В 1799 году александр вольта обнаружил что электрический егэ

В 1799 году александр вольта обнаружил что электрический егэ

Древняя история

Ранние люди

В пещере Бломбос в Южной Африке была обнаружена мастерская по обработке охры, которой 100000 лет . Это указывает на то, что у древних людей были элементарные познания в химии. Картины, нарисованные первыми людьми, на которых изображено смешение крови животных с другими жидкостями, обнаруженными на стенах пещер, также указывают на небольшое знание химии.

Ранняя металлургия

Самым ранним зарегистрированным металлом, используемым людьми, является золото , которое можно найти бесплатно или «самородно». Небольшое количество природного золота было найдено в испанских пещерах, использовавшихся в период позднего палеолита , около 40 000 лет до нашей эры.

Серебро , медь , олово и метеоритное железо также могут быть местными, что позволяет обрабатывать металл в ограниченных количествах в древних культурах. Египетское оружие, изготовленное из метеоритного железа примерно в 3000 г. до н.э., высоко ценилось как «кинжалы с небес».

Возможно, первой управляемой химической реакцией был огонь . Однако на протяжении тысячелетий огонь рассматривался просто как мистическая сила, которая могла преобразовывать одно вещество в другое (горящее дерево или кипящую воду), производя тепло и свет. Огонь затронул многие аспекты ранних обществ. Они варьировались от самых простых аспектов повседневной жизни, таких как приготовление пищи, обогрев и освещение среды обитания, до более сложных применений, таких как изготовление керамики и кирпичей и плавление металлов для изготовления инструментов.

Именно огонь привел к открытию стекла и очистке металлов; за этим последовал подъем металлургии . На ранних этапах металлургии искали методы очистки металлов, и золото, известное в Древнем Египте еще в 2900 году до нашей эры, стало драгоценным металлом.

Бронзовый век

Некоторые металлы могут быть извлечены из руд, просто нагревая камни в огне: особенно олово , свинец и (при более высокой температуре) медь. Этот процесс известен как плавка . Первые свидетельства этой добывающей металлургии датируются 6 и 5 тысячелетиями до нашей эры и были обнаружены в археологических памятниках Майданпек , Ярмовац и Плоцник , все три в Сербии . На сегодняшний день самая ранняя медная плавка обнаружена на городище Беловодье; Эти примеры включают медный топор 5500 г. до н.э., принадлежащий культуре Винча . Другие признаки ранних металлов обнаружены в третьем тысячелетии до нашей эры в таких местах, как Палмела (Португалия), Лос-Милларес (Испания) и Стоунхендж (Великобритания). Однако, как это часто бывает при изучении доисторических времен, окончательное начало не может быть четко определено, и новые открытия продолжаются.

Горнодобывающие районы древнего Ближнего Востока. Цвета коробок: мышьяк - коричневый, медь - красный, олово - серый, железо - красновато-коричневый, золото - желтый, серебро - белый и свинец - черный. Желтая область обозначает мышьяковую бронзу , а серая область обозначает оловянную бронзу .

Эти первые металлы были отдельными элементами или комбинациями, как это происходило естественным образом. Объединив медь и олово, можно было получить превосходный металл - сплав, называемый бронзой . Это был крупный технологический сдвиг, который положил начало бронзовому веку около 3500 г. до н.э. Бронзовый век был периодом культурного развития человечества, когда наиболее передовая обработка металлов (по крайней мере, в систематическом и широкомасштабном использовании) включала в себя методы плавки меди и олова из естественных обнажений медных руд, а затем плавку этих руд для литья бронзы. Эти природные руды обычно включали мышьяк в качестве общей примеси. Медно-оловянные руды встречаются редко, о чем свидетельствует отсутствие оловянных бронз в Западной Азии до 3000 г. до н.э.

После бронзового века история металлургии была отмечена армиями, ищущими лучшее вооружение. Государства в Евразии процветали, когда они производили лучшие сплавы, которые, в свою очередь, делали лучшую броню и лучшее оружие. Значительный прогресс в металлургии и алхимии был достигнут в Древней Индии .

Железный век

Извлечь железо из руды в обрабатываемый металл намного сложнее, чем медь или олово. В то время как железо не лучше подходит для изготовления инструментов, чем бронза (до открытия стали ), железная руда гораздо более распространена и распространена, чем медь или олово, и поэтому чаще доступна на местном уровне, без необходимости торговать ею.

Обработка железа была изобретена хеттами примерно в 1200 г. до н.э., в начале железного века . Секрет добычи и обработки железа был ключевым фактором успеха филистимлян .

Железный век относится к появлению обработки чугуна ( черной металлургии ). Исторические достижения в черной металлургии можно найти в самых разных культурах и цивилизациях прошлого. К ним относятся древние и средневековые царства и империи Ближнего Востока и Ближнего Востока, древний Иран , древний Египет , древняя Нубия и Анатолия (Турция), Древний Нок , Карфаген , греки и римляне древней Европы, средневековая Европа, древняя и средневековый Китай, древняя и средневековая Индия, древняя и средневековая Япония, среди прочего. Многие приложения, методы и устройства , связанные с или участвующие в металлургии были созданы в древнем Китае, например, инновации в доменной печи , чугуна , гидравлических Приведено молотков командировочных и двойного действия поршневых мехов .

Классическая древность и атомизм

Демокрит , греческий философ атомистической школы.

Философские попытки объяснить, почему разные вещества имеют разные свойства (цвет, плотность, запах), существуют в разных состояниях (газообразном, жидком и твердом) и по-разному реагируют при воздействии окружающей среды, например, воды, огня или температуры. изменения, привели древних философов к постулированию первых теорий о природе и химии. История таких философских теорий, относящихся к химии, вероятно, восходит к каждой древней цивилизации. Общим аспектом всех этих теорий была попытка идентифицировать небольшое количество первичных классических элементов , из которых состоят все различные вещества в природе. Такие вещества, как воздух, вода и почва / земля, формы энергии, такие как огонь и свет, и более абстрактные понятия, такие как мысли, эфир и небо, были обычным явлением в древних цивилизациях даже при отсутствии какого-либо перекрестного оплодотворения: например Древнегреческая, индийская, майянская и китайская философии считали воздух , воду , землю и огонь первичными элементами.

Древний мир

Около 420 г. до н.э. Эмпедокл заявил, что вся материя состоит из четырех элементарных субстанций : земли, огня, воздуха и воды. Ранняя теория атомизма восходит к Древней Греции и Древней Индии . Греческий атомизм восходит к греческому философу Демокриту , который заявил, что материя состоит из неделимых и неразрушимых частиц, называемых «атомос», около 380 г. до н.э. Левкипп также заявил, что атомы являются самой неделимой частью материи. Это совпало с аналогичным заявлением индийского философа Канады в его сутрах Вайшешика примерно в тот же период времени. Примерно так же он обсуждал существование газов . То, что Канада провозгласил сутрой, Демокрит провозгласил философскими размышлениями. Оба страдали от недостатка эмпирических данных. Без научных доказательств существование атомов было легко отрицать. Аристотель выступил против существования атомов в 330 г. до н.э. Ранее, в 380 г. до н.э., греческий текст приписывается Полиба утверждал , что человеческое тело состоит из четырех соков . Около 300 г. до н.э. Эпикур постулировал вселенную неразрушимых атомов, в которой сам человек несет ответственность за достижение сбалансированной жизни.

С целью объяснения эпикурейской философии римской аудитории римский поэт и философ Лукреций написал в 50 г. до н.э. De rerum natura («Природа вещей»). В своей работе Лукреций представляет принципы атомизма ; природа разума и души ; объяснения ощущений и мыслей; развитие мира и его явлений; и объясняет множество небесных и земных явлений.

Многие ранние разработки методов очистки описаны Плинием Старшим в его « Naturalis Historia» . Он пытался объяснить эти методы, а также пристально наблюдал за состоянием многих минералов.

Средневековая алхимия

Алхимическая эмблема семнадцатого века, показывающая четыре классических элемента в углах изображения, рядом с tria prima в центральном треугольнике.

Элементарная система , используемая в средневековой алхимии была разработана главным образом персидском - араб алхимика Джабир ибн Hayyan и коренится в классических элементах греческой традиции. Его система состояла из четырех аристотелевских элементов: воздуха, земли, огня и воды, а также двух философских элементов: серы , характеризующей принцип горючести, «камня, который горит»; и ртуть , характеризующая принцип металлических свойств. Ранние алхимики рассматривали их как идеализированные выражения несводимых компонентов вселенной и имеют большее значение в философской алхимии.

Три металлических принципа (сера для воспламеняемости или горения, ртуть для летучести и стабильности и соль для твердости) стали tria prima швейцарского алхимика Парацельса . Он рассуждал, что теория четырех элементов Аристотеля проявляется в телах как три принципа. Парацельс считал эти принципы фундаментальными и оправдывал их, ссылаясь на описание того, как дерево горит в огне. Меркурий включал в себя принцип связности, так что, когда он покидал древесину (в дыму), древесина разваливалась. Дым характеризовал летучесть (ртутный принцип), выделяющее тепло пламя характеризовало воспламеняемость (сера), а остатки золы характеризовали твердость (соль).

Философский камень

"Алхимик" сэра Уильяма Дугласа, 1855 г.

Алхимия определяется герметическим поиском философского камня , изучение которого пропитано символическим мистицизмом и сильно отличается от современной науки. Алхимики трудились над преобразованиями на эзотерическом (духовном) и / или экзотерическом (практическом) уровне. Именно протонаучные , экзотерические аспекты алхимии внесли большой вклад в развитие химии в греко-римском Египте , в Золотой век ислама , а затем в Европе. Алхимия и химия разделяют интерес к составу и свойствам материи, и до 18 века они не были отдельными дисциплинами. Термин химия использовался для описания смеси алхимии и химии, существовавшей до того времени.

Первые западные алхимики, жившие в первые века нашей эры, изобрели химический аппарат. Пароварка , или водяная баня, названа в честь Марии еврейки . Ее работа также дает первые описания трибикос и керотаки . Клеопатра-алхимик описала печи, и ей приписывают изобретение перегонного куба . Позже экспериментальная структура, установленная Джабиром ибн Хайяном, повлияла на алхимиков, поскольку дисциплина мигрировала через исламский мир , а затем в Европу в XII веке нашей эры.

В эпоху Возрождения экзотерическая алхимия оставалась популярной в форме ятрохимии Парацельса , в то время как духовная алхимия процветала, вернувшись к своим платоническим , герметическим и гностическим корням. Следовательно, символические поиски философского камня не были вытеснены научными достижениями и до начала 18 века оставались прерогативой уважаемых ученых и врачей. Ранние современные алхимики, известные своим научным вкладом, включают Ян Баптист ван Гельмонт , Роберт Бойль и Исаак Ньютон .

Алхимия в исламском мире

В исламском мире , то мусульмане переводили труды древних греческих и эллинистических философов на арабский язык и экспериментировали с научными идеями. В арабских трудах, приписываемых алхимику 8-го века Джабиру ибн Хайяну, была введена систематическая классификация химических веществ и даны инструкции по получению неорганического соединения ( соляной аммиак или хлорид аммония ) из органических веществ (таких как растения, кровь и волосы) с помощью химические средства. Некоторые арабские произведения Джабири (например, «Книга милосердия» и «Книга семидесяти») были позже переведены на латынь под латинизированным именем «Гебер», а в Европе 13-го века анонимный писатель, обычно называемый псевдо -Гебер начал писать под этим именем алхимические и металлургические сочинения. Позже влиятельные мусульманские философы, такие как Абу аль-Райхан аль-Бируни и Авиценна, оспаривали теории алхимии, особенно теорию трансмутации металлов .

Проблемы с алхимией

С сегодняшней точки зрения было несколько проблем с алхимией. Не существовало систематической схемы именования новых соединений, а язык был эзотерическим и расплывчатым до такой степени, что терминология означала разные вещи для разных людей. Фактически, согласно The Fontana History of Chemistry (Brock, 1992):

Вскоре язык алхимии разработал загадочный и секретный технический словарь, предназначенный для сокрытия информации от непосвященных. В значительной степени этот язык непонятен для нас сегодня, хотя очевидно , что читатели Джоффри Чосер «s Tale компании Canon YEOMAN в или аудитории Бен Jonson » s Алхимика были в состоянии истолковать его достаточно , чтобы посмеяться над ним.

Рассказ Чосера раскрыл более мошенническую сторону алхимии, особенно производство поддельного золота из дешевых веществ. Менее чем за столетие до этого Данте Алигьери также продемонстрировал осведомленность об этой подделке, в результате чего он отправил всех алхимиков в Ад в своих трудах. Вскоре после этого, в 1317 году, папа в Авиньоне Иоанн XXII приказал всем алхимикам покинуть Францию ​​за изготовление фальшивых денег. В 1403 году в Англии был принят закон, по которому «умножение металлов» каралось смертью. Несмотря на эти и другие явно крайние меры, алхимия не умерла. Королевские власти и привилегированные классы по-прежнему стремились открыть для себя философский камень и эликсир жизни.

Также не существовало согласованного научного метода воспроизводимости экспериментов. Действительно, многие алхимики включали в свои методы не относящуюся к делу информацию, такую ​​как время приливов или фаз луны. Эзотерическая природа и систематизированный словарь алхимии оказались более полезными для сокрытия того факта, в котором они вообще не могли быть уверены во многом. Уже в 14 веке на фасаде алхимии, казалось, росли трещины; и люди стали скептичными. Ясно, что должен быть научный метод, в котором эксперименты могли бы повторяться другими людьми, а результаты нужно было сообщать ясным языком, излагающим как то, что известно, так и то, что неизвестно.

17 и 18 века: ранняя химия

Агрикола, автор De re Metallica

Практические попытки улучшить очистку руд и их извлечение для плавки металлов были важным источником информации для первых химиков 16 века, среди которых был Георг Агрикола (1494–1555), опубликовавший в 1556 году свою великую работу De re Metallica. Работа описывает высокоразвитые и сложные процессы добычи металлических руд, добычи металлов и металлургии того времени. Его подход устранил мистицизм, связанный с этим предметом, создав практическую основу, на которой могли строить другие. Работа описывает многие виды печей, используемых для плавки руды, и пробуждает интерес к минералам и их составу. Неслучайно он дает многочисленные ссылки на более раннего автора, Плиния Старшего и его Naturalis Historia . Агриколу называют «отцом металлургии».

В 1605 году сэр Фрэнсис Бэкон опубликовал книгу «Мастерство и прогресс в обучении» , в которой содержится описание того, что позже будет известно как научный метод . В 1605 году Михал Седзивой издает алхимический трактат «Новый свет алхимии», в котором высказывается предположение о существовании «пищи жизни» в воздухе, которая позже была признана кислородом. В 1615 году Жан Беген опубликовал Tyrocinium Chymicum , ранний учебник химии, и в нем нарисовал первое в истории химическое уравнение . В 1637 году Рене Декарт публикует Discours de la méthode , в котором излагается научный метод.

Голландская химика Гельмонт работа «S Ortus Medicinae была опубликована посмертно в 1648 году; Некоторые цитируют эту книгу как важный переходный труд между алхимией и химией, оказавший большое влияние на Роберта Бойля . Книга содержит результаты многочисленных экспериментов и устанавливает раннюю версию закона сохранения массы . Работая сразу после Парацельса и ятрохимии , Ян Баптист ван Гельмонт предположил, что существуют невещественные вещества, кроме воздуха, и придумал для них название - « газ » от греческого слова « хаос» . В дополнение к введению слова «газ» в словарь ученых ван Гельмонт провел несколько экспериментов с газами. Яна Баптиста ван Гельмонта сегодня также помнят в основном за его идеи о спонтанном зарождении и его пятилетний эксперимент с деревом , а также за то, что он считается основателем пневматической химии .

Роберт Бойл

Роберт Бойль , один из соучредителей современной химии, использовал правильные эксперименты, которые еще больше отделили химию от алхимии.

Считается, что англо-ирландский химик Роберт Бойль (1627–1691) усовершенствовал современный научный метод алхимии и отделил химию от алхимии. Хотя его исследования явно уходят корнями в алхимическую традицию, Бойль сегодня в значительной степени считается первым современным химиком и, следовательно, одним из основоположников современной химии и одним из пионеров современного экспериментального научного метода . Хотя Бойль не был первооткрывателем, он наиболее известен законом Бойля , который он представил в 1662 году: закон описывает обратно пропорциональную зависимость между абсолютным давлением и объемом газа, если температура поддерживается постоянной в замкнутой системе .

Бойлю также приписывают его знаменательную публикацию «Скептический химик» в 1661 году, которая считается краеугольным камнем в области химии. В работе Бойль представляет свою гипотезу о том, что каждое явление было результатом столкновения движущихся частиц. Бойль призвал химиков провести эксперимент и утверждать, что эксперименты отрицали ограничение химических элементов только классическими четырьмя: землей, огнем, воздухом и водой. Он также призывал к тому, чтобы химия перестала подчиняться медицине или алхимии и поднялась до статуса науки. Важно отметить, что он выступал за строгий подход к научному эксперименту: он считал, что все теории должны быть экспериментально подтверждены, прежде чем они будут признаны истинными. Работа содержит некоторые из самых ранних современных идей об атомах , молекулах и химической реакции и знаменует начало истории современной химии.

