С эпохи Возрождения химические исследования все в большей степени стали использовать для практических целей (металлургия, стеклоделие, производство керамики, красок). В начале VI века алхимики стали использовать полученные знания для нужд промышленности и медицины. Реформатором в области горного дела и металлургии явился Агрикола, а в области медицины — Парацельс, который указывал, что « цель химии состоит не в изготовлении золота и серебра, а в изготовлении лекарств». В 16-18 веках возникло также особое медицинское направление алхимии — ятрохимия (иатрохимия), представители которого рассматривали процессы, происходящие в организме, как химические явления, болезни — как результат нарушения химического равновесия и ставили задачу поиска химических средств их лечения.
Все настойчивее становилось желание исследователей понять истинные причины необъяснимых процессов, раскрыть тайны великих, но случайных достижений практики. Множилось число опытов, появлялись первые научные гипотезы. В средние века человек начал активно и сознательно соперничать с Природой в получении полезных веществ и материалов. Постепенно создавалась химическая наука, и уже в средневековье появилось химическое производство.
7 ПРОСТЫХ ХИМИЧЕСКИХ ОПЫТОВ ДЛЯ ДОМА!
На Руси химия развивалась преимущественно самобытно. В Киевской Руси осуществляли выплавку металлов, производство стекла, солей, красок, тканей. При Иване Грозном в Москве в 1581 г. была открыта аптека. При Петре I были построены купоросные и квасцовые заводы, первые химические мануфактуры, а в Москве насчитывалось уже восемь аптек.
Дальнейшее развитие химии в России связано с работами М.В. Ломоносова.
Более двухсот лет назад наш знаменитый соотечественник Михаил Васильевич Ломоносов выступил в публичном собрании петербургской Академии наук. В докладе, сохранившемся в истории науки под красноречивым названием « Слово о пользе химии», мы читаем вещие строки: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие. Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, везде обращаются веред очами нашими успехи ее прилежания».
Глубокие и оригинальные исследования Михаила Васильевича способствовали развитию не только теории химии, но и химической практики. Ему удалось разработать простую технологию окрашивания стекла, он делал яркие искусственные мозаичные плитки, превосходившие по сочности и разнообразию оттенков натуральные цветные камни, пластинки из которых много веков использовались для составления мозаик, украшавших здания.
М.В. Ломоносов наладил, выражаясь современным языком, их промышленный выпуск. Это была одна из первых в истории химии побед синтезированного, изготовленного человеком нового материала над веществом, созданным Природой. Удачи все же приходили слишком редко. Наиболее проницательные ученые XVIII века, и среди них М.Н. Ломоносов, понимали, что научные основы химии только закладываются.
Нельзя же все время следовать по бесконечному пути бесчисленных опытов и повторять одни и те же ошибки. Для дальнейшего прогресса химии были жизненно необходимы новые теории, объясняющие опытные данные и предсказывающие, как поведут себя материалы и вещества при изменении условий, в которых они находятся.
Золотые лекции ЛШ2022: Александр Карпов, «Как синтезировать сверхтяжелые элементы»
Во 2-й половине 17 века Р. Бойль дал первое научное определение понятия «химический элемент». Период превращения химии в подлинную науку завершился во 2-й половине 18 века, когда был открыт М. В. Ломоносовым (1748 г.) и в общем виде сформулирован А. Лавуазье (1789 г.) закон сохранения массы при химических реакциях. В настоящее время этот закон формулируется так: сумма массы вещества системы и массы, эквивалентной энергии, полученной или отданной той же системой, постоянна. При ядерных реакциях закон сохранения массы следует применять в современной формулировке.
В начале 19 века Дж. Дальтон заложил основы химической атомистики, А. Авогадро ввел понятие «молекула» (новолатинское molecula, уменьшительное от латинского moles — масса). В современном понимании это микрочастица, образованная из атомов и способная к самостоятельному существованию.
Она имеет постоянный состав входящих в нее атомных ядер и фиксированное число электронов и обладает совокупностью свойств, позволяющих отличать молекулы одного вида от молекул другого. Число атомов в молекуле может быть различным: от двух до сотен тысяч (например, в молекуле белков); состав и расположение атомов в молекуле передает химическая формула. Молекулярное строение вещества устанавливается рентгеноструктурным анализом, электронографией, масс-спектрометрией, электронным парамагнитным резонансом (ЭПР), ядерным магнитным резонансом (ЯМР) и другими методами.
Эти атомно-молекулярные представления утвердились лишь в 60-х годах 19 века. Тогда же А.М. Бутлеров создал теорию строения химических соединений, а Д.И. Менделеев (1869 г.) открыл периодический закон, представляющий собой естественную систему химических элементов.
Современная формулировка этого закона звучит так: свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер. Заряд ядра Z равен атомному (порядковому) номеру элемента в системе. Элементы, расположенные по возрастанию Z (H, He, Li, Be. ), образуют 7 периодов. В 1-м — 2 элемента, во 2-м и 3-м — по 8, в 4-м и 5-м — по 18, в 6-м — 32. В 7-м периоде (на 1990 г.) известны 23 элемента.
В периодах свойства элементов закономерно изменяются при переходе от щелочных металлов к благородным газам. Вертикальные столбцы — группы элементов, сходных по свойствам. Внутри групп свойства элементов также изменяются закономерно (напр., у щелочных металлов при переходе от Li к Fr возрастает химическая активность).
Элементы с Z = 58-71, а также с Z = 90-103, особенно сходные по свойствам, образуют 2 семейства — соответственно лантаноиды и актиноиды. Периодичность свойств элементов обусловлена периодическим повторением конфигурации внешних электронных оболочек атомов. С положением элемента в системе связаны его химические и многие физические свойства. Тяжелые ядра неустойчивы, поэтому, напр., америций (Z = 95) и последующие элементы не обнаружены в природе; их получают искусственно при ядерных реакциях.
Закон и система Менделеева лежат в основе современного учения о строении вещества, играют первостепенную роль в изучении всего многообразия химических веществ и в синтезе новых элементов.
Полное научное объяснение периодическая система элементов Менделеева получила на основе квантовой механики. Квантовая механика впервые позволила описать структуру атомов и понять их спектры, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов и т. д. Т. к. свойства макроскопических тел определяются движением и взаимодействием образующих их частиц, законы квантовой механики лежат в основе понимания большинства макроскопических явлений. Так, квантовая механика позволила понять многие свойства твердых тел, объяснить явления сверхпроводимости, ферромагнетизма, сверхтекучести и многое др.; квантовомеханические законы лежат в основе ядерной энергетики, квантовой электроники и т. д. В отличие от классической теории, все частицы выступают в квантовой механике как носители и корпускулярных, и волновых свойств, которые не исключают, а дополняют друг друга.
С конца 19 — начала 20 веков важнейшим направлением химии стало изучение закономерностей химических процессов.
Источник: studwood.net
Химические знания в эпоху Средневековья
Период, охватывающий более тысячелетия, начиная примерно с IV в. н.э., характеризуется медленным прогрессом науки. С историко-химической точки зрения интересным явлением, во многом определяющим «химическую» картину мира того времени, является алхимия – специфическая область средневековой культуры, которую связывают с попытками осуществления трансмутации – взаимопревращения металлов (главным образом, с целью получения золота).
Зарождение алхимии в первые века нашей эры явилось результатом взаимодействия древнегреческой натурфилософии (учения Платона, Аристотеля и их последователей) с практическими знаниями древних ремесленников.
Под влиянием взглядов Аристотеля об общей основе всех тел и их различии в соотношении составляющих элементов-качеств во взглядах на материю сформировалось убеждение в возможности путем взаимопревращения элементов-качеств изменить это соотношение (и соответственно, превратить одно вещество в другое). Известные в то время практические факты подтверждали подобное убеждение. Так, изменения, которым подвергаются твердость, вязкость, цвет и другие свойства веществ (например, металлов) под влиянием многочисленных химических агентов, воспринимались как подтверждение превращения этих веществ и способствовали укреплению идеи об их общей сущности. «Металлы сходствуют в эссенции; они различаются только своей формой», — отмечено в сочинениях крупнейшего средневекового ученого, философа и богослова Альберта Великого.
Одним из важных представлений средневековых философов было представление о степени совершенства объектов окружающего мира. Считалось, что каждый объект может существовать только в процессе бесконечного самосовершенствования.
Комбинация этих воззрений со взглядами Аристотеля, уподоблявшего металлы растениям за их свойство возникать из земли под действием холодных и влажных паров, трансформировалась в алхимическом мышлении в идею о способности металлов развиваться в глубине земли, подвергаясь целому ряду переходов от менее совершенного состояния к более совершенному (состояние совершенства характеризовалось, главным образом, способностью металла быть устойчивым к влиянию внешних сред). По убеждениям алхимиков природа в своем стремлении к совершенству должна постоянно производить золото, но случайные стечения неблагоприятных обстоятельств приводят к образованию «несовершенных» металлов. Подобные идеи, по-видимому, опирались не только на воззрения философов, но и на тот факт, что в земле рядом с чистым металлом обычно встречаются его соединения, из которых чистый металл может быть извлечен. Это приводило к мысли, что соединения, в которых находится данный металл, есть как бы последовательные стадии его усовершенствования.
