Химия

В рассматриваемый период утвердилась дисциплина химия — теоретическая и практическая. Трудно найти другую отрасль знания, где взаимосвязь и взаимообогащение теории и практики проявились бы с такой яркостью, как в химии, совершавшей в XIX в. свое поистине триумфальное шествие.

Новые химические представления окончательно восторжествовали в трудах А. Л. Лавуазье, Г. Монжа, К. Л. Бертолле, А. Ф. Фуркруа, Л, Б. Гитона-Морво, А. Г. Вандермонда и других учеников и сотрудников Лавуазье. Французские ученые разработали новую химическую номенклатуру, впервые ввели такие термины, как «кислород» и «водород». Они отвергли теорию флогистона и таким образом поставили, по словам Энгельса, «на ноги всю химию, которая в своей флогистической форме стояла на голове».(Ф. Энгельс, Предисловие к книге: К. Маркс, Капитал, т. И, М. 1955, стр. 14.)

Научная химия могла получить законченное развитие лишь после победы учения о молекулярно-атомистическом строении вещества. Широкое развитие атомистическая теория строения вещества получила в трудах английского ученого Джона Дальтона (1766—1844). Дальтон подчеркивал, что атомы различных веществ должны обладать различным весом и что химические соединения образуются сочетаниями атомов в определенных численных соотношениях. Правда, попытки определения атомных весов некоторых веществ были у Дальтона мало удачными, но его идеи оказали мощное воздействие на развитие химии. Относительно точные данные об атомных весах 46 элементов, близкие к современным, были опубликованы в 1814— 1818 гг. шведским химиком Иёнсом Якобом Берцелиусом (1799—1848).

Атомистические воззрения Дальтона поддержал французский химик и физик Ж. К. Гей-Люссак (1778—1850), занимавшийся исследованием основных законов газового состояния. Дальтон и Люссак независимо друг от друга пришли к выводу об одинаковой расширяемости газов и паров при одинаковом повышении температуры.

В 1811 г. итальянский химик А. Авогадро (1776—1856) выдвинул мысль, что в равных объемах газов содержится одинаковое число молекул. В 1814 г. Ампер настоятельно рекомендовал различать молекулы и атомы вещества. Но эти передовые идеи не получили тогда признания.

Борьба за внедрение молекулярно-атомистических представлений в химии (в частности, в учении о газах) оживилась в 40—50-х годах. Французский химик Ш. Ф. Жерар (1816—1856) экспериментально подтвердил идеи Авогадро и Ампера. Независимо от Жерара к сходным выводам пришел и Клаузиус. Наконец, итальянский физик С. Канниццаро (1826—1910) сформулировал как закон положение о том, что в одинаковых условиях одинаковые объемы всех газов содержат одно и то же число молекул. Это дало возможность правильно определять число атомов, содержащихся в молекуле. Канниццаро принадлежит также способ написания химических формул.

В 20-х годах Ю. Либихом, Ф. Вёлером и другими исследователями было обнаружено существование веществ, имеющих одинаковый состав и молекулярный вес и тем не менее различных по своим химическим и физическим свойствам. Это явление по предложению Берцелиуса (в 1830 г.) было названо изомерией. В 1848 г. знаменитый французский исследователь Луи Пастер (1822—1895) пришел к выводу, что существуют химически идентичные органические вещества, различающиеся между собой физическими свойствами. Было установлено, что молекулы обладают структурой, имеющей три измерения.

Новую теорию строения вещества в конце 50-х — начале 60-х годов выдвинул русский ученый Александр Михайлович Бутлеров (1828—1886), давший вместе с тем и научное истолкование изомерии. «Химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей (атомов.—Ред.), количеством их и химическим строением», — писал Бутлеров. Под химическим строением Бутлеров подразумевал все многообразие связей и взаимоотношений атомов внутри молекулы. Структурные формулы Бутлерова показали, как связаны между собой атомы в молекулах химических веществ. Структурная теория позволила классифицировать сотни тысяч сложнейших органических и неорганических соединений. Свою теорию Бутлеров блестяще подтвердил на практике, синтезировав по выведенным им структурным формулам ряд органических веществ.

В 1865 г. немецкий химик Ф. А. Кекуле (1829—1896) пришел к выводу, что молекулы органических веществ могут быть изображены как системы атомов в пространстве.

Опираясь на исследования Жерара и Канниццаро, английсюш химик Э. Франкленд (1825—1899) ввел в 1852 г. понятие валентности, т. е. свойства атомов различных химических элементов вступать в химическое соединение со строго определенным числом атомов водорода (валентность которого принималась за единицу) или другого одновалентного вещества.

Видное место в теоретической и прикладной химии заняло теперь изучение электрохимических явлений. В результате работ английского ученого X. Дэви были в 1807 г. получены свободный калий и натрий посредством электролиза едких щелочей, которые раньше считались неразложимыми. За два года до этого, в 1805 г., Теодор Гротгус (1785—1822) дал первую правильную теорию процесса разложения воды электрическим током. Большой вклад в электрохимию внес петербургский академик Б. С. Якоби. В конце 30-х годов он заложил основы гальванопластики и гальваностегии — технологических процессов, в результате которых с помощью электрического тока оказалось возможным получать точные копии рельефных изображений, а также покрывать изделия тонким слоем металла.

Д. И. Менделеев.

Прежде в химии долго сохранялось антинаучное, виталистическое воззрение, будто бы органические соединения являются лишь результатом жизнедеятельности организмов. В 1828 г. Ф. Вёлер (Германия) практически опроверг подобные представления, синтезировав из неорганических веществ мочевину. С этого времени возникает и делает быстрые успехи в теории и на практике синтетическая органическая химия (работы Ф. Вёлера, Ю. Либиха, Н. Н. Зинина, А. В. Гофмана, У. Г. Перкина, П. Э. М. Вертело и др.).

Крупнейшим событием в истории химии явилось открытие периодического закона химических элементов, сделанное в 1869 г. гениальным русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834-1907).

Расположив все известные в то время элементы в порядке возрастания атомных весов, Менделеев обнаружил, что элементы, сходные по своим свойствам по типу создаваемых ими соединений, размещаются через правильные интервалы, составляя периодически повторяющиеся ряды. Будучи разбиты на группы таким образом, чтобы сходные элементы располагались друг под другом, химические элементы образовали таблицу, получившую название периодической системы элементов. «Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, — писал Менделеев, — состоят в периодической зависимости... от их атомного веса».

Открытие Менделеева оказало огромное влияние на все последующее развитие химии и физики. Периодическая система установила взаимосвязь между всеми элементами и открыла в дальнейшем широкие возможности для более глубокого познания строения материи. В частности, она сыграла важную роль в разгадке позднее обнаруженных явлений радиоактивности и в открытии изотопов.

Исходя из своей периодической системы, Менделеев предсказал свойства нескольких еще неизвестных в те годы элементов. Три элемента — галлий, скандий и германий открыты учеными в 70—80-х годах XIX в., причем их свойства оказались полностью соответствующими тому, что предвидел Менделеев.

«... Было бы весьма интересно, — писал в 1898 г. Менделеев, — присутствовать при установке данных для доказательства превращения элементов друг в друга, потому что я тогда мог бы надеяться на то, что причина периодической законности будет открыта и понята». Это предвидение оправдалось. В свете современного учения о строении вещества периодическая система элементов получила новое, глубокое истолкование.