УЧЕНИЕТО ЗА ПРОСТИТЕ ТЕЛА И ЕЛЕМЕНТИТЕ. НОВА ХИМИЧНА НОМЕНКЛАТУРА. ЕЛЕМЕНТАРЕН КУРС ПО ХИМИЯ НА ЛАВОАЗИЕ Както видяхме, Р. Бойл през 1661 г. дава нова дефиниция на понятието "елемент" или "просто тяло", което за това време е еквивалентно. Въпреки че Бойл, който предложи нов

Химия на древността.

Химията, науката за състава на веществата и техните трансформации, започва с откриването от човека на способността на огъня да променя природните материали. Очевидно хората са знаели как да топят мед и бронз, изделия от огнеупорна глина и да получават стъкло още през 4000 г. пр.н.е. Към 7 в. пр.н.е. Египет и Месопотамия стават центрове за производство на багрила; На същото място златото, среброто и други метали са получени в чист вид. От около 1500 до 350 г. пр.н.е дестилацията е била използвана за производство на багрила, а металите са били топени от руди чрез смесването им с въглен и продухване на въздух през горящата смес. На самите процедури за преобразуване на естествени материали се придаваше мистично значение.

Гръцка натурфилософия.

Тези митологични идеи проникват в Гърция чрез Талес от Милет, който въздига цялото разнообразие от явления и неща до един елемент - водата. Гръцките философи обаче не се интересуват от методите за получаване на вещества и тяхното практическо използване, а главно от същността на процесите, протичащи в света. Така древногръцкият философ Анаксимен твърди, че основният принцип на Вселената е въздухът: когато се разреди, въздухът се превръща в огън и когато се сгъсти, става вода, след това земя и накрая камък. Хераклит от Ефес се опитва да обясни природните явления, постулирайки огъня като първичен елемент.

Четири основни елемента.

Тези идеи бяха обединени в натурфилософията на Емпедокъл от Агригент, създателят на теорията за четирите принципа на Вселената. В различни версии неговата теория доминира в умовете на хората повече от две хилядолетия. Според Емпедокъл всички материални обекти се образуват чрез комбиниране на вечните и неизменни елементи-елементи - вода, въздух, земя и огън - под въздействието на космическите сили на любовта (привличане) и омраза (отблъскване). Теорията за елементите на Емпедокъл е приета и развита първо от Платон, който изяснява, че нематериалните сили на доброто и злото могат да превърнат тези елементи един в друг, а след това и от Аристотел.

Според Аристотел елементите-елементи не са материални вещества, а носители на определени качества – топлина, студ, сухота и влажност. Този възглед се трансформира в идеята за четирите "сока" на Гален и доминира науката до 17 век. Друг важен въпрос, който занимавал гръцките натурфилософи, бил въпросът за делимостта на материята. Основателите на концепцията, която по-късно получава името "атомистична", са Левкип, неговият ученик Демокрит и Епикур. Според тяхното учение съществуват само празнота и атоми - неделими материални елементи, вечни, неразрушими, непроницаеми, различаващи се по форма, позиция в празнотата и размер; всички тела се образуват от техния "вихър". Атомистичната теория остава непопулярна две хилядолетия след Демокрит, но не изчезва напълно. Един от неговите привърженици беше древногръцкият поет Тит Лукреций Кар, който очерта възгледите на Демокрит и Епикур в поемата За естеството на нещата (De Rerum Natura).

Алхимия.

Алхимията е изкуството за подобряване на материята чрез превръщането на металите в злато и подобряване на човека чрез създаване на еликсира на живота. В стремежа си да постигнат най-привлекателната за тях цел - създаването на несметно богатство - алхимиците решават много практически проблеми, откриват много нови процеси, наблюдават различни реакции, допринасяйки за формирането на нова наука - химията.

Елинистически период.

Египет беше люлката на алхимията. Египтяните блестящо владеят приложната химия, която обаче не е обособена като самостоятелна област на знанието, а е включена в "свещеното тайно изкуство" на жреците. Като отделна област на знанието алхимията се появява в края на 2-ри и 3-ти век. AD След смъртта на Александър Македонски неговата империя се разпада, но влиянието на гърците се разпространява в обширните територии на Близкия и Средния изток. Алхимията достига особено бърз разцвет през 100–300 г. сл. Хр. в Александрия.

Около 300 г. сл. Хр Египтянинът Зосима написа енциклопедия - 28 книги, обхващащи всички знания по алхимия за предходните 5-6 века, по-специално информация за взаимните трансформации (трансмутации) на веществата.

Алхимията в арабския свят.

След като завладяват Египет през 7 век, арабите усвояват гръко-ориенталската култура, която е съхранена векове наред от Александрийската школа. Подражавайки на древните владетели, халифите започват да покровителстват науките, а през 7-9в. се появяват първите химици.

Най-талантливият и известен арабски алхимик е Джабир ибн Хаян (края на 8 век), който по-късно става известен в Европа под името Гебер. Джабир вярва, че сярата и живакът са два противоположни принципа, от които се образуват седем други метала; златото е най-трудно да се образува: това изисква специално вещество, което гърците наричат ​​ксерион - „сух“, а арабите го променят на ал-иксир (така се появява думата „еликсир“). Предполага се, че еликсирът има и други чудодейни свойства: да лекува всички болести и да дава безсмъртие. Друг арабски алхимик, ал-Рази (ок. 865–925) (известен в Европа като Разес) също практикува медицина. И така, той описа метода за приготвяне на гипс и метода за нанасяне на превръзка върху мястото на фрактурата. Най-известният лекар обаче е Ибн Сина от Бухара, известен още като Авицена. Неговите писания са служили като ръководство за лекарите в продължение на много векове.

Алхимията в Западна Европа.

Научните възгледи на арабите проникват в средновековна Европа през 12 век. през Северна Африка, Сицилия и Испания. Произведенията на арабските алхимици са преведени на латински, а след това и на други европейски езици. Отначало алхимията в Европа се основава на работата на такива светила като Джабир, но три века по-късно има подновен интерес към учението на Аристотел, особено към писанията на немския философ и доминикански теолог, който по-късно става епископ и професор в Парижкия университет, Алберт Велики и неговия ученик Тома Аквински. Убеден в съвместимостта на гръцката и арабската наука с християнската доктрина, Алберт Велики насърчава въвеждането им в учебните програми. През 1250 г. философията на Аристотел е въведена в учебната програма на Парижкия университет. Английският философ и натуралист, францисканският монах Роджър Бейкън, който предвиди много по-късни открития, също се интересуваше от алхимичните проблеми; той изучава свойствата на селитрата и много други вещества, намира начин да направи черен барут. Други европейски алхимици включват Арналдо да Виланова (1235-1313), Реймънд Лул (1235-1313), Базил Валентин (немски монах от 15-16 век).

Постиженията на алхимията.

Развитието на занаятите и търговията, възходът на градовете в Западна Европа през 12-13 век. съпроводено с развитието на науката и появата на индустрията. Рецептите на алхимиците са използвани в технологични процеси като металообработването. През тези години започват систематични търсения на методи за получаване и идентифициране на нови вещества. Има рецепти за производство на алкохол и подобрения в процеса на неговата дестилация. Най-важното постижение е откриването на силни киселини - сярна, азотна. Сега европейските химици успяха да извършат много нови реакции и да получат вещества като соли на азотна киселина, витриол, стипца, соли на сярна и солна киселина. Услугите на алхимиците, които често са били опитни лекари, са били използвани от висшето благородство. Смятало се също, че алхимиците притежават тайната за превръщането на обикновените метали в злато.

До края на 14в интересът на алхимиците към превръщането на едни вещества в други отстъпи място на интереса към производството на мед, месинг, оцет, зехтин и различни лекарства. През 15-16в. опитът на алхимиците все повече се използва в минното дело и медицината.

ПРОИЗХОДЪТ НА СЪВРЕМЕННАТА ХИМИЯ

Краят на Средновековието е белязан от постепенното отдалечаване от окултизма, намаляването на интереса към алхимията и разпространението на механистичния възглед за структурата на природата.

Ятрохимия.

Парацелз (1493-1541) поддържа напълно различен възглед за целите на алхимията. Под избраното от него име („превъзхождащ Целз”) швейцарският лекар Филип фон Хоенхайм влиза в историята. Парацелз, подобно на Авицена, смята, че основната задача на алхимията не е търсенето на начини за получаване на злато, а производството на лекарства. Той заимства от алхимичната традиция учението, че има три основни части на материята - живак, сяра, сол, които отговарят на свойствата летливост, горимост и твърдост. Тези три елемента формират основата на макрокосмоса (Вселената) и са свързани с микрокосмоса (човека), образуван от духа, душата и тялото. Обръщайки се към дефиницията на причините за болестите, Парацелз твърди, че треската и чумата идват от излишък на сяра в тялото, парализата възниква при излишък на живак и т.н. Принципът, към който се придържаха всички ятрохимици, беше, че медицината е въпрос на химия и всичко зависи от способността на лекаря да изолира чистите принципи от нечистите вещества. При тази схема всички функции на тялото бяха сведени до химически процеси и задачата на алхимика беше да намери и подготви химикали за медицински цели.

Основните представители на ятрохимичното течение са Ян Хелмонт (1577–1644), лекар по професия; Франсис Силвий (1614-1672), който се радва на голяма слава като лекар и елиминира "духовните" принципи от ятрохимичната доктрина; Андреас Либавий ​​(ок. 1550–1616), лекар от Ротенбург Техните изследвания допринесоха много за формирането на химията като самостоятелна наука.

механична философия.

С намаляващото влияние на ятрохимията натурфилософите отново се обърнаха към ученията на древните за природата. Преден план през 17 век. се появиха атомистични (корпускулярни) възгледи. Един от най-видните учени - автори на корпускулярната теория - е философът и математик Рене Декарт, който излага възгледите си през 1637 г. в есе Разсъждение за метода. Декарт вярва, че всички тела „се състоят от множество малки частици с различни форми и размери, ... които не са толкова близо една до друга, че да няма празнини около тях; тези празнини не са празни, а пълни с... разредена материя. Декарт не е смятал своите „малки частици“ за атоми, т.е. неделима; той стоеше на гледната точка на безкрайната делимост на материята и отричаше съществуването на празнотата. Един от най-видните противници на Декарт е френският физик и философ Пиер Гасенди. Атомизмът на Гасенди е по същество преразказ на учението на Епикур, но за разлика от последния, Гасенди признава създаването на атомите от Бог; той вярваше, че Бог е създал определен брой неделими и непроницаеми атоми, от които са съставени всички тела; трябва да има абсолютна празнота между атомите. В развитието на химията през 17в. специална роля принадлежи на ирландския учен Робърт Бойл. Бойл не приема твърденията на древните философи, които вярват, че елементите на Вселената могат да бъдат установени спекулативно; Това е отразено в заглавието на книгата му. Скептичен химик. Като привърженик на експерименталния подход към дефинирането на химичните елементи (който в крайна сметка беше възприет), той не знаеше за съществуването на реални елементи, въпреки че един от тях - фосфорът - почти откри себе си. На Бойл обикновено се приписва въвеждането на термина "анализ" в химията. В своите експерименти за качествен анализ той използва различни показатели, въвежда концепцията за химически афинитет. Въз основа на трудовете на Галилео Галилей Евангелиста Торичели, както и на Ото Герике, който демонстрира „полукълбата на Магдебург“ през 1654 г., Бойл описва въздушната помпа, която е проектирал, и експерименти за определяне на еластичността на въздуха с помощта на U-образна тръба. В резултат на тези експерименти беше формулиран добре известният закон за обратната пропорционалност на обема и налягането на въздуха. През 1668 г. Бойл става активен член на новоорганизираното Кралско общество на Лондон, а през 1680 г. е избран за негов президент.

Техническа химия.

Научните постижения и открития не можеха да не повлияят на техническата химия, чиито елементи могат да бъдат намерени през 15-17 век. В средата на 15в беше разработена технология за вентилация. Нуждите на военната индустрия стимулират работата по усъвършенстване на технологията за производство на барут. През 16 век производството на злато се удвоява, а производството на сребро се увеличава девет пъти. Има фундаментални трудове за производството на метали и различни материали, използвани в строителството, в производството на стъкло, боядисване на тъкани, за консервиране на хранителни продукти и обработка на кожи. С разширяването на консумацията на алкохолни напитки се усъвършенстват методите за дестилация, проектират се нови дестилационни апарати. Появяват се множество производствени лаборатории, предимно металургични. Сред химичните технолози от онова време можем да споменем Ваночо Бирингучио (1480–1539), чиято класическа работа О пиротехникае отпечатана във Венеция през 1540 г. и съдържа 10 книги, занимаващи се с мини, тестване на минерали, подготовка на метали, дестилация, бойни изкуства и фойерверки. Друг известен трактат За минното дело и металургията, е рисувана от Георг Агрикола (1494–1555). Трябва да се спомене и Йохан Глаубер (1604–1670), холандски химик, създател на глауберовата сол.

XVIII ВЕК

Химията като научна дисциплина.

От 1670 до 1800 г. химията получава официален статут в учебните програми на водещите университети заедно с естествената философия и медицината. Учебник от Никола Лемери (1645–1715) се появява през 1675 г. Курс по химия, който придоби огромна популярност, бяха публикувани 13 негови френски издания, а освен това беше преведен на латински и много други европейски езици. През 18 век в Европа се създават научни химически дружества и голям брой научни институти; тяхното изследване е тясно свързано със социалните и икономически нужди на обществото. Появяват се практикуващи химици, които се занимават с производството на устройства и подготовката на вещества за промишлеността.

Флогистонова теория.

В писанията на химиците от втората половина на 17 век. много внимание беше отделено на интерпретациите на процеса на горене. Според представите на древните гърци всичко, което е способно да гори, съдържа елемента огън, който се освобождава при подходящи условия. През 1669 г. немският химик Йохан Йоахим Бехер се опитва да рационализира запалимостта. Той предположи, че твърдите тела се състоят от три вида "земя" и взе един от видовете, който нарече "мазна земя", за "принципа на запалимостта".

Последовател на Бехер, немският химик и лекар Георг Ернст Щал трансформира понятието "мазна земя" в обобщена доктрина за флогистона - "началото на горимостта". Според Stahl флогистонът е определено вещество, което се съдържа във всички горими вещества и се отделя при горенето. Стал твърди, че ръждясването на металите е подобно на изгарянето на дърво. Металите съдържат флогистон, но ръждата (шлаката) вече не съдържа флогистон. Това даде приемливо обяснение на процеса на превръщане на рудите в метали: рудата, съдържанието на флогистон в която е незначително, се нагрява върху въглен, богат на флогистон, и последният се превръща в руда. Въглищата се превръщат в пепел, а рудата в метал, богат на флогистон. До 1780 г. теорията за флогистона е почти универсално приета от химиците, въпреки че не дава отговор на много важен въпрос: защо желязото става по-тежко, когато ръждясва, въпреки че флогистонът излиза от него? Химици от 18 век. това противоречие не изглеждаше толкова важно; основното според тях беше да се обяснят причините за промяната във външния вид на веществата.

През 18 век работиха много химици, чиято научна дейност не се вписва в обичайните схеми за разглеждане на етапите и посоките на развитието на науката, и сред тях специално място принадлежи на руския учен-енциклопедист, поет, защитник на образованието Михаил Василиевич Ломоносов (1711 г. -1765). С откритията си Ломоносов обогати почти всички области на знанието, а много от идеите му изпревариха науката от онова време с повече от сто години. През 1756 г. Ломоносов провежда известните експерименти за изпичане на метали в затворен съд, които предоставят неоспорими доказателства за запазването на материята в химичните реакции и ролята на въздуха в процесите на горене: още преди Лавоазие той обяснява наблюдаваното увеличаване на теглото при изпичане на метали чрез свързването им с въздуха. За разлика от преобладаващите идеи за калориите, той твърди, че топлинните явления се дължат на механичното движение на материалните частици. Той обяснява еластичността на газовете с движението на частиците. Ломоносов прави разлика между понятията "корпускула" (молекула) и "елемент" (атом), което е общопризнато едва в средата на 19 век. Ломоносов формулира принципа за запазване на материята и движението, изключва флогистона от броя на химичните агенти, полага основите на физическата химия и през 1748 г. създава химическа лаборатория в Санкт Петербургската академия на науките, в която не само научната работа се проведе, но и практически занятия за студенти. Провежда задълбочени изследвания в области на знанието, съседни на химията – физика, геология и др.

Пневматична химия.

Недостатъците на теорията за флогистона най-ясно се разкриха при разработването на т.нар. пневматична химия. Най-големият представител на тази посока беше Р. Бойл: той не само откри закона за газа, който сега носи неговото име, но също така проектира устройство за събиране на въздух. Химиците са получили най-важния инструмент за изолиране, идентифициране и изучаване на различни "въздухи". Важна стъпка е изобретяването от английския химик Стивън Хейлс (1677–1761) на „пневматичната баня“ в началото на 18 век. - устройство за улавяне на газове, отделяни при нагряване на вещество, в съд с вода, спуснат с главата надолу във водна баня. По-късно Хейлс и Хенри Кавендиш установиха съществуването на определени газове („въздух“), които се различават по свойствата си от обикновения въздух. През 1766 г. Кавендиш систематично изучава газа, образуван при взаимодействието на киселини с определени метали, по-късно наречен водород. Голям принос в изучаването на газовете има шотландският химик Джоузеф Блек, който се занимава с изучаването на газовете, отделяни при действието на киселини върху основи. Блек установи, че минералът калциев карбонат при нагряване се разлага с отделяне на газ и образува вар (калциев оксид). Освободеният газ (въглероден диоксид - Блек го нарича "свързан въздух") може да се комбинира отново с вар, за да образува калциев карбонат. Освен всичко друго, това откритие установи неразривността на връзките между твърди и газообразни вещества.

химическа революция.

