Представления классической химии

Классическая химия – это химия периода XVII-XIX веков, т.е. до создания квантово-механической теории атома. Она характеризуется становлением атомной концепции вещества и накоплением эмпирического материала об атомах.

Возникновение химии подготовила алхимия, доминировавшая в средневековой культуре IX-XVI веков. Здесь химию и алхимию невозможно разделить. Алхимия – донаучный этап развития химии, учение о превращении («трансмутации») веществ друг в друга.

До середины XVIII века алхимия оставалась элементом европейской культуры. В алхимическом опыте предполагалось участие мистических сил, средством обращения к которым было заклинание. Главными задачами алхимии были: управление духами, воскрешение из мертвого, создание искусственного одушевленного существа (гомункула), поиск «философского камня». Предполагалось, что «философский камень» ускорял «созревание» золота, исцелял болезни, давал бессмертие. В практической области средневековая химия имела несомненные достижения: открытие способов получения серной, соляной, азотной кислот, селитры, сплавов ртути с металлами, некоторых лекарственных веществ, создание химической посуды и др.

Алхимики были убеждены, что любое вещество можно превратить в любое другое вещество. Но постепенно вызревало представление о пределе взаимопревращения веществ, определяемом их составом. В основе научной химии лежит философская концепция атомизма, которая была сформулирована в античной философии Демокритом и Эпикуром. В средние века понятие атома исчезло из употребления, т.к. атомизм церковью был запрещен и преследовался. Суть атомизма заключается в понимании вещества как совокупности мельчайших, неделимых частиц – атомов. Все многообразие мира есть результат взаимодействия атомов.

На протяжении классического периода в химии происходила борьба атомизма с концепцией континуальной организации материи, в частности – с картезианской концепцией вихревой структуры материи. Например, в первой половине XIX века многие ученые отзывались об атомизме как «пустом и бессмысленном учении». Даже в конце XIX века некоторые ученые не верили в существование атомов. Так, физикохимик В.Оствальд считал, что понятие материи должно быть заменено понятием энергии.

В возрождении атомизма важную роль сыграл французский ученый XVII века П.Гассенди, критиковавший теорию вихрей Декарта. Первой идеей теоретической химии стало утверждение о том, что свойства вещества зависят от входящих в его состав химических элементов. Конкретное приложение атомизма к химии осуществил английский ученый XVII века Р.Бойль, внедривший идеи атомизма в химию и обосновавший необходимость химического эксперимента. Он исходил из представления, что характеристики и превращения химических веществ могут быть объяснены размерами, формами и расположением атомов. В 1661 году он ввел понятия «химический элемент» и «химический анализ». Химический элемент, по Бойлю, - это простое тело, входящее в состав вещества и определяющее его свойства. Но Бойль не привел ни одного примера, т.к. химики еще не знали ни одного химического элемента. Фосфор открыли в 1669 году, кобальт – 1735, никель – 1751, водород – 1766, фтор – 1771, азот – 1772, хлор и марганец – 1774, кислород - одновременно в Швеции, Англии и Франции в 1772-1776 годах.

Центральная проблема химии XVIII века – горение. В этот период господствовала теория флогистона. Флогистон (огненная материя) – гипотетическая невесомая субстанция, выделяющаяся в процессе горения. Открытия М.Ломоносова и А.Лавуазье отвергли эту теорию. В 1748 году Ломоносов сформулировал закон сохранения масс, отрицавший существование невесомой субстанции. Опираясь на открытие кислорода, Лавуазье разработал принципиально новую теорию химии - кислородную теорию горения. Он осуществил научную революцию в химии, положив начало систематическому использованию весов. Лавуазье рационализировал химию, поставив ее на количественный путь. Он объяснил причину разнообразия химических явлений: она заключается в количественном различии химических элементов и их соединений.

В 1803 году Дж.Дальтон – отец химического атомизма – утверждал, что элементарные частицы однородных тел подобны. Он составил первую таблицу атомных масс водорода, азота, углерода, серы и фосфора. Он также сформулировал один из фундаментальных законов химии. Закон кратных отношений утверждает, что массы двух химических элементов в любых соединениях относятся друг к другу как целые числа. Дальтон пришел к выводу, что атомы не могут превращаться друг в друга. Начался период активного поиска химических элементов.

Победу атомизм одержал в 1860 году на 1-м Международном конгрессе химиков. С начала 1860-х годов росло убеждение в существовании некоторой общей закономерности, охватывающей все элементы, которых к концу 1860-х годов стало известно около 60. Ее обнаружение стало триумфом атомной концепции. Эта научная революция в химии связана с российским ученым Д.И.Менделеевым, который в 1869 году открыл периодическую систему химических элементов. Но окончательно атомизм победил благодаря квантовой механике в XX веке, доказавшей существование атома.

Менделеев сформулировал следующий закон: свойства элементов находятся в периодической зависимости от величины их атомных весов. Позже было установлено: не от атомного веса, а от заряда ядра атома, т.к. атомный вес является средним арифметическим от масс изотопов. Изотопы – химические элементы, имеющие одинаковый заряд ядра, но отличающиеся по массе. Физический смысл химического элемента до Менделеева был непонятным. Он доказал, что признаком элемента является не экспериментально установленная неразложимость вещества, а место в периодической системе. Химический элемент – это вид атомов (совокупность изотопов) с одинаковым зарядом ядра.

Это было гениальное эмпирическое обобщение фактов. Менделеев стал основоположником системного подхода в химии, который позволил не только систематизировать, но и объяснить накопленный к концу XIX века эмпирический материал, и стал прочной основой теоретической химии. Если раньше элементы открывались случайно, то Менделеев не только уточнил атомные веса ряда элементов, но и предсказал существование новых. В 1810 году было известно 18 химических элемента. Во времена Менделеева было известно 62 элемента. В 2010 году доказано существование 117 элементов. Вопрос о полном списке элементов остается открытым.

Следует отметить существование разных вариантов таблицы Менделеева, а также альтернативных ей систем элементов.

Атомная концепция поставила проблему химической связи. Длительное время различные теории опирались на идею тяготения между атомами, объясняя закономерности соединения химических элементов. Например, П.С. Лаплас видел в этом причины всех молекулярных явлений: химические реакции, капиллярные явления, феномен кристаллизации, твердое, жидкое и газообразное состояние вещества. Он считал, что есть только «видоизменение всемирного тяготения». Как подтверждение ньютоновского подхода было воспринято открытие в 1780-е годы Ш.О. Кулоном закона притяжения отрицательных и положительных электрических зарядов. С появлением электродинамики в 1864 году возникли представления, что в основе молекулярных связей и самого атома лежат электромагнитные взаимодействия, но природа химизма была объяснена лишь квантовой механикой в XX веке.

Поиск по сайту: