Historien om kemi studier og beskriver den komplekse proces med akkumulering af specifik viden relateret til studiet af stoffers egenskaber og omdannelser ; det kan betragtes som et grænseområde for viden, der forbinder fænomener og processer relateret til udviklingen af kemi med det menneskelige samfunds historie.
Kemiens historie er normalt opdelt i flere perioder; Samtidig skal det tages i betragtning, at denne periodisering, der er ret betinget og relativ, snarere har en didaktisk betydning [1] . En af grundlæggerne af kemiens historie som videnskabelig disciplin var den tyske videnskabsmand Hermann Kopp (1817-1892) [2] .
I den præalkymistiske periode udviklede de teoretiske og praktiske aspekter af viden om stof sig relativt uafhængigt af hinanden.
Praktiske operationer med stoffet var håndværkskemiens prærogativ. Begyndelsen af dens oprindelse bør primært være forbundet, tilsyneladende, med fremkomsten og udviklingen af metallurgi . I oldtiden var syv metaller kendt i deres rene form : kobber , bly , tin , jern , guld , sølv og kviksølv , og i form af legeringer , også arsen , zink og vismut . Ud over metallurgi foregik ophobningen af praktisk viden på andre områder, såsom produktion af keramik og glas , farvning af tekstiler og garvning af læder, fremstilling af medicin og kosmetik . Det var på grundlag af oldtidens succeser og resultater af praktisk kemi, at udviklingen af kemisk viden fandt sted i efterfølgende epoker.
Forsøg på teoretisk at forstå problemet med oprindelsen af stoffets egenskaber førte til dannelsen af doktrinen om elementer-elementer i oldgræsk naturfilosofi . Empedokles , Platons og Aristoteles ' lære havde størst indflydelse på videnskabens videre udvikling . Ifølge disse begreber er alle stoffer dannet af en kombination af fire principper: jord, vand, luft og ild. Samtidig er elementerne selv i stand til gensidige transformationer, da hver af dem ifølge Aristoteles er en af tilstandene i et enkelt primært stof - en vis kombination af kvaliteter. Positionen på muligheden for omdannelse af et element til et andet blev senere grundlaget for den alkymistiske idé om muligheden for gensidige transformationer af metaller ( transmutation ). Næsten samtidig med doktrinen om elementer-elementer opstod atomisme i Grækenland , hvis grundlæggere var Leucippus og Demokrit .
Den alkymistiske periode er tidspunktet for søgningen efter de vises sten , som blev anset for nødvendigt for gennemførelsen af transmutation af metaller. Alkymistisk teori, baseret på gamle ideer om de fire elementer, var tæt sammenflettet med astrologi og mystik . Sammen med den kemisk-tekniske "guldfremstilling" er denne æra også kendt for skabelsen af et unikt system af mystisk filosofi. Den alkymistiske periode er til gengæld opdelt i tre underperioder: Alexandrisk (græsk-egyptisk), arabisk og europæisk alkymi.
I Alexandria var der en kombination af teori (Platons og Aristoteles' naturfilosofi) og praktisk viden om stoffer, deres egenskaber og transformationer; fra denne forbindelse blev en ny videnskab, kemi, født. Selve ordet "kemi" (og det arabiske al-kīmiyaˀ ) anses normalt for at være afledt af det gamle navn Egypten - Keme eller Khem; oprindeligt skulle ordet tilsyneladende betyde noget som "egyptisk kunst". Nogle gange er udtrykket afledt af det græske χυμος - juice eller χυμενσιζ - støbning [3] [4] [5] [6] . Hovedobjekterne for undersøgelse af Alexandrian kemi var metaller. I Alexandria-perioden blev alkymiens traditionelle metal- planet -symbolik dannet, hvor hvert af de syv metaller kendt på det tidspunkt var forbundet med den tilsvarende planet : sølv - Månen , kviksølv - Merkur , kobber - Venus , guld - den Sol , jern- Mars , tin- Jupiter , bly- Saturn [7] . Den egyptiske gud Thoth eller hans græske modstykke Hermes blev den himmelske protektor for kemi i Alexandria .