Големият успех в еволюцията на газовете и изучаването на техните свойства беше постигнат от Джоузеф Пристли, протестантски свещеник, който страстно се занимаваше с химия. Близо до Лийдс (Англия), където той служи, имаше пивоварна, откъдето беше възможно да се получат големи количества "свързан въздух" (сега знаем, че това беше въглероден диоксид) за експерименти. Пристли открива, че газовете могат да се разтварят във вода и се опитва да ги събере не върху вода, а върху живак. Така той успя да събере и изследва азотен оксид, амоняк, хлороводород, серен диоксид (разбира се, това са съвременните им имена). През 1774 г. Пристли прави най-важното си откритие: той изолира газ, в който веществата горят особено ярко. Като привърженик на теорията за флогистона, той нарича този газ "дефлогистиран въздух". Газът, открит от Пристли, изглежда е противоположност на „флогистичния въздух“ (азот), изолиран през 1772 г. от английския химик Даниел Ръдърфорд (1749–1819). Във "флогистицирания въздух" мишките умират, докато в "дефлогистирания" те са много активни. (Трябва да се отбележи, че свойствата на газа, изолиран от Пристли, са описани още през 1771 г. от шведския химик Карл Вилхелм Шееле, но съобщението му, поради небрежност на издателя, се появява в печат едва през 1777 г.) Великият Френският химик Антоан Лоран Лавоазие веднага оцени значението на откритието на Пристли. През 1775 г. той подготви статия, в която твърди, че въздухът не е просто вещество, а смес от два газа, единият от които е "дефлогистираният въздух" на Пристли, който се комбинира с горящи или ръждясващи предмети, преминава от руди към въглен и е необходими за живота. Лавоазие го повика кислород, кислород, т.е. "производител на киселини". Вторият удар върху теорията за елементарните елементи беше нанесен, след като стана ясно, че водата също не е просто вещество, а продукт от комбинацията на два газа: кислород и водород. Всички тези открития и теории, след като премахнаха мистериозните „елементи“, доведоха до рационализирането на химията. На преден план са излезли само тези вещества, които могат да бъдат претеглени или чието количество може да бъде измерено по друг начин. През 80-те години на 18в. Лавоазие, в сътрудничество с други френски химици - Антоан Франсоа дьо Фуркроа (1755-1809), Гитон дьо Морво (1737-1816) и Клод Луи Бертоле - разработва логическа система от химическа номенклатура; в него са описани повече от 30 прости вещества, като са посочени техните свойства. Този труд Метод на химическата номенклатура, е публикувана през 1787 г.

Революцията в теоретичните възгледи на химиците, настъпила в края на 18 век в резултат на бързото натрупване на експериментален материал под господството на теорията на флогистона (макар и независимо от нея), обикновено се нарича "химическа революция".

ДЕВЕТНАДЕСЕТИ ВЕК

Състав на веществата и тяхната класификация.

Успехите на Лавоазие показват, че използването на количествени методи може да помогне за определяне на химичния състав на веществата и изясняване на законите на тяхното свързване.

Атомна теория.

Раждането на физикохимията.

До края на 19в се появяват първите трудове, в които систематично се изучават физичните свойства на различни вещества (температури на кипене и топене, разтворимост, молекулно тегло). Такива изследвания бяха инициирани от Gay-Lussac и van't Hoff, които показаха, че разтворимостта на солите зависи от температурата и налягането. През 1867 г. норвежките химици Питър Вааге (1833–1900) и Като Максимилиан Гулдберг (1836–1902) формулират закона за масовото действие, според който скоростта на реакцията зависи от концентрациите на реагентите. Математическият апарат, който използваха, позволи да се намери много важна величина, която характеризира всяка химическа реакция - константата на скоростта.

Химическа термодинамика.

Междувременно химиците се обърнаха към централния въпрос на физикохимията, ефекта на топлината върху химичните реакции. Към средата на 19в. физиците Уилям Томсън (лорд Келвин), Лудвиг Болцман и Джеймс Максуел разработиха нови възгледи за природата на топлината. Отхвърляйки калоричната теория на Лавоазие, те представят топлината като резултат от движение. Техните идеи са развити от Рудолф Клаузиус. Той разработи кинетичната теория, според която такива величини като обем, налягане, температура, вискозитет и скорост на реакцията могат да се разглеждат въз основа на идеята за непрекъснато движение на молекули и техните сблъсъци. Едновременно с Томсън (1850 г.) Класиус дава първата формулировка на втория закон на термодинамиката, въвежда концепциите за ентропия (1865 г.), идеален газ и свободния път на молекулите.

Термодинамичният подход към химичните реакции е приложен в неговите трудове от Август Фридрих Горстман (1842–1929), който въз основа на идеите на Клаузиус се опитва да обясни дисоциацията на соли в разтвор. През 1874–1878 г. американският химик Джозая Уилард Гибс предприема систематично изследване на термодинамиката на химичните реакции. Той въвежда концепцията за свободна енергия и химичен потенциал, обяснява същността на закона за действието на масите, прилага термодинамични принципи при изследване на равновесието между различни фази при различни температури, налягания и концентрации (фазовото правило). Работата на Гибс полага основите на съвременната химическа термодинамика. Шведският химик Сванте Август Арениус създава теорията за йонната дисоциация, която обяснява много електрохимични явления, и въвежда понятието енергия на активиране. Той също така разработи електрохимичен метод за измерване на молекулното тегло на разтворените вещества.

Голям учен, благодарение на който физикохимията е призната за самостоятелна област на знанието, е немският химик Вилхелм Оствалд, който прилага концепциите на Гибс при изучаването на катализата. През 1886 г. той написва първия учебник по физична химия, а през 1887 г. основава (заедно с ван'т Хоф) списанието Физическа химия (Zeitschrift für physikalische Chemie).

ДВАДЕСЕТИ ВЕК

Нова структурна теория.

С развитието на физическите теории за структурата на атомите и молекулите бяха преосмислени такива стари понятия като химически афинитет и трансмутация. Възникват нови идеи за структурата на материята.

Модел на атома.

През 1896 г. Антоан Анри Бекерел (1852–1908) открива явлението радиоактивност, откривайки спонтанното излъчване на субатомни частици от уранови соли, а две години по-късно съпрузите Пиер Кюри и Мария Склодовска-Кюри изолират два радиоактивни елемента: полоний и радий . През следващите години беше установено, че радиоактивните вещества излъчват три вида радиация: а- частици, b- частици и ж- лъчи. Заедно с откритието на Фредерик Соди, което показа, че по време на радиоактивен разпад някои вещества се трансформират в други, всичко това даде нов смисъл на това, което древните наричаха трансмутация.

През 1897 г. Джоузеф Джон Томсън открива електрона, чийто заряд е измерен с висока точност през 1909 г. от Робърт Миликен. През 1911 г. Ернст Ръдърфорд, базирайки се на електронната концепция на Томсън, предлага модел на атома: положително заредено ядро ​​е разположено в центъра на атома, а отрицателно заредените електрони се въртят около него. През 1913 г. Нилс Бор, използвайки принципите на квантовата механика, показа, че електроните могат да бъдат разположени не във всякакви, а в строго определени орбити. Планетарният квантов модел на Ръдърфорд-Бор на атома принуди учените да предприемат нов подход към обяснението на структурата и свойствата на химичните съединения. Немският физик Валтер Косел (1888-1956) предполага, че химичните свойства на атома се определят от броя на електроните във външната му обвивка, а образуването на химични връзки се определя главно от силите на електростатичното взаимодействие. Американските учени Гилбърт Нютън Луис и Ървинг Лангмюр формулират електронната теория за химическото свързване. В съответствие с тези идеи молекулите на неорганичните соли се стабилизират чрез електростатични взаимодействия между съставните им йони, които се образуват при прехода на електрони от един елемент към друг (йонна връзка), а молекулите на органичните съединения се стабилизират поради социализация на електрони (ковалентна връзка). Тези идеи са в основата на съвременните идеи за химическата връзка.

Нови методи на изследване.

Всички нови идеи за структурата на материята могат да се формират само в резултат на развитието през 20 век. експериментална техника и появата на нови методи на изследване. Откриването през 1895 г. от Вилхелм Конрад Рентген на рентгеновите лъчи послужи като основа за последващото създаване на метода на рентгеновата кристалография, който позволява да се определи структурата на молекулите от рентгеновата дифракционна картина върху кристали. С помощта на този метод е дешифрирана структурата на сложни органични съединения - инсулин, дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК), хемоглобин и др. Със създаването на атомната теория се появяват нови мощни спектроскопични методи, които дават информация за структурата на атомите и молекулите. С помощта на радиоизотопни етикети се изучават различни биологични процеси, както и механизмът на химичните реакции; Радиационните методи също се използват широко в медицината.

Биохимия.

Тази научна дисциплина, която се занимава с изучаването на химичните свойства на биологичните вещества, първоначално е била един от клоновете на органичната химия. Обособява се като самостоятелна област през последното десетилетие на 19 век. в резултат на изследване на химичните свойства на вещества от растителен и животински произход. Един от първите биохимици е немският учен Емил Фишер. Той синтезира вещества като кофеин, фенобарбитал, глюкоза, много въглеводороди, има голям принос в науката за ензимите - протеинови катализатори, изолирани за първи път през 1878 г. Създаването на нови аналитични методи допринесе за формирането на биохимията като наука. През 1923 г. шведският химик Теодор Сведберг проектира ултрацентрофуга и разработи седиментационен метод за определяне на молекулното тегло на макромолекули, главно протеини. Асистентът на Сведберг Арне Тиселиус (1902-1971) през същата година създава метода на електрофорезата, по-усъвършенстван метод за разделяне на гигантски молекули, основан на разликата в скоростта на миграция на заредени молекули в електрическо поле. В началото на 20в Руският химик Михаил Семенович Цвет (1872–1919) описва метод за разделяне на растителни пигменти чрез преминаване на сместа им през тръба, пълна с адсорбент. Методът се нарича хроматография. През 1944 г. английските химици Арчър Мартин и Ричард Синг предлагат нова версия на метода: те заменят тръбата с адсорбента с филтърна хартия. Така се появява хартиената хроматография - един от най-разпространените аналитични методи в химията, биологията и медицината, с помощта на който в края на 40-те и началото на 50-те години на миналия век е възможно да се анализират смеси от аминокиселини, получени при разграждането на различни протеини и определя състава на протеините. В резултат на усърдни изследвания е установен редът на аминокиселините в молекулата на инсулина (Фредерик Сангер) и до 1964 г. този протеин е синтезиран. Сега много хормони, лекарства, витамини се получават чрез методи на биохимичен синтез.

