Химия сегодня

этот факт, казалось бы, убедительно доказывает спра-ведливость предположений Лавуазье, а тогда большинство химиков отнеслись к нему скептически. Одной из причин такого отношения было то, что Лавуазье не мог объяснить процесс горения водорода. В 1783 г. он узнал, что, используя электрическую дугу, Кавендиш доказал образование воды при сжигании смеси водорода и кислорода в закрытом сосуде. Повторив этот опыт, Лавуазье нашел, что вес воды соответствует весу исходных веществ. Затем он провел эксперимент, в котором пропускал водяной пар через железные стружки, помещенные в сильно нагреваемую медную трубку. Кислород соединялся с железными стружками, а водород собирался на конце трубки. Таким образом, воспользовавшись пре-вращениями веществ, Лавуазье сумел объяснить процесс горения и качественно, и количественно, и для этого ему уже не нужна была теория флогистона. Пристли же и Шееле, которые, открыв кислород, фактически создали основные предпосылки для по-явления кислородной теории Лавуазье, сами твердо придерживались позиций теории флогистона. Кавендиш, Пристли, Шееле и некоторые другие химики полагали, что расхождения ме-жду результатами опытов и положениями теории флогистона удастся устранить путем создания дополнительных гипотез. Надежность и полнота опытных данных, ясность аргументации и простота изложения способствовали быстрому распространению системы Лавуазье в Англии, Голландии, Германии, Швеции, Италии. В Германии представления Лавуазье были изложены в двух работах д-ра Гиртаннера “Новая химическая номенклатура на немецком языке” (1791 г.) и “Основы антифлогистонной химии” (1792 г.). Благодаря Гиртаннеру впервые появились немецкие обозначения веществ, соответствующие новой номенклатуре, например кислорода, водорода, азота. Работавший в Берлине Гермбштедт опубликовал в 1792 г. учебник Лавуазье в переводе на немецкий язык, а М.Клапрот после того, как он повторил опыты Лавуазье, признал, новое учение; взгляды Лавуазье разделял и знаменитый естествоиспытатель А.Гумбольдт.

В 1790-х годах в Германии не раз публиковались работы Лавуазье. Большинство известных химиков Англии, Голландии, Швеции, талии разделяли взгляды Лавуазье. Нередко в историко-научной ли-тературе можно прочесть, что для признания теории Лавуазье химикам понадобилось достаточно много времени. Однако по срав-нению с 200 годами непризнания астрономами взглядов Коперника 10-15-летний период дискуссий в химии не так уж велик. В последней трети XVIII в. одной из важнейших была про-блема, которая многие века интересовала ученых: химики хотели понять, почему и в каких соотношениях соединяются веще-ства друг с другом. К этой проблеме проявляли интерес еще греческие философы, а во времена Возрождения ученые выдвигали идею о сродстве веществ и даже строили ряды веществ по сродству. Парацельс писал, что ртуть образует с металлами амальгамы, причем для разных металлов с различной скоростью ив такой последовательности: быстрее всего с золотом, затем ссеребром, свинцом, оловом, медью и, наконец, медленнее всего с железом. Парацельс считал, что причиной этого ряда химического сродства является не только “ненависть” и “любовь” веществ друг к другу. В соответствии с его представлениями металлы содержат серу, и, чем меньше ее содер-жание, тем чище металлы, ачистотавеществ в значительной мере определяет их сродство друг к другу. Г.Шталь объяснял ряд осаждения металлов как результат различного содержания в них флогистона. До последней трети XVIII в. многочисленные исследования были направлены на то, чтобы рас-положить вещества по величине их “сродства”, и многие химики составляли соответствующие таблицы. Для объяснения различного химического сродства веществ выдвигались и атомистические представления, а после того, как в конце XVIII - начале XIX вв. Ученые стали понимать влияние элек-тричества на протекание некоторых химических процессов, для этой же цели пытались использовать и представления об электричестве. Основываясь на них, Берцелиус создал дуалистическую теорию состава веществ, в соответствии с, например, соли состоят из положительно и отрицательно заряженных “оснований” и “кислот”: при электро-лизе они притягиваются к противоположно заряженным электродам и могут распадаться при этом на элементы вследствие нейтрализа-ции зарядов. Со второй половины XVIII в. особенно много внимания уче-ные стали уделять вопросу: в каких количественных соотношениях взаимодействуют друг с другом вещества в химических реакциях? Уже давно было известно, что кислоты и осно-вания могут нейтрализовать друг друга. Предпринимались также по-пытки установить содержание кислот и оснований в солях. Т.Бергман и Р.Кирван нашли, что, например, в реакции двойного об-мена между химически нейтральными сульфатом калия и нитратом натрия образуются новые соли - сульфат натрия и нитрат калия, ко-торые тоже являются химически нейтральными. Но ни один из ис-следователей не сделал из этого наблюдения общего вывода. В 1767 г. Кавендиш обнаружил, что количество азотной и серной кислот, ней-трализующие одинаковые количества карбоната калия, нейтрализуют также одинаковое количество карбоната кальция. И.Рихтер первым сформулировал закон эквивалентов, объяснение которому было найдено позднее с позиций атомистической теории Дальтона.