Blandt de betydelige repræsentanter for græsk-egyptisk alkymi, hvis navn har overlevet til denne dag, kan man bemærke Bolos Demokritos , Zosima Panopolit , Olympiodorus . Bogen "Fysik og mystik" skrevet af Bolos (ca. 200 f.Kr.) består af fire dele viet til guld, sølv, ædelsten og lilla . Bolos udtrykte først ideen om transmutation af metaller - omdannelsen af et metal til et andet (primært uædle metaller til guld), som blev hovedopgaven for hele den alkymistiske periode. Zosimus definerede i sit leksikon (3. århundrede) khemeia som kunsten at fremstille guld og sølv, beskrevet "tetrasomata" - stadierne i processen med at fremstille kunstigt guld; han påpegede især forbuddet mod at røbe denne kunsts hemmeligheder.
Mange hermetiske tekster var også tilbage fra den Alexandriske periode, der repræsenterer et forsøg på en filosofisk og mystisk forklaring på omdannelserne af stoffer, blandt hvilke er den berømte " Smaragdtablet " af Hermes Trismegistus .
Blandt de utvivlsomme praktiske resultater af de græsk-egyptiske alkymister er opdagelsen af fænomenet metalsammensmeltning . Amalgam af guld begyndte at blive brugt til forgyldning. Alexandriske videnskabsmænd forbedrede metoden til at udvinde guld og sølv fra malme, hvortil kviksølv opnået fra cinnober eller calomel blev brugt i vid udstrækning . Ud over praktisk betydning bidrog kviksølvs unikke evne til at danne et amalgam til fremkomsten af ideen om kviksølv som et særligt "primært" metal. Alkymister udviklede også en metode til at rense guld ved cupellation -opvarmning af malm med bly og salpeter [8] .
Det teoretiske grundlag for arabisk [9] alkymi var stadig Aristoteles' lære. Udviklingen af alkymistisk praksis krævede imidlertid skabelsen af en ny teori baseret på stoffers kemiske egenskaber. Jabir ibn Hayyan (Geber) udviklede i slutningen af det 8. århundrede en kviksølv-svovlteori om metallers oprindelse, ifølge hvilken metaller dannes af to principper: kviksølv (metallicitetsprincippet) og svovl (princippet om brændbarhed) . For dannelsen af guld - et perfekt metal, udover kviksølv og svovl, er tilstedeværelsen af et eller andet stof nødvendigt, som Jabir kaldte en eliksir ( al-iksir , fra det græske ξεριον, det vil sige "tør"). Problemet med transmutation blev således inden for rammerne af kviksølv-svovl-teorien reduceret til problemet med at udvinde en eliksir, ellers kaldet de vises sten ( Lapis Philosophorum ). Eliksiren blev antaget at have mange flere magiske egenskaber - at helbrede alle sygdomme, og muligvis at give udødelighed [10] [11] .
Kviksølv-svovlteori dannede det teoretiske grundlag for alkymi i flere efterfølgende århundreder. I begyndelsen af det 10. århundrede forbedrede en anden fremragende alkymist, Ar-Razi (Razes), teorien ved at tilføje princippet om hårdhed (skrøbelighed, opløselighed) eller filosofisk salt til kviksølv og svovl.
Arabisk alkymi var i modsætning til Alexandrian ret rationel; de mystiske elementer i den var snarere en hyldest til traditionen. Ud over dannelsen af den grundlæggende teori om alkymi blev der under den arabiske fase udviklet et konceptuelt apparat, laboratorieudstyr og eksperimentelle metoder. Arabiske alkymister opnåede utvivlsom praktisk succes - de isolerede antimon , arsen og tilsyneladende fosfor , opnåede eddikesyre og fortyndede opløsninger af mineralsyrer. En vigtig fordel for de arabiske alkymister var skabelsen af rationel farmaci , som udviklede traditionerne for gammel medicin.
Arabernes videnskabelige synspunkter trængte ind i middelalderens Europa i det trettende århundrede . De arabiske alkymisters værker blev oversat til latin og senere til andre europæiske sprog.
Blandt de største alkymister på den europæiske scene kan man bemærke Albert den Store , Roger Bacon , Arnaldo de Villanova , Raymond Lull , Basil Valentin . R. Bacon definerede alkymi som følger: "Alkymi er videnskaben om, hvordan man fremstiller en bestemt sammensætning eller eliksir, som, hvis den tilsættes til uædle metaller, vil gøre dem til perfekte metaller" [12] .