Индустриална химия.

Вероятно най-важният етап в развитието на съвременната химия е създаването през 19 век на различни изследователски центрове, занимаващи се освен с фундаментални, също и с приложни изследвания. В началото на 20в редица индустриални корпорации създадоха първите индустриални изследователски лаборатории. В САЩ през 1903 г. е основана химическата лаборатория DuPont, а през 1925 г. лабораторията на фирмата Bell. След откриването и синтеза на пеницилина през 40-те години на миналия век, а след това и на други антибиотици, се появяват големи фармацевтични компании, в които работят професионални химици. Работите в областта на химията на високомолекулните съединения бяха от голямо практическо значение. Един от основателите му е немският химик Херман Щаудингер (1881–1965), който развива теорията за структурата на полимерите. Интензивното търсене на начини за получаване на линейни полимери доведе през 1953 г. до синтеза на полиетилен (Karl Ziegler,), а след това и други полимери с желани свойства. Днес производството на полимери е най-големият клон на химическата промишленост.

Не всички постижения в химията са били добри за човека. През 19 век в производството на бои, сапуни, текстил са използвани солна киселина и сяра, които представляват голяма опасност за околната среда. През 20 век производството на много органични и неорганични материали се е увеличило поради рециклирането на използвани вещества, както и чрез преработката на химически отпадъци, които представляват риск за човешкото здраве и околната среда.

Литература:

Фигуровски Н.А. Очерк на общата история на химията. М., 1969
Джуа М. История на химията. М., 1975
Азимов А. Кратка история на химията. М., 1983