Бойль также пытался очищать химические вещества, чтобы получить воспроизводимые реакции. Он был активным сторонником механической философии, предложенной Рене Декартом для объяснения и количественной оценки физических свойств и взаимодействий материальных субстанций. Бойл был атомщик, но выступает слово тельце над атомами . Он заметил, что тончайшее деление материи, в котором сохраняются свойства, находится на уровне корпускул. Он также провел многочисленные исследования с помощью воздушного насоса и отметил, что ртуть выпала при откачке воздуха. Он также заметил, что откачка воздуха из контейнера погасит пламя и убьет мелких животных, помещенных внутри. Бойль своей механической корпускулярной философией помог заложить основы химической революции . Бойль повторил эксперимент ван Гельмонта с деревом и первым применил индикаторы, меняющие цвет в зависимости от кислотности.

Разработка и демонтаж флогистона

Джозеф Пристли , один из первооткрывателей элемента кислород, который он назвал «дефлогистированным воздухом».

В 1702 году немецкий химик Георг Шталь придумал название « флогистон » для вещества, которое, как считается, выделяется в процессе горения. Около 1735 года шведский химик Георг Брандт проанализировал темно-синий пигмент, обнаруженный в медной руде. Брандт продемонстрировал, что пигмент содержит новый элемент, позже названный кобальтом . В 1751 году шведский химик и ученик Шталя по имени Аксель Фредрик Кронштедт идентифицировал примесь в медной руде как отдельный металлический элемент, который он назвал никелем . Кронштедт - один из основоположников современной минералогии . Кронштедт также обнаружил в 1751 году минерал шеелит , который он назвал вольфрамом, что в переводе с шведского означает «тяжелый камень».

В 1754 году шотландский химик Джозеф Блэк выделил двуокись углерода , которую назвал «неподвижным воздухом». В 1757 году Луи Клод Кадет де Гассикур , исследуя соединения мышьяка, создал дымящуюся жидкость Кадета , которая позже была обнаружена как оксид какодила , который считается первым синтетическим металлоорганическим соединением. В 1758 году Джозеф Блэк сформулировал понятие скрытой теплоты , чтобы объяснить термохимии о фазовых превращениях . В 1766 году английский химик Генри Кавендиш выделил водород , который назвал «легковоспламеняющимся воздухом». Кавендиш открыл водород как бесцветный газ без запаха, который горит и может образовывать взрывоопасную смесь с воздухом, и опубликовал статью о производстве воды путем сжигания легковоспламеняющегося воздуха (то есть водорода) в дефлогистированном воздухе (ныне известный как кислород). последний входит в состав атмосферного воздуха ( теория флогистона ).

В 1773 году шведский химик Карл Вильгельм Шееле открыл кислород , который назвал «огненным воздухом», но не сразу опубликовал свое достижение. В 1774 году английский химик Джозеф Пристли независимо выделил кислород в газообразном состоянии, назвав его «дефлогистированным воздухом», и опубликовал свою работу до Шееле. В течение его жизни значительная научная репутация Пристли основывалась на его изобретении газированной воды , его работах об электричестве и его открытии нескольких «газов», самый известный из которых Пристли назвал «дефлогистированным воздухом» (кислородом). Однако решимость Пристли защищать теорию флогистона и отвергать то, что впоследствии превратилось в химическую революцию, в конечном итоге оставило его изолированным в научном сообществе.

В 1781 году Карл Вильгельм Шееле обнаружил, что новая кислота , вольфрамовая кислота , может быть получена из шеелита Кронштедта (в то время называемого вольфрамом). Шееле и Торберн Бергман предположили, что можно получить новый металл, восстановив эту кислоту. В 1783 году Хосе и Фаусто Эльхуяр обнаружили кислоту, сделанную из вольфрамита, которая была идентична вольфрамовой кислоте. Позже в том же году в Испании братьям удалось выделить металл, ныне известный как вольфрам , восстановив эту кислоту древесным углем , и им приписывают открытие этого элемента.

Вольта и вольтовская свая

Итальянский физик Алессандро Вольта сконструировал устройство для накопления большого заряда посредством серии индукций и заземлений. Он исследовал открытие 1780-х годов « животное электричество » Луиджи Гальвани и обнаружил, что электрический ток генерируется при контакте разнородных металлов, и что лягушка действует только как датчик. Вольта продемонстрировал в 1794 году, что когда два металла и пропитанная рассолом ткань или картон соединяются в цепь, они производят электрический ток.

В 1800 году Вольта сложил несколько пар чередующихся медных (или серебряных ) и цинковых дисков ( электродов ), разделенных тканью или картоном, пропитанным рассолом ( электролитом ), чтобы увеличить проводимость электролита. Когда верхний и нижний контакты были соединены проводом, электрический ток протекал через эту гальваническую батарею и соединительный провод. Таким образом, Вольте приписывают создание первой электрической батареи, производящей электричество .

Таким образом, Вольта считается основоположником дисциплины электрохимии . Гальванический элемент (или вольтова клетка) представляет собой гальванический элемент , производные электрическая энергия от спонтанного окислительно - восстановительной реакции , имеющее места в клетке. Обычно он состоит из двух разных металлов, соединенных солевым мостиком , или отдельных полуячейек, разделенных пористой мембраной.

Антуан-Лоран де Лавуазье

Антуан-Лоран де Лавуазье с помощью тщательных измерений продемонстрировал, что превращение воды в землю невозможно, но что осадок, наблюдаемый в кипящей воде, исходит из контейнера. Он сжег фосфор и серу на воздухе и доказал, что продукты весили больше, чем исходные образцы, а полученная масса терялась из воздуха. Таким образом, в 1789 году он установил Закон сохранения массы , который также называют «законом Лавуазье».

Первый в мире ледяной калориметр, использованный зимой 1782–83 годов Антуаном Лавуазье и Пьером-Симоном Лапласом для определения тепла, участвующего в различных химических изменениях ; расчеты, основанные на предыдущем открытии скрытой теплоты Джозефом Блэком . Эти эксперименты составляют основу термохимии .

Повторяя эксперименты Пристли, он продемонстрировал, что воздух состоит из двух частей, одна из которых соединяется с металлами, образуя кальки . В « Considérations Générales sur la Nature des Acides» (1778) он продемонстрировал, что «воздух», ответственный за горение, также является источником кислотности. В следующем году он назвал эту порцию кислородом (по-гречески «кислотообразующий»), а другую - азотом (по-гречески «без жизни»). Из-за его более тщательной характеристики его как элемента, Лавуазье, таким образом, претендует на открытие кислорода наряду с Пристли и Шееле. Он также обнаружил, что «воспламеняющийся воздух», открытый Кавендишем, который он назвал водородом (по-гречески «водообразующий»), соединяется с кислородом, образуя росу, как сообщил Пристли, которая оказалась водой. В « Reflexions sur le Phlogistique» (1783) Лавуазье показал несостоятельность теории горения флогистона . Михаил Ломоносов самостоятельно установил традицию химии в России в 18 веке; он также отверг теорию флогистона и предвосхитил кинетическую теорию газов . Ломоносов рассматривал тепло как форму движения и высказал идею сохранения материи.

Лавуазье работал с Клодом Луи Бертолле и другими, чтобы разработать систему химической номенклатуры , которая служит основой современной системы именования химических соединений. В своих « Методах химической номенклатуры» (1787 г.) Лавуазье изобрел систему наименования и классификации, которая широко используется сегодня, включая такие названия, как серная кислота , сульфаты и сульфиты . В 1785 году Бертолле первым ввел использование газообразного хлора в качестве коммерческого отбеливателя. В том же году он впервые определил элементный состав газообразного аммиака . Бертолле впервые произвел современную отбеливающую жидкость в 1789 году, пропустив газообразный хлор через раствор карбоната натрия - в результате получился слабый раствор гипохлорита натрия . Другой сильный окислитель хлора и отбеливатель, который он исследовал и первым произвел, хлорат калия (KClO 3 ), известен как соль Бертолле. Бертолле также известен своим научным вкладом в теорию химического равновесия через механизм обратимых реакций .

Traité élémentaire de chimie

« Traité Élémentaire de Chimie» Лавуазье («Элементарный трактат химии», 1789 г.) был первым современным учебником по химии, который представил единый взгляд на новые теории химии, содержал четкое изложение Закона сохранения массы и отрицал существование флогистона. Кроме того, он содержал список элементов или веществ, которые нельзя было разбить дальше, в том числе кислород, азот , водород, фосфор , ртуть , цинк и серу . В его список, однако, также входили свет и калорийность , которые он считал материальными веществами. В своей работе Лавуазье подчеркнул наблюдательную основу своей химии, заявив: «Я пытался ... прийти к истине, связывая факты; максимально подавить использование рассуждений, которые часто являются ненадежным инструментом, вводящим в заблуждение. нам, чтобы как можно точнее следовать за факелом наблюдения и эксперимента ". Тем не менее он считал, что реальное существование атомов невозможно с философской точки зрения. Лавуазье продемонстрировал, что организмы разбирают и восстанавливают атмосферный воздух так же, как горящее тело.

Вместе с Пьером-Симоном Лапласом Лавуазье использовал калориметр для оценки тепла, выделяемого на единицу производимого углекислого газа. Они обнаружили такое же соотношение для пламени и животных, что указывает на то, что животные производят энергию с помощью горения. Лавуазье верил в теорию радикалов , которая гласила, что радикалы, которые действуют как единая группа в химической реакции, будут соединяться с кислородом в реакциях. Он считал, что все кислоты содержат кислород. Он также обнаружил, что алмаз - это кристаллическая форма углерода.

Хотя многие партнеры Лавуазье оказали влияние на развитие химии как научной дисциплины, его жена Мари-Анн Лавуазье, возможно, была самой влиятельной из них. После их свадьбы мадам. Лавуазье начала изучать химию, английский язык и рисование, чтобы помочь своему мужу в его работе, либо переводя документы на английский язык, который Лавуазье не знал, либо ведя записи и рисуя различные аппараты, которые Лавуазье использовал в своих лабораториях. Благодаря ее способности читать и переводить статьи из Британии для своего мужа, Лавуазье имела доступ к знаниям о многих химических достижениях, происходящих за пределами его лаборатории. Кроме того, мадам. Лавуазье вела записи о работе мужа и следила за тем, чтобы его работы были опубликованы. Первый признак истинного потенциала Мари-Анны как химика в лаборатории Лавуазье появился, когда она переводила книгу ученого Ричарда Кирвана . При переводе она наткнулась и исправила несколько ошибок. Когда она представила свой перевод вместе со своими заметками Лавуазье, ее вклад привел к опровержению Лавуазье теории флогистона.

Лавуазье внес большой фундаментальный вклад в химию. После его работы химия приобрела строгий количественный характер, что позволило делать надежные прогнозы. Произведенная им революция в химии была результатом сознательных усилий поместить все эксперименты в рамки единой теории. Он установил постоянное использование химического баланса, использовал кислород, чтобы опровергнуть теорию флогистона, и разработал новую систему химической номенклатуры. Дальнейшие потенциальные пожертвования были прерваны, когда Лавуазье был обезглавлен во время Французской революции .

19 век

В 1802 году французско-американский химик и промышленник Элеутер Ирене дю Пон , изучавший производство пороха и взрывчатых веществ при Антуане Лавуазье, основал в Делавэре производителя пороха, известную как EI du Pont de Nemours and Company . Французская революция заставила его семью переехать в Соединенные Штаты , где дю Пон начал пороховой завод на реке Брендивайн в штате Делавэр. Желая сделать порошок как можно лучше, Дюпон внимательно следил за качеством используемых материалов. В течение 32 лет дю Пон был президентом компании EI du Pont de Nemours and Company, которая в конечном итоге превратилась в одну из крупнейших и наиболее успешных компаний Америки.

На протяжении 19 века химия делилась между теми, кто следовал атомной теории Джона Дальтона, и теми, кто этого не делал, такими как Вильгельм Оствальд и Эрнст Мах . Хотя такие сторонники атомной теории, как Амедео Авогадро и Людвиг Больцман, добились больших успехов в объяснении поведения газов , этот спор не был окончательно разрешен до тех пор, пока Жан Перрен не провел экспериментальное исследование атомного объяснения броуновского движения Эйнштейном в первое десятилетие нашей эры. 20 век.

Задолго до того, как спор был урегулирован, многие уже применили концепцию атомизма к химии. Ярким примером является ионная теория Сванте Аррениуса, которая предвосхитила идеи об атомной субструктуре, которые не получили полного развития до 20-го века. Майкл Фарадей был еще одним ранним исследователем, основным вкладом которого в химию была электрохимия , в которой (среди прочего) было показано, что определенное количество электричества во время электролиза или электроосаждения металлов связано с определенными количествами химических элементов и фиксированными количествами химических элементов. элементы, следовательно, друг с другом в определенных соотношениях. Эти открытия, как и результаты исследования соотношений Дальтона, были первыми ключами к разгадке атомной природы материи.

Джон Далтон

Джона Далтона помнят за его работы по парциальным давлениям в газах, цветовой слепоте и атомной теории.

В 1803 году английский метеоролог и химик Джон Далтон предложил закон Далтона , который описывает соотношение между компонентами смеси газов и относительное давление, каждое из которых влияет на давление всей смеси. Эта концепция, открытая в 1801 году, также известна как закон парциальных давлений Дальтона.

Дальтон также предложил современную атомную теорию в 1803 году, в которой говорилось, что вся материя состоит из небольших неделимых частиц, называемых атомами, атомы данного элемента обладают уникальными характеристиками и весом и существуют три типа атомов: простые (элементы), составные (простые молекулы). ), так и сложные (сложные молекулы). В 1808 году Дальтон впервые опубликовал « Новую систему химической философии» (1808-1827), в которой он изложил первое современное научное описание теории атома. Эта работа идентифицировала химические элементы как особый тип атома, тем самым отвергая теорию химического сродства Ньютона .

Вместо этого Дальтон вывел пропорции элементов в соединениях, взяв отношения масс реагентов, установив атомный вес водорода равным единице. Вслед за Иеремиасом Бенджамином Рихтером (известным введением термина стехиометрия ) он предположил, что химические элементы объединяются в интегральных соотношениях. Это известно как закон множественных пропорций или закон Дальтона, и Дальтон включил четкое описание закона в свою новую систему химической философии . Закон кратных пропорций - один из основных законов стехиометрии, используемых для создания атомной теории. Несмотря на важность работы как первого взгляда на атомы как на физически реальные сущности и введение системы химических символов, « Новая система химической философии» посвятила теории калорий почти столько же места, сколько и атомизму.

Французский химик Жозеф Пруст предложил закон определенных пропорций , который гласит, что элементы всегда объединяются в небольших целочисленных соотношениях для образования соединений, на основе нескольких экспериментов, проведенных между 1797 и 1804 годами. Наряду с законом множественных пропорций, закон определенных пропорций формирует основа стехиометрии. Закон определенных пропорций и постоянного состава не доказывает, что атомы существуют, но их трудно объяснить, не предполагая, что химические соединения образуются, когда атомы соединяются в постоянных пропорциях.

Йенс Якоб Берцелиус

Шведский химик и ученик Далтона Йенс Якоб Берцелиус приступил к систематической программе, чтобы попытаться проводить точные и точные количественные измерения и гарантировать чистоту химикатов. Наряду с Лавуазье, Бойлем и Далтоном Берцелиус известен как отец современной химии. В 1828 году он составил таблицу относительных атомных весов, в которой кислород использовался в качестве стандарта, с его весом, установленным на уровне 100, и которая включала все элементы, известные в то время. Эта работа предоставила доказательства в пользу атомной теории Дальтона - что неорганические химические соединения состоят из атомов, объединенных в целые числа . Он определил точные элементарные составляющие большого числа соединений; результаты убедительно подтверждают закон определенных пропорций Пруста. Обнаружив, что атомный вес не является целым числом, кратным весу водорода, Берцелиус также опроверг гипотезу Праута о том, что элементы состоят из атомов водорода.

Мотивированный его обширными определениями атомного веса и желанием помочь своим экспериментам, он представил классическую систему химических символов и обозначений в своей публикации 1808 года Lärbok i Kemien , в которой элементы сокращены до одной или двух букв, чтобы образовать отдельный символ от их латинское название. Эта система химических обозначений, в которой элементам были даны простые письменные обозначения, такие как O для кислорода или Fe для железа, с пропорциями, обозначенными цифрами, является той же базовой системой, которая используется сегодня. Единственное отличие состоит в том, что вместо номера индекса, используемого сегодня (например, H 2 O), Берцелиус использовал верхний индекс (H 2 O). Берцелиусу приписывают определение химических элементов кремния , селена , тория и церия . Студенты, работающие в лаборатории Берцелиуса, также открыли литий и ванадий .

Берцелиус разработал радикальную теорию химического сочетания, согласно которой реакции происходят, когда молекулы обмениваются стабильными группами атомов, называемыми радикалами . Он считал, что соли представляют собой соединения, образованные из кислот и оснований , и обнаружил, что анионы в кислотах притягиваются к положительному электроду ( аноду ), тогда как катионы в основании притягиваются к отрицательному электроду ( катоду ). Берцелиус не верил в теорию витализма , а верил в регулирующую силу, которая обеспечивает организацию тканей в организме. Берцелиусу также приписывают создание химических терминов « катализ », « полимер », « изомер » и « аллотроп », хотя его первоначальные определения резко отличаются от современного использования. Например, он ввел термин «полимер» в 1833 году для описания органических соединений, которые имели идентичные эмпирические формулы, но различались по общей молекулярной массе, причем более крупные соединения описывались как «полимеры» наименьшего размера. Согласно этому давно замененному предструктурному определению глюкоза (C 6 H 12 O 6 ) рассматривалась как полимер формальдегида (CH 2 O).

Новые элементы и газовые законы

Английский химик Хамфри Дэви был пионером в области электролиза. Он использовал гальваническую батарею Алессандро Вольта для разделения обычных соединений и, таким образом, выделения ряда новых элементов. Он продолжил электролиз расплавленных солей и открыл несколько новых металлов, особенно натрий и калий , элементы с высокой реакционной способностью, известные как щелочные металлы . Калий, первый металл, выделенный электролизом, был открыт в 1807 году Дэви, который получил его из каустического калия (КОН). До 19 века не делалось различий между калием и натрием. Натрий был впервые выделен Дэви в том же году путем пропускания электрического тока через расплав гидроксида натрия (NaOH). Когда Дэви услышал, что Берцелиус и Понтин получают амальгаму кальция путем электролиза извести в ртути, он попробовал это сам. Дэви добился успеха и открыл кальций в 1808 году путем электролиза смеси извести и оксида ртути . Он работал с электролизом на протяжении всей своей жизни и в 1808 году выделил магний , стронций и барий .

Дэви также экспериментировал с газами, вдыхая их. Эта экспериментальная процедура несколько раз почти оказывалась фатальной, но привела к открытию необычных эффектов закиси азота , которая стала известна как веселящий газ. Хлор был открыт в 1774 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле , который назвал его «дефлогистированной морской кислотой» (см. Теорию флогистона ) и ошибочно решил, что он содержит кислород . Шееле наблюдал несколько свойств газообразного хлора, таких как его отбеливающее действие на лакмус, его смертельное действие на насекомых, его желто-зеленый цвет и сходство его запаха с запахом царской водки . Однако в то время Шееле не смог опубликовать свои выводы. В 1810 году хлор получил свое нынешнее название от Хамфри Дэви (от греческого слова «зеленый»), который настаивал на том, что хлор на самом деле является элементом . Он также показал, что кислород нельзя получить из вещества, известного как оксимуриатиновая кислота (раствор HCl). Это открытие опровергло определение Лавуазье кислот как соединений кислорода. Дэви был популярным лектором и способным экспериментатором.

Джозеф Луи Гей-Люссак , который заявил, что соотношение между объемами реагирующих газов и продуктов может быть выражено простыми целыми числами.

Французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак разделял интерес Лавуазье и других к количественному изучению свойств газов. Из своей первой крупной программы исследований в 1801–1802 годах он пришел к выводу, что равные объемы всех газов расширяются одинаково при одинаковом повышении температуры: этот вывод обычно называют « законом Шарля », поскольку Гей-Люссак отдал должное Жаку Шарлю , который пришел к почти такому же выводу в 1780-х годах, но не опубликовал его. Закон был независимо открыт британским натурфилософом Джоном Далтоном к 1801 году, хотя описание Далтона было менее обстоятельным, чем описание Гей-Люссака. В 1804 году Гей-Люссак совершил несколько смелых восхождений на высоту более 7000 метров над уровнем моря на воздушных шарах, наполненных водородом - подвиг, которому не было равных в течение следующих 50 лет, - что позволило ему исследовать другие аспекты газов. Он не только собирал магнитные измерения на разных высотах, но также брал измерения давления, температуры и влажности, а также пробы воздуха, которые позже анализировал химическим путем.

В 1808 году Гей-Люссак объявил, что, вероятно, было его самым большим достижением: из своих собственных и других экспериментов он пришел к выводу, что газы при постоянной температуре и давлении объединяются в простых числовых пропорциях по объему, и полученный продукт или продукты - если газы - также содержат простая пропорция объема к объемам реагентов. Другими словами, газы при равных условиях температуры и давления реагируют друг с другом в объемных отношениях малых целых чисел. Этот вывод впоследствии стал известен как « закон Гей-Люссака » или « Закон объединения объемов ». С его собрата профессором Политехнической школы , Тенар , Гей-Люссак также участвовал в начале электрохимических исследований, исследуя элементы , обнаруженные с его помощью. Среди других достижений они разложили борную кислоту с помощью плавленого калия, открыв таким образом элемент бор . Эти двое также приняли участие в современных дебатах, которые изменили определение кислот Лавуазье и продвинули его программу анализа органических соединений на содержание в них кислорода и водорода.

Элемент йод был открыт французским химиком Бернаром Куртуа в 1811 году. Куртуа дал образцы своим друзьям Шарлю Бернару Десорму (1777–1862) и Николя Клеману (1779–1841) для продолжения исследований. Он также передал часть вещества Гей-Люссаку и физику Андре-Мари Амперу . 6 декабря 1813 года Гей-Люссак объявил, что новое вещество представляет собой элемент или соединение кислорода. Именно Гей-Люссак предложил название «iode» от греческого слова ιώδες (iodes), означающего фиолетовый (из-за цвета паров йода). Ампер передал часть своего образца Хэмфри Дэви. Дэви провел несколько экспериментов с этим веществом и отметил его сходство с хлором. Дэви отправил письмо Лондонскому королевскому обществу от 10 декабря, в котором говорилось, что он обнаружил новый элемент. Между Дэви и Гей-Люссаком разгорелись споры о том, кто первым идентифицировал йод, но оба ученых признали Куртуа первым, кто выделил этот элемент.

В 1815 году Хамфри Дэви изобрел лампу Дэви , которая позволяла шахтерам в угольных шахтах безопасно работать в присутствии горючих газов. Было много взрывов в шахтах, вызванных рудничным газом или метаном, часто воспламеняемым открытым пламенем ламп, которые в то время использовались шахтерами. Дэви задумал использовать железную сетку, чтобы закрыть пламя лампы и таким образом предотвратить выход метана, горящего внутри лампы, в общую атмосферу. Хотя идея предохранительной лампы уже была продемонстрирована Уильямом Ридом Клэнни и тогда еще неизвестным (но впоследствии очень известным) инженером Джорджем Стефенсоном , использование Дэви проволочной сетки для предотвращения распространения пламени использовалось многими другими изобретателями в их более поздних версиях. конструкции. Были некоторые дискуссии относительно того, открыл ли Дэви принципы, лежащие в основе его лампы, без помощи работы Смитсона Теннанта , но все согласились, что работа обоих мужчин была независимой. Дэви отказался запатентовать лампу, и за ее изобретение в 1816 году он был награжден медалью Рамфорда.

Амедео Авогадро , который предположил, что при контролируемых условиях температуры и давления равные объемы газов содержат равное количество молекул. Это известно как закон Авогадро .

После того, как Дальтон опубликовал свою атомную теорию в 1808 году, некоторые из его центральных идей вскоре были приняты большинством химиков. Однако в течение полувека сохранялась неуверенность в том, как атомную теорию следует сконфигурировать и применить к конкретным ситуациям; химики в разных странах разработали несколько разных несовместимых атомистических систем. Работа, предлагавшая выход из этой сложной ситуации, была опубликована еще в 1811 году итальянским физиком Амедео Авогадро (1776-1856), который предположил, что равные объемы газов при одинаковой температуре и давлении содержат равное количество молекул, из которых Из этого следовало, что относительные молекулярные массы любых двух газов такие же, как отношение плотностей двух газов при одинаковых условиях температуры и давления. Авогадро также рассуждал, что простые газы не образованы отдельными атомами, а представляют собой составные молекулы из двух или более атомов. Таким образом, Авогадро смог преодолеть трудность, с которой столкнулись Дальтон и другие, когда Гей-Люссак сообщил, что при температуре выше 100 ° C объем водяного пара вдвое превышает объем кислорода, использованного для его образования. По словам Авогадро, молекула кислорода разделилась на два атома в процессе образования водяного пара.

Гипотеза Авогадро игнорировалась в течение полувека после ее первой публикации. Было приведено множество причин такого пренебрежения, в том числе некоторые теоретические проблемы, такие как «дуализм» Йонса Якоба Берцелиуса, который утверждал, что соединения удерживаются вместе за счет притяжения положительных и отрицательных электрических зарядов, что делает немыслимым, чтобы молекула, состоящая из двух электрически подобные атомы - как в кислороде - могут существовать. Дополнительным препятствием для принятия было то, что многие химики неохотно применяли физические методы (такие как определение плотности пара) для решения своих проблем. К середине века, однако, некоторые ведущие деятели начали рассматривать хаотическое множество конкурирующих систем атомных весов и молекулярных формул как недопустимое. Более того, начали собираться чисто химические доказательства того, что подход Авогадро в конце концов может быть правильным. В 1850-х годах молодые химики, такие как Александр Уильямсон в Англии, Чарльз Герхард и Шарль-Адольф Вюрц во Франции и Август Кекуле в Германии, начали отстаивать реформу теоретической химии, чтобы привести ее в соответствие с теорией Авогадриана.

Велер и дебаты о витализме

В 1825 году Фридрих Велер и Юстус фон Либих выполнили первое подтвержденное открытие и объяснение изомеров , ранее названных Берцелиусом. Работая с циановой кислотой и фульминовой кислотой , они правильно пришли к выводу, что изомерия была вызвана различным расположением атомов в молекулярной структуре. В 1827 году Уильям Праут классифицировал биомолекулы на их современные группы: углеводы , белки и липиды . После того, как природа горения была определена, начался спор о витализме и существенном различии органических и неорганических веществ. Революция в вопросе витализма произошла в 1828 году, когда Фридрих Велер синтезировал мочевину , тем самым установив, что органические соединения можно производить из неорганических исходных материалов, и опровергнув теорию витализма.

Это открыло новую область исследований в химии, и к концу 19 века ученые смогли синтезировать сотни органических соединений. Наиболее важными из них являются лиловый , пурпурный и другие синтетические красители , а также широко применяемый лекарственный препарат аспирин . Открытие искусственного синтеза мочевины внесло большой вклад в теорию изомерии , поскольку эмпирические химические формулы для мочевины и цианата аммония идентичны (см. Синтез Велера ). В 1832 году Фридрих Велер и Юстус фон Либих открыли и объяснили функциональные группы и радикалы применительно к органической химии, а также впервые синтезировали бензальдегид . Либих, немецкий химик, внес большой вклад в сельскохозяйственную и биологическую химию и работал над организацией органической химии . Либиха считают «отцом индустрии удобрений » за его открытие азота как основного питательного вещества для растений и его формулировку Закона минимума, в котором описывается влияние отдельных питательных веществ на сельскохозяйственные культуры.

Середина 1800-х годов

В 1840 году Жермен Гесс предложил закон Гесса , раннее изложение закона сохранения энергии , который устанавливает, что изменения энергии в химическом процессе зависят только от состояния исходных материалов и материалов продукта, а не от конкретного пути между ними. состояния. В 1847 году Герман Кольбе получил уксусную кислоту из полностью неорганических источников, что еще больше опровергло витализм. В 1848 году Уильям Томсон, 1-й барон Кельвин (широко известный как лорд Кельвин) установил концепцию абсолютного нуля , температуры, при которой прекращается любое движение молекул. В 1849 году Луи Пастер обнаружил, что рацемическая форма винной кислоты представляет собой смесь левовращающей и правовращающей форм, таким образом прояснив природу оптического вращения и продвинувшись в области стереохимии . В 1852 году Август Бир предложил закон Бера , который объясняет взаимосвязь между составом смеси и количеством света, которое она будет поглощать. Частично основанный на более ранних работах Пьера Бугера и Иоганна Генриха Ламбера , он разработал аналитическую технику, известную как спектрофотометрия . В 1855 году Бенджамин Силлиман-младший первым изобрел методы крекинга нефти , которые сделали возможной всю современную нефтехимическую промышленность .

Гипотеза Авогадро стала пользоваться широкой популярностью среди химиков только после того, как его соотечественник и коллега-ученый Станислао Канниццаро продемонстрировал ее ценность в 1858 году, через два года после смерти Авогадро. Химические интересы Канниццаро ​​изначально были сосредоточены на натуральных продуктах и ​​реакциях ароматических соединений ; в 1853 году он обнаружил, что при обработке бензальдегида концентрированным основанием образуются как бензойная кислота, так и бензиловый спирт - явление, известное сегодня как реакция Канниццаро . В своей брошюре 1858 года Канниццаро ​​показал, что полное возвращение к идеям Авогадро можно использовать для построения последовательной и надежной теоретической структуры, которая соответствует почти всем доступным эмпирическим данным. Например, он указал на свидетельства, свидетельствующие о том, что не все элементарные газы состоят из двух атомов на молекулу - некоторые одноатомные , большинство двухатомных , а некоторые даже более сложные.

Еще одним предметом разногласий были формулы соединений щелочных металлов (таких как натрий ) и щелочноземельных металлов (таких как кальций ), которые, ввиду их поразительных химических аналогий, большинство химиков хотели приписать одной и той же формуле тип. Канниццаро ​​утверждал, что отнесение этих металлов к разным категориям дало положительный результат в виде устранения определенных аномалий при использовании их физических свойств для определения атомного веса. К сожалению, брошюра Канниццаро ​​изначально была опубликована только на итальянском языке и сразу же не имела большого влияния. Настоящим прорывом стал международный химический конгресс, состоявшийся в немецком городе Карлсруэ в сентябре 1860 года, на котором присутствовало большинство ведущих европейских химиков. Конгресс в Карлсруэ был организован Кекуле, Вюрцем и некоторыми другими, которые разделяли представление Канниццаро ​​о том, в каком направлении должна идти химия. Говоря по-французски (как и все присутствующие), красноречие и логика Канниццаро ​​произвели неизгладимое впечатление на собранное тело. Более того, его друг Анджело Павеси раздал участникам брошюру Канниццаро ​​в конце встречи; позднее не один химик написал о решающем впечатлении, которое произвело чтение этого документа. Например, Лотар Мейер позже написал, что, читая статью Канниццаро, «казалось, что с моих глаз свалилась чешуя». Таким образом, Канниццаро ​​сыграл решающую роль в победе в битве за реформы. Система, отстаиваемая им и вскоре принятая большинством ведущих химиков, по существу идентична той, что используется до сих пор.

Перкин, Крукс и Нобель

В 1856 году сэр Уильям Генри Перкин , возраст 18, учитывая вызов своим профессором, Август Вильгельм фон Хофман , стремился синтезировать хинин , анти- малярии наркотиков, из каменноугольной смолы . В одной из попыток Перкин окисил анилин с помощью дихромата калия , примеси толуидина которого вступили в реакцию с анилином и дали черное твердое вещество, что указывает на «неудавшийся» органический синтез. Очистив колбу спиртом, Перкин заметил фиолетовые части раствора: побочным продуктом этой попытки был первый синтетический краситель, известный как мовеин или сиреневый Перкин. Открытие Перкина положило начало индустрии синтеза красителей, одной из первых успешных отраслей химической промышленности.

Немецкий химик Август Кекуле фон Stradonitz наиболее важным вкладом была его структурная теория органического состава, изложены в двух статьях , опубликованные в 1857 г. и 1858 г. и лечение в мельчайших подробностях на страницах его чрезвычайно популярной Lehrbuch дер Organischen Chemie ( "Учебник органической Химия »), первая часть которой вышла в 1859 году и постепенно расширилась до четырех томов. Кекуле утверждал, что четырехвалентные атомы углерода, то есть углерод, образующий ровно четыре химические связи, могут соединяться вместе, образуя то, что он назвал «углеродной цепочкой» или «углеродным скелетом», к которому другие атомы с другими валентностями (такими как водород, кислород , азот и хлор) могли присоединиться. Он был убежден, что химик может определить эту детальную молекулярную архитектуру, по крайней мере, для более простых органических соединений, известных в его время. Кекуле был не единственным химиком, который делал такие заявления в ту эпоху. Почти одновременно шотландский химик Арчибальд Скотт Купер опубликовал аналогичную теорию, а русский химик Александр Бутлеров многое сделал для прояснения и расширения теории структуры. Однако в химическом сообществе преобладали идеи Кекуле.

A Крукс трубки (2 просмотров): светлый и темный. Электроны движутся по прямым линиям от катода (слева), о чем свидетельствует тень от мальтийского креста на флуоресценции правого конца. Анод находится у нижнего провода.

Британский химик и физик Уильям Крукс известен своими исследованиями катодных лучей , фундаментальными для развития атомной физики . Его исследования электрических разрядов в разреженном газе привели его к наблюдению за темным пространством вокруг катода, которое теперь называется темным пространством Крукса. Он продемонстрировал, что катодные лучи движутся по прямым линиям и производят фосфоресценцию и тепло при попадании на определенные материалы. Пионер электронных ламп, Крукс изобрел трубку Крукса - раннюю экспериментальную разрядную трубку с частичным вакуумом, с помощью которой он изучал поведение катодных лучей. С введением спектрального анализа с помощью Роберта Бунзена и Кирхгоф (1859-1860), Крукс применил новую технику к изучению селена соединений. Бунзен и Кирхгоф ранее использовали спектроскопию как средство химического анализа для обнаружения цезия и рубидия . В 1861 году Крукс использовал этот процесс, чтобы обнаружить таллий в некоторых селенистых отложениях. Он продолжил работу над этим новым элементом, выделил его, изучил его свойства и в 1873 году определил его атомный вес. Во время своих исследований таллия Крукс открыл принцип радиометра Крукса , устройства, которое преобразует световое излучение во вращательное движение. Принцип этого радиометра нашел множество применений при разработке чувствительных измерительных приборов.

