Зарождение химии. Алхимия
Открытие фосфора
Теория флогистона
Создание химической номенклатуры
Органическая химия. Главные законы химии
Периодический закон и законы химического равновесия
Катализ и полимеры
Открытие радиоактивности

В начале XIX века органическая химия влачила жалкое существование. В это время еще сохранялись средневековые представления о том, что органические соединения, которые являются продуктами жизнедеятельности живого мира растений и животных, получаются только под действием таинственной "жизненной силы". Искусственный синтез органических веществ считался принципиально невозможным.

Однако в 1828 году немецкий химик Фридрих Вёлер решил получить кристаллический цианат аммония NH₄NCO упариванием водного раствора этой соли. Каково же было его удивление, когда анализ выделенных кристаллов показал, что получен вовсе не цианат аммония, а природное органическое соединение мочевина (NH₂)₂CO, входящая в состав мочи животных и человека! При выпаривании раствора произошла реакция изомеризации, связанная с перегруппировкой атомов в молекуле:

NH₄NCO (NH₂)₂CO

После открытия Вёлера началось необычайно быстрое развитие органической химии. В XVIII и в начале XIX века происходит формирование теоретических основ химии, ее главных законов. В 1748 году Ломоносов, а в 1781 году Лавуазье доказали, что общая масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна общей массе продуктов реакции.

В 1803 году английский химик и физик Джон Дальтон ввел в употребление фундаментальное понятие атомного веса (массы) и открыл закон кратных отношений. Сейчас этот закон читается так: если два химических элемента образуют несколько соединений, то количества атомов одного элемента, приходящиеся на одно и то же количество атомов другого, относятся как целые числа. Например, в оксидах азота NO и NO₂ отношение N : O равно соответственно 1:1 и 1:2.

В 1801-1808 гг. между химиками разных стран разгорелся ожесточенный спор, начало которому положили французские химики Клод Бертолле и Жозеф Пруст. Первый утверждал, что продукты химических реакций не имеют постоянного состава. Второй химик считал доводы Бертолле несостоятельными и писал в одной и статей: "Японская киноварь имеет такой же относительный состав, как и испанская".

Все химики разделились на два лагеря. Диспут закончился победой Пруста, который доказал, что каждое определенное химическое соединение, независимо от способа его получения, состоит из одних и тех же химических элементов, причем соотношение их масс постоянно. После 1808 года большинство химиков того времени признало закон постоянства состава всеобщим законом природы.

Лишь в ХХ веке было установлено, что оба химика были правы. Закон Пруста оказался справедлив только для газообразных и жидких веществ молекулярного строения, чаще всего - органических соединений. К твердым веществам ионного строения закон постоянства состава неприменим: в большинстве случаев они являются нестехиометрическими соединениями переменного состава.

В 1864 году норвежские ученые - физикохимик Като Гульдберг и химик Петер Вааге открыли основной закон химического равновесия - закон действующих масс. Они обнаружили, что частное от деления произведения молярных концентраций продуктов обратимой реакции на произведение молярных концентраций оставшихся неизрасходованными исходных веществ не зависит от концентраций веществ - участников реакции и является величиной постоянной. Гульдберг и Вааге называли молярную концентрацию взаимодействующих веществ (отношение количества вещества в моль к его объему в л) "действующей массой".
Химическое равновесие - это состояние не закончившейся химической реакции при данных температуре и давлении, когда в реакторе находятся и реагенты, и продукты, причем их концентрации со временем не меняются.

Прошло еще двадцать лет, и французский физикохимик Анри Ле-Шателье установил, что химическим равновесием можно управлять, смещая его вправо или влево. Найденная им закономерность получила название закона смещения химического равновесия, или принципа Ле Шателье. В соответствии с этим законом при внешнем воздействии на химическую реакцию, находящуюся в равновесии, последнее смещается в сторону, ослабляющую производимое воздействие.

Так, если смесь трех газов - диоксида серы SO₂, триоксида серы SO₃ и кислорода О₂ - находящуюся в состоянии химического равновесия:

2SO₂ + O₂ 2SO₃,

Самым значительным событием XIX века было открытие Д.И. Менделеевым в 1869 году Периодического закона, на основе которого им была составлена периодическая система химических элементов. Используя эту таблицу, Менделеев предсказал существование и свойства трех еще неизвестных тогда химических элементов - "экаалюминия", "экабора" и "экасилиция". Предсказанные им химические элементы были открыты в период с 1875 по 1886 гг. и названы соответственно галлием Ga, скандием Sc и германием Ge.

