Ιστορία της Χημείας

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Το 1871 κατασκευάστηκε ο Περιοδικός πίνακας από τον Ντμίτρι Μεντελέγιεφ

Η ιστορία της χημείας περιλαμβάνει ένα μεγάλο χρονικό διάστημα που φθάνει από την αρχαία ιστορία μέχρι σήμερα. Ήδη από το 1000 π.Χ., οι αρχαίοι πολιτισμοί χρησιμοποιούν τεχνολογίες που θα μπορούσαν να θεωρηθούν η βάση των διαφόρων κλάδων της σημερινής χημείας. Για παράδειγμα η εξόρυξη μετάλλων από μεταλλεύματα, η αγγειοπλαστική και επισμάλτωση, η ζύμωση για παραγωγή μπύρας και κρασιού, η εξαγωγή χημικών ουσιών από τα φυτά για την ιατρική και τα αρώματα, η μετατροπή του λίπους σε σαπούνι, η παραγωγή γυαλιού, και η κατασκευή κραμάτων όπως ο ορείχαλκος.

Η πρόγονος της χημείας, η αλχημεία, δεν κατάφερε να εξηγήσει τη φύση της ύλης και των μετασχηματισμών της. Ωστόσο, με την εκτέλεση πειραμάτων και την καταγραφή των αποτελεσμάτων, οι αλχημιστές έθεσαν τις βάσεις για τη σύγχρονη χημεία. Η μεταξύ τους διάκριση άρχισε να αναδύεται όταν ο Ρόμπερτ Μπόιλ(1627-1691) στο έργο του "The Sceptical Chymist" (1661) έκανε μια σαφή διαφοροποίηση μεταξύ της χημείας και της αλχημείας. Ενώ αμφότερες αναφέρονται στην ύλη και στους μετασχηματισμούς της, οι χημικοί διαφοροποιούνται επειδή στην εργασία τους εφαρμόζουν την επιστημονική μέθοδο.

Η Χημεία θεωρείται ότι έγινε μια πλήρως ανεπτυγμένη επιστήμη με το έργο του Αντουάν Λωράν Λαβουαζιέ, ο οποίος διατύπωσε το νόμο διατήρησης της μάζας που απαιτούσε προσεκτικές μετρήσεις και ποσοτικές παρατηρήσεις των χημικών φαινομένων. Η ιστορία της χημείας είναι συνυφασμένη με την ιστορία της θερμοδυναμικής (History of thermodynamics), κυρίως μέσα από το έργο του Γιοσάια Ουίλαρντ Γκιμπς (Josiah Willard Gibbs)[1].

Πίνακας περιεχομένων

Αρχαία ιστορία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Πρόωρη Μεταλλουργία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το πρώτο μέταλλο που χρησιμοποιείται από τους ανθρώπους φαίνεται να είναι ο χρυσός, ο οποίος μπορεί να βρεθεί ελεύθερος ή αυτοφυής στη φύση. Σε ισπανικά σπήλαια βρέθηκαν μικρές ποσότητες φυσικού χρυσού της ύστερης παλαιολιθικής περιόδου, περ. 40.000 π.Χ.[2]

Λόγχη με σιδερένια αιχμή από μετεωρικό σίδηρο

Ο άργυρος, ο χαλκός, ο κασσίτερος και ο σίδηρος των μετεωριτών μπορούν επίσης να βρεθούν σε αυτοφυή μορφή και έτσι επέτρεψαν μια περιορισμένη μεταλλουργία στους αρχαίους πολιτισμούς.[3] Αιγυπτιακά όπλα κατασκευασμένα από μετεωρικό σίδηρο περίπου το 3000 π.Χ. ήταν ιδιαίτερης αξίας καθώς χαρακτηρίζονταν «Σπαθιά από τον Ουρανό».[4]

Αναμφισβήτητα η πρώτη χημική αντίδραση που χρησιμοποιήθηκε με ελεγχόμενο τρόπο ήταν η καύση (φωτιά). Ωστόσο, για χιλιετίες η φωτιά θεωρήθηκε απλώς ως μια μυστική δύναμη που μπορούσε να μετατρέψει μία ουσία σε μία άλλη (καύση ξύλου ή βράσιμο νερού), ενώ ταυτόχρονα παράγει θερμότητα και το φως.

H φωτιά επηρέασε πολλές δραστηριότητες των πρώιμων κοινωνιών. Αυτές κυμαίνονται από τις πιο απλές πτυχές της καθημερινής ζωής, όπως το μαγείρεμα και ο φωτισμός της διαμονής, έως τις πιο προηγμένες τεχνολογίες, όπως το ψήσιμο των αγγείων και τούβλων, και η τήξη των μετάλλων για την κατασκευή εργαλείων.

