Historie chemie studuje a popisuje složitý proces akumulace specifických znalostí souvisejících se studiem vlastností a přeměn látek ; lze ji považovat za hraniční oblast vědění, která spojuje jevy a procesy související s rozvojem chemie s historií lidské společnosti.
Historie chemie je obvykle rozdělena do několika období; Zároveň je třeba vzít v úvahu, že tato periodizace, která je spíše podmíněná a relativní, má spíše didaktický význam [1] . Jedním ze zakladatelů dějin chemie jako vědní disciplíny byl německý vědec Hermann Kopp (1817-1892) [2] .
V předalchymistické době se teoretická a praktická stránka znalostí o hmotě vyvíjela relativně nezávisle na sobě.
Praktické operace s látkou byly výsadou rukodělné chemie. Počátek jeho vzniku by měl být spojován zřejmě především se vznikem a rozvojem hutnictví . Ve starověku bylo známo sedm kovů v čisté formě : měď , olovo , cín , železo , zlato , stříbro a rtuť a ve formě slitin také arsen , zinek a vizmut . Kromě hutnictví probíhalo shromažďování praktických znalostí i v dalších oblastech, jako je výroba keramiky a skla , barvení textilií a činění kůží, výroba léčiv a kosmetiky . Právě na základě úspěchů a výdobytků praktické chemie starověku došlo v následujících epochách k rozvoji chemického poznání.
Pokusy o teoretické pochopení problému původu vlastností hmoty vedly k vytvoření nauky o živlech-prvcích ve starověké řecké přírodní filozofii . Největší vliv na další vývoj vědy mělo učení Empedokla , Platóna a Aristotela . Podle těchto pojmů jsou všechny látky tvořeny kombinací čtyř principů: země, voda, vzduch a oheň. Živly samy jsou přitom schopny vzájemných proměn, neboť každý z nich je podle Aristotela jedním ze stavů jediné primární hmoty – určité kombinace kvalit. Postoj k možnosti přeměny jednoho prvku v jiný se později stal základem alchymistické myšlenky o možnosti vzájemných přeměn kovů ( transmutace ). Téměř současně s doktrínou prvků-prvků vznikl v Řecku atomismus , jehož zakladateli byli Leucippus a Democritus .
Alchymistické období je dobou hledání kamene mudrců , které bylo považováno za nezbytné pro realizaci transmutace kovů. Alchymistická teorie, založená na starověkých představách o čtyřech živlech, byla úzce propojena s astrologií a mystikou . Spolu s chemicko-technickým „zlatotvorbou“ je tato éra pozoruhodná také vytvořením unikátního systému mystické filozofie. Alchymistické období se zase dělí na tři dílčí období: alexandrijskou (řecko-egyptskou), arabskou a evropskou alchymii.
V Alexandrii došlo ke spojení teorie (přírodní filozofie Platóna a Aristotela) a praktických znalostí o látkách, jejich vlastnostech a přeměnách; z této sloučeniny se zrodila nová věda, chemie. Samotné slovo „chemie“ (a arabské al-kīmiyaˀ ) je obvykle považováno za odvozené od starověkého jména Egypta – Keme nebo Khem; původně mělo to slovo zřejmě znamenat něco jako „egyptské umění“. Někdy je termín odvozen z řeckého χυμος - šťáva nebo χυμενσιζ - odlévání [3] [4] [5] [6] . Hlavním předmětem studia alexandrijské chemie byly kovy. V alexandrijském období se zformovala tradiční symbolika metal-planet alchymie, ve které byl každý ze sedmi tehdy známých kovů spojován s odpovídající planetou : stříbro - Měsíc , rtuť - Merkur , měď - Venuše , zlato - Slunce , železo - Mars , cín - Jupiter , olovo - Saturn [ 7 ] . Nebeským patronem chemie v Alexandrii se stal egyptský bůh Thoth nebo jeho řecký protějšek Hermes .