Нельзя не отметить, что в XIX столетии зарождались и первые представления о каталитических реакциях и катализаторах. Каталитические химические реакции - это реакции, протекающие только в присутствии особых веществ, называемых катализаторами. Катализаторы изменяют скорость реакции или "возбуждают" ее, но при этом после окончания реакции остаются в неизменном виде и количестве.

В 1818 году французский химик Луи Тенар открыл пероксид водорода H₂O₂ и установил каталитическое действие на него ряда твердых веществ, например, MnO₂. Эти вещества вызывали разложение H₂O₂:

Через 13 лет немецкий химик Иоганн Дёберейнер с удивлением обнаружил, что мелко раздробленная платина ("платиновая чернь") способна вызвать самовоспламенение водорода и превратить этиловый спирт С₂Н₅ОН в уксусную кислоту СН₃СООН, сама при этом не теряя и не увеличивая своей массы.

В начале ХХ века химикам, благодаря катализаторам, наконец удалось использовать атмосферный азот в химических реакциях. В 1907-1908 гг. немецкие ученые - физикохимик Вальтер Нёрнст и химик-органик Фриц Габер, применяя высокое давление и температуру в несколько сотен градусов, при помощи марганцевого катализатора связали водород и атмосферный азот в молекулы аммиака NH₃ по реакции:

N₂ + 3H₂ 2NH₃

В 1964 году российский химик Марк Вольпин открыл реакцию извлечения из атмосферы азота в обычных условиях при помощи катализаторов - комплексных соединений титана, хрома и некоторых других металлов.
Появляются и первые полимеры - соединения с высокой молекулярной массой, состоящие из большого числа повторяющихся групп или звеньев атомов, образующих либо открытую цепь, либо трехмерную сетку. В 1867 году российский химик Александр Бутлеров получил первый полимер - неизвестный ранее полиизобутилен

{(CH₃)₂C=CH₂}_n, а в 1910 году Сергей Лебедев, тоже российский химик, синтезировал первый образец искусственного каучука.

На границе двух последних веков произошло событие, изменившее судьбу человечества.
Французский физик Антуан Беккерель в одном из своих опытов завернул кристаллы сульфата уранил-калия K₂(UO₂)(SO₄)₂ в черную светонепроницаемую бумагу и положил сверток на фотопластинку. После проявления он обнаружил на ней очертания кристаллов. Так была открыта естественная радиоактивность соединений урана.

Наблюдения Беккереля заинтересовали французский ученых, физика и химика Мари Склодовскую-Кюри и ее супруга физика Пьера Кюри. Они занялись поисками новых радиоактивных химических элементов в минералах урана. Найденные ими в 1898 году полоний Po и радий Ra оказались продуктами распада атомов урана. Это была уже настоящая революция в химии, так как до этого атомы считались неделимыми, а химические элементы - вечными и неразрушимыми.

В ХХ веке в химии произошло много интересных открытий. Вот только небольшая часть из них. С 1940 по 1988 гг. было синтезировано 20 новых химических элементов, не найденных в природе, в том числе технеций Tc и астат At. Удалось получить элементы, находящиеся в Периодической системе после урана, от нептуния Np с атомным номером 93 до элемента, не имеющего до сих пор общепризнанного названия, с атомным номером 114.

Происходит постепенное слияние неорганической и органической химии и образованием на их основе химии металлоорганических соединений, бионеорганической химии, химии кремния и бора, химии комплексных соединений. Начало этому процессу положил датский химик-органик Вильям Цейзе, синтезировавший в 1827 году необычное соединение трихлороэтиленплатинат(II) калия K[Pt(C₂H₄)Cl₃]. Только в 1956 году удалось установить характер химических связей в этом соединении.

Во второй половине XX века удалось получить искусственным путем такие очень сложные природные вещества, как хлорофилл и инсулин. Были также синтезированы соединения благородных газов от радона Rn до аргона Ar, считавшихся ранее инертными, неспособными к химическому взаимодействию. Положено начало получению топлива из воды и света.

Возможности химии оказались беспредельными, а самые необузданные фантазии человека в области синтеза веществ с необычными свойствами - осуществимыми. Их реализацией и займется молодое поколение химиков первой половины XXI века.

начало