Ήταν η φωτιά που οδήγησε στην ανακάλυψη του γυαλιού και στον καθαρισμό των μετάλλων που με τη σειρά του έδωσε ώθηση στην ανάπτυξη της μεταλλουργίας. Κατά τα πρώτα στάδια της μεταλλουργίας, αναζητήθηκαν μέθοδοι καθαρισμού των μετάλλων, και ο χρυσός, που ήταν ήδη γνωστός από το 2900 π.Χ. στην αρχαία Αίγυπτο, έγινε πολύτιμο μέταλλο.

Εποχή του Χαλκού[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ορισμένα μέταλλα μπορούν να εξαχθούν από τα μεταλλεύματα τους απλώς θερμαίνοντας τις πέτρες του μεταλλεύματος στη φωτιά. Μια διαδικασία που είναι γνωστή ως εκκαμίνευση και εφαρμόζεται κυρίως στο κασσίτερο, στο μόλυβδο και (σε υψηλότερη θερμοκρασία) στο χαλκό. Τα πρώτα στοιχεία αυτής της εξορυκτικής μεταλλουργίας χρονολογούνται την 5η και 6η χιλιετία π.Χ., και βρέθηκαν στους αρχαιολογικούς χώρους του Majdanpek, Yarmovac και Plocnik, στη Σερβία. Μέχρι σήμερα, η αρχαιότερη εκκαμίνευση του χαλκού βρίσκεται στη περιοχή του Belovode,[5] οπου τα ευρήματα περιλαμβάνουν ένα χάλκινο τσεκούρι από το 5500 π.Χ. που ανήκει στον πολιτισμό Βίντσα.[6] Άλλα ίχνη πρόιμων μέταλλων βρέθηκαν από την τρίτη χιλιετία π.Χ. σε μέρη όπως η Palmela (Πορτογαλία), το Los Millares (Ισπανία), και το Στόουνχεντζ (Ηνωμένο Βασίλειο). Ωστόσο, όπως συμβαίνει συχνά με τη μελέτη των προϊστορικών χρόνων, η τελική πρώτη εμφάνιση δεν μπορεί να οριστεί με σαφήνεια καθώς οι νέες ανακαλύψεις είναι διαρκείς και συνεχείς.

Μεταλλευτικές περιοχές της αρχαίας Μέσης Ανατολής

Αυτά τα πρώτα μέταλλα ήταν καθαρά μέταλλα ή μίγματα μετάλλων όπως ακριβώς βρέθηκαν. Με την ανάμειξη χαλκού και κασσίτερου, κατασκευάστηκε ένα ανώτερο μέταλλο, ένα κράμα που ονομάστηκε ορείχαλκος, και έτσι την εποχή του Χαλκού(περίπου το 3500 π.Χ.) ξεκίνησε μια σημαντική τεχνολογική καμπή. Η εποχή του Χαλκού ήταν η περίοδος στην ανθρώπινη πολιτιστική ανάπτυξη όπου ανακαλύφθηκε η πιο προηγμένη μεταλλουργία (τουλάχιστον σε συστηματική και διαδεδομένη χρήση). Επινοήθηκαν τεχνικές για την τήξη του χαλκού και κασσίτερου από φυσικώς απαντώμενα κοιτάσματα μεταλλευμάτων χαλκού, και στη συνέχεια η σύντηξη τους δημιούργησε τον ορείχαλκο. Αυτά τα φυσικώς απαντώμενα μεταλλεύματα τυπικά περιλαμβάνουν αρσενικό ως κοινή πρόσμιξη. Τα μεταλλεύματα χαλκού / κασσίτερου ομως είναι σπάνια, όπως αντικατοπτρίζεται στο γεγονός ότι δεν υπήρχαν μπρούντζοι κασσίτερου στη δυτική Ασία πριν από το 3000 π.Χ.

Μετά από την εποχή του Χαλκού, η ιστορία της μεταλλουργίας σημαδεύτηκε από τους στρατούς που αναζητούσαν καλύτερα όπλα. Οι χώρες στην Ευρασία(Eurasia) άκμασαν όταν δημιούργησαν ανώτερα κράματα, τα οποία, με τη σειρά τους, έκαναν καλύτερη πανοπλία και καλύτερα όπλα. Αυτό καθόριζε συχνά τα αποτελέσματα των μαχών. Σημαντική πρόοδος στη μεταλλουργία και την αλχημεία έγινε στην αρχαία Ινδία. [7]

Εποχή του Σιδήρου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κύριο άρθρο: Εποχή του Σιδήρου