Метод на Лавоазие Кислородна теория на горенето Преосмисляне на концепцията за елемент Глобални промени във възгледите за химичните явления, които са резултат от работата на френския учен A.L. Лавоазие традиционно се нарича химическа революция. 1. Замяна на флогистоновата теория с кислородната концепция за горене; 2. Ревизия на приетата система от състави на химикали; 3. Преосмисляне на понятието химичен елемент; 4. Формиране на идеи за зависимостта на свойствата на веществата от техния качествен и количествен състав. А. Лавоазие основава своите изследвания на физикохимичния подход, който се отличава с последователното прилагане на експериментални методи и теоретични концепции на физиката от онова време. Централна роля сред теоретичните възгледи на физиката по това време играе учението на И. Нютон за силата на гравитацията. Мярката на тази гравитация - теглото на тялото, според позицията на И. Нютон за пропорционалността на теглото към масата, може да се определи чрез физични методи (претегляне). Последицата от тези възгледи беше възприемането на теглото като най-същественото свойство на материалните частици. Антоан Лоран Лавоазие 1743-1794 г. А. Лавоазие започва систематично да използва точно претегляне за определяне на количествата вещества в химичните реакции. За разлика от много от своите предшественици, А. Лавоазие претегля всички вещества, участващи в химичния процес (включително газообразни), въз основа на общата позиция за запазване на общото тегло на взаимодействащите вещества. Тоест, неговият количествен метод се основава на аксиомата за запазване на материята - фундаменталната позиция на класическото естествознание, която е изразена в древността. А. Лавоазие определя не само теглото, но и други физически характеристики на изходните вещества и реакционни продукти (плътност, температура и др.). Измерването на количествените параметри в бъдеще позволи да се изясни подробният механизъм на химичните трансформации, които вече бяха проучени от качествена гледна точка. Той постави премерено количество живак в реторта, чиято дълга извита шийка беше свързана с камбана, обърната върху течен живак. Преди експеримента беше измерен не само обемът на въздуха над живака в ретортата и камбаната, но и теглото на целия апарат. След това ретортата се нагрява в продължение на 12 дни почти до точката на кипене на живака. Постепенно повърхността на живака в ретортата се покри с червени люспи. Когато броят на тези люспи (живачен оксид) престане да се увеличава, експериментът е прекратен. След охлаждане на уреда се извършва точно отчитане на количеството образувани продукти. Установено е, че: общото тегло на цялото устройство не се е променило, обемът на въздуха е намалял, теглото на поетия въздух е намаляло точно толкова, колкото се е увеличило теглото на живака (поради образуването на оксид). Получаване на кислород от живачен оксид (реторта а) по метода на Пристли. Живакът се натрупва в сферичен съд b, а кислородът преминава през изходната тръба за газ c в цилиндър d, където се събира над течния живак. За да бъде пълна картината, беше необходимо само да се събере образуваният живачен оксид, да се разложи по метода на Пристли и да се измери количеството произведен кислород. Както се очакваше, възпроизвеждането на такъв експеримент даде на Лавоазие същото (в рамките на възможна грешка) количество кислород, което беше абсорбирано от въздуха от живака. А. Лавоазие постави плоча с фосфор върху коркова стойка, плаваща във вода, запали фосфора с нажежена тел и бързо го покри със стъклена камбана. Гъст бял дим изпълни пространството вътре. Скоро фосфорът изчезна и водата започна да се покачва и да пълни камбаната. След известно време покачването на водата спря. - Мисля, че взех малко фосфор. Целият въздух не можеше да се свърже с него. Трябва да повторим опита. Но вторият експеримент с двойно количество фосфор дава подобен резултат: водата се покачва до същото ниво. Дори експериментът, проведен за десети път, показа същия резултат. - Фосфорът се свързва само с една пета от въздуха. Въздухът наистина ли е сложна смес? Лавоазие също изучава изгарянето на сярата. По време на горенето той също се комбинира само с една пета от въздуха. След това ученият започва да изучава изгарянето на метали. При продължително калциниране използваните от Лавоазие метали се превръщат в метална пепел, но когато се смесват с въглища и се нагряват при висока температура, пепелта отново се превръща в метал. В резултат на този процес обаче се отделя газ, който химиците наричат ​​"свързващ въздух" (въглероден диоксид). Лавоазие е бил наясно, че горенето е свързано с газове, но все още не е могъл да направи окончателно заключение. Така стана необходимо да се изследват газовете. Какво е "свързващ въздух"? Съдържа ли се във варовика? Как се получава, когато варовикът се нагрява и се превръща в негасена вар? Метален живак и живачен (II) оксид Метална мед и меден (II) оксид Винаги ли се абсорбира въздух по време на горене? Ако е така, кое вещество е по-сложно в случая - метал или метална пепел? А. Лавоазие е ясно, че въздухът се състои от две части - едната поддържа горенето (свързва се с металите при калциниране), другата не поддържа горенето и в нея умират живите организми. По време на горенето телата поглъщат тази активна част от въздуха, която той нарича "добър въздух". Това обяснява факта, че полученият продукт е по-тежък от оригинала. Ученият стига до извода, че горенето не е процес на разлагане, а комбинация с част от въздуха. Освен това тази част от въздуха не изпълнява механичната функция на разтворител на флогистон, а участва в химията на процеса на горене, пораждайки нови съединения. Наблюдение на разлагането на живачен оксид в реторта В началото на 1775 г. А. Лавоазие става директор на Службата за барут и селитра. В тази връзка той започва да изучава материалите, използвани за производството на барут. Лавоазие доказа, че селитрата и азотната киселина съдържат „добър въздух“; сярата и фосфорът при изгаряне се свързват с този вид въздух и получените вещества имат свойствата на киселини. - Може би всички киселини съдържат този газ? — запита се той неведнъж. Лавоазие нарече новия газ кислород. Основните положения на кислородната теория за горенето са формулирани през 1777 г. 1. Според тази теория горенето може да възникне само в присъствието на кислород, с отделяне на светлина и огън. 2. Теглото на изгорялото вещество се увеличава точно с количеството погълнат въздух. 3. При изгарянето на металите се образуват метални варовици в резултат на свързване с кислород. 4. При изпичане на неметални вещества - киселини (както тогава са наричали киселинните анхидриди). А. Лавоазие демонстрира, че въглеродният диоксид се образува по време на изгарянето на въглища и също така се отделя по време на изгарянето на много естествени (органични) тела. Това даде възможност на А. Лавоазие да предложи удобен метод за определяне на качествения и количествения състав на органичните вещества. Определянето на състава на въглеродния диоксид даде на А. Лавоазие да очертае правилното разбиране на химията на дишането (абсорбция на кислород и освобождаване на въглероден диоксид), чиято близка аналогия с процесите на горене вече е отбелязана многократно (работи на J. Mayow, G. Boerhaave, J. Priestley и др.) апаратура за опити с газове. От книгата на А. Л. Лавоазие "Основи на противовъзпалителната химия". Издание от 1792 г. Червена желязна руда (хематит) Fe2O3 Изследването на методите на образуване и свойствата на въглеродния диоксид позволи на А. Лавоазие да разшири кислородната теория на горенето и да обясни много химични процеси от гледна точка на окислително-редукционната вещества. Тоест от изучаването на процесите на горене ученият премина към изучаването на окислителните реакции като цяло. Например, А. Лавоазие изучава реакциите: 2Fe2O3 + 3C = 3CO2 + 4Fe 2Fe + 3H2O = Fe2O3 + 3H2 въглища И все пак не намери отговор на един въпрос; това се отнася до изгарянето на "запалим въздух", който се получава чрез разтваряне на метали в киселина и лесно се изгаря. Според новата теория продуктите трябва да са по-тежки, според Лавоазие не е възможно да се уловят напълно и теглото винаги се оказва по-малко. Тук имаше и друга трудност. Според теорията на киселините "запалимият въздух" (водород), след като се свърже с кислорода, трябва: да образува киселина, но не беше възможно да се получи. Лавоазие решава да обсъди този сложен проблем с пристигналия от Англия физик и химик Чарлз Блегдън, на когото разказва подробно за своите неуспешни експерименти. - Моят приятел Хенри Кавендиш доказа, че ако смесите обикновен въздух с "запалим въздух" в затворен съд и подпалите сместа, тогава по стените на съда се образуват малки капки - продуктът от горенето на "запалимия въздух". Кавендиш установи, че това са капки вода. - Изумително откритие. Това означава, че водата не е елемент, а сложно вещество. Бих искал веднага да повторя тези експерименти и сам да видя всичко. Устройството на Г. Кавендиш за получаване и събиране на водород Експеримент за синтеза на вода от горим въздух и кислород е извършен от А. Лавоазие след подобни експерименти от Г. Кавендиш и Дж. Уат (едновременно с А. Лавоазие са проведени подобни експерименти от G. Monge), но за разлика от тези учени, А. Лавоазие интерпретира този синтез от гледна точка на кислородната теория, показвайки, че "горимият въздух" (който той предложи да даде името "водород") и кислородът са елементи, и водата е тяхното съединение. (по време на експеримент за определяне на състава на водата чрез запалване на смес от водород и кислород с електрическа искра) В резултат на експериментите А. Лавоазие стига до извода, че законът за запазване на теглото на веществата е универсален закон. Теорията на окислението също е обща и няма изключения. Водата, киселините, металните оксиди са сложни вещества, докато металите, сярата и фосфорът са прости. Това напълно обърна възгледите за цялата система от състави на химични съединения. Флогистон не съществува, а въздухът е смес от газове. А. Лавоазие изрази тези мисли пред академиците, на които демонстрира експериментите си. Повечето от тях обаче не искаха да признаят работата на Лавоазие, той беше обвинен, че е заимствал идеите си от изследванията на Пристли и Кавендиш. Академиците многократно са заявявали, че са запознати с подобни експерименти върху разлагането на вода, позовавайки се на Гаспар Монж. Приоритетът на Лавоазие не беше признат. Вместо да обединят усилията си в изследването, учените спореха кой е открил този феномен. Не намирайки подкрепа в научния свят, Лавоазие все пак продължи работата си. Сега той си сътрудничи с известния физик и математик Пиер Симон Лаплас. Те успяха да конструират специален апарат, с който беше възможно да се измери топлината, отделена в резултат на изгарянето на веществата. Това беше така нареченият леден калориметър. Изследователите също така са провели подробно изследване на топлината, излъчвана от живите организми. Измервайки количеството издишан въглероден диоксид и отделяната от тялото топлина, те доказаха, че храната "гори" в тялото по специален начин. Топлината, генерирана от това горене, служи за поддържане на нормална телесна температура. Леденият калориметър на Лавоазие-Лаплас още през 18-ти век направи възможно измерването на топлинния капацитет на много твърди вещества и течности, както и топлината на изгаряне на различни горива и топлината, отделена от живите организми. Например топлината, отделяна от животно (или друг обект) във вътрешната камера, се използва за разтопяване на лед във вътрешното "ледено яке". Външната служеше за поддържане на постоянна температура на вътрешната част. Освободената топлина се измерва чрез претегляне на стопената вода, която тече в съда. Лаплас е убеден в правотата на възгледите на Лавоазие и пръв приема неговата теория. През 1785 г. в подкрепа на теорията на Лавоазие се изказва и станалият много известен по това време Клод Луи Бертоле. Малко по-късно Лавоазие е подкрепен от най-известните тогава химици Антоан Фуркроа и Гитон дьо Морво. Лаплас Пиер-Симон 1749 -1827 Френски математик, механик, физик и астроном Фуркроа Антоан-Франсоа (1755-1809) Френски химик и политик В методологично отношение важен резултат от революцията в химията, произведена от трудовете на A.L. Лавоазие, имаше промяна в съдържанието на понятието "химичен елемент". Елементите започнаха да се разглеждат не като предварително съществуващи продукти от тяхното разлагане в даден обект, а като последната граница, до която веществата могат да бъдат разложени по принцип. Елементите започват да се възприемат като материални, аналитично определени фрагменти от състава, неразложими на качествено нови образувания и запазени в процеса на всякакви химични трансформации на сложните тела, които съставят. Благодарение на използването на метода на анализ на теглото, в произведенията на А. Лавоазие се формират идеи за ограничен набор от елементи и тяхната качествена хетерогенност. От това следва подход за обяснение на многообразието на химичните вещества като следствие от разнообразен качествен и количествен елементен състав. В същото време се приемаше, че всяко качествено определено вещество винаги има точно определен и уникален количествен състав. По онова време не са били известни съединения с променлив състав (бертолиди) и явлението изомерия. Устройството на А. Лавоазие за елементен анализ на органични вещества През 18 век химиците проявяват не по-малък интерес към проблема за киселинността, отколкото към проблема за горенето, тъй като и двата проблема съответстват на две основни области на аналитични изследвания от онова време ( разлагане "сухо" - с помощта на огън, и "мокро" - с помощта на киселини). Преди публикуването на трудовете на А. Лавоазие се смяташе, че всички киселини съдържат в състава си определена единствена първична киселина, която придава на цялото съединение качеството на киселинност. А. Лавоазие, въз основа на експерименти върху разлагането на сярна, фосфорна и азотна киселина (в съвременните концепции - SO3, P2O5, N2O5) свързва свойството на киселинност с наличието на кислород в тези съединения (оттук и името на кислорода - оксигений - генериране на киселина, киселинен принцип). Киселините, според А. Лавоазие, се различават една от друга чрез киселинния радикал, свързан с кислорода. Кислородът се смяташе за необходим елемент от киселините и за известно време дори солната (солна) киселина беше представена като комбинация от солния радикал с кислород, а хлорът се считаше за оксид на солната киселина. Гитон дьо Морво Луи Бернар (1737-1816) Френски химик и политик Гитон дьо Морво за първи път се срещна с Лавоазие не за теорията на горенето: - Не знам колко се интересувате от това, но имената на химичните съединения са пълен хаос . - Напълно съм съгласен с теб. – В момента се подготвя за издаване химическият раздел на „Методическа енциклопедия”. И тъй като е невъзможно да се дадат изчерпателни отговори на всички въпроси, използвайки досегашните имена, се заех да съставя нова номенклатура на химичните съединения. Разбира се, имам нужда от помощта на водещи химици. - Въз основа на теорията за горенето и ролята на кислорода в този процес мога да направя някои предположения. Да вземем метална пепел - метално съединение с кислород. Наричаме комбинацията от елементи с кислородни оксиди. Тогава цинковата пепел ще бъде цинков оксид, желязната пепел ще бъде железен оксид и т.н. Какво е "свързващ въздух"? Вече доказах, че това е комбинация от въглерод и кислород. Следователно трябва да се нарича въглероден окис. През 1787 г. Guiton de Morveau публикува Метода на химическата номенклатура, който е съавтор на Лавоазие, Фуркроа и Бертоле. Таблица на простите тела Lavoisier A.L. Лавоазие Трансформацията на химическия език беше резултат от глобалните промени в химията и имаше за цел да даде на всяко вещество име, което да характеризира неговия състав и химични свойства (до този момент едно вещество можеше да има много имена, които често се дават от злополука). В новата номенклатура всяко вещество се разглежда по отношение на неговите общи (например киселина) и специфични свойства (например сярна, азотна, фосфорна киселина). Специфичните свойства са определени въз основа на данните за елементния състав. Номенклатурата значително улесни обмена на химическа информация, нейните основни принципи в обща форма са запазени и до днес. По това време Лавоазие работи върху едно от най-великите си творения, учебник по химия, нуждата от който отдавна е назряла. Беше необходимо да се обяснят явленията в природата по нов начин, ясно да се изложат основите на съвременните теории. Новите постижения в химията не бяха отразени в старите учебници на Кристофл Глазер и Никола Лемери. В края на 1788 г. учебникът е готов. Голяма заслуга за подготовката на ръкописа има мадам Лавоазие, която художествено оформя третата част на учебника. Заглавна страница на учебника на А. Лавоазие Първата част на учебника на А. Лавоазие съдържаше представяне на кислородната теория на горенето, описание на експерименти за образуване и разлагане на газове, изгаряне на прости вещества, образуване на киселини, описание на състава на атмосферата и водата и нова номенклатура. Във втората част е дадена "Таблица на простите тела", която на практика е първата класификация на химичните елементи (представени са общо 33 елемента). Таблицата съдържа както реални елементи, така и някои съединения (например оксиди на алкални метали), които не могат да бъдат разложени по това време (но, както отбеляза А. Лавоазие, те могат да бъдат разложени по-късно). В таблицата като елементи фигурират два елемента – калоричен и лек, които нямат тегло, но появата им постоянно се свързва с химични процеси. Приписването на топлината и светлината на елементите е следствие от разпространението във физиката от онова време на калоричната теория. В тази теория топлината се разглежда като вид атмосфера, която заобикаля частиците на всички тела и е причината за отблъскването на частиците една от друга. Феноменът на поглъщане на топлина при химични реакции, както и по време на прехода на веществата от твърдо към течно и от течно към газообразно състояние, Лавоазие е склонен да обясни като резултат от комбинацията на калориите с материята. Той вярваше, че твърдото, течното и газообразното състояние на дадено вещество зависи от количеството топлина, съдържащо се в него, за разлика от по-ранните идеи за газове, които са абсолютно несвиваеми в течност, "неизпарими" течности и постоянни твърди вещества. Лавоазие пише, че в твърдо състояние силите на привличане между частиците, които изграждат тялото, надвишават силите на отблъскване, в течно състояние те се изравняват, а в газообразно състояние, под влияние на калориите, силите на отблъскване преобладават над притегателни сили. Идеята за способността на всички материални макросубстанции да съществуват в различни състояния на агрегиране се превърна в друг важен аспект на химическата революция. Експерименталното обосноваване на закона за запазване на елементите в химичните реакции и закона за запазване на масата на веществата позволи на А. Лавоазие да въведе съставянето на химични уравнения, т.е. материални баланси на химични превръщания. А. Лавоазие пише: „Необходимо е да се приеме съществуването на равенство или уравнение между началата (елементите) на изследваните тела и тези, получени от последните чрез анализ.“ Реакции на хартия (а) и мед (б) с кислород. Ломоносов. В книгата "Елементи на математическата химия" той пише, че всички тела се състоят от корпускули, които от своя страна съдържат определен брой елементи. Корпускулите са хомогенни, ако се състоят от еднакъв брой еднакви елементи, свързани помежду си по един и същ начин. Корпускулите са разнородни, ако техните елементи не са еднакви и са свързани помежду си по различни начини или в различен брой. От това зависи и безкрайното разнообразие от тела. Телата са прости, когато са съставени от еднородни корпускули, и смесени, когато се състоят от няколко разнородни корпускули. Свойствата на телата не са случайни, те зависят от свойствата на съставните им корпускули. Помислете за първото - топлина. Какво представлява? Безтегловна течност, която може да прелива от едно тяло в друго? Не. Дори Галилей вярваше, че корпускулите са в движение. Според мен това е първото и основно свойство на корпускулите. Но движението създава топлина. Всеки знае, че когато колелото се върти, оста му се нагрява. Корпускулите на тялото се движат, въртят се около собствената си ос, търкат се една в друга и създават топлина... В писмо до Ойлер Михаил Василиевич очертава възгледите си за трансформациите в природата: „Всички промени, които се случват в природата, се случват по такъв начин. че ако нещо се добави към нещо, тогава то се отнема от нещо друго. И така, колко материя се добавя към всяко тяло, толкова се губи от друго, колко часа прекарвам в сън, колко отнемам от будност и т.н. Тъй като това е универсален закон на природата, той важи и за правилата на движение: тяло, което със своя импулс възбужда друго да се движи, губи толкова много от движението си, колкото съобщава на друго, движено от него ... ”- мисли, които никой не е изразил преди Ломоносов. Защо Бойл отвори съдовете след нагряване? В такъв случай нещо може да излезе от съдовете и теглото им да се промени. Необходимо е опитите да се повторят, но всички наблюдения и измервания се извършват в затворен съд. Има и въздух. Ломоносов подготви специален съд, изсипа в него оловни стърготини, след това раздуха огъня с мехове и нагрява гърлото на съда, докато стъклото омекне. С помощта на скоба той запои стъклото и веднага постави съда на огъня. Сега беше напълно сигурен, че нищо няма да падне в съда и нищо няма да избяга от него. Духалото се изду за последен път и сините огнени езици вече изчезнаха в нагорещената купчина въглища. Ломоносов внимателно постави съда на масата и започна да приготвя следващия. Експериментът трябваше да се повтори многократно, калцинирайки не само олово, но и други метали: желязо, мед ... Ломоносов претегли охладените съдове, постави ги върху въглища, в голяма пещ и започна да раздухва огъня. Отначало духалото работеше бавно, но постепенно въздушната струя се усили и заедно с нея се появиха синкави пламъци. Стените на съда почервеняха, а оловните стружки се разтопиха. Блестящи сребристо-бели капки бързо се покриват със сивкаво-жълт налеп. Червените медни стърготини се превърнаха в черно-кафяв прах. Железните стружки почерняха. Чудя се дали "калоричното" влезе в съдовете? Комбинирало ли се е с метали? Ако е така, тогава теглото на съда трябва да се увеличи. Но везните показаха, че теглото на всички съдове остава непроменено! Посещението на Екатерина II в лабораторията на Ломоносов Ами металната пепел? Необходимо е да се сравни теглото му с теглото на метала. На следващия ден изследователят повторил експериментите. Той претегли металните стружки, преди да запечата съда. След калциниране той отново претегля съдовете, след което ги отваря и претегля получената метална пепел. Пепелта беше по-тежка от предварително взетия метал! - Тези експерименти опровергават мнението на Робърт Бойл. Металите не се комбинират с "калорични": в крайна сметка теглото на съда не се променя. Това е неоспоримо. И все пак пепелта е по-тежка. - отново се замисли Ломоносов. В съда обаче имаше малко въздух... Може би металите са комбинирани с въздушни частици? Тъй като металната пепел в съда е станала по-тежка, това означава, че теглото на въздуха в съда е намаляло със същото количество. Без всмукване на външен въздух теглото на метала ще остане непроменено! Живеейки в епоха, когато химията едва се заражда като наука, Ломоносов успя, въпреки погрешните схващания на теорията на флогистона, да достигне до такива обобщения, които все още лежат в основата на физическата и химическата наука. Той е първият, който формулира закона за запазване на материята и енергията, първият, който посочва пътя, поет от много учени.

