Становление и развитие химической картины мира.

Содержание
Введение
1. Донаучные химические знания
2. Становление научной химии: научная программа Р.Бойля. Теория флогистона. «Революция в химии» Лавуазье. Атомистика Дальтона и дуалистическая система Берцелиуса. Периодическая система Менделеева.
Заключение
Список литературы

Становление и развитие химической картины мира.

Так, содержание химии, как и других естественных наук, начиная с давно установленных фактов и кончая новейшими теориями, находится в теснейшей взаимосвязи с научной философией, ее общими принципами и законами. Закон сохранения массы вещества, теория Бутлерова с ее центральным положением о связи строения и свойств, законы стехиометрии, учение о единстве прерывности и непрерывности в составе химических соединений, периодический закон - основа современной химии – выступают как частные, естественнонаучные выражения принципов философии о несотворимости и неуничтожимости материи, о материальном единстве мира, о связи и взаимообусловленности всех его частей
1. Донаучные химические знания
Тысячелетия назад человек впервые создал искусственные орудия труда. Люди заметили, что иногда природавещества меняется. Как только человек научился разводить и поддерживать огонь, он получил возможность осуществлять химические превращения некоторых веществ. Эти превращения могли быть результатом горения или вызываться выделяемым при горении теплом. Для нового каменного века, или неолита характерно умение человека шлифовать камень. Значительно усовершенствовалось гончарное дело. К 4000 году до н.э. пришла пора дальнейших изменений – человек начал осваивать новые материалы, обладавшие очень ценными свойствами. Мы называем эти материалы металлами. Первыми металлами, на которые человек обратил внимание, были самородные медь и золото. Как только человек узнал о ковкости металлов, он, начал изготавливать из металлических самородков различные украшения. Обрабатывая медь, человек заметил, что изготовить из нее наконечник гораздо легче, чем из камня. Однако со временем выяснилось, что медь можно получить из камней определенного вида и что найти такие камни значительно проще, чем чистую самородную медь. Возможность получения меди была окончательно установлена, около 4000 года до н.э2.. А к 3000 году до н.э. начали выплавлять и значительно более твердый, чем медь металл – бронзу – сплав меди и олова. Бронза широко использовалась для изготовления оружия и доспехов (бронзовый век). Люди бронзового века узнали о существовании железа – более твердого металла, чем бронза. Чистое железо не очень твердое. Однако в процессе плавки железо может вобрать в себя столько углерода из древесного угля, что в результате образуется поверхностный слоя сплава железа и углерода, называемый сталью (железный век). Расцвету древнегреческой философии предшествовали определенные успехи, достигнутые в прикладной химии. Египетские мастера занимались производством металлов, красителей, они научились бальзамированию. Согласно одной из теорий, слов khemeia происходит от древнего названия Египта – означает «египетское искусство». В настоящее время популярное другое объяснение, как «искусство выделения соков», «искусство металлургии».
Алхимия. Древнегреческие философы и ионийской школы (Фалес, Анаксимандр, Анаксимен, Гераклит), выдвигая идею о единстве всего сущего, в то же время разъединили религию и естествознание. Египтяне же, блестяще владея прикладной химией, тем не менее не выделяли ее в самостоятельную область знаний. Химия В Древнем Египте входила в «священное тайное искусство» жрецов. Обработка и подделка благородных камней, бальзамирование трупов и другие в общем-то совершенно не таинственные операции сопровождались молитвами, заклинаниями. Познания египтян в прикладной химии поразили греков, и, перенимая их конкретные знания, греки восприняли многое и из мистики. Первым значительным представителем греко-египетского khemeia, имя которого дошло и до нас, был Болос из Менде. В своих работах Болос использовала имя Демокрита, и поэтому его называют «Болос-Демокрит». Он посвятил себя одной из важнейших задач khemeia – превращению одного металла в другой, и в частности превращению свинца в золото (трансмутация). На протяжении столетий химики самозабвенно старались отыскать способ получения золота. Болос в своих работах приводил подробные описания методов получения золота, например сплавить медь с металлическим цинком и получить латунь – сплав желтого цвета, т.е. цвет золота. Весьма вероятно, что для древних исследователей изготовление метала цвета золота и означало изготовление золота. Приблизительно в 300 г.н.э. египтянин Зосима написал энциклопедию – 28 книг, в которых можно было найти любопытные сведения, в частности, о мышьяке. Зосима описал методы получения ацетата свинца; он указал, что у этого ядовитого соединения сладковатый вкус (название «свинцовый сахар» дошло до наших дней). Подражая древним властителям, арабские халифы начали покровительствовать наукам, и в VIII – IX вв. появились первые арабские химики. Арабы преобразовали слово khemeia в al-kimiya. Европейцы позднее заимствовали эти слова у арабов, и в результате в европейских языках появились термины «алхимия» и «алхимик». Термин «алхимия» сейчас употребляют, когда говорят о периоде истории химии, охватывающем около двух тысячелетий. Самым талантливым и прославленным арабским алхимиком был Джабир ибн Хайян, ставший известным в Европе позднее под