I Europa blev elementer af kristen mytologi introduceret i alkymiens mytologi og symbolik ( Petrus Bonus , Nicholas Flamel ); generelt, for europæisk alkymi, viste mystiske elementer sig at være meget mere karakteristiske end for arabisk. Den europæiske alkymis mystik og lukkede natur har givet anledning til et betydeligt antal alkymisvindlere; allerede Dante Alighieri i "Den guddommelige komedie " placeret i den tiende grøft af helvedes ottende cirkel dem, der "smedede metaller ved alkymi" [13] . Et karakteristisk træk ved europæisk alkymi var dens tvetydige position i samfundet. Både kirkelige og verdslige myndigheder forbød gentagne gange [14] udøvelsen af alkymi; samtidig blomstrede alkymien både i klostre og i kongelige hofter.
I begyndelsen af det 14. århundrede opnåede europæisk alkymi sine første betydelige succeser efter at have formået at overgå araberne i at forstå stoffets egenskaber. I 1270 opnåede den italienske alkymist Bonaventure , i et forsøg på at opnå et universelt opløsningsmiddel, en opløsning af ammoniak i salpetersyre ( aqua fortis ), som viste sig at være i stand til at opløse guld, metallernes konge (deraf navnet - aqua ). regis , det vil sige aqua regia ). Pseudo-Geber , en af de mest betydningsfulde middelalderlige europæiske alkymister, som arbejdede i Spanien i det 14. århundrede og signerede sine værker med navnet Geber , beskrev i detaljer koncentrerede mineralsyrer ( svovlsyre og salpetersyre). Brugen af disse syrer i alkymistisk praksis førte til en betydelig stigning i alkymisternes viden om stoffet.
I midten af det 13. århundrede begyndte man i Europa at fremstille krudt ; den første til at beskrive det (senest i 1249 ) var tilsyneladende R. Bacon (ofte nævnte munk B. Schwartz kan betragtes som grundlæggeren af krudtforretningen i Tyskland ). Fremkomsten af skydevåben blev en stærk stimulans for udviklingen af alkymi og dens tætte sammenvævning med håndværkskemi.
Fra renæssancen , i forbindelse med udviklingen af produktionen, begyndte produktionen og den praktiske retning generelt at få stigende betydning i alkymi: metallurgi, fremstilling af keramik, glas og maling. I første halvdel af det 16. århundrede dukkede rationelle tendenser op i alkymien: teknisk kemi, hvis begyndelse blev lagt af værker af V. Biringuccio , G. Agricola og B. Palissy , og iatrokemi , hvis grundlægger var Paracelsus .
Biringuccio og Agricola så alkymiens opgave i at finde måder at forbedre den kemiske teknologi på; i deres skrifter stræbte de efter den mest klare, fuldstændige og pålidelige beskrivelse af eksperimentelle data og teknologiske processer [15] .
Paracelsus hævdede, at alkymiens opgave er fremstilling af medicin [16] ; mens Paracelsus' medicin var baseret på kviksølv-svovl-teorien . Han mente, at i en sund krop er de tre principper - kviksølv, svovl og salt - i balance; sygdom repræsenterer en ubalance mellem principperne [17] [18] . For at genoprette det, introducerede Paracelsus i praksis medicinske præparater af mineralsk oprindelse - forbindelser af arsen, antimon, bly, kviksølv osv. - ud over traditionelle urtepræparater.
Repræsentanter for iatrokemi (spagyrik, som tilhængerne af Paracelsus kaldte sig selv) omfatter mange berømte alkymister fra det 16. - 17. århundrede : A. Libavia , R. Glauber , Ya. B. Van Helmont , O. Takhenia .
Teknisk kemi og iatrokemi førte direkte til skabelsen af kemi som en videnskab; på dette stadium blev færdighederne til eksperimentelt arbejde og observationer akkumuleret, især design af ovne og laboratorieinstrumenter, metoder til rensning af stoffer ( krystallisation , destillation osv.) blev udviklet og forbedret, nye kemiske præparater blev opnået.
Hovedresultatet af den alkymistiske periode som helhed, ud over akkumuleringen af en betydelig mængde viden om stof, var fremkomsten af en empirisk tilgang til studiet af stoffets egenskaber. Den alkymistiske periode blev et absolut nødvendigt overgangstrin mellem naturfilosofi og eksperimentel naturvidenskab.