Mezi významné představitele řecko-egyptské alchymie, jejichž jméno přetrvalo dodnes, lze zaznamenat Bolose Demokritose , Zosima Panopolita , Olympiodora . Kniha "Fyzika a mystika" napsaná Bolosem (asi 200 př.nl) se skládá ze čtyř částí věnovaných zlatu, stříbru, drahým kamenům a purpuru . Bolos poprvé vyjádřil myšlenku transmutace kovů - přeměnu jednoho kovu na jiný (především obecné kovy na zlato), což se stalo hlavním úkolem celého alchymistického období. Zosimus ve své encyklopedii (3. století) definoval khemeia jako umění výroby zlata a stříbra, popsal „tetrasomata“ – fáze procesu výroby umělého zlata; zvláště poukázal na zákaz vyzrazovat tajemství tohoto umění.
Z alexandrijského období zůstalo také mnoho hermetických textů, které představují pokus o filozofické a mystické vysvětlení proměn látek, mezi nimiž je slavná „ Smaragdová deska “ od Herma Trismegista .
Mezi nesporné praktické úspěchy řecko-egyptských alchymistů patří objev fenoménu amalgamace kovů . K zlacení se začal používat amalgám zlata. Alexandrijští vědci zdokonalili metodu získávání zlata a stříbra z rud, k čemuž se hojně používala rtuť získaná z rumělky nebo kalomelu . Kromě praktického významu přispěla jedinečná schopnost rtuti tvořit amalgám ke vzniku myšlenky rtuti jako speciálního, „primárního“ kovu. Alchymisté také vyvinuli metodu čištění zlata kupelací - zahřívání rudy olovem a ledkem [8] .
Teoretickým základem arabské [9] alchymie bylo stále Aristotelovo učení. Rozvoj alchymistické praxe si však vyžádal vytvoření nové teorie založené na chemických vlastnostech látek. Džabir ibn Hayyan (Geber) na konci 8. století vypracoval rtuťovo-sírovou teorii původu kovů, podle níž jsou kovy tvořeny dvěma principy: Rtuť (princip metalicity) a síra (princip hořlavosti) . Pro vznik zlata - dokonalého kovu je kromě rtuti a síry nezbytná přítomnost nějaké látky, kterou Jabir nazval elixír ( al-iksir , z řeckého ξεριον, tedy „suchý“). Problém transmutace se tak v rámci teorie rtuť-síra redukoval na problém extrakce elixíru, jinak nazývaného kámen mudrců ( Lapis Philosophorum ). Věřilo se, že elixír má mnohem více magických vlastností - léčí všechny nemoci a možná dává nesmrtelnost [10] [11] .
Teorie rtuti a síry tvořila teoretický základ alchymie po několik následujících století. Počátkem 10. století vylepšil teorii další vynikající alchymista Ar-Razi (Razes), když k Merkuru a Síře přidal princip tvrdosti (křehkost, rozpustnost), neboli filozofickou sůl.
Arabská alchymie byla na rozdíl od alexandrijské zcela racionální; mystické prvky v něm byly spíše poctou tradici. Kromě formování základní teorie alchymie byl během arabské etapy vyvinut koncepční aparát, laboratorní vybavení a experimentální metody. Arabští alchymisté dosáhli nepochybného praktického úspěchu - izolovali antimon , arsen a zřejmě i fosfor , získali kyselinu octovou a zředěné roztoky minerálních kyselin. Významnou zásluhou arabských alchymistů bylo vytvoření racionální farmacie , která rozvinula tradice starověkého lékařství.
Vědecké názory Arabů pronikly do středověké Evropy ve třináctém století . Díla arabských alchymistů byla přeložena do latiny a později do dalších evropských jazyků.
Mezi největší alchymisty evropské scény lze zaznamenat Alberta Velikého , Rogera Bacona , Arnalda de Villanova , Raymonda Lulla , Basila Valentina . R. Bacon definoval alchymii takto: „Alchymie je věda o tom, jak připravit určitou kompozici neboli elixír, který, pokud se přidá k obecným kovům, promění je v dokonalé kovy“ [12] .