ХИМИЧЕСКА РЕВОЛЮЦИЯ
ФРЕНСКАТА БУРЖОАЗНА РЕВОЛЮЦИЯ И НАУКА

Революцията в химията, свързана с отхвърлянето на теорията за флогистона, съвпада във времето с Френската буржоазна революция. Този факт, разбира се, не може да се счита за случаен. Химическата революция до голяма степен е резултат от социално-икономически промени и промени в психичния живот на обществото. Ф. Енгелс характеризира тези явления със следните думи: „Великите хора, които във Франция просветиха главите си за наближаващата революция, сами бяха изключително революционни. Те не признаваха външни авторитети от какъвто и да е вид. Религията, разбирането за природата, обществото, политическата система - всичко това беше подложено на най-безпощадна критика; всичко трябваше да бъде изправено пред съда на разума и или да оправдае съществуването си, или да се отрече от него ... Всички предишни форми на общество и държава, всички традиционни идеи бяха признати за неразумни и изхвърлени като стар боклук; светът досега се е ръководил само от предразсъдъци и цялото минало е достойно само за съжаление и презрение.

Химическата революция беше в същото време част от дълбока промяна в науката, особено в химията и физиката.

Много френски учени взеха пряко участие в обществено-политическата дейност на епохата на революцията (G. Monge, L. Carnot, F. Fourcroix и др.). По техните предложения е извършена цялостна реформа на образованието в страната. Университетите на предреволюционна Франция бяха изцяло под влиянието на католическото духовенство, те преподаваха според остаряла система. Нямаше връзка между университетите и индустрията на страната. Парижката академия на науките и други научни институции също бяха практически откъснати от живота. В резултат на предложенията на учените Конвентът през 1793 г. одобри нова система за организиране на висшето образование. През 1794 г. е създадено Нормалното училище за преподаване на изкуството на преподаване, а Политехническото училище е открито за обучение на строителни инженери. Имаше и други специални образователни институции. Старата Кралска ботаническа градина е превърната в Природонаучен музей. Основана е Националната консерватория (хранилище) на науките и занаятите. Всички тези мерки бяха насочени към приближаване на науката и образованието до нуждите на живота и производството.

Епохата на буржоазната революция е белязана от разцвета на науката във Франция. В края на XVIIIв. напреднал във Франция

много талантливи учени (J. Lagrange, G. Monge, N. Carnot, P. Laplace) и плеяда от изключителни химици и биолози.

А. Л. ЛАВОАЗИ

Най-видна роля в развитието на химията в епохата на Френската буржоазна революция играе А. Л. Лавоазие. Изключителната научна дейност на този учен беше съчетана с черни финансови транзакции, характерни за голямата буржоазия. Социално-политическите възгледи на А. Лавоазие не могат да се нарекат напреднали и съответстващи на неговата новаторска научна дейност.

Антоан Лоран Лавоазие е роден на 26 август 1743 г. Получава диплома по право, но се интересува от естествените науки, особено химията, а също така се занимава с литература. След като завършва университета, А. Лавоазие изоставя юридическата си кариера и съсредоточава вниманието си върху произведения в областта на естествените науки. Прави няколко минераложки екскурзии, по време на които се интересува от химичния състав на редица минерали и питейни води.

През 1764 г. А. Лавоазие участва в конкурс, обявен от Парижката академия за най-добър начин за осветяване на улиците. При разработването на нови видове лампи той показа голяма упоритост и получи златен медал. През 1768 г. А. Лавоазие е избран за адюнкт на Академията на науките и в същото време става акционер в събирането на данъци от населението. Получавайки огромни печалби, акционерите на фермата бяха заобиколени от общата омраза на хората. През 1771 г. той се жени за дъщерята на богат фермер Анна Мария Полц.