Anden halvdel af 1600-tallet var præget af den første videnskabelige revolution, som resulterede i en ny naturvidenskab udelukkende baseret på eksperimentelle data. Skabelsen af verdens heliocentriske system ( N. Copernicus , I. Kepler ), ny mekanik ( G. Galileo ), opdagelsen af vakuum og atmosfærisk tryk ( E. Torricelli , B. Pascal og O. von Guericke ) førte til en dyb krise i det aristoteliske fysiske verdensbillede. F. Bacon fremsatte tesen om, at eksperimentet skulle være det afgørende argument i den videnskabelige diskussion; atomistiske ideer blev genoplivet i filosofien ( R. Descartes , P. Gassendi ).
En af konsekvenserne af denne videnskabelige revolution var skabelsen af en ny kemi, hvis grundlægger traditionelt betragtes som R. Boyle . Boyle, efter at have bevist i sin afhandling "The Skeptical Chemist " (1661) inkonsistensen af alkymistiske ideer om grundstofferne som bærere af visse kvaliteter, satte opgaven med at finde rigtige kemiske grundstoffer til kemi . Elementer er ifølge Boyle praktisk talt uopløselige legemer, bestående af lignende homogene blodlegemer, hvoraf alle komplekse legemer er sammensat, og som de kan nedbrydes i. Boyle anså for kemiens hovedopgave at være studiet af stoffers sammensætning og afhængigheden af et stofs egenskaber af dets sammensætning [19] [20] .
Skabelsen af teoretiske ideer om sammensætningen af kroppe, der kunne erstatte Aristoteles' lære og kviksølv-svovlteorien, viste sig at være en meget vanskelig opgave. I den sidste fjerdedel af det XVII århundrede. optrådte såkaldte. eklektiske synspunkter, hvis skabere forsøgte at forbinde alkymistiske traditioner og nye ideer om kemiske grundstoffer ( N. Lemery , I. I. Becher ).
Den væsentligste drivkraft bag udviklingen af grundstoflæren i første halvdel af det 18. århundrede var teorien om phlogiston , foreslået af den tyske kemiker G. E. Stahl . Hun forklarede legemers brændbarhed ved tilstedeværelsen i dem af et bestemt materielt princip om brændbarhed - phlogiston, og betragtede forbrænding som nedbrydning [21] . Teorien om phlogiston generaliserede en bred vifte af fakta om processerne til forbrænding og ristning af metaller, tjente som en stærk stimulans til udviklingen af en kvantitativ analyse af komplekse kroppe, uden hvilken det ville være absolut umuligt at eksperimentelt bekræfte ideer om kemiske elementer . Det stimulerede også studiet af gasformige forbrændingsprodukter i særdeleshed og gasser generelt; som et resultat dukkede pneumatisk kemi op , hvis grundlæggere var J. Black , D. Rutherford , G. Cavendish , J. Priestley og K. V. Scheele [22] .
Processen med at omdanne kemi til en videnskab kulminerede med A. L. Lavoisiers opdagelser . Med skabelsen af iltteorien om forbrænding af ham ( 1777 ) begyndte et vendepunkt i udviklingen af kemi, kaldet den "kemiske revolution". Afvisningen af teorien om phlogiston krævede en revision af alle de grundlæggende principper og begreber inden for kemi, ændringer i terminologien og nomenklaturen af stoffer [23] . I 1789 udgav Lavoisier sin berømte lærebog Elementary Course in Chemistry, udelukkende baseret på iltteorien om forbrænding og den nye kemiske nomenklatur . Han gav den første liste over kemiske grundstoffer i historien om ny kemi (en tabel over simple legemer). Han valgte erfaring, og kun erfaring, som kriteriet for at bestemme grundstoffet, idet han kategorisk afviste enhver ikke-empirisk ræsonnement om atomer og molekyler, hvis eksistens ikke kan bekræftes eksperimentelt [24] . Lavoisier formulerede loven om bevarelse af massen, skabte en rationel klassificering af kemiske forbindelser, baseret for det første på forskellen i grundstofsammensætningen af forbindelser og for det andet på arten af deres egenskaber.
Den kemiske revolution gav endelig kemien udseendet af en selvstændig videnskab, der beskæftigede sig med den eksperimentelle undersøgelse af legemers sammensætning; det fuldendte perioden med dannelse af kemi, markerede en fuldstændig rationalisering af kemi, den endelige afvisning af alkymistiske ideer om stoffets natur og dens egenskaber.