V Evropě byly prvky křesťanské mytologie zavedeny do mytologie a symboliky alchymie ( Petrus Bonus , Nicholas Flamel ); obecně se pro evropskou alchymii ukázaly mystické prvky mnohem příznačnější než pro arabštinu. Mysticismus a uzavřenost evropské alchymie daly vzniknout značnému počtu alchymistických podvodníků; již Dante Alighieri v „ Božské komedii “ umístil do desátého příkopu osmého kruhu pekla ty, kteří „kovali kovy alchymií“ [13] . Charakteristickým rysem evropské alchymie bylo její nejednoznačné postavení ve společnosti. Církevní i světské úřady opakovaně zakazovaly [14] provozování alchymie; zároveň vzkvétala alchymie jak v klášterech , tak na královských dvorech.
Na počátku 14. století dosáhla evropská alchymie prvních významných úspěchů, když dokázala předčit Araby v chápání vlastností hmoty. V roce 1270 italský alchymista Bonaventure při jednom pokusu získat univerzální rozpouštědlo získal roztok čpavku v kyselině dusičné ( aqua fortis ), který, jak se ukázalo, dokáže rozpouštět zlato, krále kovů (odtud název - aqua regis , tedy aqua regia ). Pseudo-Geber , jeden z nejvýznamnějších středověkých evropských alchymistů, který působil ve 14. století ve Španělsku a svá díla podepisoval jménem Geber , podrobně popsal koncentrované minerální kyseliny ( sírovou a dusičnou). Použití těchto kyselin v alchymistické praxi vedlo k výraznému zvýšení znalostí alchymistů o látce.
V polovině 13. století se v Evropě začalo s výrobou střelného prachu ; první jej popsal (nejpozději roku 1249 ) zřejmě R. Bacon (často zmiňovaného mnicha B. Schwartze lze považovat za zakladatele obchodu se střelným prachem v Německu ). Nástup střelných zbraní se stal silným podnětem pro rozvoj alchymie a jejího těsného prolínání s řemeslnou chemií.
Počínaje renesancí , v souvislosti s rozvojem výroby, začala v alchymii nabývat na významu výroba a vůbec praktický směr: hutnictví, výroba keramiky, skla a barev. V první polovině 16. století se v alchymii objevují racionální směry: technická chemie, jejíž počátek byl položen pracemi V. Biringuccia , G. Agricoly a B. Palissy , a iatrochemie , jejímž zakladatelem byl Paracelsus .
Biringuccio a Agricola viděli úkol alchymie v hledání způsobů, jak zlepšit chemickou technologii; ve svých spisech usilovali o co nejpřehlednější, nejúplnější a nejspolehlivější popis experimentálních dat a technologických procesů [15] .
Paracelsus tvrdil, že úkolem alchymie je výroba léků [16] ; zatímco Paracelsova medicína byla založena na teorii rtuti a síry . Věřil, že ve zdravém těle jsou tři principy – Merkur, Síra a Sůl – v rovnováze; onemocnění představuje nerovnováhu mezi principy [17] [18] . K jeho obnově zavedl Paracelsus do praxe vedle tradičních rostlinných přípravků léčivé přípravky minerálního původu - sloučeniny arsenu, antimonu, olova, rtuti atd.
Mezi představitele iatrochemie (spagyrik, jak se Paracelsovi následovníci nazývali) patří mnoho slavných alchymistů 16. - 17. století : A. Libavia , R. Glauber , Ya. B. Van Helmont , O. Takhenia .
Technická chemie a iatrochemie vedly přímo k vytvoření chemie jako vědy; v této fázi byly nashromážděny dovednosti experimentální práce a pozorování, zejména byly vyvinuty a zdokonaleny konstrukce pecí a laboratorních přístrojů, metody čištění látek ( krystalizace , destilace atd.), byly získány nové chemické přípravky.
Hlavním výsledkem alchymistického období jako celku, kromě nahromadění významné zásoby znalostí o hmotě, byl vznik empirického přístupu ke studiu vlastností hmoty. Alchymistické období se stalo naprosto nezbytným přechodným stupněm mezi přírodní filozofií a experimentální přírodní vědou.