Своеобразное «смешение» философских идей и химических знаний ремесленников в алхимическом мировоззрении привело (примерно в VIII в.) к интересному в методологическом плане изменению – преобразованию аристотелевских элементов-качеств в алхимические элементы-принципы. Такими элементами-принципами стали считать серу и ртуть.
Эти идеи были связаны с расцветом химических знаний в арабском мире начиная с 800-х гг. Арабские ученые знали переводы греческих и латинских авторов еще до VII в. Всемирно известный авторитет в области химических знаний Джабир ибн Хайан (VIII – нач. IX вв.) был автором нескольких сотен научных трудов, создателем научной школы, подобной платоновской Академии или аристотелеву Ликею. Его современник, врач и философ Ар-Рази, систематизировал и классифицировал вещества (минеральные, растительные, животные) и обобщил опыт использования химических знаний для развития фармации и ремесел. Великий врач и философ Авиценна (около 980-1037 гг.), взгляды которого были близки к представлениям алхимиков, оказал огромное влияние на практические и теоретические знания не только своего времени, но и на последующие поколения (особенно «Канон»).
К XIII в. широко распространилось представление о том, что первичная материя состоит из серы и ртути, но не одноименных веществ, а качественных принципов (т.е. носителей определенных свойств, которые они придают телам). При этом сера обычно связывалась с таким свойством, как горючесть, а ртуть олицетворяла собой летучее начало. Соотношение серы и ртути определяло индивидуальность каждого вещества, в том числе и металла. Таких представлений, высказанных еще в VIII в. арабским алхимиком Джабиром, придерживались знаменитые европейские алхимики XIII в. Альберт Великий, Роджер Бэкон, Арнольд из Виллановы, Раймонд Луллий и ряд ученых более позднего времени.
Нетождественность входящих в состав тел элементов-принципов ртути и серы одноименным веществам многократно подчеркивалась в средневековых сочинениях. Однако, само преобразование философской категории элемент-качество в элемент-принцип, а также оперирование очень многих алхимиков именно с соединениями ртути и серы свидетельствуют о том, что иногда элементы-принципы неосознанно воспринимались и как элементы-вещества. Этот факт отражает специфическую особенность алхимического мировоззрения, фактически принимавшего двойную сущность элемента: умозрительную и вещественную. В преобразовании аристотелевских элементов-качеств в алхимические элементы-принципы наметилось, пусть совсем незначительное, но тем не менее, заметное смещение акцента с очень абстрактных философских понятий о веществе в понятия, более подходящие для практических химических операций.
В XV в. в алхимических концепциях вещества появился третий элемент-принцип – соль. Этот элемент изначально рассматривался как посредник в соединении ртути и серы (его введение обычно приписывается немецкому монаху Василию Валентину).
С позиций представлений об элементах-принципах трансмутация металлов означала придание неблагородным металлам некого определенного, соответствующего золоту соотношении ртутного и серного начал. Восприятие металлов как по сути одного металла (золота) различной степени совершенства приводило к мысли о возможности придать совершенство любому металлу с помощью алхимического искусства, в частности, воздействия на этот металл особым веществом – «философским камнем». Для Средневековья характерен взгляд на трансмутацию металлов как на процесс двойственной природы: рациональный (проведение химических превращений) и мистический (процедура «священнодействия», загадочность изложения алхимических рецептов).
По мнению многих историков химии, приверженность идее трансмутации сыграла определенную роль в непопулярности атомистических воззрений в средние века, поскольку идея о неизменности атомов исключала возможность алхимической трансмутации. Атомистические концепции практически не упоминались в средневековых сочинениях, а иногда, как отличные от поддерживаемого церковью учения Аристотеля, даже преследовались.
К XV в. наметилась тенденция к постепенному угасанию златоискательской идеи, что повлекло за собой некоторое расширение задач алхимии. В это время большое распространение получила лекарственная алхимия, основным объектом которой стал человеческий организм.