През 1775 г. А. Лавоазие е назначен за управител на бизнеса с барут и селитра във Франция. Премества се в Арсенал и създава добре оборудвана лаборатория на свои разноски. Тук в продължение на 15 години той провежда усилени експериментални изследвания и постоянно участва в различни научни комисии.

Революцията, започнала през 1789 г., откъсна А. Лавоазие

научна работа по химия. В първите години на революцията той се занимава с икономически проблеми, беше член на комисията по мерките и теглилките, комисар на националната хазна и др. Скоро започва да реагира негативно на революцията.

През 1792 г., поради връзки с роялистите, той е освободен от поста си на управител на бизнеса с барут. През март 1792 г. с указ на Народното събрание се премахва земеделието. През август 1793 г. Академията на науките е затворена, а през октомври същата година Конвентът решава да арестува бившите данъчни фермери. След разследването 28 бивши данъчни земеделци, включително А. Лавоазие, са осъдени на смърт от революционен трибунал. 8 май 1794 г. Лавоазие е гилотиниран.

Някои учени (J. Priestley, S. Blagden, J. Watt и др.) оспорват приоритета на редица негови големи открития. Трябва да се отбележи обаче, че дискусията около името на Лавоазие, която продължава и до днес, има буржоазно-националистическа окраска.
КИСЛОРОДНА ТЕОРИЯ ЗА ГОРЕНЕ

Една от първите публикации на А. Лавоазие е мемоарът "За природата на водата" (1769). Работата беше посветена на въпроса за възможността водата да се превърне в земя. В продължение на 101 дни А. Лавоазие нагрява вода в стъклен съд "пеликан" и открива (подобно на К. Шееле) образуването на листа от сивкава пръст във водата. За разлика от К. Шееле, А. Лавоазие не е извършил химичен анализ на тази земя, но чрез претегляне на съда и изсушени листа установил, че те са получени в резултат на разтваряне на стъкло.

След като по този начин реши въпроса, който занимаваше учените по това време, А. Лавоазие очерта изследването „За природата на въздуха“. След като проучи и анализира данните за абсорбцията на въздух в различни химични процеси, той състави обширен план за изследване: някои (други) химични реакции. Признах, че трябва да започна с тези експерименти."

През втората половина на 1772 г. А. Лавоазие вече е зает с експерименти с изгарянето на различни вещества, предимно фосфор. Той установи, че за пълното изгаряне на фосфора е необходимо голямо количество въздух. Обяснението на този факт, дадено от него, беше все още флогистично. Въпреки това, той скоро представи мемоар на Академията на науките, в който пише: „... Открих, че по време на горенето сярата изобщо не губи тегло, а напротив, се увеличава, т.е. от 1 фунт на сяра, можете да получите много повече от 1 паунд витриол... същото може да се каже и за фосфора;

това увеличение се дължи на огромното количество въздух, който се свързва по време на горенето. Освен това А. Лавоазие предполага, че увеличаването на масата на металите по време на калциниране също се дължи на абсорбцията на въздух.

На следващата година А. Лавоазие започва изследване върху калцинирането на метали. Той също така съобщава за по-нататъшни експерименти върху абсорбцията на въздух в процесите на горене и говори (все още не в категорична форма) за веществото, съдържащо се във въздуха и свързано с горящите вещества в процеса на горене. Описвайки експерименти за калциниране на метали, А. Лавоазие потвърди факта, че при този процес се абсорбира въздух.

За цялостно изследване на процесите на горене и ефекта на високите температури върху различни вещества, А. Лавоазие построи голяма запалителна машина с две големи лещи, с помощта на които изгори диамант. Резултатите от всички тези изследвания бяха в пълно противоречие с теорията за флогистона. А. Лавоазие трябваше да бъде изключително внимателен при формулирането на заключенията си. Но той продължи да работи според планирания план, като все повече се убеждаваше в пълната неоснователност на теорията за флогистона. През 1774 г. А. Лавоазие започва пряка атака срещу тази теория. Анализирайки резултатите от своите експерименти върху изгарянето на различни вещества, той скоро стигна до извода, че въздухът не е просто тяло, както смятаха учените от 18 век, а смес от газове с различни свойства. Една част от сместа поддържаше горенето. Емпирично А. Лавоазие отхвърли предположението, че това е "фиксираният въздух" на Блек, напротив, той твърди, че тази част е "най-удобната за дишане".

По това време (70-те) откриването на кислорода "висяше във въздуха" и стана неизбежно. И наистина, К. Шееле открива кислорода през 1772 г., а Дж. Пристли - през 1774 г. А. Лавоазие не стига веднага до откриването на кислорода. Изучавайки калцинирането на метали с образуването на "вар", той вярва, че "най-дишащата" част от въздуха може да бъде получена от метална "вар", т.е. от оксиди на всякакви метали. Опитите му обаче са неуспешни и едва през ноември 1774 г. (след среща с Дж. Пристли) той преминава към експерименти с живачен оксид.

А. Лавоазие провежда тези експерименти по два начина. Той калцинира живачен оксид с въглен и получава "фиксирания въздух" на Блек, а също така просто нагрява живачния оксид. Полученият газ според него е най-чистата част от въздуха. А. Лавоазие също стигна до извода, че "фиксираният въздух" е комбинация от "чист" въздух с въглища. В доклада си пред академията той нарече „най-чистите

част от въздуха“ също „много годен за дишане“ или „животворен въздух“.

Важни изводи са формулирани от А. Лавоазие в мемоарите му "Опити върху дишането на животните": 1. По време на дишането взаимодействието се осъществява само с чистата "най-дишаща" част от атмосферния въздух. Останалият въздух е само инертна среда, която не се променя по време на дишане. 2. Свойствата на разваления въздух, останал в ретортата след калцинирането на металите, не се различават по никакъв начин от свойствата на въздуха, в който животното е било известно време.

От 1777 г. А. Лавоазие открито говори против теорията за флогистона. В един от своите мемоари той пише: „Химиците са направили от флогистона неясно начало, което не е точно определено и което следователно е подходящо за всяко обяснение, в което искат да го въведат. Понякога това начало е тежко, понякога не; понякога е свободен огън, понякога е огън, свързан със земния елемент; понякога преминава през порите на съдовете, понякога те са непроницаеми за него. Той обяснява едновременно както алкалността, така и неутралността, прозрачността и непрозрачността, оцветяването и липсата на оцветяване; това е истински Протей, който променя външния си вид всеки момент.

Интересно е, че тези думи на А. Лавоазие напомнят формулировките на М. В. Ломоносов, който пише през 1744 г. за „огнената материя“, която или навлиза в порите на телата, „... сякаш привлечена от някакъв любовен еликсир , след което яростно ги напуска, сякаш обзет от ужас.

В мемоарите си „За горенето като цяло” (1777) А. Лавоазие дава следното описание на явленията на горенето: „1. При всяко горене се отделя "огнена материя" или светлина. 2. Телата могат да горят само в много малко видове въздух или по-скоро горенето може да се осъществи само в един вид въздух, който Пристли нарече свободен от флогистон и който аз ще нарека "чист" въздух. Телата, които наричаме горими, не само не горят във вакуум или във всеки друг въздух, но там те изгасват толкова бързо, колкото ако са потопени във вода ... 3. При всяко горене настъпва разрушаване или разлагане на "чист » въздух, а теглото на изгореното тяло се увеличава точно с количеството погълнат въздух. 4. При всяко горене горящото тяло се превръща в киселина ... така че, ако сярата се изгори под камбаната, тогава сярната киселина ще бъде продукт на горенето ... "3.

Въз основа на последната позиция А. Лавоазие създава теория за киселините, които се образуват, когато киселината се комбинира

рязане започва с горими вещества. Във връзка с това той даде името "кислород" на този киселинообразуващ принцип (раждащ киселина или кислород). Теорията за киселините на А. Лавоазие обаче се оказва несъвместима с много известни факти. Така солната киселина се образува без участието на кислород. А. Лавоазие в този случай беше принуден да прибегне до фантазия, за да обясни състава на тази киселина. Той призна, че солната киселина съдържа специално просто тяло - мурий, което се намира в киселината в окислено състояние. Затова доскоро солната киселина се наричаше от фармацевтите муриева киселина.

Той противоречи на теорията за киселините на Лавоазие и на факта за образуването на вода при изгарянето на водород. В продължение на няколко години Лавоазие се опитва безуспешно да открие следи от киселина във водата. В същото време той дори установи обемните съотношения на водорода и кислорода във водата (12:22,9, т.е. почти като 1:2). Той обаче не придаде никакво значение на този резултат. По време на разлагането на водата той, действайки върху водата с железни стружки, получава водород. Тези изследвания бяха последните в планирана серия от експерименти, предназначени да отхвърлят теорията за флогистона.

Нека споменем, че твърденията на някои учени за приоритета на откритията на А. Лавоазие се оказаха неоснователни. Всъщност откриването на кислорода по същество принадлежи на А. Лавоазие, а не на К. Шееле и Дж. Пристли, които според Ф. Енгелс остават „в плен на флогистичните категории“ и не разбират какво точно са открили. „И дори ако“, пише по-нататък Енгелс, „А. Лавоазие не е дал описание на кислорода, както той по-късно твърди, едновременно с други и независимо от тях, въпреки това, по същество, той е открил кислорода, а не онези двамата, които само го описват, без дори да предполагат какво точно описват"

НАЧАЛЕН КУРС ПО ХИМИЯ ЛАВОАЗИЕ

В процеса на разработване на основите на антифлогистичната кислородна теория за горенето и дишането, А. Лавоазие нямаше недостиг на критици на новите си възгледи. Във връзка с тази критика той трябваше да постави нови експерименти, да направи нови обобщения и стъпка по стъпка да докаже неоснователността на изтъкнатите възражения. В същото време той решава различни въпроси, които не са пряко свързани с планирания изследователски план. Така той трябваше да опровергае обяснението на Г. Кавендиш за механизма на образуване на водород под действието на разредени киселини върху метал. А. Лавоазие посочи, че водородът в този случай се отделя не в резултат на разлагането на метала, а в резултат на разлагането на водата, разреждаща киселината (киселината по това време се счита за киселинни оксиди).