Hovedresultatet af udviklingen af kemi i perioden med kvantitative love var dens transformation til en eksakt videnskab baseret ikke kun på observation, men også på måling. Loven om bevarelse af massen opdaget af Lavoisier blev efterfulgt af en række nye kvantitative love - støkiometriske love:
Baseret på loven om multiple forhold og loven om kompositionens konstanthed, som ikke kan forklares uden at ty til antagelsen om materiens diskrethed, udviklede J. Dalton sin atomteori ( 1808 ). Dalton anså atomvægten (massen) for at være den vigtigste egenskab ved et atom af et grundstof. Problemet med at bestemme atomvægte har været et af de vigtigste teoretiske problemer i kemi i flere årtier.
Et kæmpe bidrag til udviklingen af kemisk atomisme blev ydet af den svenske kemiker J. Ya. Berzelius , som bestemte atommasserne af mange grundstoffer [26] . I 1811-1818 udviklede han også den elektrokemiske teori om affinitet, som forklarede kombinationen af atomer på grundlag af ideen om atomernes polaritet og elektronegativitet [27] . I 1814 introducerede Berzelius et system af symboler for kemiske grundstoffer [28] , hvor hvert grundstof blev betegnet med et eller to bogstaver i det latinske alfabet ; Berzelius' symboler falder for det meste sammen med moderne.
A. Avogadro udviklede sin molekylære teori, der organisk komplementerede Daltons atomistik, men hans synspunkter fandt ikke anerkendelse i lang tid.
Sammen med atomvægte var der i lang tid i kemien et system af "ækvivalente vægte", som blev udviklet af W. Wollaston og L. Gmelin . For mange kemikere virkede ækvivalente vægte mere bekvemme og nøjagtige end atomvægte, da de blev beregnet uden antagelserne fra Dalton [29] . Men for organisk kemi viste ækvivalentsystemet sig at være til ringe nytte, og i 1840'erne. J. B. Dumas , Ch. Gerard og O. Laurent genoplivede Avogadros ideer [30] .
Den endelige klarhed i den atomare-molekylære teori blev introduceret af S. Cannizzaro [31] . Reformen af Cannizzaro, som fik universel anerkendelse ved den internationale kemikerkongres i Karlsruhe ( 1860 ), afsluttede perioden, hvis hovedindhold var etableringen af kvantitative love. Bestemmelserne af kemiske grundstoffers atommasser, som blev udført i første halvdel af 1860'erne af den belgiske kemiker J. S. Stas (som endelig godkendte den relative atommasse for ilt på 16 (a.m.)), blev anset for de mest nøjagtige indtil slutningen af det 19. århundrede og opdagede måde at organisere elementerne på.
Denne periode er karakteriseret ved den hurtige udvikling af videnskaben: det periodiske system af elementer , teorien om den kemiske struktur af molekyler, stereokemi , kemisk termodynamik og kemisk kinetik blev skabt ; Anvendt uorganisk kemi og organisk syntese opnåede strålende succeser . I forbindelse med væksten i mængden af viden om stof og dets egenskaber begyndte differentieringen af kemi - tildelingen af dens separate grene, erhvervelse af funktionerne i uafhængige videnskaber.
En af kemiens vigtigste opgaver i anden halvdel af 1800-tallet var systematiseringen af kemiske grundstoffer. Skabelsen af det periodiske system var resultatet af en lang evolutionær proces, der begyndte med treklangloven foreslået af I. V. Döbereiner i 1829 [32] . Det ubestridelige forhold mellem grundstoffernes egenskaber og deres atommasser, som han afslørede, blev udviklet af L. Gmelin, som viste, at dette forhold er meget mere kompliceret end triader [33] . J. Dumas og M. von Pettenkofer foreslog differentiale systemer med det formål at identificere mønstre i ændringen i grundstoffernes atomvægt, som blev udviklet af A. Strekker . I midten af 1860'erne foreslog W. Odling , A. E. Beguile de Chancourtois , J. Newlands og L. Meyer flere varianter af tabeller [34] [35] [36] , hvor periodiciteten af grundstoffernes egenskaber allerede tydeligt spores. [37] [38] .
I 1869 udgav D. I. Mendeleev den første version af sit periodiske system og formulerede den periodiske lov om kemiske grundstoffer [39] . Mendeleev erklærede ikke blot eksistensen af et forhold mellem atomvægte og grundstoffernes egenskaber, men tog sig den frihed at forudsige egenskaberne af flere grundstoffer, som endnu ikke var blevet opdaget [40] [41] . Efter at Mendeleevs forudsigelser blev bekræftet på glimrende vis, begyndte den periodiske lov at blive betragtet som en af de grundlæggende naturlove [42] [43] .