К началу XVI в. лекарственная алхимия оформилась в отдельное направление, которое получило название ятрохимия (или иатрохимия, от греческого слова «иатрос» — врач). Немецкий врач XVI в. Парацельс писал, что настоящая цель химии должна состоять «не в делании золота, а в приготовлении лекарств». В трудах Парацельса была развита идея о гармонии «химических» функций здорового организма и нарушении этой гармонии при болезнях. Разделяя алхимические представления об элементах-принципах – ртути, сере и соли – Парацельс высказал идею об определенном содержании этих начал в теле человека, изменение нормального соотношения которых вызывает заболевания. Факт сближения рассмотрения «элементарного состава» металлов и человеческого организма был интересным аспектом ятрохимических концепций.
В XVI – XVII вв. во многом благодаря трудам ятрохимиков наметилось проникновение алхимического теоретизирования в практическую деятельность ремесленников. Появились собственные труды технохимиков, например А. Либавия («Алхимия»), Г. Агриколы («О горном деле и металлургии, 12 книг»), В. Бирингуччо («Pirotechnia») и др., суммирующие опыт извлечения металлов из руд, приготовление пиротехнических средств и т.п., носящие прикладной, утилитарный характер. Сочинения ятрохимиков, например, А. Либавия, содержали не только описания, но и рекомендации по усовершенствованию химических операций практического характера. Практическая химическая деятельность стала, таким образом, восприниматься как объект для изучения.
Результатом включения ремесленной технохимической деятельности в контекст ятрохимических (и алхимических) рассуждений стало преобразование к XVII в. химических ремесел в систему химической технологии. В трудах ятрохимиков наметился важный позитивный сдвиг в химическом мышлении, который проявился в придании элементу большего вещественного статуса (хотя ощутимая доля абстрактности в понимании вещей сохранилась). Лишь в конце XVIII в. одержали верх исследователи, называвшие себя «химиками», которые под алхимией понимали только поиски способов получения золота. Алхимия перестала существовать как область человеческой деятельности.
В литературе высказываются неоднозначные суждения о значении алхимии в истории науки: от признания ее по сути единственным руслом развития химических знаний в эпоху средневековья до отведения ей абсолютно негативной роли в истории научного познания.
Многие историки видят основное значение алхимии в ее своеобразном посредничестве между технологическим ремеслом и натурфилософским размышлением, в специфическом сближении в ней этих двух направлений человеческой деятельности. Это сближение в конечном счете проявилось в том, что в алхимическом мышлении наметилась важная особенность: одновременное размышление о веществе и оперирование с веществом.
Источник: lektsia.com
Развитие химии
Развитие химии, как знания о превращении одних веществ в другие, началось с эпохи начала освоения огня. Около 10 тысяч лет до н.э. человек уже был знаком с огнём и искал пути его применения. В то же время наибольший интерес у человека вызывал металл. Металл был материалом, который на тот момент обладал ни с чем несравнимой прочностью. Металл находили в свободном состоянии, и в результате того, что он под воздействием огня легко поддавался обработке, уже 7000 лет назад люди научились изготавливать из него различные предметы жизненного обихода.
Первым известным человеку металлом считается золото. Именно его впервые нашёл человек в свободном состоянии и научился изготавливать из него предметы. С золотом находилось серебро, медь. Эти металлы легко обрабатываются и достаточно легко плавятся. Серебро и золото (даже в настоящее время) в природе могут находиться в сплавленном состоянии.
Разделить эти металлы – достаточно трудоёмко. Поэтому в древние времена сплав серебра и золота считался простым металлом (как сейчас является каждый из них).
Развитие химии дало начало развитию металлургии и выражалось на тот момент добычей металла, его обработкой и получением отдельных предметов. Наиболее весомое развитие металлургическое ремесло получило, когда человек научился из добываемой руды получать медь.
В истории химии имеются этапы развития химии, которые в свою очередь ознаменованы периодами освоения того или иного металла.
Следующими этапом развития химии является освоение бронзы, который вошёл в историю химии под названием Бронзовый век.
Бронзовый век
Первое получение и применение бронзы произошло приблизительно в 4000 году до н.э. Бронза – сплав, который требовал определённых знаний от ремесленников, работающих с металлом. Такие знания в тот период имели древние государства: Египет и Греция. Широкое применение бронзовые изделия получили у финикийцев. Это мирный народ обладал большими знаниями.
Они широко использовали бронзу, изготавливая из неё различные военные предметы в основном с целью продажи.
Очередным этапом развития химии после освоения бронзы стало освоение железа, в связи с чем следующим периодом в истории химии ознаменован железный век.