В 1862 году Александр Паркс представил Паркезин , один из первых синтетических полимеров , на Международной выставке в Лондоне. Это открытие легло в основу современной индустрии пластмасс . В 1864 году Катон Максимилиан Гульдберг и Питер Вааге , основываясь на идеях Клода Луи Бертолле, предложили закон массового действия . В 1865 году Иоганн Йозеф Лошмидт определил точное количество молекул в молье , позже названное числом Авогадро .

В 1865 году Август Кекуле, частично опираясь на работы Лошмидта и других, установил структуру бензола в виде шестиуглеродного кольца с чередующимися одинарными и двойными связями . Новое предложение Кекуле о циклической структуре бензола вызывало много споров, но так и не было заменено более совершенной теорией. Эта теория послужила научной основой для резкого роста немецкой химической промышленности в последней трети XIX века. Сегодня подавляющее большинство известных органических соединений являются ароматическими, и все они содержат по крайней мере одно гексагональное бензольное кольцо того типа, который защищал Кекуле. Кекуле также известен тем, что разъяснил природу ароматических соединений, которые представляют собой соединения, основанные на молекуле бензола. В 1865 году Адольф фон Байер начал работу над красителем индиго , что стало важной вехой в современной промышленной органической химии, которая произвела революцию в красильной промышленности.

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

Таблица Менделеева

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

Менделеев настолько верил в справедливость периодического закона, что предлагал изменить общепринятые значения атомного веса нескольких элементов и в своей версии периодической таблицы 1871 года предсказал расположение в таблице неизвестных элементов вместе. со своими свойствами. Он даже предсказал вероятные свойства трех еще не открытых элементов, которые он назвал экабороном (Eb), экаалюмием (Ea) и экасиликом (Es) , которые оказались хорошими предикторами свойств скандия , галлия , и германий , соответственно, каждый из которых занимает место в периодической таблице, указанное Менделеевым.

Сначала периодическая система не вызывала интереса у химиков. Однако с открытием предсказанных элементов, особенно галлия в 1875 году, скандия в 1879 году и германия в 1886 году, он начал завоевывать широкое признание. Последующее подтверждение многих его предсказаний при его жизни прославило Менделеева как основателя периодического закона. Эта организация превзошла более ранние попытки классификации Александра-Эмиля Бегайе де Шанкуртуа , который опубликовал теллурическую спираль, раннюю трехмерную версию периодической таблицы элементов в 1862 году, Джона Ньюлендса , который предложил закон октав (предшественник к периодическому закону) в 1864 году, и Лотар Мейер , который разработал раннюю версию периодической таблицы с 28 элементами, организованными по валентности в 1864 году. Таблица Менделеева, однако, не включала ни одного из благородных газов , которые еще не были обнаружены. Постепенно периодический закон и таблица стали основой большей части химической теории. К моменту смерти Менделеева в 1907 году он пользовался международным признанием и был награжден знаками отличия и наградами многих стран.

В 1873 году Якобус Хенрикус ван 'т Хофф и Джозеф Ахилле Ле Бел , работая независимо друг от друга, разработали модель химической связи, которая объяснила эксперименты Пастера с хиральностью и предоставила физическую причину оптической активности хиральных соединений. публикация ван 'т Хоффа под названием V oorstel tot Uitbreiding der Tegenwoordige in de Scheikunde gebruikte Structuurformules in de Ruimte и т. д. (Предложение по разработке трехмерных химических структурных формул), состоящая из двенадцати страниц текста и одной страницы диаграмм, дала толчок развитию стереохимии . Концепция «асимметричного атома углерода», рассматриваемая в этой публикации, дает объяснение возникновения многочисленных изомеров, необъяснимых с помощью нынешних структурных формул. В то же время он указал на наличие связи между оптической активностью и наличием асимметричного атома углерода.

Джозайя Уиллард Гиббс

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

В этой статье был, пожалуй, самый выдающийся его вклад - введение концепции свободной энергии, которая теперь в его честь повсеместно называется свободной энергией Гиббса . Свободная энергия Гиббса связывает тенденцию физической или химической системы одновременно понижать свою энергию и увеличивать беспорядок, или энтропию , в спонтанном естественном процессе. Подход Гиббса позволяет исследователю рассчитать изменение свободной энергии в процессе, например, в химической реакции, и как быстро это произойдет. Поскольку практически все химические процессы и многие физические процессы связаны с такими изменениями, его работа значительно повлияла как на теоретические, так и на экспериментальные аспекты этих наук. В 1877 году Людвиг Больцман установил статистические выводы многих важных физических и химических концепций, включая энтропию и распределения молекулярных скоростей в газовой фазе. Вместе с Больцманом и Джеймсом Клерком Максвеллом Гиббс создал новую ветвь теоретической физики, названную статистической механикой (термин, который он придумал), объясняя законы термодинамики как следствия статистических свойств больших ансамблей частиц. Гиббс также работал над применением уравнений Максвелла к задачам физической оптики. Вывод Гиббса феноменологических законов термодинамики из статистических свойств систем со многими частицами был представлен в его очень влиятельном учебнике « Элементарные принципы статистической механики» , опубликованном в 1902 году, за год до его смерти. В этой работе Гиббс рассмотрел взаимосвязь между законами термодинамики и статистической теорией молекулярных движений. Превышение исходной функции частичными суммами ряда Фурье в точках разрыва известно как явление Гиббса .

Конец 19 века

Изобретение немецким инженером Карлом фон Линде непрерывного процесса сжижения газов в больших количествах легло в основу современной технологии охлаждения и дало импульс и средства для проведения научных исследований при низких температурах и очень высоком вакууме. Он разработал холодильник с диметиловым эфиром (1874 г.) и холодильник с аммиаком (1876 г.). Хотя другие холодильные установки были разработаны ранее, Linde были первыми, кто проектировался с целью точного расчета эффективности. В 1895 году он основал крупный завод по производству жидкого воздуха. Шесть лет спустя он разработал метод отделения чистого жидкого кислорода от жидкого воздуха, который привел к повсеместному промышленному преобразованию в процессы с использованием кислорода (например, в производстве стали ).

В 1883 году Сванте Аррениус разработал ионную теорию для объяснения проводимости электролитов . В 1884 году Якобус Хенрикус ван 'т Хофф опубликовал « Études de Dynamique chimique» («Исследования динамической химии»), основополагающее исследование химической кинетики . В этой работе Ван'т Гофф впервые вошел в область физической химии. Большое значение имело его развитие общей термодинамической связи между теплотой превращения и смещением равновесия в результате изменения температуры. При постоянном объеме равновесие в системе будет иметь тенденцию смещаться в таком направлении, чтобы противодействовать изменению температуры, которое накладывается на систему. Таким образом, понижение температуры приводит к выделению тепла, а повышение температуры приводит к поглощению тепла. Этот принцип подвижного равновесия был впоследствии (1885 г.) изложен в общей форме Генри Луи Ле Шателье , который расширил этот принцип, включив в него компенсацию изменением объема наложенных изменений давления. Принцип Ван-т-Гоффа-Ле-Шателье, или просто принцип Ле-Шателье , объясняет реакцию динамического химического равновесия на внешние напряжения.

В 1884 году Герман Эмиль Фишер предложил структуру пурина , ключевую структуру многих биомолекул, которую он позже синтезировал в 1898 году. Он также начал работу над химией глюкозы и родственных сахаров . В 1885 году Юджин Гольдштейн назвал катодный луч, который , как позже выяснилось, состоит из электронов, и канальный луч , который позже был обнаружен как положительные ионы водорода, лишенные своих электронов в электронно-лучевой трубке ; позже они будут названы протонами . В 1885 году также была опубликована книга Дж. Х. Ван 'т Гоффа « L'Equilibre chimique dans les Systèmes gazeux ou disous à I'État dilué» («Химическое равновесие в газовых системах или сильно разбавленных растворах»), в которой рассматривалась теория разбавленных растворов. Здесь он продемонстрировал, что « осмотическое давление » в растворах, которые достаточно разбавлены, пропорционально концентрации и абсолютной температуре, так что это давление может быть представлено формулой, которая отклоняется от формулы для давления газа только коэффициентом i . Он также определил значение i различными методами, например, с помощью давления пара и результатов Франсуа-Мари Рауля о понижении точки замерзания. Таким образом Ван'т Хофф смог доказать, что законы термодинамики справедливы не только для газов, но и для разбавленных растворов. Его законы давления, получившие общую применимость в теории электролитической диссоциации Аррениуса (1884-1887) - первого иностранца, приехавшего с ним работать в Амстердам (1888), - считаются наиболее всеобъемлющими и важными в области естественных наук. В 1893 году Альфред Вернер открыл октаэдрическую структуру комплексов кобальта, положив начало области координационной химии .

Открытие Рамзи благородных газов

Самые знаменитые открытия шотландского химика Уильяма Рамзи были сделаны в области неорганической химии. Рамзи был заинтригован британским физиком Джоном Струттом, открытием в 1892 году третьего барона Рэлея, что атомный вес азота в химических соединениях был ниже, чем у азота в атмосфере. Он приписал это несоответствие легкому газу, входящему в химические соединения азота, в то время как Рамзи подозревал, что в атмосферном азоте присутствует еще не обнаруженный тяжелый газ. Используя два различных метода для удаления всех известных газов из воздуха, Рамзи и лорд Рэлей смогли объявить в 1894 году, что они обнаружили одноатомный химически инертный газообразный элемент, составляющий почти 1 процент атмосферы; они назвали его аргоном .

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

В 1897 году Дж. Дж. Томсон открыл электрон с помощью электронно-лучевой трубки . В 1898 году Вильгельм Вин продемонстрировал, что лучи канала (потоки положительных ионов) могут отклоняться магнитными полями, и что величина отклонения пропорциональна отношению массы к заряду . Это открытие привело к появлению в 1912 году аналитического метода, известного как масс-спектрометрия .

Мари и Пьер Кюри

Мария Кюри , пионер в области радиоактивности и первый дважды удостоенный награды Нобелевский лауреат (и до сих пор единственный в двух разных науках)

Мария Склодовская-Кюри - французский физик и химик польского происхождения, известная своими новаторскими исследованиями радиоактивности . Считается, что она и ее муж заложили краеугольный камень ядерного века в своих исследованиях радиоактивности. Мари была очарована работой Анри Беккереля , французского физика, который в 1896 году обнаружил, что уран испускает лучи, похожие на рентгеновские лучи, открытые Вильгельмом Рентгеном . Мария Кюри начала изучать уран в конце 1897 года и предположила, согласно статье 1904 года, которую она написала для журнала Century, «что излучение лучей соединениями урана является свойством самого металла, а именно атомарным свойством элемента. уран независимо от его химического или физического состояния ". Кюри продвинула работу Беккереля на несколько шагов вперед, проведя собственные эксперименты с урановыми лучами. Она обнаружила, что лучи остаются постоянными, независимо от состояния или формы урана. Она предположила, что лучи исходят от атомной структуры элемента. Эта революционная идея создала область атомной физики, и Кюри придумали слово радиоактивность для описания этого явления.

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

Работая с Мари над извлечением чистых веществ из руд, предприятие, которое действительно требовало промышленных ресурсов, но которое было достигнуто в относительно примитивных условиях, сам Пьер сосредоточился на физическом изучении (включая световые и химические эффекты) новых излучений. Посредством действия магнитных полей на лучи, испускаемые радием, он доказал существование электрически положительных, отрицательных и нейтральных частиц; они Эрнест Резерфорд был позже , чтобы вызов альфа, бета и гамма - лучи. Затем Пьер изучал это излучение калориметрическим методом, а также наблюдал физиологические эффекты радия, открывая тем самым путь к радиевой терапии. Среди открытий Пьера Кюри было то, что ферромагнитные вещества демонстрируют критический температурный переход, выше которого вещества теряют свое ферромагнитное поведение - это известно как « точка Кюри ». Он был избран в Академию наук (1905), получив в 1903 году вместе с Мари престижную медаль Дэви Королевского общества и вместе с ней и Беккерелем Нобелевскую премию по физике. Он был сбит экипажем на улице Дофин в Париже в 1906 году и умер мгновенно. Полное собрание его сочинений было опубликовано в 1908 году.

Эрнест Резерфорд

Новозеландский химик и физик Эрнест Резерфорд считается «отцом ядерной физики ». Резерфорд наиболее известен тем, что придумал названия альфа , бета и гамма для классификации различных форм радиоактивных «лучей», которые были плохо изучены в его время (альфа- и бета-лучи - это пучки частиц, а гамма-лучи - форма высокоэнергетических электромагнитных волн). радиация ). В 1903 году Резерфорд отклонял альфа-лучи как электрическим, так и магнитным полями. Работая с Фредериком Содди , Резерфорд объяснил, что радиоактивность возникает из-за трансмутации элементов, которая, как теперь известно, связана с ядерными реакциями .

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

Он также заметил, что интенсивность радиоактивности радиоактивного элемента уменьшается в течение уникального и регулярного промежутка времени до точки стабильности, и он назвал время уменьшения вдвое « периодом полураспада ». В 1901 и 1902 годах он работал с Фредериком Содди, чтобы доказать, что атомы одного радиоактивного элемента могут самопроизвольно превращаться в другой, выталкивая часть атома с большой скоростью. В 1906 году в Манчестерском университете Резерфорд руководил экспериментом, проведенным его учениками Хансом Гейгером (известным счетчиком Гейгера ) и Эрнестом Марсденом . В эксперименте Гейгера – Марсдена пучок альфа-частиц, образовавшийся в результате радиоактивного распада радона , направлялся нормально на лист очень тонкой золотой фольги в откачанной камере. Согласно преобладающей модели сливового пудинга , все альфа-частицы должны были пройти через фольгу и попасть на экран детектора или отклониться максимум на несколько градусов.

Однако реальные результаты удивили Резерфорда. Хотя многие из альфа-частиц действительно прошли, как и ожидалось, многие другие были отклонены под небольшими углами, в то время как другие отражались обратно в альфа-источник. Они заметили, что очень небольшой процент частиц отклоняется на углы, намного превышающие 90 градусов. Эксперимент с золотой фольгой показал большие отклонения для небольшой части падающих частиц. Резерфорд понял, что из-за того, что некоторые из альфа-частиц отклоняются или отражаются, атом имеет концентрированный центр положительного заряда и относительно большую массу - позже Резерфорд назвал этот положительный центр « атомным ядром ». Альфа-частицы либо попали в положительный центр напрямую, либо прошли мимо него достаточно близко, чтобы на них повлиял его положительный заряд. Поскольку многие другие частицы прошли через золотую фольгу, положительный центр должен быть относительно небольшого размера по сравнению с остальной частью атома, а это означает, что атом в основном представляет собой открытое пространство. На основе своих результатов Резерфорд разработал модель атома, похожую на солнечную систему, известную как модель Резерфорда . Подобно планетам, электроны вращаются вокруг центрального солнечного ядра. За свои работы с излучением и атомным ядром Резерфорд получил Нобелевскую премию по химии 1908 года.

20 век

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

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

В 1905 году Альберт Эйнштейн объяснил броуновское движение способом, окончательно доказавшим атомную теорию. Лео Бэкеланд изобрел бакелит , один из первых коммерчески успешных пластиков. В 1909 году американский физик Роберт Эндрюс Милликен , обучавшийся в Европе у Вальтера Нернста и Макса Планка, с беспрецедентной точностью измерил заряд отдельных электронов с помощью эксперимента с масляной каплей , в котором он измерил электрические заряды на крошечной падающей воде (а позже и на крошечной падающей воде). масло) капельки. Его исследование установило, что электрический заряд любой конкретной капли кратен определенной фундаментальной величине - заряду электрона - и, таким образом, является подтверждением того, что все электроны имеют одинаковый заряд и массу. Начиная с 1912 года, он провел несколько лет, исследуя и наконец доказав предложенную Альбертом Эйнштейном линейную зависимость между энергией и частотой и предоставив первую прямую фотоэлектрическую поддержку постоянной Планка . В 1923 году Милликен был удостоен Нобелевской премии по физике.

В 1909 году SPL Sørensen изобрел концепцию pH и разработал методы измерения кислотности. В 1911 году Антониус Ван ден Брук предложил идею о том, что элементы периодической таблицы более правильно организованы положительным ядерным зарядом, а не атомным весом. В 1911 году в Брюсселе прошла первая Сольвеевская конференция , на которой собралось большинство самых выдающихся ученых того времени. В 1912 году Уильям Генри Брэгг и Уильям Лоуренс Брэгг предложили закон Брэгга и основали область рентгеновской кристаллографии , важного инструмента для выяснения кристаллической структуры веществ. В 1912 году Питер Дебай использовал концепцию молекулярного диполя для описания асимметричного распределения заряда в некоторых молекулах.