именем Гебер. Джабир описал нашатырный спирт и показал, как приготовить свинцовые белила. Он перегонял уксус, чтобы получить уксусную кислоту – самую сильную из известных в то время кислот. Ему удалось получить слабый раствор азотной кислоты. Джабир изучал возможность трансмутации металлов, и эти его исследования оказали сильнейшее влияние на последующие поколения алхимиков. Джабир полагал, что ртуть является особым металлом, так как благодаря своей жидкой форме она содержит очень мало примесей. Столь же необычными свойствами обладает и сера: она способна воспламеняться. Труднее всего образуется золото – наиболее совершенный металл. Поэтому, чтобы получить золото, необходимо найти вещество, ускоряющее «созревание» золота. В старинных преданиях говорилось, что это вещество представляет собой сухой порошок. Греки называли его xerion, или «сухой», арабы измени его на al-iksir, и в конце концов в европейских языках появилось слово эликсир. Другой арабский алхимик Ар-Рази занимался медициной и алхимией.. Он описал методику приготовления гипса и наложения гипсовой повязки для фиксации сломанной кости. Первым видным европейским алхимиком был Альберт Больштедский (Альберт Великий)3. В описаниях своих алхимических опытов дает настолько точную характеристику мышьяку, что ему иногда приписывают открытие этого вещества, хотя , по крайней мере в примесях, мышьяк был известен и до него. Современником Альберта был английский ученый монах Роджер Бэкон. Он попытался написать всеобщую энциклопедию знаний и в своих работах дал первое описание пороха. Имя самоговидного из средневековых алхимиков осталось неизвестным; он подписывал свои труд именем «Джабира». Этот «ПсевдоДжабира» первым описал серную кислоту – одно из самых важных соединений сегодняшней химии. Открытее сильных минеральных кислот было самым важным достижением химии после успешного получения железа из руды. Современное иное понимание задач химии наметилось в работах двух современников врачей – немца Бауэра и швейцарца Теофраста Бомбаста фон Гогенгейма. Бауэр, более известный под именем Агриколы, интерисовался минералогией и ее возможной связью с медициной. Фон Гогенгейм вошел в историю под выбранным им самим именем Парацельс, т.е. «превосходящий Цельса». Парацельс, как и Авиценна, считал, что основная задача алхимии – не поиски путей получения золота, а изготовление лекарственных средств. Парацельс свято верил в эффективность лекарственных средств, изготовленных из минералов. Немецкий врач алхимик Андрей Либау, известный под латинизированным именем Либавия, опубликовал «Алхимию» - первый в истории учебник химии. Либавий первым описал приготовление соляной кислоты, тетрахлорида олова, сульфата аммония и «царской водки» - смеси азотной и соляной кислот, получивший название из-за способности растворять золото. Иоганн Рудольф Глаубер разработал метод получения соляной кислоты воздействием серной кислоты на поваренную соль. Тщательно изучив остаток, получаемый после отгонки кислот (сульфат натрия), Глаубер установил, что этовещество, обладает сильным слабительным действием. Он назвал это вещество «удивительной солью». В XVII в. Значение алхимии неуклонно уменьшилось, а в XVIII в. Она постепенно стала тем, что мы сегодня называем химией.
2. Становление научной химии: научная программа Р.Бойля. Теория флогистона. «Революция в химии» Лавуазье. Атомистика Дальтона и дуалистическая система Берцелиуса. Периодическая система Менделеева.
Несмотря на бурное развитие, химическая наука в определенном отношении отставала от других областей знания. В химии переход от простого качественного описания к тщательному количественному измерению был осуществлен лишь столетие спустя после открытий Ньютона. Как это ни парадоксально, но, возводя здание классической астрономии и физики, грандиозность и красота которого восхитили научный мир, Ньютон оставался приверженцем алхимии и страстно искал рецепт превращения металла в золото.
Но химики лишь отчасти виноваты в том, что путь к неосуществимой цели оказался столь долгим. Все дело в том, что количественные методы Галилея и Ньютона очень трудно приложить к химии4. Ведь для этого необходимо результаты химических опытов представить таким образом, чтобы их можно было подвергнуть математической обработке.
И все же химики делали успехи, и уже во времена Галилея наблюдались слабые приметы грядущей революции в химии. Так, фламандский врач Ян Баптист Ван Гельмонт впервые при изучении газов как простейшей формы материи использовал технику точных измерений. К концу жизни Ван Гельмонта интерес к газам и особенно к воздуху неожиданно возрос. Роберт Бойль обнаружил, что объем данной массы воздуха обратно пропорционален давлению. Французский физик Эдм Мариотт, независимо от Бойля открывший этот закон в 1676 г., особо подчеркивал, что такая зависимость объема от давления наблюдается только при постоянной температуре. Закон Бойля явился первой попыткой применить точное измерение при выяснении причин изменения веществ. Опыты Бойля привлекли внимание атомистов, к числу которых принадлежал и сам Бойль. Сжатие воздуха обусловлено сближением атомов в результате сжатия пустого пространства между ними. Если газы состоят из атомов, то вполне возможно допустить, что жидкости и твердые вещества тоже состоят из атомов. Доводы Бойля производили впечатление, и впервые за свою двухтысячелетнюю историю атомизм начал завоевывать приверженцев. Тем не менее понятие «атом» оставалось неясным.