Железный век.
Начало железного века приходится приблизительно на 1200 год до н.э. В первое время знакомства человека с железом этот металл считался драгоценным. По сравнению с бронзой, золотом, серебром и медью железо обладало очень высокой прочностью. Его сложно было получить и добыть.
В процессе развития химии и, соответственно, металлургии, человек научился получать сплав железа и углерода, называемый сейчас – сталью. Получение стали дало толчок к новому применению железа — изготовлению прочного оружия.
В истории химии известно, что древним государством, обладающим большими знаниями, был Египет. Жители Египта могли изготавливать различные красители, готовить мыло, изделия парфюмерии, кроме того они умели сплавлять и получать стекло и готовить лекарства. Все эти знания были достаточно эффективны, но не имели научного обоснования. Получение тех или иных веществ происходило в результате наблюдений и опытов без пояснений. Все получаемые знания в строгой секретности хранились и передавались жрецами, считавшимися служителями бога, которым на тот момент являлась Земля.
В истории химии греческое древнее государство также играет немалую роль в развитии химии как науки. Греки многому научились у египтян, в результате чего освоенные знания получили название — химия. Интересно также то, что возможно название химия имеет, всё-таки, египетское происхождение, так как древние египтяне называли свою страну Хем.
Химия являлась частью знаний, которые пытались объяснить, 600 лет до н.э. Знания постепенно отделялись от религии и переходили в самостоятельное мировосприятие окружающей природы. Такое разделение науки и религии происходило с философской стороны.
Одним из первых основоположников такого восприятия мира был известный философ Аристотель, предполагая, что все существующие предметы и вещества могут состоять только из четырёх фундаментальных элементов — это вода, огонь, земля и воздух. Каждое из названных веществ характеризует собственное свойство, так вода — влажность, земля — холод, теплом, огонь — тепла, воздух — сухость. Кроме того, он говорил, что вода – находится в жидком состоянии, воздух – в газообразном, Земля — в твёрдом состоянии, а огонь – в раскалённом. До Аристотеля философ Демокрит говорил и доказывал, что вся существующая и окружающая нас материя состоит из мельчайших неделимых частиц!
В европейские страны знания о превращении и взаимодействии веществ были доставлены арабами, которые смогли покорить народы востока. Восточный народ имел знания по химии, которые трансформировались под арабское название Алхимия. Со временем, знания стали называться химия.
В VII веке, в то время, когда ещё существовало арабское название Алхимия, люди, занимавшиеся наукой, думали, что металлы — это такие вещества, которые состоят из 3-х основных элементов: соль — как символ твёрдости и способности к растворимости; сера — как вещество способное нагреваться и гореть при высоких температурах; ртуть — вещество, способное к испарению и обладающее блеском. В связи с чем предполагалось, что, например, золото, являвшееся драгоценным металлом, тоже обладает точно такими же элементами, а значит и получить его можно из любого металла! Предполагалось, что получение золота из любого другого металла связано с действием философского камня, которые безуспешно пытались найти алхимики. Кроме того, верили, что если выпить эликсир, приготовленный из этого камня, то приобретешь вечную молодость!
Ни филосовского камня, ни золота из других металлов в истории химии алхимикам средних веков найти и сделать не удалось. Но от них нам достался большой опыт работы со многими веществами, новые открытые элементы и их свойства.
XV век — период в истории химии ознаменован применением алхимии для изготовления различных медицинских препаратов. Благодаря развитию точных наук, развитие химии всё более приобретало научный характер. Химия постепенно отделялась от философии и уже, как наука, строилась на обобщениях и анализе отдельных наблюдаемых явлений.
Постепенно уровень развития химии позволил создавать общества, которые имели научный подход к химии, могли передавать и продолжать накапливать знания. Этими местами были первые академии. Так в 1560 году такая академия образовалась в Неаполе. Через 100 лет подобная академия появилась в Лондоне.
Во второй половине XVII века ирландским учёным Робертом Бойлем предпринята попытка объяснения некоторых химических превращений на основании применения строения атома (по теории Демокрита).
Первым шагом в развитии химии, где химия существовала, как самостоятельная наука, можно считать с момента открытия закона сохранения масс. Этот закон был впервые сформулирован Лавуазье, который в процессе свое научной деятельности положил основы исследования вещества уже с научной точки зрения!
Перейти на английский
History of chemistry. The development of chemistry
Источник: www.kristallikov.net