Нильс Бор

В 1913 году датский физик Нильс Бор ввел концепции квантовой механики в структуру атома, предложив то, что сейчас известно как модель атома Бора , где электроны существуют только на строго определенных круговых орбитах вокруг ядра, подобных ступеням на атоме. лестница. Модель Бора - это планетарная модель, в которой отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг небольшого положительно заряженного ядра, похожего на планеты, вращающиеся вокруг Солнца (за исключением того, что орбиты не плоские) - гравитационная сила Солнечной системы математически сродни притяжению. Кулоновская (электрическая) сила между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами.

Однако в модели Бора электроны вращаются вокруг ядра по орбитам, которые имеют заданный размер и энергию - уровни энергии, как говорят, квантованы , что означает, что разрешены только определенные орбиты с определенными радиусами; промежуточных орбит просто не существует. Энергия орбиты связана с ее размером, то есть наименьшая энергия находится на наименьшей орбите. Бор также постулировал, что электромагнитное излучение поглощается или испускается, когда электрон движется с одной орбиты на другую. Поскольку разрешены только определенные электронные орбиты, излучение света, сопровождающее скачок электрона из возбужденного энергетического состояния в основное состояние, создает уникальный спектр излучения для каждого элемента. Позже Бор получил за эту работу Нобелевскую премию по физике.

Нильс Бор также работал над принципом дополнительности , согласно которому электрон можно интерпретировать двумя взаимоисключающими и действительными способами. Электроны можно интерпретировать как модели волн или частиц. Его гипотеза заключалась в том, что входящая частица ударится по ядру и создаст возбужденное составное ядро. Это легло в основу его модели жидкой капли, а затем послужило теоретической базой для ядерного деления после его открытия химиками Отто Ханом и Фрицем Штрассманом , а также объяснения и обозначения физиками Лизе Мейтнер и Отто Фриш .

В 1913 году Генри Мозли , опираясь на более раннюю идею Ван ден Брука, ввел понятие атомного числа, чтобы исправить некоторые недостатки периодической таблицы Менделеева, основанной на атомном весе. Пик карьеры Фредерика Содди в радиохимии пришелся на 1913 год, когда он сформулировал концепцию изотопов , в которой говорилось, что определенные элементы существуют в двух или более формах, которые имеют разный атомный вес, но химически неразличимы. Его помнят за доказательство существования изотопов определенных радиоактивных элементов, а также приписывают, наряду с другими, открытие элемента протактиний в 1917 году. В 1913 году Дж. Дж. Томсон расширил работу Вина, показав, что заряженные субатомные частицы могут быть разделены их отношением массы к заряду, метод, известный как масс-спектрометрия .

Гилберт Н. Льюис

Американский физик-химик Гилберт Н. Льюис заложил основы теории валентных связей ; он сыграл важную роль в развитии теории связи, основанной на количестве электронов во внешней «валентной» оболочке атома. В 1902 году, когда Льюис пытался объяснить своим ученикам валентность, он изобразил атомы в виде концентрических кубов с электронами в каждом углу. Этот «кубический атом» объяснил восемь групп в периодической таблице и представил его идею о том, что химические связи образуются переносом электронов, чтобы дать каждому атому полный набор из восьми внешних электронов («октет»).

Теория химической связи Льюиса продолжала развиваться, и в 1916 году он опубликовал свою основополагающую статью «Атом молекулы», в которой предположил, что химическая связь - это пара электронов, разделяемых двумя атомами. Модель Льюиса приравнивала классическую химическую связь к разделению пары электронов между двумя связанными атомами. Льюис представил в этой статье «электронные точечные диаграммы» для обозначения электронных структур атомов и молекул. Теперь известные как структуры Льюиса , они обсуждаются практически во всех вводных книгах по химии.

Вскоре после публикации своей статьи 1916 года Льюис занялся военными исследованиями. Он не возвращался к теме химической связи до 1923 года, когда он мастерски резюмировал свою модель в короткой монографии под названием Валентность и структура атомов и молекул. Возобновление его интереса к этому предмету было в значительной степени стимулировано деятельностью американского химика и исследователя General Electric Ирвинга Ленгмюра , который между 1919 и 1921 годами популяризировал и развил модель Льюиса. Впоследствии Ленгмюр ввел термин « ковалентная связь» . В 1921 году Отто Штерн и Вальтер Герлах основали концепцию квантово-механического спина в субатомных частицах.

Для случаев, когда не было никакого разделения, Льюис в 1923 году разработал теорию электронных пар кислот и основания : Льюис переопределил кислоту как любой атом или молекулу с неполным октетом, которые, таким образом, были способны принимать электроны от другого атома; базы были, конечно, донорами электронов. Его теория известна как концепция кислот и оснований Льюиса . В 1923 году Г. Н. Льюис и Мерл Рэндалл опубликовали первый современный трактат по химической термодинамике « Термодинамика и свободная энергия химических веществ» .

В 1920-х годах модель Льюиса пары электронов была принята и применена в области органической и координационной химии. В органической химии это произошло прежде всего благодаря усилиям британских химиков Артура Лэпворта , Роберта Робинсона , Томаса Лоури и Кристофера Ингольда ; в то время как в координационной химии модель связи Льюиса была продвинута благодаря усилиям американского химика Мориса Хаггинса и британского химика Невила Сиджвика .

Квантовая механика

В 1924 году французский квантовый физик Луи де Бройль опубликовал свою диссертацию, в которой представил революционную теорию электронных волн, основанную на дуальности волна-частица . В свое время интерпретации света и материи волнами и частицами рассматривались как противоречащие друг другу, но де Бройль предположил, что эти, казалось бы, разные характеристики были вместо этого одним и тем же поведением, наблюдаемым с разных точек зрения - что частицы могут вести себя как волны, и волны (излучение) могут вести себя как частицы. Предложение Бройля предлагало объяснение ограниченного движения электронов внутри атома. Первые публикации идеи Бройля о «материальных волнах» не привлекли особого внимания со стороны других физиков, но копия его докторской диссертации случайно достигла Эйнштейна, который откликнулся с энтузиазмом. Эйнштейн подчеркивал важность работы Бройля как прямо, так и в дальнейшем.

В 1925 году физик австрийского происхождения Вольфганг Паули разработал принцип исключения Паули, согласно которому никакие два электрона вокруг одного ядра в атоме не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии одновременно, как это описывается четырьмя квантовыми числами . Паули внес значительный вклад в квантовую механику и квантовую теорию поля (он был удостоен Нобелевской премии по физике 1945 года за открытие принципа исключения Паули), а также в физику твердого тела, и он успешно выдвинул гипотезу о существовании нейтрино . В дополнение к своей оригинальной работе он написал мастерские синтезы нескольких областей физической теории, которые считаются классикой научной литературы.

В 1926 году в возрасте 39 лет австрийский физик-теоретик Эрвин Шредингер опубликовал статьи, заложившие основы квантовой волновой механики. В этих статьях он описал свое уравнение в частных производных, которое является основным уравнением квантовой механики и имеет такое же отношение к механике атома, как уравнения движения Ньютона к планетарной астрономии. Приняв предложение, сделанное Луи де Бройлем в 1924 году, о том, что частицы материи имеют двойную природу и в некоторых ситуациях действуют как волны, Шредингер представил теорию, описывающую поведение такой системы с помощью волнового уравнения, которое теперь известно как уравнение Шредингера . Решения уравнения Шредингера, в отличие от решений уравнений Ньютона, представляют собой волновые функции, которые могут быть связаны только с вероятным возникновением физических событий. Легко визуализируемая последовательность событий планетарных орбит Ньютона в квантовой механике заменена более абстрактным понятием вероятности . (Этот аспект квантовой теории глубоко огорчил Шредингера и некоторых других физиков, и он посвятил большую часть своей дальнейшей жизни формулированию философских возражений против общепринятой интерпретации теории, для создания которой он так много сделал.)

Немецкий физик-теоретик Вернер Гейзенберг был одним из ключевых создателей квантовой механики. В 1925 году Гейзенберг открыл способ сформулировать квантовую механику в терминах матриц. За это открытие он был удостоен Нобелевской премии по физике за 1932 год. В 1927 году он опубликовал свой принцип неопределенности , на котором он построил свою философию и которым он наиболее известен. Гейзенберг смог продемонстрировать, что если вы изучаете электрон в атоме, вы можете сказать, где он находится (местоположение электрона) или куда он движется (скорость электрона), но невозможно выразить и то, и другое одновременно. Он также внес важный вклад в теориях гидродинамики в турбулентных течений , атомного ядра, ферромагнетизма , космических лучей и элементарных частиц , и он сыграл важную роль в планировании первого западногерманского ядерный реактор в Карлсруэ , вместе с исследовательского реактора в Мюнхене , в 1957 году. Его работа по атомным исследованиям во время Второй мировой войны вызывает много споров.

Квантовая химия

Некоторые считают, что рождение квантовой химии связано с открытием уравнения Шредингера и его применением к атому водорода в 1926 году. Однако статью Вальтера Хайтлера и Фрица Лондона в 1927 году часто называют первой вехой в истории квантовой химии. Это первое приложение квантовой механики к двухатомной молекуле водорода и, следовательно, к явлению химической связи . В последующие годы Эдвард Теллер , Роберт С. Малликен , Макс Борн , Дж. Роберт Оппенгеймер , Линус Полинг , Эрих Хюккель , Дуглас Хартри и Владимир Александрович Фок , и многие другие, добились большого прогресса .

Тем не менее, сохранялся скептицизм в отношении общей силы квантовой механики, применяемой к сложным химическим системам. Ситуацию около 1930 года описывает Поль Дирак :

Таким образом, основные физические законы, необходимые для математической теории большей части физики и всей химии, полностью известны, и трудность состоит только в том, что точное применение этих законов приводит к уравнениям, слишком сложным, чтобы их можно было решить. Поэтому становится желательным разработать приближенные практические методы применения квантовой механики, которые могли бы привести к объяснению основных особенностей сложных атомных систем без излишних вычислений.

Следовательно, квантово-механические методы, разработанные в 1930-х и 1940-х годах, часто называют теоретической молекулярной или атомной физикой, чтобы подчеркнуть тот факт, что они были скорее приложением квантовой механики к химии и спектроскопии, чем ответами на химически важные вопросы. В 1951 годе веха статья в квантовой химии является семенной бумагой Clemens CJ Рутан на уравнениях Рутан . Это открыло путь к решению самосогласованных уравнений поля для малых молекул, таких как водород или азот . Эти вычисления производились с помощью таблиц интегралов, которые вычислялись на самых передовых компьютерах того времени.

В 1940-х годах многие физики перешли от молекулярной или атомной физики к ядерной физике (например, Дж. Роберт Оппенгеймер или Эдвард Теллер ). Гленн Т. Сиборг был американским химиком-ядерщиком, наиболее известным своей работой по выделению и идентификации трансурановых элементов (более тяжелых, чем уран ). Он разделил Нобелевскую премию по химии 1951 года с Эдвином Мэттисоном Макмилланом за их независимые открытия трансурановых элементов. Сиборгиум был назван в его честь, что сделало его единственным человеком, наряду с Альбертом Эйнштейном и Юрием Оганесяном , в честь которого химический элемент был назван при его жизни.

Молекулярная биология и биохимия

К середине 20 века в принципе интеграция физики и химии была обширной, а химические свойства объяснялись электронной структурой атома ; В книге Линуса Полинга « Природа химической связи» принципы квантовой механики используются для вывода валентных углов во все более сложных молекулах. Однако, хотя некоторые принципы, выведенные из квантовой механики, могли качественно предсказывать некоторые химические свойства биологически релевантных молекул, до конца 20 века они были скорее набором правил, наблюдений и рецептов, чем строгими количественными методами ab initio .

Схематическое изображение некоторых ключевых структурных особенностей ДНК

Этот эвристический подход восторжествовал в 1953 году, когда Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик вывели двойную спиральную структуру ДНК , построив модели, ограниченные и основанные на знании химии составных частей и картинах дифракции рентгеновских лучей , полученных Розалинд Франклин . Это открытие привело к взрыву исследований в области биохимии жизни.

В том же году эксперимент Миллера-Юри продемонстрировал, что основные составляющие белка , простые аминокислоты , сами могут быть созданы из более простых молекул при моделировании первичных процессов на Земле. Эта первая попытка химиков изучить гипотетические процессы в лаборатории в контролируемых условиях помогла дать толчок обширным исследованиям в области естественных наук , касающихся происхождения жизни .

В 1983 году Кэри Маллис изобрела метод амплификации ДНК in vitro, известный как полимеразная цепная реакция (ПЦР), который произвел революцию в химических процессах, используемых в лаборатории для манипулирования ею. ПЦР можно было использовать для синтеза определенных фрагментов ДНК и сделать возможным секвенирование ДНК организмов, кульминацией которого стал грандиозный проект генома человека .

Важная часть головоломки двойной спирали была решена одним из учеников Полинга Мэтью Мезельсоном и Фрэнком Шталем , результат их сотрудничества ( эксперимент Мезельсона-Шталя ) был назван «самым красивым экспериментом в биологии».

Они использовали метод центрифугирования, при котором молекулы сортируются по разнице в весе. Поскольку атомы азота являются компонентом ДНК, они были помечены и, следовательно, отслеживались при репликации в бактериях.

Конец 20 века

В 1970 году Джон Попл разработал программу Gaussian, значительно упростившую вычисления в вычислительной химии . В 1971 году Ив Шовен предложил объяснение механизма реакции метатезиса олефинов . В 1975 годе Шарплесс и его группа обнаружили стереоселективные окислительные реакции , включая Sharpless эпоксидирование , Sharpless асимметричной дигидроксилированию и Sharpless oxyamination . В 1985 году Гарольд Крото , Роберт Керл и Ричард Смолли открыли фуллерены - класс больших молекул углерода, внешне напоминающих геодезический купол, спроектированный архитектором Р. Бакминстером Фуллером . В 1991 году Сумио Иидзима использовал электронную микроскопию, чтобы обнаружить тип цилиндрического фуллерена, известный как углеродная нанотрубка , хотя более ранние работы в этой области проводились еще в 1951 году. Этот материал является важным компонентом в области нанотехнологий . В 1994 году К.С. Николау со своей группой и Роберт А. Холтон и его группа осуществили первый полный синтез таксола . В 1995 году Эрик Корнелл и Карл Виман создали первый конденсат Бозе-Эйнштейна , вещество, которое проявляет квантово-механические свойства в макроскопическом масштабе.

Математика и химия

Классически, до 20 века, химия определялась как наука о природе материи и ее преобразованиях. Таким образом, он явно отличался от физики, которая не занималась столь драматическим преобразованием материи. Более того, в отличие от физики, химия не использовала много математики. Даже некоторые из них особенно неохотно использовали математику в химии. Например, Огюст Конт писал в 1830 году:

Любую попытку использовать математические методы в изучении химических вопросов следует считать глубоко иррациональными и противоречащими духу химии ... если математический анализ когда-либо займет видное место в химии - аберрация, которая, к счастью, почти невозможна, - это вызовет быстрое и повсеместное вырождение этой науки.

Однако во второй половине XIX века ситуация изменилась, и Август Кекуле писал в 1867 году:

Я скорее ожидаю, что когда-нибудь мы найдем математико-механическое объяснение того, что мы сейчас называем атомами, которое объяснит их свойства.

Сфера химии

По мере развития понимания природы материи происходило и самопонимание науки химии ее практиками. Этот непрерывный исторический процесс оценки включает в себя категории, термины, цели и объем химии. Кроме того, развитие социальных институтов и сетей, поддерживающих химические исследования, является очень важными факторами, которые позволяют производить, распространять и применять химические знания. (См. Философию химии )

Химическая индустрия

Во второй половине девятнадцатого века резко возросла эксплуатация нефти, добываемой из земли, для производства множества химикатов и в значительной степени заменила использование китового жира , каменноугольной смолы и морских запасов, использовавшихся ранее. Крупномасштабное производство и переработка нефти обеспечили сырье для жидкого топлива, такого как бензин и дизельное топливо , растворителей , смазочных материалов , асфальта , парафина , а также для производства многих распространенных в современном мире материалов, таких как синтетические волокна , пластмассы, краски. , моющие средства , фармацевтические препараты , клеи и аммиак в качестве удобрений и для других целей. Многие из них требовали новых катализаторов и использования химической технологии для их рентабельного производства.

В середине двадцатого века контроль электронной структуры полупроводниковых материалов стал точным благодаря созданию больших слитков исключительно чистых монокристаллов кремния и германия . Точный контроль их химического состава путем добавления других элементов позволил в 1951 году произвести твердотельный транзистор и сделать возможным производство крошечных интегральных схем для использования в электронных устройствах, особенно в компьютерах .

