( 1839 ). A Ch. Gerard és O. Laurent által megalkotott új típuselmélet ( 1852 ) magában foglalta az összetett gyökökről szóló elképzeléseket és Dumas-féle elképzeléseket a molekulák típusairól, a szerves vegyületek teljes változatát három-négy típusra redukálva.
Gerard-Laurent típuselmélete az atomok és gyökök affinitási egységeire vonatkozó elképzelések megalkotásához vezetett, melynek eredményeként megjelent a vegyértékelmélet ( F. A. Kekule von Stradonitz , 1857 ), amely a létrehozás alapja lett. A. M. Butlerov a molekulák kémiai szerkezetére vonatkozó elméletéről. Kekule és Butlerov egyszerű és szemléletes gondolatai lehetővé tették a szerves vegyületek izomériájával és reakciókészségével kapcsolatos számos kísérleti tény megmagyarázását. A szerkezeti képletrendszer kidolgozása szempontjából nagy jelentőségű volt a benzolmolekula ciklikus szerkezetének megállapítása (Kekule, 1865 ) [44] .
A szerkezeti kémia fejlődésének fontos lépése volt a sztereokémia létrehozása , amely a molekulák térbeli szerkezetét írja le. J. G. van't Hoff holland kémikus 1874- ben javasolta az aszimmetrikus szénatom elméletét [45] [46] , amely sikeresen megmagyarázta az 1832-ben Berzelius által felfedezett optikai izoméria jelenségét és az 1848 -ban felfedezett enantiomerek létezését. L. Pasteur [47 ] .
Szinte az egész 19. században keresettek voltak a szerkezeti koncepciók, elsősorban a szerves kémiában. A. Werner csak 1893 -ban alkotta meg az összetett vegyületek szerkezetének elméletét , amely ezeket az elképzeléseket kiterjesztette a szervetlen vegyületekre is, jelentősen kibővítve az elemek vegyértékének fogalmát [48] .
A 19. század közepén a tudomány határterülete gyors fejlődésnek indult - a fizikai kémia . A hazai tudománytörténetírásban úgy vélik, hogy M. V. Lomonoszov fektette le ennek alapjait , meghatározta, és bevezette a tudományos tezauruszba e tudományág nevét [49] [50] . A fizikai kémia tanulmányozásának tárgya a kémiai folyamatok – a reakciók sebessége és iránya, a kísérő hőjelenségek, valamint ezeknek a jellemzőknek a külső körülményektől való függése volt.
A reakciók termikus hatásainak vizsgálatát A. L. Lavoisier kezdte, aki P. S. Laplace -szel együtt megfogalmazta a termokémia első törvényét. 1840- ben G. I. Hess felfedezte a termokémia alaptörvényét (" Hess-törvény "). M. Berthelot és J. Thomsen az 1860-as években megfogalmazta a "maximális munka elvét" ( Berthelot-Thomsen elv ), amely lehetővé tette a kémiai kölcsönhatás alapvető megvalósíthatóságának előrelátását.
A kémiai affinitással és a kémiai folyamatokkal kapcsolatos elképzelések megalkotásában a legfontosabb szerepet a 19. század közepén végzett termodinamikai vizsgálatok játszották . A kémiai termodinamika vizsgálatának tárgya mindenekelőtt a kémiai egyensúly állapota volt , amelyet először A. W. Williamson írt le 1850 -ben , és G. Rose , R. V. Bunsen , A. E. St. Clair Deville , M. Berthelot és más kutatók tanulmányozták.
1867-ben K. M. Guldberg és P. Waage felfedezte a tömeghatás törvényét [51] . A reverzibilis reakció egyensúlyát két ellentétes irányban ható affinitási erő egyenlőségeként ábrázolva megmutatták, hogy a reakció irányát nem az anyagok tömege határozza meg (ahogyan C. L. Berthollet feltételezte a század elején ), hanem a reagáló anyagok aktív tömegének ( koncentrációjának ) szorzata. A kémiai egyensúly elméleti kezelését J. W. Gibbs ( 1874-1878 ) , D. P. Konovalov ( 1881-1884 ) [52] és J. G. Van't Hoff (1884 ) végezte . Van't Hoff is megfogalmazta a mozgó egyensúly elvét, amelyet később A. L. Le Chatelier és C. F. Brown általánosított . A kémiai egyensúly tanának megalkotása a 19. század fizikai kémiájának egyik fő vívmánya lett , amely nemcsak a kémia, hanem az egész természettudomány számára is fontos volt [53] .