Druhá polovina 17. století byla ve znamení první vědecké revoluce, která vyústila v novou přírodní vědu zcela založenou na experimentálních datech. Vytvoření heliocentrického systému světa ( N. Koperník , I. Kepler ), nová mechanika ( G. Galileo ), objev vakua a atmosférického tlaku ( E. Torricelli , B. Pascal a O. von Guericke ) vedly k hlubokou krizi aristotelského fyzického obrazu světa. F. Bacon předložil tezi, že experiment by měl být rozhodujícím argumentem ve vědecké diskusi; atomistické myšlenky byly oživeny ve filozofii ( R. Descartes , P. Gassendi ).
Jedním z důsledků této vědecké revoluce bylo vytvoření nové chemie, za jejíhož zakladatele je tradičně považován R. Boyle . Boyle, který ve svém pojednání „ Skeptický chemik “ (1661) dokázal nekonzistentnost alchymistických představ o prvcích jako nositelích určitých kvalit, si dal za úkol najít skutečné chemické prvky pro chemii . Prvky jsou podle Boylea prakticky nerozložitelná tělesa, skládající se z podobných homogenních tělísek, ze kterých se skládají všechna složitá tělesa a na která se dají rozložit. Boyle považoval za hlavní úkol chemie studium složení látek a závislosti vlastností látky na jejím složení [19] [20] .
Vytvoření teoretických představ o složení těles, které by mohly nahradit Aristotelovo učení a rtuťovo-sírovou teorii, se ukázalo jako velmi obtížný úkol. V poslední čtvrtině století XVII . objevil se tzv. eklektické pohledy, jejichž tvůrci se snažili propojit alchymistické tradice a nové představy o chemických prvcích ( N. Lemery , I. I. Becher ).
Hlavní hybnou silou rozvoje nauky o prvcích v první polovině 18. století byla teorie flogistonu , navržená německým chemikem G. E. Stahlem . Hořlavost těles vysvětlovala přítomností v nich určitého hmotného principu hořlavosti - flogistonu a spalování považovala za rozklad [21] . Teorie flogistonu zobecnila širokou škálu faktů týkajících se procesů spalování a pražení kovů, posloužila jako silný podnět pro rozvoj kvantitativní analýzy složitých těles, bez níž by bylo naprosto nemožné experimentálně potvrdit představy o chemických prvcích. . To také podnítilo studium plynných produktů spalování zvláště a plynů obecně; v důsledku toho se objevila pneumatická chemie , jejímiž zakladateli byli J. Black , D. Rutherford , G. Cavendish , J. Priestley a K. V. Scheele [22] .
Proces přeměny chemie ve vědu vyvrcholil objevy A. L. Lavoisiera . S jeho vytvořením kyslíkové teorie spalování ( 1777 ) začal zlom ve vývoji chemie, nazývaný "chemická revoluce". Odmítnutí teorie flogistonu si vyžádalo revizi všech základních principů a pojmů chemie, změny v terminologii a názvosloví látek [23] . V roce 1789 vydal Lavoisier svou slavnou učebnici Elementary Course in Chemistry, založenou výhradně na kyslíkové teorii spalování a nové chemické nomenklatuře . Podal první seznam chemických prvků v historii nové chemie (tabulka jednoduchých těles). Jako kritérium pro určení prvku zvolil zkušenost a pouze zkušenost, přičemž kategoricky odmítl jakékoli neempirické úvahy o atomech a molekulách, jejichž samotnou existenci nelze experimentálně potvrdit [24] . Lavoisier formuloval zákon zachování hmoty, vytvořil racionální klasifikaci chemických sloučenin, založenou za prvé na rozdílu v elementárním složení sloučenin a za druhé na povaze jejich vlastností.
Chemická revoluce konečně dala chemii vzhled nezávislé vědy, zabývající se experimentálním studiem složení těles; završila období vzniku chemie, znamenala úplnou racionalizaci chemie, definitivní odmítnutí alchymistických představ o podstatě hmoty a jejích vlastnostech.