Смотрите также

Истории и сроки

Известные химики

перечислены в хронологическом порядке:

  • Список химиков
  • Роберт Бойл , 1627–1691 гг.
  • Джозеф Блэк , 1728–1799 гг.
  • Джозеф Пристли , 1733–1804 гг.
  • Карл Вильгельм Шееле , 1742–1786 гг.
  • Антуан Лавуазье , 1743–1794 гг.
  • Алессандро Вольта , 1745–1827 гг.
  • Жак Шарль , 1746–1823 гг.
  • Клод Луи Бертолле , 1748–1822 гг.
  • Амедео Авогадро , 1776-1856 гг.
  • Жозеф-Луи Гей-Люссак , 1778–1850 гг.
  • Хэмфри Дэви , 1778–1829 гг.
  • Йенс Якоб Берцелиус , изобретатель современной химической системы обозначений, 1779–1848 гг.
  • Юстус фон Либих , 1803–1873 гг.
  • Луи Пастер , 1822–1895 гг.
  • Станислао Канниццаро , 1826–1910 гг.
  • Фридрих Август Кекуле фон Страдониц , 1829–1896 гг.
  • Дмитрий Менделеев , 1834–1907 гг.
  • Джозайя Уиллард Гиббс , 1839–1903 гг.
  • Дж. Х. ван 'т Хофф , 1852–1911 гг.
  • Уильям Рамзи , 1852–1916 гг.
  • Сванте Аррениус , 1859–1927 гг.
  • Вальтер Нернст , 1864–1941 гг.
  • Мария Кюри , 1867–1934 гг.
  • Гилберт Н. Льюис , 1875–1946 гг.
  • Отто Хан , 1879–1968 гг.
  • Ирвинг Ленгмюр , 1881–1957 гг.
  • Линус Полинг , 1901–1994 гг.
  • Гленн Т. Сиборг , 1912–1999 гг.
  • Роберт Бернс Вудворд , 1917-1979 гг.
  • Фредерик Сэнгер , 1918-2013 гг.
  • Джеффри Уилкинсон , 1921–1996 гг.
  • Рудольф А. Маркус , 1923-
  • Джордж Эндрю Олах , 1926-2017 гг.
  • Элиас Джеймс Кори , 1928-
  • Акира Сузуки , 1930-
  • Ричард Ф. Хек , 1931-2015 гг.
  • Гарольд Крото , 1939-2016 гг.
  • Жан-Мари Лен , 1939-
  • Питер Аткинс , 1940-
  • Барри Шарплесс , 1941-
  • Ричард Смолли , 1943–2005 гг.
  • Жан-Пьер Соваж , 1944-

Примечания

использованная литература

  • Избранные классические работы по истории химии
  • Биографии химиков
  • Эрик Р. Скерри, Периодическая таблица: ее история и ее значение, Oxford University Press, 2006.

дальнейшее чтение

  • Дженсен, Уильям Б. (2006). «Учебники и будущее истории химии как учебной дисциплины». Вестник истории химии . 3 : 1–8.
  • Рэмплинг, Дженнифер М (2017). «Будущее истории химии» . Ambix . 64 (4): 295–300. DOI : 10.1080 / 00026980.2017.1434970 . PMID  29448901 .
  • Сервос, Джон В. , Физическая химия от Оствальда до Полинга: создание науки в Америке , Принстон, Нью-Джерси: Princeton University Press, 1990. ISBN  0-691-08566-8
Документальные фильмы
  • BBC (2010). Химия: изменчивая история .

Открытие электролиза, новых синтезов, соединений и элементов, первых теорий

Первая пригодная к употреблению и эффективная батарея, гальваническая колонка , была построена итальянским физиком Алессандро Вольта в 1799 году. Это был самый первый источник напряжения, который мог вызвать более длительный ток. В 1800 году Вольта сообщил о своем открытии президенту Королевского общества Джозефу Бэнксу. В том же году были проведены первые электролизы: Уильям Круикшанк разложил соленую воду. Уильям Николсон и Энтони Карлайл показали, что вода с электричеством из гальванической колонки производит два газа в соотношении 2: 1. Иоганн Вильгельм Риттер смог использовать тест на кислородно-водородный газ и белый фосфор, чтобы доказать, что этими двумя газами были водород и кислород.

Еще в 1799 году Риттер соединил разные цепи натяжения с двумя металлическими листами каждая, чтобы получить первую серию натяжений от неблагородных металлов к благородным. Риттер также признал, что в гальванической энергетике происходят химические реакции. Хамфри Дэви исследовал образование кислот и оснований с помощью лакмусовой бумаги и, таким образом, смог изучить миграцию ионов в процессе электролиза.

Электролиз воды - Иоганн Вильгельм Риттер

Теодор Гроттхасс (1785–1822) дал первую теорию разложения воды в 1805 году. Он предположил, что напряжение создает положительные частицы водорода и отрицательные частицы кислорода. Однако, согласно этой теории, влияние солей, кислот и оснований на электролитическое осаждение оставалось неясным. В 1802 году Хисингер и Йенс Якоб Берцелиус получили хлорат электрохимическим способом из поваренной соли , хотя они еще не смогли окончательно обосновать результат. Но в 1847 году Кольбе подтвердил образование хлората из хлорноватистой кислоты. Хисингер и Берцелиус выдвинули гипотезу, что молекулы (атомы) имеют положительный и отрицательный полюсы (электроположительный, электроотрицательный) - аналогично магниту.

Хамфри Дэви разработал экспериментальную установку, в которой положительный и отрицательный полюса находились в двух отдельных сосудах. Ему удалось показать, что раствор сульфата натрия образует слабый раствор гидроксида натрия на отрицательном полюсе и слабую серную кислоту на положительном полюсе. Затем он исследовал электролиз расплавов солей с 1805 по 1807 год, используя платиновую ложку в качестве катода и платиновую проволоку в качестве положительного электрода. В 1807 году он открыл калий при электролизе расплавленного едкого калия, то есть гидроксида калия. Чуть позже он получил металлический натрий из каустической соды. Эти металлы легко загореться или вступить в реакцию с кислородом воздуха, и, соответственно, это открытие вызвало значительный интерес и ажиотаж. В 1808 году Дэви произвел металлический магний, кальций, стронций и барий.

В романе Карла Алоиса Шензингера « Металл » исторические деятели электрохимии представлены в интересной форме.

Исследование фундаментальных законов

Майкл Фарадей более внимательно изучал электролиз с 1832 года. Взвесив количество осажденного вещества ( кулонометр ) через определенную единицу времени, он смог определить количество электричества (количество заряда, кулон А * с) при постоянном напряжении. Позднее в его честь была названа константа Фарадея , которая связывает количество заряда и количество нанесенного вещества: для осаждения 1 моль вещества (например, серебра) необходимо количество заряда около 96485 кулонов. Если осаждаемый ион заряжается несколько раз, необходимо учитывать многократный заряд иона с целым кратным соответствующего заряда. Эти зависимости преобразованных масс от количества заряда и молярной массы сегодня называют законами Фарадея . Фарадей также составил таблицу катионов и анионов. Фарадей также создал ряд терминов, необходимых для описания результатов, следуя совету кембриджского философа и математика Уильяма Уэвелла. Поэтому они ввели новые термины электролиз , электрод , электролит , анод , катод , анион и катион , опубликованные в работе Фарадея 1832/1834.

В 1835 году Джон Фредерик Дэниелл окунул лист меди в раствор сульфата меди и лист цинка в раствор сульфата цинка. Он разделил обе полуячейки диафрагмой (глиняной диафрагмой). Элемент Даниэля стал важнейшим источником электроэнергии на несколько лет. В 1843 году Роберт Бунзен изготовил очень недорогую батарею с цинковой пластиной и специальным углеродом в разбавленной серной кислоте. Пока Вернер фон Сименс не изобрел динамо-машину, она была лучшим источником электричества.

Чарльз Уитстон разработал мостовую схему для определения сопротивлений, Иоганн Христиан Поггендорф изобрел схему компенсации Поггендорфа для определения напряжений, Фридрих Кольрауш разработал метод измерения сопротивления раствора электролита без поляризации электродов с использованием переменного тока, закон квадратного корня Кольрауша , так что теперь исследуются проводимости растворов электролитов. мог.

Иоганн Вильгельм Хитторф распознал разные скорости миграции ионов во время электролиза и ввел число переноса . Фридрих Кольрауш исследовал удельную проводимость от концентрированных до очень разбавленных солевых растворов и смог определить линейную зависимость, графически построив значения проводимости и корень из концентрации соли. При высоком разбавлении каждый ион имеет очень характерную проводимость. Кольрауш ввел молярную проводимость .

Сванте Аррениус и Вильгельм Оствальд исследовали проводимость слабых кислот, оснований и солей в водных растворах. Основываясь на выводах Якоба Хенрикуса ван 'т Гоффа о том, что осмотическое давление и понижение точки замерзания жидкости пропорциональны количеству отдельных ионных частиц в растворе, Аррениус и Оствальд открыли принцип диссоциации слабых кислот путем измерения проводимости. В зависимости от силы кислоты только часть кислоты находится в ионной форме. Оствальд (1881) вывел закон (закон разбавления Оствальда ) для расчета проводимости как функции концентрации и силы кислоты.

В 1923 году Петрус Дебай , Эрих Хюккель и Ларс Онсагер рассчитали взаимодействие ионов с диэлектрической проницаемостью раствора и смогли провести еще более точную математическую теорию определения проводимости. Знание диссоциации и ионной проводимости водных растворов имело большое значение для определения pH, контроля конверсии электролизов, определения содержания солей в растворах неизвестной концентрации.

Макс Джулиус Ле Блан определил значения напряжения (напряжение разложения) для отделения веществ от нормальных растворов, нашел метод определения индивидуальных потенциалов электрода, а также представил осциллографическое измерение тока и времени для электролиза.

На основе электрохимической работы Герман фон Гельмгольц ввел термины энергия, свободная энтальпия (движущая сила реакции, выделение тепла и состояние порядка после химической реакции) и зависимость равновесия от температуры.

Вальтер Нернст исследовал концентрацию электролита во время процессов окисления и восстановления и нашел понятное объяснение металлических отложений на катоде и растворения анодных металлов. На основании концентрации электролита с использованием уравнения Нернста можно определить напряжения осаждения, а также электрохимическое окислительно-восстановительное равновесие.

Нернст дал полуячейке платинового электрода, окруженному водородом в 1-молярной соляной кислоте, которая находится в равновесии с образованием водорода, произвольный стандартный нормальный потенциал 0 В. Теперь в этой контрольной точке можно было определить все значения напряжения других окислительно-восстановительных равновесий и установить однородный электрохимический ряд напряжений . Помимо Коттрелла, Нернст также был пионером в объяснении процессов диффузии .

Юлиус Тафель занимался перенапряжениями (электрохимией) на электродах и разработал для них математическую формулировку.

Оливер Уолкотт Гиббс и Александр Классен разработали основы качественного и количественного осаждения ионов металлов в водных растворах с помощью электрогравиметрии .

Технические применения и достижения в теории во второй половине XIX века

Электролитическое извлечение алюминия по процессу Холла-Эру

В 1851 году К. Ватт получил английский патент на элемент для электролитического производства хлората из физиологического раствора, который уже имел некоторые характеристики современных элементов. Однако, поскольку у него еще не было динамо-машины, она еще не использовалась; Хлорат стал производиться электросинтетическим способом только после 1886 года. После изобретения мощных электрических генераторов, которые, кстати, также были основаны на работах Майкла Фарадея, в том числе в 1866 году Вернером фон Сименсом, который использовал динамо-электрический принцип, электрические токи стали дешевле. В годы, предшествовавшие рубежу веков, происходило быстрое развитие технического электролиза: с 1870 года медь электролитически добывалась в Германии, Франции и Англии. В 1875 году Эмиль Вольвилл усовершенствовал аффинаж меди, серебра и золота на аффинажных предприятиях Северной Германии. Важными местами производства меди в Германии были Мансфельд, Окер и Norddeutsche Affinerie (сегодня Aurubis AG) в Гамбурге. Аффинаж меди начался в США в 1892 году. В 1910 году производство электролитической меди в США превысило 400 000 тонн.

В 1890 году Гамильтон Кастнер представил названную в его честь ячейку для электролиза расплавленного гидроксида натрия. Здесь цилиндрический катод, расположенный в середине анода из никелевой трубки, отделен от анода цилиндром из железной проволочной сетки. Колокол собирает образовавшийся натрий. В 1892 году Гамильтон Кастнер в США и Карл Келлнер в Австрии изобрели процесс амальгамы для хлорщелочного электролиза . Это использует преимущество того факта, что натрий растворяется в виде амальгамы в ртутном катоде, в то время как образование водорода на катоде предотвращается за счет высокого перенапряжения. В 1890 году электронно-химический завод в Грисхайме под руководством Игнатца Строофа построил первую установку для хлорщелочного электролиза с использованием диафрагменного процесса. Уже в 1908 году с помощью этого процесса можно было произвести 50 000 тонн гидроксида натрия.

Первые работы по электролизу алюминия были выполнены Робертом Бунзеном и Сен-Клер-Девиль. В 1886 году Поль Луи Туссен Эру и Чарльз Мартин Холл из Огайо разработали метод электролиза для производства алюминия, который теперь называется процессом Холла-Эру в честь первооткрывателей и является основой сегодняшних процессов. Всего два года спустя компании были основаны с использованием этого метода, и в 1900 году электролитическим способом было извлечено 80 000 тонн алюминия. В этом процессе в качестве электролита используется расплавленный криолит, гексафторалюминат натрия, в котором растворен оксид алюминия. Электролиз проводится при температуре около 950 ° C, при этом алюминий собирается на дне электролизной ячейки.

Бум в первой половине 20 века

Производство с помощью процессов электролиза во многих случаях демонстрировало сильный рост вплоть до спада во время Второй мировой войны . Например, в 1940 году в США было произведено более 600 000 тонн хлора. Кроме того, пероксид водорода был получен синтетический затем электро, с серной кислоты подвергала электролиз. Возникают пероксосерная кислота и пероксодисерная кислота или их соли, которые могут гидролизоваться водой с образованием пероксида водорода. С 1945 года этот процесс был заменен химическими методами производства.

Разработка потенциостатов , начавшаяся в 1940-х годах , позволила проводить электрохимические исследования, в том числе электролиз, в более контролируемых условиях, поскольку процессы на противоэлектроде не влияют на измерение потенциала, что стимулировало следующие исследования электродных процессов.

Усовершенствования и новые синтезы во второй половине ХХ века

В 1968 году Бир запатентовал электроды из титана с покрытием , например, из диоксида рутения. Эти так называемые «аноды со стабильными размерами» быстро стали предпочтительным материалом для электролитического производства хлора, поскольку они менее изнашиваются, чем графит , поверхность которого постепенно окисляется и, следовательно, подвергается эрозии. В конце 1960-х годов DuPont выпустила на рынок ионообменные мембраны из полностью фторированного полимера под торговым названием «Nafion», которые сочетали в себе превосходную химическую стабильность с полезной проводимостью. Это позволило разработать мембранные процессы электролиза. Электролиз с целью производства хлората пережил значительный бум в последние десятилетия 20-го века, который был основан на повышенном спросе на диоксид хлора в качестве безопасного для волокон и эффективного отбеливающего агента в бумажной промышленности. Поскольку транспортировка диоксида хлора невозможна, хлорат и диоксид хлора обычно производятся на месте.

Высокий спрос на нейлон привел к тому, что в середине шестидесятых годов компания Monsanto разработала электролитический процесс для производства прекурсора необходимого для производства нейлона гександиамина : электролитический синтез адипонитрила (гександинитрила) из акрилонитрила (пропеннитрила). Акрилонитрил восстанавливается катодно и димеризуется протонированием. Затем желаемый гександиамин получают каталитическим гидрированием .

Последние разработки

Электролиз водных растворов, в которых водород на катоде не образуется, а вместо этого преобразуется кислород, требует значительно более низких напряжений и, следовательно, может экономить энергию. Поскольку кислород должен быть доставлен на катод в достаточном количестве, требуются специальные электроды, так называемые газодиффузионные электроды. В конце 2003 г. компания Bayer AG ввела в эксплуатацию установку электролиза соляной кислоты с катодами, потребляющими кислород, в Брунсбюттеле, которая может производить 20 000 тонн хлора в год.