Efter opdagelsen af fænomenet isomerisme ( J. Liebig og F. Wöhler , 1824 ), som er yderst almindeligt i organisk kemi , blev det tydeligt, at et stofs egenskaber ikke kun bestemmes af dets sammensætning, men også af rækkefølgen af atomers forbindelse og deres rumlige arrangement.
Løsningen på problemet med strukturen af organiske stoffer var oprindeligt baseret på Berzelius' idé om radikaler - polære grupper af atomer, der kan passere uden ændring fra et stof til et andet. Teorien om komplekse radikaler foreslået af Liebig og Wöhler (1832) vandt hurtigt generel accept. Opdagelsen af fænomenet metalepsy (J. B. Dumas, 1834 ), som ikke passede ind i Berzelius' elektrokemiske ideer, førte til fremkomsten af Dumas' typerteori ( 1839 ). Skabt af Ch. Gerard og O. Laurent, den nye teori om typer ( 1852 ) omfattede både ideer om komplekse radikaler og Dumas' ideer om typerne af molekyler, hvilket reducerede hele mangfoldigheden af organiske forbindelser til tre eller fire typer.
Teorien om typer af Gerard-Laurent førte til skabelsen af ideer om affinitetsenhederne for atomer og radikaler, som et resultat af hvilken valensteorien dukkede op ( F. A. Kekule von Stradonitz , 1857 ), som blev grundlaget for skabelsen af A. M. Butlerov om hans teori om den kemiske struktur af molekyler. Kekules og Butlerovs enkle og illustrative ideer gjorde det muligt at forklare mange eksperimentelle fakta om isomerismen af organiske forbindelser og deres reaktivitet. Af stor betydning for udviklingen af et system af strukturformler var etableringen af benzenmolekylets cykliske struktur (Kekule, 1865 ) [44] .
Et vigtigt skridt i udviklingen af strukturkemi var skabelsen af stereokemi , som beskriver den rumlige struktur af molekyler. I 1874 foreslog den hollandske kemiker J. G. van't Hoff teorien om et asymmetrisk carbonatom [45] [46] , som med succes forklarede fænomenet optisk isomeri, opdaget i 1832 af Berzelius, og eksistensen af enantiomerer, opdaget i 1848 af L. Pasteur [47] .
Gennem næsten hele 1800-tallet var strukturelle begreber efterspurgte, primært inden for organisk kemi. Først i 1893 skabte A. Werner teorien om strukturen af komplekse forbindelser , som udvidede disse ideer til uorganiske forbindelser, hvilket betydeligt udvidede begrebet valens af elementer [48] .
I midten af det 19. århundrede begyndte grænseområdet for videnskab at udvikle sig hurtigt - fysisk kemi . I den indenlandske videnskabshistorie antages det, at M. V. Lomonosov lagde grundlaget for det , idet han gav en definition og introducerede selve navnet på denne disciplin i den videnskabelige tesaurus [49] [50] . Emnet for undersøgelse af fysisk kemi var kemiske processer - hastigheden og retningen af reaktioner, ledsagende termiske fænomener og afhængigheden af disse karakteristika af ydre forhold.
Studiet af de termiske virkninger af reaktioner blev påbegyndt af A. L. Lavoisier, som sammen med P. S. Laplace formulerede termokemiens første lov. I 1840 opdagede G. I. Hess termokemiens grundlæggende lov (" Hess' lov "). M. Berthelot og J. Thomsen formulerede i 1860'erne "princippet om maksimalt arbejde" ( Berthelot-Thomsen princippet ), som gjorde det muligt at forudse den grundlæggende gennemførlighed af kemisk vekselvirkning.
Den vigtigste rolle i at skabe ideer om kemisk affinitet og den kemiske proces blev spillet af termodynamiske studier i midten af det 19. århundrede . Formålet med undersøgelsen af kemisk termodynamik var først og fremmest tilstanden af kemisk ligevægt , først beskrevet af A. W. Williamson i 1850 og studeret af G. Rose , R. V. Bunsen , A. E. St. Clair Deville , M. Berthelot og andre forskere.