Ко времени начала научной деятельности Бойля термин «алхимия» почти исчез из научной литературы. Не удивительно, что Бойль опустил первый слог в названии своей книги «Химик-скептик».Бойль называл себя скептиком, потому что не хотел слепо следовать представлениям античных авторитетов. В частности, Бойль добивался экспериментального подхода к определению элементов, который в конечном счете и был принят.
К числу открытий 17 в., имевших особое значение для развития химии, следует отнести открытие существования давления столба атмосферного воздуха, возможности использования этого давления и возможности создания вакуума. Некоторые исследователи стали приходить к мысли, что вакуум можно получить и без использования воздушного насоса. В 1698 г. такая паровая машина была создана английским горным инженером Томасом Севери. Появление паровой машины ознаменовало собой начало промышленной революции.
Не совсем обычное использование огня в паровой машине возродило у химиков интерес к процессу горения. немецкий врач и химик Георг Эрнст Шталь предложил схему процесса горения, введя понятие «флогистон». Согласно Шталю, горючие вещества богаты флогистоном. В процессе горения флогистон улетучивается, а то, что остается после завершения процесса горения, флогистона не содержит и потому продолжать гореть не может. Воздух способствует горению лишь косвенно: он служит переносчиком флогистона, когда последний выходит из дерева или металла, и передает его другому веществу. Теория флогистона на первых порах вызвала резкую критику. Однако к 1780 г. она была принята химиками почти повсеместно, т.к. позволила дать четкие ответы на многие вопросы. Только один вопрос ни Шталь, ни его последователи решить не смогли: почему при горении вещества теряют вес, а при ржавлении вес увеличивается. Теория флогистона объясняла причины изменения внешнего вида и свойств веществ, а изменения веса, как ВТО время считалось, не так уж важны.
К концу 18 в. был накоплен большой экспериментальный материал, который необходимо было систематизировать в рамках единой теории. Создателем такой теории стал французский химик Антуан-Лоран Лавуазье. Лавуазье пришел к мысли, что если учитывать все вещества, участвующие в химической реакции, и все образующиеся продукты, то изменения в весе никогда наблюдаться не будут. Это положение, известное как закон сохранения массы, стало краеугольным камнем химии 19 в. Успехи, достигнутые Лавуазье благодаря использованию метода количественных измерений, были настолько велики и очевидны, что этот метод был безоговорочно принят всеми химиками.
После открытия кислорода, азота и водорода последовала полная рационализация химии. Было покончено со всеми таинственными элементами. С того времени химики стали интересоваться только теми веществами, которые можно взвесить или измерить каким-либо другим способом. В течение 80-х годов 18 века была разработана логическая система химической номенклатуры. Химия перестала быть мешаниной названий времен алхимии. В 1789 г. Лавуазье опубликовал книгу «Элементарный курс химии», это был первый учебник по химии в современном понимании.
Английский химик Джон Дальтон вошел в историю химии как первооткрыватель закона кратных отношений и создатель основ атомной теории. выдвигая новую версию атомистической теории, опиравшуюся на законы постоянства состава и кратных отношений, Дальтон как дань уважения Демокриту сохранил термин «атом» и назвал так считавшиеся в то время неделимыми мельчайшие частицы, составляющие материю.
Атомистическая теория нанесла последний удар по бытовавшим еще представлениям о возможностях взаимных переходов элементов-стихий. Дальтон составил первую таблицу атомных весов.
Поворотный этап в истории развития химической атомистики связан с именем шведского химика Якоба Берцелиуса. Берцелиус вплотную занялся определением точного элементного состава различных соединений. Далее Берцелиус принялся за определение атомных весов более сложными и точными методами, которые были недоступны Дальтону. Существенное различие между таблицами Берцелиуса и Дальтона состоит в том, что величины, полученные Берцелиусом, в большинстве не были целыми числами, кратными атомному весу водорода.
После того как атомистическая теория была принята, стало возможным изображать вещества в виде молекул, содержащих постоянное число атомов различных элементов. Берцелиус предложил, чтобы каждому элементу соответствовал свой особый знак, который был бы одновременно и символом элемента, и символом одиночного атома этого элемента, и в качестве такого знака предложил использовать начальную букву латинского названия элемента.
В 1864 г. английский химик Джон Ньюлендс расположил известные элементы в порядке возрастания атомных весов. Когда Ньюлендс расположил элементы вертикальными столбцами по семь элементов в столбце, то выяснилось, что сходные элементы, как правило, попадают в одни и те же горизонтальные ряды. Ньюлендс назвал открытую им закономерность законом октав, так как каждый восьмой элемент обладал свойствами, сходными с первым. Менделеев обратил внимание на периодичность изменения валентности у элементов, расположенных в порядке увеличения атомных весов. Основываясь на увеличении и уменьшении валентности, Менделеев разбил элементы на периоды. Менделеев в некоторых случаях был вынужден поместить элемент с несколько большим весом перед элементом с несколько меньшим весом, а также оставить в своей таблице пустые места.