Hlavním výsledkem rozvoje chemie v období kvantitativních zákonů byla její přeměna v exaktní vědu založenou nejen na pozorování, ale i na měření. Zákon zachování hmoty objevený Lavoisierem byl následován řadou nových kvantitativních zákonů - stechiometrických zákonů:
Na základě zákona vícenásobných poměrů a zákona stálosti složení, které nelze vysvětlit bez uchýlení se k předpokladu diskrétnosti hmoty, rozvinul J. Dalton svou atomovou teorii ( 1808 ). Dalton považoval atomovou hmotnost (hmotnost) za nejdůležitější charakteristiku atomu prvku. Problém stanovení atomových hmotností je jedním z nejdůležitějších teoretických problémů v chemii již několik desetiletí.
Obrovský příspěvek k rozvoji chemického atomismu měl švédský chemik J. Ya. Berzelius , který určil atomové hmotnosti mnoha prvků [26] . V letech 1811-1818 také vyvinul elektrochemickou teorii afinity, která vysvětlovala kombinaci atomů na základě myšlenky polarity atomů a elektronegativity [27] . V roce 1814 zavedl Berzelius systém symbolů pro chemické prvky [28] , kde každý prvek byl označen jedním nebo dvěma písmeny latinské abecedy ; Berzeliusovy symboly se většinou shodují s těmi moderními.
A. Avogadro rozvinul svou molekulární teorii, organicky doplňující Daltonovu atomistiku, ale jeho názory dlouho nenašly uznání.
Spolu s atomovými závažími existoval v chemii dlouhou dobu systém „ekvivalentních závaží“, který vyvinuli W. Wollaston a L. Gmelin . Mnoha chemikům se ekvivalentní hmotnosti zdály pohodlnější a přesnější než atomové hmotnosti, protože byly vypočítány bez předpokladů provedených Daltonem [29] . Pro organickou chemii se však systém ekvivalentů ukázal jako málo užitečný a ve 40. letech 19. století. J. B. Dumas , Ch. Gerard a O. Laurent oživili myšlenky Avogadra [30] .
Konečnou jasnost v atomově-molekulární teorii přinesl S. Cannizzaro [31] . Cannizzarova reforma, která získala všeobecné uznání na Mezinárodním kongresu chemiků v Karlsruhe ( 1860 ), ukončila období, jehož hlavním obsahem bylo stanovení kvantitativních zákonů. Stanovení atomových hmotností chemických prvků, které provedl v první polovině 60. let 19. století belgický chemik J. S. Stas (který nakonec schválil relativní atomovou hmotnost pro kyslík 16 (am.)), bylo považováno za nejpřesnější až do r. koncem 19. století a objevil způsob, jak organizovat prvky.
Toto období je charakteristické rychlým rozvojem vědy: byla vytvořena periodická soustava prvků , teorie chemické struktury molekul, stereochemie , chemická termodynamika a chemická kinetika ; Aplikovaná anorganická chemie a organická syntéza dosáhly skvělých úspěchů . V souvislosti s růstem objemu poznatků o hmotě a jejích vlastnostech začala diferenciace chemie - vyčleňování jejích samostatných oborů, nabývání rysů samostatných věd.
Jedním z nejdůležitějších úkolů chemie druhé poloviny 19. století byla systematizace chemických prvků. Vytvoření periodického systému bylo výsledkem dlouhého evolučního procesu, který začal zákonem triád navrženým I. V. Döbereinerem v roce 1829 [32] . Nepopiratelný vztah mezi vlastnostmi prvků a jejich atomovými hmotnostmi, který odhalil, rozvinul L. Gmelin, který ukázal, že tento vztah je mnohem komplikovanější než triády [33] . J. Dumas a M. von Pettenkofer navrhli diferenciální systémy zaměřené na identifikaci vzorců ve změně atomové hmotnosti prvků, které vyvinul A. Strekker . V polovině 60. let 19. století W. Odling , A. E. Beguile de Chancourtois , J. Newlands a L. Meyer navrhli několik variant tabulek [34] [35] [36] , ve kterých je již jasně vysledována periodicita vlastností prvků. [37] [38] .
