Возникновение и развитие науки химии

Страница 4

Проводя различные опыты с азотной, серной и фосфорной кислотами, Лавуазье пришёл к выводу, что «кислоты отличаются одна от другой лишь основанием, соединнёный с воздухом». Другими словами, «чистый воздух» обусловливает кислые свойства этих вещесвт, а поэтому учёный назвал его кислородом (оксигениум, от оксюс- кислый и геннао- рождаю).После того как был установлен состав воды, Лавуазье окончательно убедился в исключительной роли кислорода.

В «начальном курсе химии»(1789)Лавуазье, опираясь на новые теории и применяя разработанную им (соместно с другимиучёными) номенклатуру, систематизировал накопленные к тому времени химические знани; в нём он излагает кислородную теорию горения.

Вначале даётся описание различных агрегатных состояний веществ. В твёрдом веществе молекулы удерживаются друг около друга силами притяжения, которые больше сил отталкивания. В жидкости молекулы находятся на таком расстоянии друг от друга, когда силы притяжения и отталкивания равны, а атмосферное давление препятствует превращению жидкости в газ. В газообразном же состоянии преобладают силы отталкивания.

Лавуазье даёт определение элемента и приводит таблицу и классификацию простых веществ. Он отмечает, что представление о трёх или четырёх элементх, из которых якобы состоят все тела природы, перешедшего к нам от греческих философов». Под элементами Лавуазье понимал вещества, которые не разлагаются «никаким образом». Все простые вещества были им разделены на четыре группы : 1.) вещества, относящиеся к трём царствам природы (минералы, растения, животные)- свет, телород, кислород, азот, водород; 2.) неметаллические вещества, окисляющиеся и дающие кислоты, - сера, фосфор, углерод, радикалы муриевый (хлор), плавиковый (фтор), и борной (бор); 3.) металлические вещества, окисляющиеся и дающие кислоты, - сурьма, серебро, мышьяк, висмут, кобальт, медь, железо, марганец, ртуть, молебденникель, золото, платина, свинец, вольфрам, цинк; 4.) солеобразующие землистые вещества : известь, магнезия. Барит глинозём, кремнезём.

Таким образом, Лаваузье осуществил научную революцию в химии: он превратил химию из совокупности множества не связан-ных друг с другом рецептов, подлежавших изучению один за одним, в общую теорию, основываясь на которой можно было не только объяснить все известные явления, но и предсказывать новые.

Победа атомно-молекулярного учения.

Следующий важный шаг в развитиинаучной химии был сделан Дж.Дальтоном, ткачом и школьным учителем из Манчестера.Уже первые научные сообщения молодого учителя привлекли внимание некоторых физиков и химиков, среди которых у Дальтона появились друзья. В 1793 г.,вышла в свет научная работа Дальтона «Метеорологические наблюдения и опыты».

Анализируя результаты своих метеорологических наблюдений, Дельтон пришёл к выводу, что причиной испарения воды является теплота, а сам процесс есть переход частичек из жидкого состояния в газообразное. Это был первый шаг на пути к созданию системы химической атомистики.

В 1801г.Дальтон установил закон парицальных давлений газов:

Давление смеси газов, не взаимодействующих друг с другом, равно сумме их парицальных давлений (I закон Дальтона).

Два года спустя, продолжая опыты, английский учёный обнаружил, что растворимость в жидкости каждого газа из смеси при постоянной температуре прямо пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью и не зависет от общего давления смеси и от наличия в смеси других газов. Каждый газ растворяется таким образом, как если бы он один занимал данный объём (II закон).

Пытаясь определить «число простых элементарных частиц», образуя сложную частицу,Дальтон рассуждал так: если при взаимодействии двух веществ получается одно соединение, то оно бинарно;если образуются два соединения, то одно бинарное, а другое тройное, т.е. состоят сответственно из двух и из трёх атомов, и т.д.

Применяя эти правила, Дальтон приходит к заключению, что вода- бинарное соединение водорода и кислорода, вес которых относятся примерно как 1:7. Дальтон считал, что молекула воды состоит из одного атома водорода и одного атома кислорода, т.е. формула её НО. По данным Ж.Гей-Люссака и А.Гумбольдта (1805), вода содержит 12,6% водорода и 87,4% кислорода, а так как Дальтон принял атомный вес водорода за единицу, атомный вес кислорода он определил равным примерно семи.