Список дат

  • 1791 - Луиджи Гальвани сообщает «О силе электричества в движении мышц».
  • 1791 - Алессандро Вольта начинает работу над электричеством.
  • 1799 - Алессандро Вольта завершает создание своей гальванической колонны , первой мощной батареи.
  • 1800 - Вольта сообщает сэру Джозефу Бэнксу в письме на французском языке, озаглавленном «Об электричестве, которое возбуждается от простого контакта с различными видами проводящих веществ».
  • 1800 - Уильям Круикшенк, Иоганн Вильгельм Риттер , Уильям Николсон и Энтони Карлайл проводят первый электролиз.
  • 1802 - Хисингер и Йенс Якоб Берцелиус производят хлорат из поваренной соли электрохимическим методом.
  • 1802 - Уильям Круикшенк улучшает гальваническую колонну, в том числе путем серийного производства
  • 1807 - Хамфри Дэви представляет натрий и калий назад
  • 1808 - Хамфри Дэви получает магний , кальций , стронций и барий
  • 1818 - Хамфри Дэви получил металлический литий электролизом карбоната лития.
  • 1848 - Герман Кольбе публикует результаты электролиза валериановой кислоты (пентановой кислоты).
  • 1849 г. - Герман Кольбе сообщает об электролизе других органических соединений. Он представляет z. Б. Этан из уксусной кислоты ; электролиз карбоновых кислот с образованием алканов назван в честь него электролизом Кольбе .
  • 1851 - К. Ватт получает патент в Англии на ячейку для электролитического производства хлората.
  • 1855 - Роберт Вильгельм Бунзен получает большое количество металлического лития путем электролиза расплава хлорида лития.
  • 1864 г. - американский химик Оливер Уолкотт Гиббс (1822–1908) использует электролиз для количественного анализа: он электролитически осаждает медь или никель . По изменению массы электрода количество или концентрация металла, например Б. медь определяют. Так он основал электрогравиметрию .
  • 1867 - Вернер фон Сименс представляет свою динамо-машину, которая позволяет эффективно подавать электроэнергию.
  • 1884–1887 - Сванте Аррениус развивает теорию электролитической диссоциации.
  • 1885 - Брейер разрабатывает диафрагму
  • 1886 - Анри Муассан обнаружил электролизом растворенные в безводной плавиковой кислоте фторид калия и фтор.
  • 1886 - Чарльз Мартин Холл из Огайо и Поль Эру открывают процесс электролиза для производства алюминия, названный в их честь процессом Холла-Эру .
  • 1889 - Вальтер Нернст публикует уравнение Нернста, названное в его честь в его хабилитации , которое описывает концентрационную зависимость потенциала электрода.
  • 1890 - Первый хлорно-щелочной электролиз для технического производства каустической соды введен в эксплуатацию в Грисхайме.
  • 1891 - Макс Юлиус Ле Блан (1865–1943) работает над разложением электролитов.
  • 1890 - Гамильтон Кастнер представляет ячейку для электролиза расплавленного гидроксида натрия.
  • 1892 - Гамильтон Кастнер и Карл Келлнер независимо друг от друга регистрируют патенты на ртутный элемент для производства гидроксида натрия.
  • 1902 - Макс Жюлиус Ле Блан производит электролитическое производство хрома
  • 1968 - Анри Бернар Бир патентует электроды из титана с покрытием, улучшающие электролиз для производства хлора.
  • 2003 - В Брунсбюттеле электролиз соляной кислоты - это первый технический электролиз с катодом, потребляющим кислород.

Индивидуальные доказательства

  1. Справочник по экспериментальной химии, средний уровень II, Aulis Verlag Deubner & Co. KG, Кёльн, 1994, ISBN 3-7614-1630-X , стр. 12 и далее.
  2. ^ AF Holleman , Э. Виберг , Н. Виберг : Учебник неорганической химии . 91-е - 100-е, улучшенное и значительно расширенное издание. Вальтер де Грюйтер, Берлин 1985, ISBN 3-11-007511-3 .
  3. Wied. Летопись 17 , 642 (1882).
  4. Poggendorfsche Annalen 89,98,103,106 (1853,1859).
  5. Wied. Анналы 6 , 1 (1879), 26 , 213 (1885).
  6. Аррениус, Zeitschrift fur Physical Chemistry, 1 , 631 (1887).
  7. ^ Журнал физической химии, 2 , 270 (1888).
  8. Журнал физической химии 8 , 299 (1891).
  9. ^ Журнал физической химии 12 , 333 (1893).
  10. ^ М. Ле Блан: Трактат Общества Бунзена 3 (1910).
  11. Журнал физической химии 4 , 129 (1889).
  12. ^ Журнал физической химии 2 , 617 (1888).
  13. Журнал физической химии 47 , 52 (1907).
  14. FG Cottrell, Journal of Physical Chemistry 42 , 385 (1903).
  15. Х. Ян, Журнал физической химии 26 , 408 (1898).
  16. ^ Журнал физической химии, 50 , 641 (1905).
  17. ^ В. Янсен: Справочник по экспериментальной химии - средний уровень II, Aulis Verlag Deubner & Co. KG, Кельн, 1994, стр. 26.
  18. ^ AF Holleman , Э. Виберг , Н. Виберг : Учебник неорганической химии . 91-е - 100-е, улучшенное и значительно расширенное издание. Вальтер де Грюйтер, Берлин 1985, ISBN 3-11-007511-3 , стр. 932.
  19. Bolko Flintjer: Справочник по экспериментальной химии - средний уровень II, стр.308, Aulis Verlag Deubner & Co. KG, Кёльн, 1994.
  20. ^ Poggendorfs Ann. 92 , стр. 648 (1854).
  21. ^ А. Хиклинг: Исследования в области поляризации электродов. Часть IV.-Автоматический контроль потенциала рабочего электрода . В: Труды общества Фарадея . 38, 1942, с. 27-33. DOI : 10.1039 / TF9423800027 .
  22. J. Kintrup, газ Diffusion Электроды в электролизе ( Memento из в оригинале с 21 января 2011 года в Internet Archive ) Info: архив ссылка автоматически вставляется и еще не проверен. Проверьте исходную ссылку и ссылку на архив в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление.  

Выдающиеся деятели российской науки и культуры XVIII в

Антропов Алексей Петрович (1716-1795) — русский живописец. Портреты Антропова отличают связь с традицией парсуны, правдивость характеристик, живописные приемы барокко.

Аргунов Иван Петрович (1729-1802) — русский крепостной живописец-портретист. Автор репрезентативных парадных и камерных портретов.

Аргунов Николай Иванович (1771-1829) — русский крепостной живописец-портретист, испытавший в своем творчестве влияние классицизма. Автор известного портрета П. И. Ковалевой-Жемчуговой.

Баженов Василий Иванович (1737-1799) — крупнейший русский архитектор, один из основоположников русского классицизма.

Автор проекта реконструкции Кремля, романтического дворцово-паркового ансамбля в Царицыне, дома Пашкова в Москве, Михайловского замка в Петербурге.

Его проекты отличали смелость композиции, разнообразие замыслов, творческое использование и сочетание традиций мировой классической и древнерусской архитектуры.

Беринг Витус Ионассен (Иван Иванович) (1681-1741) — мореплаватель, капитан-командор русского флота (1730). Руководитель 1-й (1725-1730) и 2-й (1733-1741) Камчатских экспедиций.

Прошел между Чукотским полуостровом и Аляской (пролив между ними теперь носит его имя), достиг Северной Америки и открыл ряд островов Алеутской гряды.

Именем Беринга названы море, пролив и остров в северной части Тихого океана.

Боровиковский Владимир Лукич (1757-1825) — русский живописец-портретист. Его работам присущи черты сентиментализма, сочетание декоративной тонкости и изящества ритмов с верной передачей характера (портрет М. И. Лопухиной и др.).

Волков Федор Григорьевич (1729-1763) — русский актер и театральный деятель. В 1750 г. организовал в Ярославле любительскую труппу (актеры — И. А. Дмитревский, Я. Д. Шумский), на основе которой в 1756 г. в Петербурге был создан первый постоянный профессиональный русский публичный театр. Сам играл в ряде трагедий Сумарокова.

Державин Гаврила Романович (1743-1816) — русский поэт. Представитель русского классицизма. Автор торжественных од, проникнутых идеей сильной российской государственности, включавших сатиру на вельмож, пейзажные и бытовые зарисовки, философские размышления — «Фелица», «Вельможа», «Водопад». Автор многих лирических стихов.

Казаков Матвей Федорович (1738-1812) — выдающийся русский архитектор, один из основоположников русского классицизма.

Обратите внимание

В Москве разработал типы городских жилых домов и общественных зданий, организующих большие городские пространства: Сенат в Кремле (1776-1787); Московский университет (1786-1793); Голицынская (1-я Градская) больница (1796-1801); дом-усадьба Демидова (1779- 1791); Петровский дворец (1775-1782) и др.

Проявил особый талант в оформлении интерьеров (здание Дворянского собрания в Москве). Руководил составлением генерального плана Москвы. Создал архитектурную школу.

Кантемир Антиох Дмитриевич (1708-1744) -русский поэт, дипломат. Просветитель-рационалист. Один из основоположников русского классицизма в жанре стихотворной сатиры.

Кваренги Джакомо (1744-1817) — русский архитектор итальянского происхождения, представитель классицизма. В России работал с 1780 г.

Монументальностью и строгостью форм, пластической законченностью образа отличаются павильон «Концертный зал» (1786) и Александровский дворец (1792-1800) в Царском Селе, Ассигнационный банк (1783-1790), Эрмитажный театр (1783-1787), Смольный институт (1806-1808) в Петербурге.

Крашенинников Степан Петрович (1711-1755) — русский путешественник, исследователь Камчатки, академик Петербургской академии наук (1750). Участник 2-й Камчатской экспедиции (1733-1743). Составил первое «Описание земли Камчатки» (1756).

Кулибин Иван Петрович (1735-1818) — выдающийся русский механик-самоучка. Автор множества уникальных механизмов. Усовершенствовал шлифовку стекла для оптических приборов. Разработал проект и построил модель одноарочного моста через р. Неву пролетом 298 м. Создал прототип прожектора («зеркальный фонарь»), семафорный телеграф, дворцовый лифт и др.

Лаптев Харитон Прокофьевич (1700-1763) — капитан 1-го ранга. Обследовал в 1739—1742 гг. побережье от р. Лены до р. Хатанги и Таймырский полуостров.

Левицкий Дмитрий Григорьевич (1735-1822) — русский живописец.

В композиционно эффектных парадных портретах торжественность сочетается с жизненностью образов, красочным богатством («Кокоринов», 1769-1770; серия портретов воспитанниц Смольного института, 1773- 1776); углубленно-индивидуальны по характеристикам, сдержанны по цвету интимные портреты («М. А. Дьякова», 1778). В поздний период отчасти воспринял влияние классицизма (портрет Екатерины II, 1783).

Ломоносов Михаил Васильевич (1711-1765) — первый -русский ученый-энциклопедист мирового уровня, поэт. Основоположник современного русского литературного языка. Художник. Историк. Деятель народного образования и науки.

Обучение проходил в Славяно-греко-латинской академии в Москве (с,1731), Академическом университете в Петербурге (с 1735), в Германии (1736-1741), С 1742г.- адъюнкт, с 1745 г. — первый русский академик Петербургской академии наук.

Член Академии художеств (1763).

Майков Василий Иванович (1728-1778) — русский поэт. Автор поэм «Игрок ломбера» (1763), «Елисей, или Раздраженный Вакх» (1771), «Нравоучительные басни» (1766^1767).

Ползунов Иван Иванович (1728-1766) — русский теплотехник, один из изобретателей теплового двигателя. В 1763 г. разработал проект универсального парового двигателя. В 1765 г. создал первую в России паротеплосиловую установку для заводских нужд, проработавшую 43 дня. Умер до ее пробного пуска.

Поповский Николай Никитич (1730-1760) — русский просветитель, философ и поэт. Профессор Московского университета (с 1755). Сторонник и один из идеологов просвещенного абсолютизма.

Растрелли Бартоломео Карло (1675-1744) — скульптор. Итальянец. С 1716г. — на службе в Петербурге, Его произведениям свойственны барочная парадность и пышность, умение передавать фактуру изображаемого материала («Императрица Анна Иоанновна с арапчонком», 1733- 1741).

Растрелли Варфоломей Варфоломеевич (1700-1771) — выдающийся русский архитектор, представитель барокко. Сын Б. К. Растрелли.

Его работам свойственны грандиозный пространственный размах, четкость объемов, строгость прямолинейных планов в сочетании с пластичностью масс, богатством скульптурного убранства и цвета, прихотливой орнаментикой.

Крупнейшими произведениями являются Смольный монастырь (1748-1754) и Зимний дворец (1754-1762) в Петербурге, Большой дворец в Петергофе (1747-1752), Екатерининский дворец в Царском Селе (1752-1757).

Рокотов Федор Степанович (1735-1808) — русский живописец. Тонкие по живописи, глубоко поэтичные портреты проникнуты осознанием духовной и физической красоты человека («Неизвестная в розовом платье», 1775; «В. Е. Новосильцова», 1780 и др.).

Сумароков Александр Петрович (1717-1777) — русский писатель, один из видных представителей классицизма. В трагедиях «Хорев» (1747), «Синав и Трувор» (1750) и других ставил проблемы гражданского долга. Автор многих комедий, басен, лирических песен.

Татищев Василий Никитич (1686-1750) — русский историк, государственный деятель. Управлял казенными заводами на Урале, был астраханским губернатором. Автор многих трудов по этнографии, истории, географии. Самое крупное и известное произведение — «История Российская с древнейших времен».

Тредиаковский Василий Кириллович (1703-1768)- русский поэт, филолог, академик Петербургской академии наук (1745-1759). В работе «Новый и краткий способ к сложению российских стихов» (1735) сформулировал принципы русского силлабо-тонического стихосложения. Поэма «Тилемахида» (1766).

Трезини Доменико (1670-1734) — русский архитектор, представитель раннего барокко. По национальности швейцарец. В России с 1703 г. (приглашен для участия в строительстве Санкт-Петербурга). Построил летний дворец Петра I (1710-1714), собор св. Петра и Павла в Петропавловской крепости (1712-1733), здание 12-ти коллегий (1722-1734) в Петербурге.

Фельтен Юрий Матвеевич (1730-1801) — русский архитектор, представитель раннего классицизма. Автор Старого Эрмитажа (1771-1787), ограды Летнего сада (1771- 1784) в Петербурге. Участвовал в сооружении гранитных набережных Невы (с 1769).

Херасков Михаил Матвеевич (1733-1807) — русский писатель. Автор известной эпической поэмы «Россияда» (1779), написанной в духе классицизма.

Шелихов (Шелехов) Григорий Иванович (1747- 1795)- русский купец, первопроходец. В 1775г.

создал компанию для пушного и зверобойного промысла на северных островах Тихого океана и Аляске. Основал первые русские поселения в Русской Америке. Провел значительные географические исследования.

Важно

На базе созданной Шелиховым компании была в 1799 г. образована Российско-американская компания.

Шубин Федот Иванович (1740-1805)-выдающийся русский скульптор. Представитель классицизма. Создал галерею психологически выразительных скульптурных портретов (бюсты А. М. Голицына, 1775; М. Р. Паниной, 1775;

И. Г. Орлова, 1778; М. В. Ломоносова, 1792 и др.).

Яхонтов Николай Павлович (1764-1840) — русский композитор. Автор одной из первых русских опер «Сильф, или Мечта молодой женщины».

Источник: https://www.examen.ru/add/manual/school-subjects/social-sciences/history/istoricheskie-deyateli/istoricheskie-deyateli-rossii/vyidayushhiesya-deyateli-rossijskoj-nauki-i-kulturyi-xviii-v/

Самые известные ученые 17 века

Около 2,3 миллиона лет назад наши самые ранние предки стали применять  первый примитивный инструмент: камень, который они использовали для резки и выскабливания. Для следующих 1 миллион лет ранние люди постепенно научились изготавливать каменные орудия производства и использовать огонь.

Современные люди впервые появились около 200000 лет назад. Около 50 000 лет назад они (или должно быть мы?) начали использовать язык, символы и более сложные инструменты общения.

Так  изобретения и открытия, добавлялись  друг к другу в  человеческой цивилизации, так технологии и науки развивались. Слово «наука» происходит от латинского слова «scientia», что означает «знание». Наука, вероятно, наиболее важная  и полезная область исследования для человеческой расы.

Наиболее известные ученые и изобретатели 17 века в истории

Начало науки и научного метода во многом распространялось  от древнего греческого мира, который охватывал восточную часть Средиземного моря.

Имена великих ученых философов того времени, такие как Пифагор, Архимед, Аристотель, Эратосфен и Фалес, до сих пор известны и сегодня, спустя более чем 2000 лет.

С 17 века начинается эра современной науки

Наука вступила в новую эру с эпохи Возрождения, которая  началась в Италии в 14 веке. С 17 века новая эра науки  расширялась  и расцвела на территории  большей части Европы.

Падения Константинополя в 1453 году привело в большому количеству беженцев в Европу, принеся с собой греческие и римские книги  неиспользованные  на протяжении веков. Эти книги, а также   изобретение печатного станка в 1450 ускорило темпы обучения в Европе в эпоху Возрождения. Однако в те времена  большинство интеллигенции сосредоточилось  на художественных  или гуманитарных дисциплинах.

Но ученые 17 века совершили   быструю  научную  революцию.