Рихтер установил, что раствор, получающийся при смешивании растворов двух химически нейтральных солей, тоже ней-трален. Он провел многочисленные определения количеств основа-ний и кислот, которые, соединяясь, дают химически нейтральные соли. Рихтер сделал следующий вывод: если одно и то же количество какой-либо кислоты нейтрализуется различными, строго определенными количествами разных оснований, то эти количества оснований эквивалентны и нейтрализуются одним и тем же количеством другой кислоты. Вы-ражаясь современным языком, если к раствору сульфата калия, напри-мер, добавить раствор нитрата бария до полного осаждения сульфата бария, то раствор, содержащий нитрат калия, тоже будет нейтрален:

K2SO4 + Ba(NO3)2 = 2KNO3 + BaSO4.

Следовательно, при образовании нейтральной соли эквива-лентны друг другу следующие количества: 2K, 1Ba, 1SO4 и 2NO3. По-линг обобщил и сформулировал в современном виде этот закон со-единительных весов”: “Весовые количества двух элементов (или их целочисленные кратные), которые, реагируют с одним и тем же ко-личеством третьего элемента, реагируют друг с другом в тех же коли-чествах”. Вначале работы Рихтера почти не привлекли внимания исследователей, поскольку он пользовался еще терминологией фло-гистонной теории. Кроме того, полученные ученым ряды эквива-лентных весов были недостаточно наглядны, а предложенный им выбор относительных количеств оснований не имел серьезных доказательств. Положение исправил Э.Фишер, кото-рый среди эквивалентных весов Рихтер выбрал в качестве эталона эк-вивалент серной кислоты, приняв его равным 100, и составил, исходя из этого, таблицу “относительных весов” (эквивалентов) соединений. Но о таблице эквивалентов Фишера стало известно лишь благодаря Бертолле, который, критикуя Фишера, привел эти данные в своей книге “Опыт химической статики” (1803 г.). Бертолле сомневался, что состав химических соединений постоянен. Он имел на это основание. Вещества, которые в начале XIX в. считались чистыми, на самом деле были либо смесями, либо равновесными системами различных веществ, а количественный состав химических соединений во многом зависел от количеств ве-ществ, участвующих в реакциях их образования.