I 1867 opdagede K. M. Guldberg og P. Waage loven om masseaktion [51] . Ved at repræsentere ligevægten af en reversibel reaktion som ligheden mellem to affinitetskræfter, der virker i modsatte retninger, viste de, at reaktionsretningen ikke bestemmes af massen af stoffer (som C. L. Berthollet antog i begyndelsen af århundredet ), men af produktet af de aktive masser ( koncentrationer ) af de reagerende stoffer. Den teoretiske behandling af kemisk ligevægt blev udført af J. W. Gibbs ( 1874-1878 ) , D.P. Konovalov ( 1881-1884 ) [52] og J.G. Van't Hoff ( 1884 ) . Van't Hoff formulerede også princippet om bevægelig ligevægt, som senere blev generaliseret af A. L. Le Chatelier og C. F. Brown . Skabelsen af doktrinen om kemisk ligevægt blev en af de vigtigste resultater af fysisk kemi i det 19. århundrede , hvilket var vigtigt ikke kun for kemien, men for hele naturvidenskaben [53] .
I 1850'erne begyndte systematiske undersøgelser af hastigheden af kemiske reaktioner med værker af L.F. Wilhelmy [54] , hvilket førte til skabelsen af grundlaget for formel kinetik i 1880'erne (J.G. van't Hoff, W. Ostwald , S. A Arrhenius ). I 1890'erne udgav Ostwald også en række klassiske værker om studiet af katalytiske processer .
En vigtig bedrift af fysisk kemi i det 19. århundrede var skabelsen af doktrinen om løsninger . Alternative fysiske og kemiske teorier om løsninger udviklet sig ud fra ideerne fra Berzelius, der anså løsninger for at være mekaniske blandinger, under dannelsen af hvilke kræfterne af kemisk affinitet ikke virker, og Berthollet, der betragtede løsninger som ikke-støkiometriske forbindelser . Fysisk teori har gjort betydelige fremskridt i den kvantitative beskrivelse af nogle egenskaber ved opløsninger (1. og 2. lov af F. M. Raoult , den osmotiske lov af J. G. Van't Hoff, teorien om elektrolytisk dissociation af S. A. Arrhenius) [55] [56] .
Opdagelsen af elektronen af E. Wiechert [57] [58] og J. J. Thomson ( 1897 ) og radioaktivitet af A. Becquerel ( 1896 ) blev bevis på atomets delelighed, hvis mulighed begyndte at blive diskuteret efter W. Prout fremsatte hypotesen om protyle ( 1815 ). Allerede i begyndelsen af det 20. århundrede dukkede de første modeller af atomets struktur op: "cupcake" ( W. Thomson , 1902 og J.J. Thomson, 1904 ) [59] , planetarisk ( J.B. Perrin , 1901 og H. Nagaoka , 1903 år ) [60] , "dynamisk" ( F. Lenard , 1904) [61] . I 1911 foreslog E. Rutherford , baseret på eksperimenter med spredning af α-partikler, en nuklear model, som blev grundlaget for at skabe en klassisk model af atomets struktur ( N. Bohr , 1913 [62] og A. Sommerfeld , 1916 [63] ). Baseret på det lagde N. Bohr i 1921 grundlaget for den formelle teori om det periodiske system , som forklarede periodiciteten af grundstoffernes egenskaber ved den periodiske gentagelse af strukturen af det ydre elektroniske niveau af atomet [64] [65 ] . Efter at V. Pauli formulerede udelukkelsesprincippet (1925) [66] , og F. Hund foreslog empiriske regler for fyldning af elektronskaller (1925-1927) [67] , var den elektroniske struktur af alle grundstoffer kendt på den tid generelt etableret.
Efter opdagelsen af atomets delelighed og etableringen af elektronens natur som dens komponent, opstod der reelle forudsætninger for udviklingen af teorier om kemisk binding. Den første var R. Abeggs ( 1904 ) begreb om elektrovalens [68] , baseret på ideen om atomers affinitet for en elektron. Bohr-Sommerfeld-modellen, ideer om valenselektroner ( J. Stark , 1915) [69] og ideen om den særlige stabilitet af to- og otte-elektronskaller af inerte gasatomer dannede grundlaget for klassiske teorier om kemisk binding . W. Kossel ( 1916 ) [70] udviklede teorien om heteropolær (ionisk) binding, og J. N. Lewis ( 1916 ) [71] og I. Langmuir ( 1919 ) [72] udviklede teorien om homøopolær (kovalent) binding [73] [74] .