V roce 1869 publikoval D. I. Mendělejev první verzi své periodické tabulky a formuloval Periodický zákon chemických prvků [39] . Mendělejev nejen uvedl existenci vztahu mezi atomovými hmotnostmi a vlastnostmi prvků, ale dovolil si předpovědět vlastnosti několika prvků, které dosud nebyly objeveny [40] [41] . Poté, co byly Mendělejevovy předpovědi brilantně potvrzeny, začal být Periodický zákon považován za jeden ze základních přírodních zákonů [42] [43] .
Po objevení fenoménu izomerie ( J. Liebig a F. Wöhler , 1824 ), který je v organické chemii extrémně běžný , se ukázalo, že vlastnosti látky jsou určeny nejen jejím složením, ale také řádem. spojení atomů a jejich prostorového uspořádání.
Řešení problému struktury organických látek bylo zpočátku založeno na Berzeliově myšlence radikálů - polárních skupin atomů, které mohou beze změny přecházet z jedné látky na druhou. Teorie komplexních radikálů navržená Liebigem a Wöhlerem (1832) rychle získala všeobecné uznání. Objev fenoménu metalepsie (J. B. Dumas, 1834 ), který nezapadal do elektrochemických představ Berzeliových, vedl ke vzniku Dumasovy teorie typů ( 1839 ). Nová teorie typů ( 1852 ), vytvořená Ch. Gerardem a O. Laurentem, zahrnovala jak představy o komplexních radikálech, tak Dumasovy představy o typech molekul, redukující celou škálu organických sloučenin na tři nebo čtyři typy.
Teorie typů Gerarda-Laurenta vedla k vytvoření představ o jednotkách afinity atomů a radikálů, v důsledku čehož se objevila teorie valence ( F. A. Kekule von Stradonitz , 1857 ), která se stala základem pro vznik A. M. Butlerova jeho teorie chemické struktury molekul. Jednoduché a názorné myšlenky Kekuleho a Butlerova umožnily vysvětlit mnoho experimentálních faktů týkajících se izomerie organických sloučenin a jejich reaktivity. Velký význam pro vývoj systému strukturních vzorců mělo stanovení cyklické struktury molekuly benzenu (Kekule, 1865 ) [44] .
Důležitým krokem ve vývoji strukturní chemie bylo vytvoření stereochemie , která popisuje prostorovou strukturu molekul. V roce 1874 navrhl holandský chemik J. G. van't Hoff teorii asymetrického atomu uhlíku [45] [46] , která úspěšně vysvětlila jev optické izomerie, objevený v roce 1832 Berzeliusem, a existenci enantiomerů, objevených v roce 1848 od L. Pasteura [47] .
Téměř celé 19. století byly strukturální koncepty žádané, především v organické chemii. Teprve v roce 1893 vytvořil A. Werner teorii struktury komplexních sloučenin , která tyto myšlenky rozšířila na anorganické sloučeniny, čímž výrazně rozšířil koncept valence prvků [48] .
V polovině 19. století se začala rychle rozvíjet hraniční oblast vědy - fyzikální chemie . V domácí historiografii vědy se má za to, že základ k ní položil M. V. Lomonosov , který dal definici a zavedl do vědeckého tezauru samotný název této disciplíny [49] [50] . Předmětem studia fyzikální chemie byly chemické procesy — rychlost a směr reakcí, doprovodné tepelné jevy a závislost těchto charakteristik na vnějších podmínkách.
Studium tepelných účinků reakcí zahájil A. L. Lavoisier, který spolu s P. S. Laplaceem formuloval první termochemický zákon. V roce 1840 G. I. Hess objevil základní termochemický zákon (" Hessův zákon "). M. Berthelot a J. Thomsen v 60. letech 19. století formulovali „princip maximální práce“ ( princip Berthelot-Thomsen ), který umožnil předvídat základní proveditelnost chemické interakce.
Nejdůležitější roli při vytváření představ o chemické afinitě a chemickém procesu sehrály termodynamické studie poloviny 19. století . Předmětem studia chemické termodynamiky byl především stav chemické rovnováhy , který poprvé popsal A. W. Williamson v roce 1850 a který studovali G. Rose , R. V. Bunsen , A. E. St. Clair Deville , M. Berthelot a další badatelé.