Некоторые историки химии считают, что, подобно Венцелю, Бертолле также предвосхитил основные положения закона дейст-вия масс, который аналитически выражал влияние количеств взаимо-действующих на скорость превращения. Немецкий химик К.Венцель в 1777 г. показал, что скорость растворения металла в кислоте, изме-ряемая количеством металла, растворившегося за определенное время, пропорциональна “силе” кислоты. Бертолле сделал многое для учета влияния масс реагентов на ход превращения. Однако между рабо-тами Венцеля и даже Бертолле, с одной стороны, и точной формули-ровкой закона действия масс - с другой, существует качественное различие. Негативное отношение Бертолле к закону нейтрализации Рих-тера не могло длиться долго, так как против положений Бертолле энергично выступил Пруст. Проделав в течение 1799-1807 гг. массу анализов, Пруст дока-зал, что Бертолле сделал свои выводы о различном составе одних и тех же веществ, анализируя смеси, а не индивидуальные вещества, что он, например, не учитывал содержания воды в некоторых оксидах. Пруст убедительно доказал постоянство состава чистых химических соединений и завершил свою борьбу против взглядов Бертолле уста-новлением закона постоянства состава веществ: состав одних и тех же веществ независимо от способа получения одинаков (постоянен).

Периодический закон.

Рассматривая историю химии я не могу не упяуть об от-крытии периодического закона. Уже на ранних этапах развития химии было обнаружено, что раз-личнымлементам присущи особые свойства. Вначале элементы раз-деляли всего на два типа - металлы и неметаллы. В 1829 г. немецкий химик Иоганн Деберейнер обнаружил су-ществование нескольких групп из трех элементов (триад) со сход-ными химическими свойствами. Деберейнер обнаружил всего 5 триад, это:

1. Cl, Br, I

2. S, Se, Te

3. Ca, Cr, Ba

4. Li, Na, K

5. Fe, Co, Ni

Это обнаружение свойств элементов побудило к дальнейшим исследованиям химиков, которые пытались найти рациональные способы классификации элементов.

В 1865 г. английский химик Джон Ньюлендс (1839-1898) заинтересовался проблемой периодической повторяемости свойств элементов. Он расположил из из-вестных элементов в порядке возрастания их атомных масс следующим образом: H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Cr Ti Mn Fe

Ньюлендс заметил, что в этой последовательности восьмой элемент (фтор) напоминает первый (водород), девятый элемент напоминает второй и т.д. Тем самым через каждые восемь элементов свойства повторялись. Однако в этой системе элементов было много неверного:

1) В таблице не нашлось места новым элементам.

2) Таблица не открывала возможности научного подхода к определению атомных масс и не позволяла сделать выбор между их вероятными наилучшими значе-ниями.

3) Некоторые элементы представлялись не-удачно размещенными в таблице. Например железо сопоставля-лось с серой (!) и т.д.

Несмотря на большое количество недостатков, попытка Ньюлендса явилась шагом в правильном направлении. Мы знаем, открытие периодического закона при-надлежит Дмитрию Ивановичу Менделееву. Давайте рас-смотрим историюего открытия. В 1869 году Н.А.Меншуткин представил членам Русского химического общества небольшую работу Д.И.Менделеева “Соотношение свойств с атомным ве-сом элементов”. (Сам Д.И.Менделеев на заседании не присутствовал.) На этом заседании работа Д.И.Менделеева не была воспринята всерьез. Пауль Вальден писал впоследствии: “Большие события слиш-ком часто встречают незначительный отклик, и тот день, который должен был стать знаменательным днем для мо-лодого Русского химического общества, а в действитель-ности оказался будничным днем”. Д.И.Менделеев любил дерзкие идеи. Обнаружен-ная им закономерность гласила: химические и физиче-ские свойства элементови их соединений нахо-дятся в периодической зависимости от атомных весов элементов. Подобно своим предшественникам, Д.И.Менделеев выделил наи-более типичные элементы. Однако он предположил нали-чие пустот в таблице и осмелился утверждать, что они должны быть заполнены не открытыми еще элементами. В одно и тоже время с Менделеевым над этой же про-блемой работал Лотарь Мейер, который опубликовал свою работу в 1870 году. Однако приори-тет в открытиипериодического заслуженно остается за Дмитрием Ивановичем Менделеевым, т.к. даже сам Л.Мейер не помышлял отрицать выдающуюся роль Д.И.Менделеева в открытии периодического закона. В своих воспоминаниях Л.Мейер указывал, что пользовался при написании своей работы рефератом статьи Д.И.Менделеева. В 1870 году Менделеев внес в таблицу некото-рые изменения: как любая закономерность, в основе кото-рой лежит bepm` идея, новая система оказалась жиз-неспособной, поскольку в ней предусматривалась возмож-ность уточнений. Как я уже говорил, гениальность теории Менде-леева состояла в том, что он оставил пустоты в своей таб-лице. Тем самым он предположил (а точнее был уверен), что еще не все элементы открыты. Однако Дмитрий Иванович не остановился на достигнутом. С помощью пе-риодического закона он даже описал химические и фи-зические свойства еще не открытых химических элемен-тов, например: галлия, германия, скандия, которые полностью подтвердились. После этого большинство ученых убедилось в правильности теории Д.И.Менделеева. В наше время периодический закон имеет огромное