I slutningen af 20'erne og begyndelsen af 30'erne af det 20. århundrede blev der dannet fundamentalt nye - kvantemekaniske - ideer om atomets struktur og arten af den kemiske binding.
Med udgangspunkt i den franske fysiker L. de Broglies idé om tilstedeværelsen af bølgeegenskaber i materialepartikler [75] udledte den østrigske fysiker E. Schrödinger i 1926 den grundlæggende ligning af den såkaldte. bølgemekanik, der indeholder bølgefunktionen og gør det muligt at bestemme de mulige tilstande af et kvantesystem og deres ændring i tid [76] . Noget tidligere udviklede den tyske fysiker W. Heisenberg sin version af atomets kvanteteori i form af matrixmekanik [77] .
Den kvantemekaniske tilgang til atomets struktur har ført til skabelsen af nye teorier, der forklarer dannelsen af bindinger mellem atomer. Allerede i 1927 begyndte W. G. Geitler og F. London at udvikle den kvantemekaniske teori om kemisk binding og udførte en omtrentlig beregning af brintmolekylet [78] . Udvidelsen af Heitler-London-metoden til polyatomiske molekyler førte til skabelsen af valensbindingsmetoden , som blev skabt i 1928-1931 . L. Pauling og J.K. Slater . Hovedideen med denne metode er antagelsen om, at atomare orbitaler bevarer en vis individualitet under dannelsen af et molekyle. I 1928 foreslog Pauling teorien om resonans og ideen om hybridisering af atomare orbitaler , og i 1932 et nyt kvantitativt begreb om elektronegativitet [79] [80] .
I 1929 lagde F. Hund , R. S. Mulliken og J. E. Lennard-Jones grundlaget for den molekylære orbitale metode , baseret på konceptet om fuldstændigt tab af individualiteten af atomer kombineret til et molekyle. Hund skabte også den moderne klassifikation af kemiske bindinger; i 1931 kom han til den konklusion, at der er to hovedtyper af kemiske bindinger - en simpel eller σ-binding og en π-binding. E. Hückel udvidede MO-metoden til at omfatte organiske forbindelser og formulerede i 1931 den aromatiske stabilitetsregel , som fastslår, om et stof tilhører den aromatiske serie [81] .
Takket være kvantemekanikken blev metoden til at danne en binding mellem atomer i 30'erne af det 20. århundrede grundlæggende klarlagt; derudover, inden for rammerne af den kvantemekaniske tilgang, fik Mendelejevs teori om periodicitet en korrekt fysisk fortolkning. Skabelsen af et pålideligt teoretisk grundlag har ført til en betydelig stigning i mulighederne for at forudsige stoffets egenskaber. Et træk ved kemien i det 20. århundrede var den udbredte brug af det fysiske og matematiske apparatur og forskellige beregningsmetoder [64] .
En reel revolution inden for kemi var fremkomsten i det 20. århundrede af en lang række nye analytiske metoder, primært fysiske og fysisk-kemiske ( røntgendiffraktionsanalyse , elektronisk og vibrationsspektroskopi , magnetokemi og massespektrometri , EPR- og NMR-spektroskopi , kromatografi osv. .). Disse metoder gav nye muligheder for at studere sammensætningen, strukturen og reaktiviteten af et stof.
Et karakteristisk træk ved moderne kemi er blevet dets tætte samspil med andre naturvidenskaber, som et resultat af hvilket biokemi , geokemi og andre grene er dukket op i skæringspunktet mellem videnskaber. Samtidig med denne integrationsproces forløb selve kemiens differentieringsprocessen intensivt. Selvom grænserne mellem sektioner af kemi er ret konventionel, kolloid kemi og koordinationskemi , krystalkemi og elektrokemi , har kemien af makromolekylære forbindelser og nogle andre sektioner erhvervet funktionerne i uafhængige videnskaber.
En naturlig konsekvens af forbedringen af den kemiske teori i det 20. århundrede var nye succeser inden for praktisk kemi - den katalytiske syntese af ammoniak , fremstilling af syntetiske antibiotika , polymere materialer osv. Kemikernes succes med at opnå et stof med ønskede egenskaber, bl.a. andre resultater af anvendt videnskab førte i slutningen af det 20. århundrede til grundlæggende ændringer i menneskehedens liv.