V roce 1867 objevili K. M. Guldberg a P. Waage zákon hromadné akce [51] . Reprezentujíce rovnováhu vratné reakce jako rovnost dvou afinitních sil působících v opačných směrech, ukázali, že směr reakce není určen hmotností látek (jak předpokládal C. L. Berthollet na začátku století ), ale součin aktivních hmotností ( koncentrací ) reagujících látek. Teoretické zpracování chemické rovnováhy provedli J. W. Gibbs ( 1874-1878 ) , D.P. Konovalov ( 1881-1884 ) [52] a J.G. Van't Hoff (1884 ) . Van't Hoff také formuloval princip pohyblivé rovnováhy, který později zobecnili A. L. Le Chatelier a C. F. Brown . Vytvoření nauky o chemické rovnováze se stalo jedním z hlavních úspěchů fyzikální chemie 19. století , který byl důležitý nejen pro chemii, ale pro celou přírodní vědu [53] .
V 50. letech 19. století začaly systematické studie rychlosti chemických reakcí pomocí prací L. F. Wilhelmyho [54] , což vedlo k vytvoření základů formální kinetiky v 80. letech 19. století (J. G. van't Hoff, W. Ostwald , S. A Arrhenius ). V 90. letech 19. století Ostwald také publikoval řadu klasických prací o studiu katalytických procesů .
Důležitým úspěchem fyzikální chemie v 19. století bylo vytvoření doktríny řešení . Alternativní fyzikální a chemické teorie roztoků se vyvinuly z myšlenek Berzelia, který považoval roztoky za mechanické směsi, při jejichž tvorbě nepůsobí síly chemické afinity, a Bertholleta, který považoval roztoky za nestechiometrické sloučeniny . Fyzikální teorie výrazně pokročila v kvantitativním popisu některých vlastností roztoků (1. a 2. zákon F. M. Raoulta , osmotický zákon J. G. Van't Hoffa, teorie elektrolytické disociace S. A. Arrhenia) [55] [56]. .
Důkazem dělitelnosti atomu se stal objev elektronu E. Wiechertem [57] [58] a J. J. Thomsonem ( 1897 ) a radioaktivita A. Becquerelem ( 1896 ), o jehož možnosti se začalo diskutovat po W. Prout předložil hypotézu protylu ( 1815 ). Již na počátku 20. století se objevily první modely struktury atomu: „cupcake“ ( W. Thomson , 1902 a J. J. Thomson, 1904 ) [59] , planetární ( J. B. Perrin , 1901 a H. Nagaoka , 1903 rok ) [60] , "dynamický" ( F. Lenard , 1904) [61] . V roce 1911 E. Rutherford na základě experimentů s rozptylem α-částic navrhl jaderný model, který se stal základem pro vytvoření klasického modelu struktury atomu ( N. Bohr , 1913 [62] a A. Sommerfeld , 1916 [63] ). Na jejím základě položil N. Bohr v roce 1921 základy formální teorie periodického systému , která vysvětlovala periodicitu vlastností prvků periodickým opakováním struktury vnější elektronové úrovně atomu [64] [65 ] . Poté , co V. Pauli formuloval vylučovací princip (1925) [66] , a F. Hund navrhl empirická pravidla pro plnění elektronových obalů (1925-1927) [67] , byla obecně stanovena elektronová struktura všech do té doby známých prvků.
Po objevu dělitelnosti atomu a ustavení podstaty elektronu jako jeho složky vznikly skutečné předpoklady pro rozvoj teorií chemické vazby. Prvním byl koncept elektrovalence R. Abegga ( 1904 ) [68] , založený na myšlence afinity atomů k elektronu. Bohr-Sommerfeldův model, představy o valenčních elektronech ( J. Stark , 1915) [69] a myšlenka speciální stability dvou- a osmielektronových obalů atomů inertního plynu tvořily základ klasických teorií chemických vazeb. . W. Kossel ( 1916 ) [70] vyvinul teorii heteropolární (iontové) vazby a J. N. Lewis ( 1916 ) [71] a I. Langmuir ( 1919 ) [72] vyvinuli teorii homeopolární (kovalentní) vazby [73]. [74] .