В 1808 г. Дальтон постулировал закон простых кратных отношений:

Сели два каких-либо элеента образуют друг с другом несколько химических соеденений, то количества одного из элементов, приходящиеся в этих соединениях на одинаковое количество другого элемента, находятся между собой в простых кратных отношениях, т.е. относятся друг к другу как небольшие целые числа.

Занятия метеоролигией привели Дальтона к размышлению о строении атмосферы, о том, почему она представляет собой «массу явно однородную». Изучая физические свойства газов, Дальтон принял, что они состоят из атомов; для объяснения же диффузии газов он предположид, что их атомы имеют различные размеры.

Впервые об атомистической теории Дальтон говорит в лекции «Об абсорбации газов водой и другими жидкостями», которую он прочитал 20 октября 1803 г. в литературно-философском обществе Манчестера.

Дальтон строго разграничивал понятия «атом» и «молекула», хотя последнюю и назвал «сложным», или «составным атомом»;он только подчёркивал ,что эти частицы являются пределом химической делимости соответствующих веществ.

Какаими же свойствамиобладыют атомы? Во-первых, они неде-лимыи неизменны. Во-вторых, атомы одного и того же вещества абсолютно одинаковы по форме, весу и другим свойствам.В-третьих, различные атомы соединяются между собой в различных отношениях; в-четвёртых, атомы разных веществ имеют неодинако- вый атомный вес.

В 1804 г. состоялась встреча Дальтона с известным английским химиком и историком химии Т.Томсоном. Тот был восхищён теорией Дальтона и в 1807 г. изложил её в третьем издании своей популярной книги «Новая система химии». Благодаря этому атомистическая теория увидела свет раньше, чем она была опубликована самим автором.

Джон Дальтон является создателем химической атомистики; он впервые, использует представления об атомах, объяснил состав различных химических веществ, определил их относительные и молекулярные веса.

И тем не менеев начале XIX в. атомно-молекулярное учение в химии с трудом пробивало себе дорогу. Понадобилось ещё полстоле- тия для его окончательной победы. На этом пути был сформулирован ряд количественных законов (закон постоянных отношений Пруста, закон объёмных отношений Гей-Люссака, закон Авагадро,согласно которому при одинаковых условиях одинаковые объёмы всех газов содержат одно и то же число молекул),которые получали объяснения с позиций атомно-молекулярных представлений. Для эксперимента-льного обоснования атомистики и её внедрения в химию много уси- лий приложил Й.Б.Берцелиус. Окончательную победу атомно-моле- кулярное учение (и опирающиеся на него способы определения атомных и молекулярных весов) одержало на 1-м Международном конгрессе химиков (1860).

В 50-70-е гг. XIX в. на основе учения о валентности и химической связи была разработана теория химическогостроения (А.М. Бутлеров, 1861), которая обусловила огромный успех органического синтеза и возникновение новых отраслей хим. промышлености (производство красителей, медикаментов, нефтепереработка и др.), а в теоретическом плане открыла путь построению теории пространственного строения органических соединений- стереохимии (Дж.Г. Вант-Гофф, 1874). Во второй половине XIX в. складываются физическая химия, химическая кинетика- учение о скоростях хим. реакций, теория элетролитичес- кой диссоциации, химичуская термодинамика. Таким образом, в химим XIX в. сложился новый общий теоретический подход- определение свойств хим. веществ в зависимости не только от состава, но и от структуры.

Развитие атомно-молекулярного учения привело к идее о слож- ном строении не только молекулы, но и атома. В начале XIX в. эту мысль высказал английский учёный У.Праут, исходя из результатов измерений, показавших, что атомные веса элементов кратны атомному весу водорода.На основе этого Праут предложил гипотезу, согласно которой атомы всех элементов состоят из атомов водорода. Новый толчок для развития идеи о сложном строении атома дало великое открытие Д.И.Менделеевым (1869) периодической системы элементов.