Az 1850-es években a kémiai reakciók sebességének szisztematikus vizsgálata L. F. Wilhelmy [54] munkáival kezdődött , ami a formális kinetika alapjainak megteremtéséhez vezetett az 1880-as években (J. G. van't Hoff, W. Ostwald , S. Egy Arrhenius ). Az 1890-es években Ostwald klasszikus műveket is publikált a katalitikus folyamatok tanulmányozásáról .
A 19. századi fizikai kémia fontos vívmánya a megoldások tanának megalkotása . Az alternatív fizikai és kémiai megoldáselméletek Berzelius, aki az oldatokat mechanikai keverékeknek tekintette, amelyek képződése során a kémiai affinitási erők nem hatnak, és Berthollet, aki az oldatokat nem sztöchiometrikus vegyületeknek tekintette, elképzelései alapján alakult ki . A fizikaelmélet jelentős előrehaladást ért el az oldatok egyes tulajdonságainak kvantitatív leírásában ( F. M. Raoult 1. és 2. törvénye , J. G. Van't Hoff ozmózistörvénye, S. A. Arrhenius elektrolitikus disszociációjának elmélete) [55] [56]. .
E. Wiechert [57] [58] és J. J. Thomson ( 1897 ) elektron felfedezése , A. Becquerel ( 1896 ) radioaktivitása pedig az atom oszthatóságának bizonyítékává vált, aminek lehetőségét W. után kezdtek tárgyalni . Prout a protyle hipotézisét terjesztette elő ( 1815 ). Már a 20. század elején megjelentek az atom szerkezetének első modelljei: a „cukorka” ( W. Thomson , 1902 és J.J. Thomson, 1904 ) [59] , a planetáris ( J. B. Perrin , 1901 és H. Nagaoka , 1903 év ) [60] , "dinamikus" ( F. Lenard , 1904) [61] . 1911 - ben E. Rutherford az α-részecskék szóródásával kapcsolatos kísérletek alapján egy magmodellt javasolt, amely az atom szerkezetének klasszikus modelljének megalkotásának alapja lett ( N. Bohr , 1913 [62] és A. Sommerfeld , 1916 [63] ). Ez alapján N. Bohr 1921 -ben lefektette a periodikus rendszer formális elméletének alapjait , amely az elemek tulajdonságainak periodicitását az atom külső elektronszintjének szerkezetének periodikus ismétlődésével magyarázta [64] [65 ] ] . Miután V. Pauli megfogalmazta a kizárási elvet (1925) [66] , és F. Hund empirikus szabályokat javasolt az elektronhéjak kitöltésére (1925-1927) [67] , az összes addig ismert elem elektronszerkezetét általában megállapították.
Az atom oszthatóságának felfedezése és az elektron, mint alkotóeleme természetének megállapítása után valódi előfeltételek jelentek meg a kémiai kötés elméleteinek kidolgozásához. Az első R. Abegg ( 1904 ) elektrovalencia-koncepciója [68] volt, amely az atomok elektronhoz való affinitásának elgondolásán alapult. A Bohr-Sommerfeld-modell, a vegyértékelektronokkal kapcsolatos elképzelések ( J. Stark , 1915) [69] és az inert gázatomok két- és nyolcelektronos héjának különleges stabilitásának gondolata képezte a kémiai kötés klasszikus elméleteinek alapját. . W. Kossel ( 1916 ) [70] kidolgozta a heteropoláris (ionos) kötés elméletét, J. N. Lewis ( 1916 ) [71] és I. Langmuir ( 1919 ) [72] pedig a homeopoláris (kovalens) kötés elméletét [73]. [74] .
A 20. század 20-as és 30-as éveinek elején alapvetően új – kvantummechanikai – elképzelések születtek az atom szerkezetéről és a kémiai kötés természetéről.
