Поделиться статьей
Возвращение к атомизму и подъем современной химии
В 1808 году Джон Дальтон (1766–1844) опубликовал свою книгу под названием «Новая система химической философии» — работу, ознаменовавшую рождение современной химии. В своих теориях Дальтон воспринял концепцию атомизма Демокрита. Он постулировал, что атомы являются мельчайшими составляющими материи и что они не могут быть далее разделены, созданы или уничтожены в химических реакциях. По Дальтону, все атомы одного и того же элемента идентичны, но отличаются от атомов других элементов. В химических реакциях атомы объединяются в соединения, отделяются друг от друга или перестраиваются относительно других атомов. Поскольку согласно этой модели атомы неделимы и, следовательно, только целые атомы могут реагировать друг с другом, Дальтон пришел к выводу, что элементы в соединении всегда присутствуют в целочисленных соотношениях.
В своей атомной теории Дальтон выдвинул множество гипотез, которые сыграли ключевую роль в нашем понимании химии вплоть до наших дней. Некоторые положения его теории еще не окончательны. Например, Дальтон считал, что атом одного элемента взаимодействует ровно с одним атомом другого элемента. Он отклонялся от этой гипотезы только в тех случаях, когда экспериментальные наблюдения делали это абсолютно необходимым. Например, поэтому он предположил, что вода состоит из H-O, а это означает, что он сделал последующие ошибки, особенно при определении относительных атомных масс.
Тем не менее его атомная теория прочно поставила химию на правильный путь. С этого момента научные открытия в области химии стали происходить гораздо чаще.
От объема газов к атомным и молекулярным массам
В том же году Жозеф Луи Гей-Люссак (1778–1850) установил, что объемное отношение реагирующих друг с другом газов и продуктов их реакции всегда равно целому числу. Например, Гей-Люссак обнаружил, что два объема водорода и один объем кислорода реагируют с образованием воды (H2O), и что эта газообразная вода, в свою очередь, занимает два объема.
В 1811 году Амедео Авогадро (1776–1856) сформулировал гипотезу о том, что равные объемы газа будут содержать одинаковое количество частиц, независимо от рассматриваемого вещества. Однако гипотеза Авогадро еще не получила широкого признания.
Лишь в 1860 году его ученику Станислао Канниццаро (1826–1910) удалось убедить научную общественность в ее справедливости, после чего гипотеза стала известна как «закон Авогадро». Это позволило определить молярные массы многочисленных атомов и молекул, тем самым проложив путь для прогресса в химии.
Гей-Люссак был свидетелем не только химической революции, но и Французской революции, бушевавшей в его юности в родной стране. Его отца, богатого юриста и прокурора, посадили в тюрьму, а наставник сбежал. Был обезглавлен французский химик Антуан Лоран де Лавуазье (1743–1794), который в конце 18 века разработал первую систематическую номенклатуру и стандартизированную терминологию для химии.
Однако Гей-Люссак извлек выгоду из нового порядка, когда его выбрали для обучения в Политехнической школе, учреждении Революции. Среди его наставников были такие квалифицированные ученые, как математик Пьер Симон де Лаплас.
Химическая промышленность предшествовала химической революции
Позднее развитие атомной теории Дальтоном может свидетельствовать о том, что химическая промышленность могла зародиться только в 19-м и 20-м веках. Напротив, химические процессы уже использовались в промышленных масштабах с середины 18 века. Несмотря на то, что в то время не было большого теоретического понимания химии, экспериментальные открытия алхимиков сделали возможными многочисленные практические применения как в производстве, так и в анализе химических веществ. Тем не менее систематическая разработка и оптимизация процессов, особенно для промышленности, была невозможна из-за отсутствия базовых знаний. В результате химические заводы 18 века скорее напоминали расширенные лаборатории, чем заводы, которые мы знаем сегодня.
Первым химическим процессом, который применили в промышленных масштабах, был процесс производства серной кислоты в свинцовой камере (камерный процесс). Этот метод был известен со средних веков и широко применялся в Англии с 1746 года. Другим важным процессом с конца 18 века и далее был метод Леблана для производства кальцинированной соды (карбоната натрия) для текстильной промышленности и отбеливания белья, а также в мыловаренной, стекольной и бумажной промышленностях. Николя Леблан (1742–1806) разработал этот метод в 1791 году на конкурсе, организованном Французской академией наук, которая отчаянно пыталась найти подобный способ производства, чтобы обрести независимость от дорогостоящего импорта натуральной соды. Метод Леблана стал предпочтительным методом производства карбоната натрия, пока метод Сольве не был готов к массовому производству в 1880 году. Однако Леблан так и не получил свой призовой фонд. Когда пришло время, нация была в муках Революции, и Академия была упразднена французским Национальным Конвентом.
Сода и серная кислота до сих пор остаются одними из важнейших продуктов химической промышленности.
Аналитика в бурно развивающейся химической промышленности
Помимо соды и серной кислоты, важнейшими продуктами химической промышленности 18 века были соляная кислота для производства хлора и водный раствор хлора. Все эти продукты были нужны другим отраслям. Например, одним из применений соды было производство мыла, а хлор использовался для отбеливания текстиля. Поскольку чистота химикатов имела решающее значение, вскоре были разработаны методы контроля качества. Волюметрические методы были разработаны для проведения быстрых и качественных испытаний сырья: к химическому веществу добавляется реагент, о котором известно, что он реагирует с определяемым веществом. Конечная точка реакции становится видимой с помощью подходящего метода. На заключительном этапе определяется количество израсходованного реагента. Если было израсходовано эмпирически подтвержденное количество реагента, химикат считался пригодным. Однако количественные определения с этим рудиментарным предшественником титрования еще не были возможны.
К концу 18 века в литературе были описаны кислотно-щелочное титрование, осадительное титрование и окислительно-восстановительное титрование. В начале 19 века Жозеф Луи Гей-Люссак, которого часто считают изобретателем титрования, разработал новые методы титриметрического анализа и сделал титрование проще, быстрее и точнее. Разработки, достигнутые в области титрования, почти всегда производились во Франции, где большинство ученых были наняты государством после революции, и им было поручено решать промышленные проблемы. Синтез науки и промышленности, как показала Франция, вскоре распространился по всей остальной Европе.
Быстрое развитие современной химии продолжалось и в 19 веке: родилась органическая химия, которая открыла двери для химии не только для подражания, но и для умелого обращения с природой, например, с помощью лекарств и удобрений.
В этой серии остались еще 3 и 4 части!
