Возникновение и развитие научной химии

Тольяттинский Государственный Университет

Доклад

по концепции современного естествознания на тему:

«Возникновение и развитие научной химии»

студентки II курса

факультета иностранных языков

Ошкиной О.В.

2004 г

От алхимии к научной химии.

Во второй половине ХVII в. алхимическая традиция постепенно ис¬черпывает себя. В течение более чем тысячи лет алхимики исходили из уверенности в неограниченных возможностях превращений ве¬ществ, в том, что любое вещество можно превратить в любое другое вещество. И хотя на полуторатысячелетнем пути развития алхимии были получены отдельные положительные результаты (описание многих химических превращений, открытие некоторых веществ, конструирование приборов, химической посуды, аппаратов и др.), тем не менее главные цели, которые ставили перед собой алхимики (искусственное получение золота, серебра, «философского камня», гумункулуса и др.), оказались недостижимыми. Все более укреплялось представление о том, что существует некоторый предел, граница взаимо¬превращения веществ. Этот предел определяется составом химических веществ. В XVII-XVIII вв. химия постепенно становится наукой о качественных изменениях тел, происходящих в результате измене¬ния их состава (состав → свойства → функции).

Все это происходит на фоне развития технической химии (метал¬лургия, стеклоделие, производство керамики, бумаги, спиртных на¬питков) (в трудах Г. Агриколы, И. Глаубера, Б. Палисси и др.) и открытия новых химических веществ.

Начиная с ХV в. представле¬ние о мире химических веществ, соединений быстро расширяется. Были открыты новые металлы (висмут, платина и др.), вещества с замечательными свойствами (например, фосфор). Развитие ремесла и промышленности обусловливают постоянную потребность в опре¬деленных химикалиях - селитре, железном купоросе, серной кисло¬те, соде, что дает импульс к созданию химических производств, а это в свою очередь стимулирует развитие научной химии.

Новому пониманию предмета химического познания способство¬вало возрождение античного атомизма. Здесь важную роль сыграли труды французского мыслителя П. Гассенди. Он критически воспринимал картезианское понимание материи, теорию вихрей Декарта, считая, что будущее естествознания связано с программой атомизма. Гассенди возрождает представление о том, что вечная и бесконечная Вселенная состоит из постоянно движущихся атомов (различной формы, размеров, неизменных, неделимых и т.д.) и пустоты, которая является условием возможности движения атомов и тел. Причем, если Декарт считал, что материя сама по себе пассивна и движение вносится в нее извне, богом, то Гассенди считает материю активной. По его мнению, «атомы обладают и энергией, благодаря которой движутся или постоянно стремятся к движению». В этом Гассенди идет значительно дальше античных атомистов. Весьма важным в учении Гассенди было формулирование понятия молекулы, что имело конструктивное значение для становления научной химии.

Развитие и конкретное приложение идей атомизма к химии осуществил Р. Бойль, который считал, что химия должна быть не служанкой ремесла или медицины, а самостоятельной наукой. Бойль исходил из представления о том, что качественные характеристики и превращения химических веществ могут быть объяснены с помощью понятия о движении, размерах, форме и расположении атомов. Он был нa пути к научно обоснованному определению химического эле¬мента как предела разложения вещества с данными свойствами.

Бойль разрабатывает не только теоретические, но и эксперимен¬тальные основы химии, обосновывает метод химического экспери¬мента. В химическом эксперименте, с точки зрения Бойля, главное то, что исследователь не может заранее предсказать, как поведут себя вещества в той или иной химической реакции. Химический эксперимент призван прежде всего заставить природу выдать ее тайны, а не подтверждать те или иные теоретические гипотезы. В трудах Бойля заложены основы аналической химии (качественный анализ, приме¬нение различных индикаторов (например, лакмус) для распознава¬ния веществ и др.).

Лавуазье: революция в химии.

Центральная проблема химии XVIII в. - проблема горения. Вопрос состоял в следующем: что случается с горючими веществами, когда они сгорают в воздухе? Для объяснения процессов горения И. Бехе¬ром и его учеником Г. Э. Шталем была предложена теория флогисто¬на. Флогистон - это некоторая невесомая субстанция, которую содержат все горючие тела и которую они утрачивают при горении. Тела, содержащие большое количество флогистона, горят хорошо; тела, которые не загораются, являются дефлогистированными. Эта теория позволяла объяснять многие химические процессы и предска¬зывать новые химические явления. В течение почти всего ХVIII в. она прочно удерживала свои позиции, пока Лавуазье в конце XVIII в. (опираясь на открытия К.В. Шееле сложного состава воздуха и Дж. Пристли кислорода, 1774) не разработал кислородную теорию горения.