L. de Broglie francia fizikusnak a hullámtulajdonságok anyagrészecskékben való jelenlétéről szóló elképzelése alapján [75] E. Schrödinger osztrák fizikus 1926 - ban levezette az ún . hullámmechanika, amely tartalmazza a hullámfüggvényt , és lehetővé teszi egy kvantumrendszer lehetséges állapotainak és azok időbeni változásának meghatározását [76] . Valamivel korábban W. Heisenberg német fizikus kidolgozta az atom kvantumelméletének változatát mátrixmechanika formájában [77] .
Az atom szerkezetének kvantummechanikai megközelítése olyan új elméletek megalkotásához vezetett, amelyek megmagyarázzák az atomok közötti kötések kialakulását. W. G. Geitler és F. London már 1927 -ben elkezdte kidolgozni a kémiai kötés kvantummechanikai elméletét, és elvégezte a hidrogénmolekula közelítő számítását [78] . A Heitler-London módszer többatomos molekulákra való kiterjesztése a vegyértékkötés módszerének megalkotásához vezetett, amelyet 1928-1931 - ben hoztak létre . L. Pauling és J. K. Slater . Ennek a módszernek a fő gondolata az a feltételezés, hogy az atomi pályák megőriznek bizonyos egyéniséget a molekula kialakulása során. 1928- ban Pauling javasolta a rezonancia elméletét és az atompályák hibridizációjának gondolatát , 1932 -ben pedig az elektronegativitás új kvantitatív koncepcióját [79] [80] .
1929 -ben F. Hund , R. S. Mulliken és J. E. Lennard-Jones lefektette a molekuláris orbitális módszer alapjait , amely a molekulává egyesített atomok egyéniségének teljes elvesztésén alapul. Hund megalkotta a kémiai kötések modern osztályozását is; 1931 - ben arra a következtetésre jutott, hogy a kémiai kötéseknek két fő típusa van - egy egyszerű vagy σ-kötés és egy π-kötés. E. Hückel kiterjesztette az MO-módszert a szerves vegyületekre, és 1931-ben megfogalmazta az aromás stabilitási szabályt , amely megállapítja, hogy egy anyag az aromás sorozatba tartozik-e [81] .
A kvantummechanikának köszönhetően a 20. század 30-as éveire alapvetően tisztázódott az atomok közötti kötés kialakításának módja; emellett a kvantummechanikai megközelítés keretein belül helyes fizikai értelmezést kapott Mengyelejev periodicitáselmélete. A megbízható elméleti alapok megteremtése az anyag tulajdonságainak előrejelzési lehetőségeinek jelentős növekedéséhez vezetett. A kémiára a XX. században jellemző volt a fizikai és matematikai apparátus, valamint a különféle számítási módszerek széleskörű elterjedése [64] .
A kémiában igazi forradalmat jelentett a XX. században számos új analitikai módszer megjelenése, elsősorban fizikai és fizikai-kémiai ( röntgendiffrakciós analízis , elektron- és rezgésspektroszkópia , magnetokémia és tömegspektrometria , EPR és NMR spektroszkópia , kromatográfia stb. .). Ezek a módszerek új lehetőségeket teremtettek egy anyag összetételének, szerkezetének és reakcióképességének vizsgálatára.
A modern kémia jellegzetessége a más természettudományokkal való szoros kölcsönhatása, melynek eredményeként a biokémia , a geokémia és más ágak a tudományok metszéspontjában jelentek meg. Ezzel az integrációs folyamattal egyidejűleg maga a kémia differenciálódási folyamata is intenzíven zajlott. Bár a kémia szekciói közötti határok meglehetősen konvencionálisak, a kolloid- és koordinációs kémia , a kristálykémia és az elektrokémia , a makromolekuláris vegyületek kémiája és néhány más szekció önálló tudományok vonásait sajátította el.
A kémiai elmélet XX. századi fejlődésének természetes következménye a gyakorlati kémia új sikerei – az ammónia katalitikus szintézise , szintetikus antibiotikumok , polimer anyagok stb. előállítása. Az alkalmazott tudomány egyéb vívmányai a 20. század végére alapvető változásokhoz vezettek az emberiség életében.