Становление и развитие химии

Одной из важнейших для человека естественных наук является химия– наука о составе, строении, свойствах и превращении веществ. Практическое использование химии началось с глубокой древности. Не находя в окружающем мире необходимых веществ в готовом виде или в достаточном количестве, человек научился создавать их сам. Выплавленные из руд металлы, сплавы, керамика, стекло – всё это искусственные материалы, которые человек стал получать с помощью химии за тысячи лет до нашей эры. Таким образом, истоки химического знания лежат в глубокой древности и вызваны потребностью получения необходимых для жизни веществ.

Процесс зарождения химии как науки был длительным и сложным. Первоначально наибольший вклад в развитие этой науки внесли древние египтяне, вавилоняне и халдеи. Считается, что химия зародилась в виде алхимии в Древнем Египте и долгое время была частью религиозных учений. Основной целью алхимиков было получение философского камня – особого вещества, позволяющего превратить простые вещества в благородные (золото и серебро) и дарующего его владельцу вечную жизнь и молодость.

Наивысшего развития алхимия достигла в трех формах: греко-египетской, арабской и западно-европейской. В поисках философского камня алхимики научились проводить самые разные химические реакции, использовали сочетания различных солей, прибегали к обжигу, возгонке, кристаллизации, выпариванию, фильтрованию и другим методам, использовали для описания химических процессов специальные символы. Таким образом, алхимики подготовили условия для исследований химических соединений, их применения в медицине и практической науке. В рамках алхимии были накоплены важнейшие знания и умения, составившие фундамент современной химии. Алхимики оставили нам описание многих важнейших химических процессов и методов получения различных веществ. Даже в просвещённом XVII в. алхимией продолжали интересоваться Р. Бойль и И. Ньютон. Она просуществовала до 1819 г., когда распалось последнее общество алхимиков в Вестфалии.

Идеологически конец алхимии положили исследования А.Л. Лавуазье, которые показали невозможность преобразования одних химических элементов в другие. Однако в ХХ в. после открытия радиоактивных реакций наука вновь вернулась к идее превращения химических элементов, правда, не прибегая при этом к помощи философского камня.

В XVI-XVII вв. на смену алхимии пришла ятрохимия, считавшая своей задачей поиск лекарства от всех болезней. Основателем ятрохимии был швейцарец Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм (Парацельс). Он первым высказал мысль, что в основе биологических процессов лежат химические реакции. Ятрохимия способствовала освобождению химии от влияния алхимии и расширила знания о многих жизненно важных соединениях. Но она слишком сужала поле исследований, по этой причине многие ученые постепенно отказались от принципов ятрохимии.

Основы современной химии были заложены в XVII в. английским учёным Р. Бойлем. Он ввёл в химию понятие о химическом элементе и положил начало химическому анализу как ведущему методу исследования. Основной задачей химии на начальном этапе ее развития было разложение соединений на составные части и поиск чистых химических элементов. К концу XVIII в. были известны 18 химических элементов, а в XIX в. – уже 49.

Огромный вклад в развитие химии внёс французский учёный Антуан Лоран Лавуазье. Он систематизировал в рамках одной теории большой объём экспериментальных данных, накопленных в химии к концу XVIII в. Его многочисленные опыты по нагреванию различных веществ в закрытых сосудах позволили установить закон сохранения массы веществ в химических реакциях, выяснить, что воздух является смесью двух газов (кислорода и азота), доказать, что продукт горения водорода – вода, установить состав органических соединений. Он попытался систематизировать химические элементы и разработал удобную химическую номенклатуру, очистив её от сложных и запутанных терминов.

Проблема химического состава веществ была главной в развитии химии вплоть до 30-40 гг. XIX в. Большую роль в развитии химии в этот период сыграли Ж. Пруст и англичанин Дж. Дальтон. Пруст в 1801 г. установил закон постоянства состава вещества (химическое соединение обладает строго определённым, неизменным составом и тем отличается от смесей). Дальтон в 1803 г. дал теоретическое обоснование этого закона и открыл закон кратных отношений (в химических соединениях веса элементов соотносятся как целые числа), создал основы атомной теории, составил таблицу атомных весов. Берцелиус в 1826 г. уточнил эту таблицу, ввёл современную химическую символику для обозначения химических элементов и химических реакций, разделил вещества на органические и неорганические. В 1852 г. Э. Франклин разработал теорию валентности (валентность – способность атома к насыщению).

До середины XIX в. развитие химии происходило хаотически и беспорядочно. Открывались все новые элементы, описывались их свойства, накопился огромный экспериментальный материал, нуждавшийся в систематизации. В 1860 г. был проведён первый международный химический конгресс, имевший огромное значение для развития химии. На нём были приняты и сформулированы основные принципы, теории и законы химии. Он подготовил условия для создания периодической системы элементов. В 1869 г. Д.И. Менделеев предложил свой вариант системы химических элементов, одобренный мировым сообществом учёных. В качестве системообразующего фактора он использовал атомную массу элементов. Опираясь на периодический закон, Менделеев предсказал существование новых, ещё не открытых элементов (галлия, скандия, германия) и с большой точностью описал их свойства, обнаружил ошибки в определении атомной массы урана и других химических элементов. Таблица объясняла многие факты и указывала на существование глубокой зависимости между различными химическими элементами. Впоследствии она неоднократно пересматривалась, существует более двухсот ее вариантов, но по устоявшейся традиции она сохраняется в первоначальном виде.

· Периодический закон Д.И. Менделеева – свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов. Причиной периодических изменений физико-химических свойств элементов является периодичность строения электронных оболочек атомов.

В 1911 г. после открытия атомного ядра началась разработка теории строения атома, было выяснено, что номер в таблице соответствует заряду ядра и количеству электронов в атоме. Получила своё объяснение и валентность химических элементов (она равна числу электронов на внешней оболочке атома). В 1916 г. появились первые теории химической связи и были выявлены ее основные типы.