значение. С помощью его предсказывают свойства химических со-единений, продукты реакций. С помощью периодического закона и в наше время предсказывают свойства элементов - это элементы которые нельзя получить в весомых коли-чествах.

Заключение.

После работ Лавуазье, Пруста, Ломоносова и Мен-делеева, уже в нашем веке было сделано много важней-ших открытий в области химии и физики. Это работы по термодинамике, строению атома и молекул, электрохимии, - этот список можно продолжить до бесконечности. Од-нако открытия Лавуазье и Д.И.Менделеева остаются фун-даментом химических знаний.

Особенности современной химии.

3

Я разбил на разделы особенности современной химии, предлагаю их к вашему вниманию:

1) Атомно-молекулярная концепция, структурные и электронные представления – основа современной химии.

2) Широкое использование — математики и компьютеров, — сложных физических методов, — классической и квантовой механики.

3) Особая роль теоретической химии, компьютерного моделирования и компьютерных экспериментов. Химия на бумаге. Химия на дисплее.

4) Доминирующая роль биохимических и экологических проблем.

Заключение.

Представленный в настоящем реферат единообразный подход к строению весьма различных объектов облегчает совместное сравнительное обсуждение структуры упорядоченных и неупорядоченных фаз. Практическая важность такого обсуждения обусловлена тем, что если для кристаллических веществ рентгено-структурный анализ и другие дифракционные методы дают надежную структурную информацию, то для жидких кристаллов и тем более жидкостей точные сведения о структуре (в особенности о тотальной структуре) практически недоступны. Поэтому особое значение приобретает интерполяция кристаллоструктурной информации на другие фазовые состояния химических соединений.

Аналогичная ситуация возникает при распространении строгих математических подходов, разработанных в рамках кристаллографии, на объекты, не являющиеся кристаллами. В связи с этим Бернал и Карлайл [21] ввели понятие "обобщенной кристаллографии". Позднее аналогичные соображения высказали Маккей и Финней [22]. Сравнительный анализ структуры различных конденсированных фаз можно назвать "обобщенной кристаллохимией". Важную роль в этой области будет играть консерватизм структурных фрагментов (в частности, молекулярных ассоциатов и агломератов), о котором говорилось выше.

Список использованной литературы.

1. Химический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия,1983.

2. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия,1983.

3. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М.: Мир, 1976.

4. Афанасьев В.А., Заиков Г.Е. Физические методы в химии. М.: Наука,1984. (Серия "История науки и техники").

5. Драго Р. Физические методы в химии. Т. 1, 2. М.: Мир, 1981.

6. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Структурные методы и оптическая спектроскопия. М: Высшая школа, 1987.

7. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Резонансные и электрооптические методы. М.: Высшая школа, 1989.

8. Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 1985. Т. 30. N 2.