Сред въпросите, които предизвикаха противоречия при обяснението на явленията на горенето, беше въпросът за природата на топлината. А. Лавоазие беше добре запознат с кинетичната теория на топлината, но не беше атомист и затова остана на позициите на калоричната материя, за разлика от М. В. Ломоносов. В същото време той смята калорията за една от елементарните течности и по този начин неговата позиция съвпада с позицията на ортодоксалната флогистика.

А. Лавоазие е признат за пионер в термичните ефекти на реакциите. Заедно с П. Лаплас той проектира калориметър и в продължение на 15 години работи върху определянето на топлинните ефекти, като по този начин полага основите на термохимията. На А. Лавоазие се приписва и установяването на характеристиките на състава на органичните вещества. Въз основа на анализите той установи, че органичните вещества са съставени от въглерод, водород и кислород. След това към тези прости тела бяха добавени азот и фосфор.

Лавоазие смята принципа за неразрушимостта на материята за едно от най-важните положения на химията. Известно е, че флогистиката игнорира този принцип, например, когато обяснява увеличаването на масата на металите чрез npnf калциниране. След като формулира този принцип, А. Лавоазие го илюстрира с пример за образуването на алкохол в резултат на ферментацията на гроздов сок:

гроздов сок = въглена киселина + алкохол.

Около 1785 г. А. Лавоазие има идеята да представи систематично откритите от него нови факти и да обясни различни явления от гледна точка на кислородната теория в кратък „Начален курс по химия“. При подготовката на този курс той трябваше допълнително да изследва и реши няколко фундаментални въпроса, свързани по-специално с развитието на теорията на принципите или простите вещества, създаването на химическа номенклатура и формулирането на нови проблеми в химията, възникнали на в основата на кислородната теория.

В „Предварителна беседа” към курса А. Лавоазие казва за простите тела: „И така, химията се движи към своята цел, към своето съвършенство, разделяйки, подразделяйки и все още подразделяйки телата, и ние не знаем каква е границата на нейното успех ще има. Следователно не можем да твърдим, че това, което днес се признава за просто, е наистина просто. Можем само да кажем, че това или онова вещество е само границата на делимост с помощта на химичен анализ и че не може да бъде разделено по-нататък в сегашното състояние на нашите познания.

Говорейки по-нататък за елементите, А. Лавоазие не дава еднозначно определение на това понятие: „Така че, ще кажа, че ако името на елементите обозначава прости или неделими молекули, които изграждат тялото, тогава ние вероятно не ги познаваме ; ако, напротив, свържем с името на елементите или принципите идеята за последната граница, достигната чрез анализ, тогава всички вещества, които все още не сме успели да разложим по никакъв начин, са елементи за нас.

Това определение по същество съвпада с това на Бойл.

Друг проблем, който възникна пред А. Лавоазие, докато работи върху "Елементарния курс на химията", беше развитието на химическата номенклатура. В алхимичния период, когато символизмът и желанието да се шифроват обичайните имена на веществата бяха широко разпространени, много вещества получиха произволни и често различни имена за различни автори. Традицията да се дават произволни имена на новооткритите вещества е запазена и в бъдеще. При такива условия не може да се създаде система от химическа номенклатура.

През XVIII век. дори химиците почувстваха спешна нужда да създадат система от химическа номенклатура, тъй като броят на известните вещества се увеличи бързо през втората половина на века. Още през 1782 г. един от видните химици флогистици Giton de Morvo (стр. 68) започва да разработва система от химическа номенклатура, основана на теорията на флогистона. А. Лавоазие, зает със същия проблем, полага усилия да спечели де Морво на своя страна, което успява през 1786 г. Малко по-рано към А. Лавоазие се присъединява един от най-изтъкнатите химици от онова време К. Л. Бертоле (стр. 68), а след него - А. Фуркроа.

В съюз с тези учени А. Лавоазие организира номенклатурната комисия на Парижката академия, която започва работа през 1786 г. Година по-късно е публикувана разработената номенклатура. Тя се основава на имената на прости тела, чийто списък (и класификация) е съставен от самия А. Лавоазие. Сред новите имена комисията одобри имената за кислород (кислород), водород (водород) и азот. Последното име, което се различава от международното "азот", е предложено от А. Лавоазие и прието, въпреки факта, че

Във въведението към „Елементарния курс на химията” А. Лавоазие пише: „Липсата на глава за съставните и елементарните части на телата в началния курс на химията неизбежно ще предизвика изненада, но тук си позволявам да отбележа, че желанието да се разглеждат всички природни тела, състоящи се само от три или четири елемента, идва от предразсъдък, който е достигнал до нас от гръцките философи.

За да разреши въпроса за елементарните компоненти на телата, А. Лавоазие не разполага с необходимите фактически данни и е принуден да се основава главно на резултатите от собствените си изследвания. Вероятно затова възгледите му са неясни и непоследователни.

членовете на комисията го смятат за неуспешен и предлагат името "азот". Selitrogen, Alkaligen. Думата "азот", по предложение на А. Лавоазие, се превежда с думата "безжизнен". Този превод обаче е неправилен. Всъщност думата "азот", която не съществува в гръцкия език, е взета от алхимичния лексикон, където означава "философски живак".

Наименованията на сложни вещества (киселини, основи, соли и др.) са установени като производни на прости тела. Имената на киселини и соли се променят (в окончания) в зависимост от степента на окисление на киселинно образуващия елемент (сулфат, сулфит, сулфид и др.). Солите на азотната киселина, противно на името на елемента, се наричат ​​нитрати.

Във връзка с новата номенклатура "Елементарният курс" на А. Лавоазие съдържа класификационни таблици на киселини, соли и други съединения според степента на окисление на киселинообразуващите елементи. Приложението към "Химическата номенклатура" съдържа символите на простите тела, предложени от химиците P. A. Ade (1763-1834) и J. A. Gassenfratz (1755-1827), които обаче не са получили признание.

Що се отнася до най-простите тела, в "Елементарния курс" А. Лавоазие даде списък с тях, подчертавайки следните четири групи:

1. Прости вещества, присъстващи и в трите царства на природата, които могат да се считат за елементи на телата: светлина, калории, кислород, азот и водород.

2. Прости неметални вещества, които окисляват и дават киселини: сяра, фосфор, въглища, радикал на солена киселина, радикал на флуороводородна киселина, радикал на борна киселина.

3. Прости метални вещества, които окисляват и дават киселини: антимон, сребро, арсен, бисмут, кобалт, мед, калай, желязо, манган, живак, молибден, никел, злато, платина, олово, волфрам, цинк.

4. Прости вещества, солеобразуващи и земни: вар, магнезий, барит, алуминий, силициев диоксид.

В бележка към тази таблица А. Лавоазие отбеляза, че не е включил „постоянните“ (каустични) алкали в списъка на простите вещества, тъй като тези вещества очевидно имат сложен състав.

Таблицата на А. Лавоазие съдържа 23 прости тела, 3 киселинни радикала, 5 земни и 2 безтегловни течности. В таблицата с име

има явни несъответствия. В допълнение към въвеждането на безтегловни течности, "земите" се появяват в него като прости вещества и, накрая, металите се класифицират, в съответствие с общата теория за киселина-E>m, като киселинно образуващи елементи. Тази таблица беше сълза в историята на науката, опит за класифициране на прости тела.

Елементарният курс по химия на А. Лавоазие с илюстрации, красиво изпълнени от съпругата му (М. Лавоазие), се появява през 1789 г., почти едновременно с началото на Френската буржоазна революция. Появата на този курс всъщност бележи химическата революция, както самият А. Лавоазие посочи в курса. Вярно е, че все още имаше много противници на новата химия, като Дж. Пристли, който активно се застъпваше за теорията на флогистона. Но броят на противниците бързо намаля. И така, ^ „Английският флогистичен учен Р. Кируан (1733-1812) публикува книгата „Есе върху флогистона и структурата на киселините“ през 1787 г.“ А. Лавоазие и неговите сътрудници реагираха на публикуването на тази книга по следния начин: книгата на Р. Кирван е преведена на френски и публикувана с коментари към всяка глава, написани от самия А. Лавоазие, К. Бертоле, Г. дьо Морво, А. Фуркефоа и Г. Монж.В крайна сметка той беше принуден да признае, че погрешност на своите възгледи и се присъединява към кислородната теория през 1796 г. /: Въпреки обаче възраженията на представители на теорията за флогистона, принадлежащи към по-старото поколение химици, кислородната теория и новата химия, изградена на нейна основа, спечелиха голяма И все пак не може да се каже, че "химическата революция" е завършена, както смяташе самият А. Лавоазие, с издаването на "Елементарния курс на химията". vita и получи доста пълно завършване на последващото към тях от 4-то поколение химици едва след въвеждането на атомите в химията, се придържа.