Хронология развития научной революции:

  • c 1600 — Галилео Галилей обнаруживает принцип инерции на этапе представления рационального движения.
  • 1600—Уильям Гилберт считает, что Земля имеет магнитные полюса и действует как огромный магнит.
  • 1600 — Галилео Галилей обнаруживает, что снаряды двигаются по параболической траектории.
  • 1608 — Ханс Липерсгей изобретает рефрактор, который Галилео Галилей применял для использования.
  • 1609 — Галилео Галилей отмечает спутники Юпитера, опровергающие церковную догму, что все движение во Вселенной связано с Землей.
  • 1609 — Иоганн Кеплер публикует первые два закона движения планет, показывая, что планеты двигаются по эллиптической орбите вокруг Солнца.
  • 1610 — Джон Непер публикует таблицы логарифмов, показывая, как они могут использоваться для ускорения расчетов.
  • 1619 — Иоганн Кеплер публикует свой третий закон движения планет с учетом времени вращения планет вокруг Солнца.
  • 1621 — Виллеброрд Снелл обнаруживает закон преломления света.
  • 1628 —Иоганн Кеплер публикует планетарную таблицу, в расчетах которых применены логарифмы Непера.
  • 1629 —Николая Кабеуса находит существование двух типов электрического заряда и отмечает силы притяжения и отталкивания.
  • 1632—Уильям Отред изобретает логарифмическую линейку. С применением логарифмов развивается математика.
  • 1632 — Галилео Галилей считает, что законы движения являются одинаковыми во всех инерциальных точках отсчета.
  • 1637 — Рене Декарт изобретает декартовую систему координат – т.е. x-y оси для графики, позволяя изменения в количествах и времени.
  • 1645—Блез Паскаль изобретает Арифмометр.
  • 1652—Томас Бартолин обнаруживает лимфатическую систему человека.
  • 1662—Роберт Бойль публикует свой закон давления и объема в газах.
  • 1654—Блез Паскаль и Пьер де Ферма развивают вероятность и статистику в математике.
  • 1656—Христиан Гюйгенс обнаруживает кольца Сатурна после создания нового телескопа самого лучшего в мире на то время.
  • 1657—Пьер де Ферма использует принцип наименьшего времени в оптике.
  • 1658 — Ян Сваммердам обнаруживает красные кровяные клетки.
  • c 1660 – Отто фон Герике строит вращающуюся сферу от которой исходят искры. Это была машина по созданию статического электричества. Он демонстрирует также силу электростатического отталкивания.
  • c 1660—Роберт Гук доказывает силу растяжений, сжатий и изгибов, которая прямо пропорционально приложенной силе.
  • 1661—Роберт Бойль установил выдающийся газовый закон (закон Бойля — Мариотта), а также пишет манифест химии, объясняя роли элементов и соединений.
  • 1633 — Джеймс Грегори публикует проект зеркального телескопа.
  • 1664 — Роберт Гук использует Микроскоп за наблюдением жизни.
  • 1665—Исаак Ньютон изобретает исчисление механики и астрономии, закон всемирного тяготения, разработал дифференциальное и интегральное исчисления без которых нельзя понять современный мир.
  • 1666 — Исаак Ньютон обнаруживает, что свет состоит из всех цветов радуги, которые преломляются в различные цвета в стеклянной призме.
  • 1667 – Исаак Ньютон строит первый в мире рефлектор.
  • 1668 — Джон Валлис обнаруживает принцип сохранения импульса – одна из основ современной физики.
  • 1669 – Хенниг Бранд первый идентифицировал новый химический элемент – фосфор.
  • 1674— Антони Ван Левенгук обнаруживает микроорганизмы.
  • 1675— Роберт Бойль показывает, что электрическое отталкивание и притягивание действуют и в вакууме.
  • 1676 — Олаф Кристенсен Рёмер измеряет скорость света в первый раз.
  • 1676 — Христиан Гюйгенс находит, что свет может преломляться и дифрагировать и это должно рассматриваться как явление волны.
  • 1684 — Готфрид Лейбниц публикует исчисления, которые он обнаружил независимо от Исаака Ньютона по математическому анализу: дифференциальное и интегральное исчисления, основанные на бесконечно малых величинах.
  • 1687 — Исаак Ньютон публикует один из самых важных научных книг: «Математические начала натуральной философии».

Это был знаменательный век, в котором наука переместилась из состояния знаний, который был во многих отношениях, проложив путь для промышленной революции  1700-х годов и для открытий и изобретений многих других известных ученых.

2015-10-12

Источник: http://v-nayke.ru/?p=6789

Тема 2. Медицина нового времени (середина XVII – XVIII век)

1. Основные достижения мировой медицины

Термин
«Новое время» в современной исторической
науке подразумевает период утверждения
и развития капиталистиче­ских
отношений. Капиталистический способ
производства развивается в странах
Западной Европы, где совершились первые
буржуазные революции: в Нидерландах
(XVI
в.), Англии (середина XVII в.),
Франции (конец XVIII в.).

Особое влияние на развитие новых
экономических и политических отношений
в мире оказала английская буржуазная
революция, это условно и определяет
рубеж между средневековьем и Новым
временем.

Капиталистическое
производство нуждалось в развитии
естественно-научных знаний (механики,
физики, химии). В XVII в.

происходит первая
научная революция

– появляется современная
(экспериментальная) наука
.
В Париже в 1666 г. открыта французская
Академия наук, в Германии – Академия
Леопольдина. Философы-просветители
XVII – XVIII
вв. – Ф. Бэкон, Д. Дидро, Ж. Д’Аламбер,
Вольтер, Ж.-Ж. Руссо – провозгласили
знания, науку превыше всего.

Они
утверждали, что главное предназначе­ние
человека – познавать мир, преобразовывая
его. Философ­ские воззрения на опытное
направление в развитии естествен­ных
наук благотворно сказались на развитии
медицины.

Выдающиеся
естественно-научные открытия
ХVΙΙ –ХVΙΙΙ вв. (см. табл. 1) оказали
определяющее влияние на становление
современной
(научной) медицины
.

Преимущественное
развитие получили морфологические
науки
:
нормальная анатомия, патологическая и
топографиче­ская анатомия, гистология
(до клеточной теории) и клиническая
медицина
1.

Таблица 11

Выдающиеся естественно-научные открытия и достижения XVII – хviii вв

Дата Автор и краткие сведения о нем Содержание открытия
1628 Уильям Гарвей (1578 – 1657), английский врач, основоположник современной физиологии и эмбриологии Опубликовал «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных». Положил начало зарождению эмбриологии как науки, дал новое научное объяснение системы кровообращения
1665 Роберт Гук (1635 –1703), английский естествоиспытатель, экспериментатор Опубликовал труд «Микрография, или физиологическое описание мельчайших тел, исследованных с помощью увеличительных стекол», в котором впервые описал растительные клетки на срезе пробки, обнаруженные при помощи микроскопа собственной конструкции с увеличением в 30 раз (ранее были известны микроскопы братьев Захария и Ганса Янсеных (около 1590 г.), Галилео Галилея, Антони Ливенгука. Благодаря микроскопу исследователь Марчелло Мальпиги в 1661 г. открывает капилляры.
1665 Фредерик Рюйш (1638 – 1731), голландский анатом, хирург Защитил диссертацию (1665). В совершенстве владел техникой приготовления анатомических препаратов, изобрел оригинальный метод бальзамирования трупов. Создал первый анатомический музей

Продолжение таблицы
1

1735 Карл Линней(1707 – 1778), шведский врач и натуралист Научный труд «Система природы» 12 раз переиздавался при жизни автора. Впервые предложил основы классификации «трех царств природы» – растений, животных и минералов. Впервые отнес человека к классу млекопитающих (отряд приматов). Его труды способствовали формированию идей Ж. Ламарка и Ч. Дарвина
1756 Михаил Васильевич Ломоносов (1711 – 1765), русский ученый, академик Петербургской АН (1745) Вывел закон сохранения массы вещества в химических реакциях
1761 Джованни Баттиста Морганьи (1682 –1771), итальянский анатом и врач Опубликовал классическое шеститомное исследование «О местоположении и причинах болезни, открываемых посредством рассечения». Положил начало патологической анатомии как науке. Создал первую научно обоснованную классификацию болезней
1774 Лавуазье Антуан Лоран (1743 –1794), французский химик Независимо от М.В. Ломоносова пришел к открытию закона сохранения массы вещества в химических реакциях
1786 Гальвани Луиджи Алоизио (1737 –1798), итальянский физик, физиолог, врач и естествоиспытатель Открыл гальваническое («животное») электричество («Трактат о силах электричества при мышечном движении»)

Метод преподавания
у постели больного связан с именем
итальянского врача, профессора Падуанского
университетаДжованни
Баттисты Монтано
(1489 – 1552). Он утверждал, что «учить
можно не иначе, как посещая больных».

В конце XVII – начале
XVIII вв. клинический
метод преподавания

внедряется в клинике, принадлежащей
Лейден­скому университету. Клиникой
руководил врач, химик и педагог Герман
Бурхааве
(1608 – 1668), на русском языке его
часто называют Бургав.

В книге «Введение
в клиническую практику» он подчеркивал
значение врачей у постели больного.
Бурхааве возглавлял кафедры
медицины
и ботаники, химии, практической медицины,
был ректором университета. Научная
клиническая школа, созданная Г.

Совет

 Бурхааве,
сыграла исключитель­ную роль в развитии
европейской и мировой медицины, послужила
развитию такой клинической дисциплины,
как терапия.

Основоположниками
хирургии
как самостоятельной клинической
дисциплины считаются немецкий врач
Лаврентий Гейстер
(1683 – 1758) и самый знаменитый хирург
Франции Жан Луи Пти
(1674 – 1750). До конца ХVΙΙ в. хирургия
счита­лась в Европе ремеслом, а не
наукой. Первой страной, где хирурги были
признаны наравне с врачами, явилась
Франция. Ж.Л.

 Пти вышел из сословия
цирюльников, участвовал в военных
походах он был известен своими трудами
по хирургии костей и суставов, ранений
и ампутаций.

XVIII
век явился периодом становления
акушерства
и гинекологии (учение о женских болезней)
в Англии, Голландии, Германии, Франции,
России и других странах.

Впервые
акушерские клиники создаются в Париже
в первой половине XVII
в. Видным деятелем французской акушерской
школы был Франсуа Морисо
(1673 – 1709).

Лечение
детских
болезней

в основном было связано с практикой
родовспоможения и лечения женских
болезней. Наибольший вклад в изучение
детских болезней внесли английские
врачи.

Томас Сиденгам
описал ряд таких заболеваний, как
скарлатина, коклюш, краснуха, рожа. Его
деятельность столь велика, что он
получает прозвище «английский Гиппократ».
У. Кагаран
составил труд «Опыт вскармливания и
уход за детьми от рождения до 3 лет».
Г. Амстронг
написал «Очерк о наиболее опасных
детских болезнях».

Но как самостоятельная
клиническая дисциплина педиатрия
сформировалась только в XIX
в.. То же можно сказать и о психиатрии,
которая как самостоятельная клиническая
дисциплина начала развиваться в начале
XIX в., хотя первая клиника для лечения
душевнобольных открывается в XVIII в.

Обратите внимание

во
Франции под руководством врача Филиппа
Пинеля,
впервые создавшего для психических
больных человеческие условия содержания
(снял с больных цепи, разработал систему
их лечения), определившего основные
направления изучения психических
болезней.

Стоматология
– от греческого «стома» – рот, «логос»
– наука – учение о болезнях органов
полости рта и челюстно-лицевой области,
методах их диагностики, лечения и
профилактики.

Как самостоятельная
отрасль медицины зубоврачевание
выделяется в значительной степени
благодаря деятельности французского
хирурга Пьера Фошара
(1678 –1761).
В своем капитальном труде «Зубная
хирургия или лечение зубов»
(1728)
он описал около 130 заболеваний зубов и
болезней полости рта.

Он же является
родоначальником ортодонтии
(раздел
стоматологии, посвященный профилактике
и лечению зубочелюстных аномалий при
помощи ортопедических средств).

Гигиена
как
наука сформировалась лишь в ХIX в., но
как область эмпирических знаний она
зародилась еще в глубокой древности и
в начале Нового времени совершила новый
виток развития: это и борьба с эпидемиями,
и борьба за сохранение здоровья населения,
учет численности населения, смертности
и т.п.

Появляются новые
методы и первые приборы физического
обследования больных: термометрия
(Д.Г. Фаренгейт, А.Ф. Реомюр,
А. Цельсий), перкуссия
(от лат. выстукивать). Развитие этого
метода принадлежит венскому врачу
Леопольду
Ауэнбруггеру

(1722 – 1809). В 1761 г.

он опубликовал статью
«Новый способ, как путем выстукивания
грудной клетки человека обнаружить
скрытые внутри грудной полости болезни».
Л. Ауэнбруггер писал: «Я предлагаю
найденный мною новый способ для
обнаружения заболеваний груди.

Он
состоит в выстукивании грудной коробки
человека, которое в силу изменившегося
звучания тонов дает представле­ние
о внутреннем состоянии ее». Большинство
европейских врачей встретили метод
перкуссии пренебреже­нием и насмеш­ками,
а автора объявили сумасшедшим. И только
в Х1Х в.

перкуссия была признана врачами
как диагностический метод.

Рене
Лаэннек

(1782 – 1826) – патологоанатом, клиницист
и преподаватель медицинской школы в
Париже, создал метод посредственной
аускультации

(от лат. выслушивать). Р. Лаэннек
выслушивал сердце и легкие, прикладывая
к грудной клетке больного воронку из
плотного картона.

В дальнейшем появляется
знаменитая «трубочка доктора»,
изготавливаемая из дерева или кости.
Все это позволило услышать тоны сердца
яснее и подробно описать использование
метода аускультации при диагностике
болезней легких и сердца.

Важно

Таким
образом, можно сказать, что в Новое время
были сделаны выдающиеся естественно-научные
открытия: закон сохранения массы вещества
в химических реакциях; явление
гальванического («животного»)
электричества; развивались морфологические
науки: нормальная анатомия, патологическая
анатомия, топографическая анатомия,
гистология.

Начинается дифференциация
клинических дисциплин – терапии,
хирургии, акушерства и гинекологии.
Закладываются основы профилак­тики:
эмпирической гигиены, микробиологии,
социаль­ной гигиены и общественной
медицины.

Источник: https://StudFiles.net/preview/5778773/page:4/

Изобретения и научные открытия 18 (XVIII) века

В 18 веке (1700-е годы) произошла первая промышленная революция. Началось производство паровых двигателей, которые заменили работу животных. 18 столетие ознаменовалось изобретениями и машинным оборудованием, которые заменили ручной труд.

18 век также стал частью Эпохи просвещения, исторического периода, который охарактеризован переходом от традиционных религиозных источников власти к науке и рациональному мышлению.

В результате Эпоха просвещения в 18 веке привела к Американской войне за независимость и Французской революции.

В этот период развивался капитализм и распространялось все больше печатных материалов.

Список изобретений и открытий сделанных в 18 веке

1701 – Джетро Тулл изобретает сеялку.

1709 — Бартоломео Кристофори изобретает пианино.

1711 – Англичанин Джон Шор создает камертон.

1712 — Томас Ньюкомен патентует атмосферный паровой двигатель.

1717 — Эдмонд Галлей изобретает водолазный колокол.

1722 — Француз С. Хопфер патентует огнетушитель.

1724 — Габриэль Фаренгейт изобретает первый ртутный термометр.

1733 — Джон Кей изобретает летающий челнок.

1745 — Е.Г. фон Клейст создает лейденскую банку, первый электрический конденсатор.

1752 — Бенджамин Франклин изобретает громоотвод.

15 апреля 1755 — Сэмюэл Джонсон публикует первый словарь английского языка после девяти лет его составления. В предисловии Сэмюэл Джонсон написал: « Я не настолько запутался в лексикографии, чтобы забыть, что слова – это дочери земли, а вещи — сыновья неба».

1757 — Джон Кэмпбелл изобретает секстант.

1758 — Долланд изобретает хроматические линзы.

1761 – англичанин Джон Харрисон создает навигационные часы или морской хронометр для измерения долготы.

1764 — Джеймс Харгривз изобретает прядильную машину.

1767 — Джозеф Пристли изобретает газированную воду – содовую.

1768 — Ричард Аркрайт патентует прядильную машину.

1769 — Джеймс Уатт создает улучшенный паровой двигатель.

1774 — Жорж Луи Лесаж патентует электрический телеграф.

1775 — Александр Каммингс изобретает туалет со сливом. Жак Перье изобретает пароход.

1776 — Дэвид Бушнелл конструирует подводную лодку .

1779 — Сэмюэл Кромптон изобретает текстильную машину.

1780 — Бенджамин Франклин создает бифокальные очки. Гервинус изобретает циркулярную пилу.

1783 — Луи Себастьян демонстрирует первый парашют. Бенджамин Хэнкс патентует часы с автоматическим заводом. Братья Монгольфье изобретают воздушный шар. Англичанин Генри Корт создает стальной ролик для производства стали.

1784 — Эндрю Мейкл изобретает молотилку. Джозеф Брама изобретает предохранитель.

1785 — Эдмунд Картрайт изобретает ткацкий станок. Клод Бертолле создает химическое отбеливание. Карл-Август Куломб изобретает крутильные весы. Жан Пьер Бланшар создает парашют, пригодный для эксплуатации.

1786 — Джон Фитч конструирует пароход.

1789 – Изобретается гильотина.

1790 — Соединенные Штаты выпускают свой первый патент, выданный Уильяму Полларду из Филадельфии на прядильную машину для хлопка.

Совет

1791 — Джон Барбер изобретает газовую турбину. Появляется первый велосипед в Шотландии.

1792 — Уильям Мердок изобретает газовое освещение. Появляется первая скорая помощь.

1794 — Эли Уитни патентует хлопкоочистительную машину. Уэльсец Филипп Вогэн изобретает шарикоподшипники.

1795 — Франсуа Аппер изобретает емкость для хранения еды.

1796 — Эдвард Дженнер открывает вакцинацию оспы.

1797 — Уиттмор патентует кардочесальную машину. Британский изобретатель Генри Модсли создает первый прецизионный токарный станок.

1798 – Создан первый безалкогольный напиток. Алоис Сенефелдер изобретает литографию.

1799 — Алессандро Вольта изобретает батарею. Луи Роберт конструирует длинносеточную бумагоделательную машину для производства бумажных листов.

Источник: http://skybox.org.ua/izobreteniya-i-nauchnye-otkrytiya-18-veka/