Лавуазье показал, что все прежде считавшиеся хаотическими явления в химии могут быть систематизированы и сведены в закон сочетания элементов, старых и новых. К уже установленному до него списку элементов (металлы, углерод, сера и фосфор) он добавил новые - кислород, который вместе с водородом входит в состав воды, а также и другой компонент воздуха - не поддерживающий жизни азот. В соответствии с новой системой химические соединения делились в основном на три категории: кислоты, основания, соли. Таким образом, Лавуазье рационализировал химию и объяснил причину большого разнообразия химических явлений: она заключается в материальном различии химических элементов и их соединений.

Лавуазье раз и навсегда покончил со старой алхимической номенклатурой, основанной на случайных ассоциациях - «винное масло», «винный камень», «свинцовый сахар» и др. Он ввел (при активном участии К.Л. Бертолле) новую. Новая номенклатура исходила из того, что каждое химическое вещество должно иметь одно определенное название, характеризующее его функции и состав. Например, оксид калия состоит из калия и кислорода, хлорид натрия - из натрия и хлора, сульфид водорода - из водорода и серы, и т.д.

Кроме того, Лавуазье поставил вопрос и о количествах, в которых сочетаются различные элементы между собой, и с помощью закона сохранения материи привел химию к представлению о необходимости количест¬венного выражения пропорций, в которых сочетались элементы.

С помощью ряда великолепно задуманных и проведенных экспериментов Лавуазье смог также показать, что живой организм действует точно таким же образом, как и огонь, сжигая содержащиеся в пище вещества и высвобождая энергию в виде теплоты. Таким образом, Лавуазье осуществил научную революцию в химии: он превратил химию из совокупности множества не связанных друг с другом рецептов, подлежавших изучению один за одним, в общую теорию, основываясь на которой можно было не только объяснять все известные явления, но и предсказывать новые.

Победа атомно-молекулярного учения.

Следующий важный шаг в развитии научной химии был сделан Дж. Дальтоном, ткачом и школьным учителем из Манчестера. Изучая химический состав газов, он исследовал весовые количества кисло¬рода, приходящиеся на одно и то же весовое количество вещества (например, азота) в различных по количественному составу окислах, и установил кратность этих количеств, например, в пяти окислах азота (N2O, NO, N2Оз, NО2 и N2O5) количество кислорода на одно и то же весовое количество азота относится как 1:2:3:4:5. Так был от¬крыт закон кратных отношений.

Дальтон правильно объяснил этот закон атомным строением ве¬щества и способностью атомов одного вещества соединяться с раз¬личным количеством атомов другого вещества. При этом он ввел в химию понятие атомного веса.

И тем не менее в начале XIX в. атомно-молекулярное учение в химии с трудом пробивало себе дорогу. Понадобилось еще полстоле¬тия для его окончательной победы. На этом пути был сформулирован ряд количественных законов (закон постоянных отношений Пруста, закон объемных отношений Гей-Люссака, закон Авогадро, согласно которому при одинаковых условиях одинаковые объемы всех газов содержат одно и то же число молекул), которые получали объяснение с позиций атомно-молекулярных представлений. Для экспериментального обоснования атомистики и ее внедрения в химию много усилий приложил Й.Я.Берцелиус. Окончательную победу атомно-мо¬лекулярное учение (и опирающиеся на него способы определения атомных и молекулярных весов) одержало на 1-м Международном конгрессе химиков (1860).

В 50-70-е гг. XIX в. на основе учения о валентности и химической связи была разработана теория химического строения (А.М. Бутле¬ров, 1861), которая обусловила огромный успех органического син¬теза и возникновение новых отраслей химической промышленности (производство красителей, медикаментов, нефтепереработка и др.), а в теоретическом плане открыла путь построению теории простран¬ственного строения органических соединений – стереохимии (Дж.Г. Вант-Гофф, 1874). Во второй половине XIX в. Складываются физическая химия, химическая кинетика - учение о скоростях хими¬ческих реакций, теория электролитической диссоциации, химичес¬кая термодинамика. Таким образом, в химии XIX в. сложился новый общий теоретический подход - определение свойств, химических веществ в зависимости не только от состава, но и от структуры.

Развитие атомно-молекулярного учения привело к идее о сложном строении не только молекулы,