Na konci 20. a na počátku 30. let 20. století se vytvořily zásadně nové - kvantově mechanické - představy o struktuře atomu a povaze chemické vazby.
Na základě myšlenky francouzského fyzika L. de Broglieho o přítomnosti vlnových vlastností v materiálových částicích [75] odvodil rakouský fyzik E. Schrödinger v roce 1926 základní rovnici tzv. vlnová mechanika, obsahující vlnovou funkci a umožňující určit možné stavy kvantového systému a jejich změnu v čase [76] . O něco dříve německý fyzik W. Heisenberg vyvinul svou verzi kvantové teorie atomu ve formě maticové mechaniky [77] .
Kvantově mechanický přístup ke struktuře atomu vedl k vytvoření nových teorií, které vysvětlují vznik vazeb mezi atomy. Již v roce 1927 začali W. G. Geitler a F. London rozvíjet kvantově mechanickou teorii chemické vazby a provedli přibližný výpočet molekuly vodíku [78] . Rozšíření Heitler-London metody na polyatomické molekuly vedlo k vytvoření metody valenční vazby , která vznikla v letech 1928-1931 . L. Pauling a J. K. Slater . Hlavní myšlenkou této metody je předpoklad, že atomové orbitaly si během tvorby molekuly zachovávají určitou individualitu. V roce 1928 Pauling navrhl teorii rezonance a myšlenku hybridizace atomových orbitalů a v roce 1932 nový kvantitativní koncept elektronegativity [79] [80] .
V roce 1929 F. Hund , R. S. Mulliken a J. E. Lennard-Jones položili základy molekulární orbitální metody založené na konceptu úplné ztráty individuality atomů spojených do molekuly. Hund také vytvořil moderní klasifikaci chemických vazeb; v roce 1931 došel k závěru, že existují dva hlavní typy chemických vazeb – jednoduchá neboli σ-vazba a π-vazba. E. Hückel rozšířil metodu MO na organické sloučeniny a v roce 1931 formuloval pravidlo aromatické stability , které určuje, zda látka patří do aromatické řady [81] .
Díky kvantové mechanice byl ve 30. letech 20. století v podstatě objasněn způsob vytváření vazby mezi atomy; navíc v rámci kvantově mechanického přístupu dostala Mendělejevova teorie periodicity správnou fyzikální interpretaci. Vytvoření spolehlivého teoretického základu vedlo k výraznému nárůstu možností predikce vlastností hmoty. Charakteristickým rysem chemie ve 20. století bylo rozšířené používání fyzikálního a matematického aparátu a různých výpočtových metod [64] .
Skutečnou revolucí v chemii byl ve 20. století vznik velkého množství nových analytických metod, především fyzikálních a fyzikálně chemických ( rentgenová difrakční analýza , elektronická a vibrační spektroskopie , magnetochemie a hmotnostní spektrometrie , EPR a NMR spektroskopie , chromatografie atd. .). Tyto metody poskytly nové možnosti pro studium složení, struktury a reaktivity látky.
Charakteristickým rysem moderní chemie se stala její úzká interakce s jinými přírodními vědami, v důsledku čehož se biochemie , geochemie a další obory objevily na průsečíku věd. Současně s tímto procesem integrace intenzivně probíhal proces vlastní diferenciace chemie. Přestože hranice mezi sekcemi chemie jsou spíše konvenční, koloidní a koordinační chemie , krystalochemie a elektrochemie , chemie makromolekulárních sloučenin a některé další obory nabyly rysů samostatných věd.
Přirozeným důsledkem zdokonalení chemické teorie ve 20. století byly nové úspěchy v praktické chemii - katalytická syntéza amoniaku , výroba syntetických antibiotik , polymerních materiálů atd. Úspěchy chemiků při získávání látky s požadovanými vlastnostmi, mj. další výdobytky aplikované vědy vedly koncem 20. století k zásadním změnám v životě lidstva.