Κελτικό ή Ρωμαϊκό σπαθί (366 - 341 π.Χ.) που βρέθηκε στην Ισπανία

Η εξαγωγή του σιδήρου από το μετάλλευμα του σε ένα μέταλλο που να μπορεί να υποστεί επεξεργασία είναι πολύ πιο δύσκολη από το χαλκό ή κασσίτερο. Φαίνεται να έχει εφευρεθεί από τους Χετταίους γύρω στο 1200 π.Χ., οπότε και τοποθετείται η έναρξη της Εποχής του Σιδήρου. Οι Χετταίοι έφεραν μαζί τους ή ανέπτυξαν επί τόπου στην κεντρική Μικρά Ασία την τέχνη επεξεργασίας του σιδήρου. Ήταν οι πρώτοι και οι μοναδικοί στην εποχή τους που γνώριζαν να επεξεργάζονται τον σίδηρο. Αυτό τους έδινε ισχυρή υπεροχή, αφού οι άλλες σύγχρονες τους φυλές πολιτισμικά βρίσκονταν ακόμα στην εποχή του χαλκού στην καλύτερη περίπτωση. Οι Χετταίοι μπόρεσαν και κράτησαν την τέχνη της επεξεργασίας του σιδήρου για εύλογους λόγους μυστική και γι' αυτό είχαν το μονοπώλιο της τέχνης και των προϊόντων του σιδήρου. Το μυστικό της εξόρυξης και επεξεργασίας του σιδήρου ήταν επίσης ένας βασικός παράγοντας για την επιτυχία των Φιλισταίων.[4][8]

Με άλλα λόγια, η Εποχή του Σιδήρου αναφέρεται στην έλευση της σιδηρουργίας (Ferrous metallurgy). Ιστορικές ανακαλύψεις στη σιδηρουργία μπορεί να βρεθούν σε πολλούς πολιτισμούς και κουλτούρες. Σ’ αυτούς περιλαμβάνονται τα αρχαία και μεσαιωνικά βασίλεια και αυτοκρατορίες της Μέσης Ανατολής και της Εγγύς Ανατολής, το αρχαίο Ιράν, η αρχαία Αίγυπτος, η αρχαία Νουβία, και η Ανατολία (Τουρκία), η Αρχαία κουλτούρα των Nok στη Νιγηρία, η Καρχηδόνα, οι Έλληνες και οι Ρωμαίοι της αρχαίας Ευρώπης, καθώς και η μεσαιωνική Ευρώπη, η αρχαία και μεσαιωνική Κίνα, η αρχαία και μεσαιωνικά Ινδία, και η αρχαία και μεσαιωνική Ιαπωνία μεταξύ άλλων. Πολλές από τις εφαρμογές, τις πρακτικές, και τις συσκευές που συνδέονται ή που εμπλέκονται στη μεταλλουργία ανακαλύφθηκαν και ανδρώθηκαν στην αρχαία Κίνα. Τέτοιες είναι η καινοτομία της υψικαμίνου, ο χυτοσίδηρος, οι υδραυλικές μηχανικές σφύρες, και τα φυσερά με έμβολο διπλής ενέργιας.[9][10]

Κλασική αρχαιότητα και ατομισμός[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Δημόκριτος, ο Έλληνας φιλόσοφος της ατομιστικής σχολής.

Οι φιλοσοφικές προσπάθειες για να αιτιολογήσουμε το γιατί οι διάφορες ουσίες έχουν διαφορετικές ιδιότητες (χρώμα, πυκνότητα, οσμή), γιατί υπάρχουν σε διαφορετικές καταστάσεις (αέρια, υγρά και στερεά), και γιατί αντιδρούν με διαφορετικό τρόπο όταν εκτίθενται σε διάφορα περιβάλλοντα, όπως για παράδειγμα στο νερό, στη φωτιά, ή στις θερμοκρασιακές αλλαγές, οδήγησε τους αρχαίους φιλόσοφους να διατυπώσουν τις πρώτες θεωρίες για τη φύση και τη χημεία. Πιθανώς όλοι οι αρχαίοι πολιτισμοί έχουν να επιδείξουν φιλοσοφικές θεωρίες που σχετίζονται με τη χημεία. Ο κοινός παρονομαστής σε όλες αυτές τις θεωρίες ήταν η προσπάθεια να εντοπίσουν ένα μικρό αριθμό πρωτογενών κλασσικών στοιχείων που συνθέτουν το σύνολο των διαφόρων ουσιών στη φύση. Ουσίες όπως ο αέρας, το νερό και το έδαφος/γη, μορφές ενέργειας, όπως η φωτιά και το φως, και πιο αφηρημένες έννοιες όπως οι ιδέες, ο αιθέρας και ο ουρανός, ήταν κοινοί υποψήφιοι για τον θώκο των πρωτογενών κλασσικών στοιχείων σε όλους τους αρχαίους πολιτισμούς, ακόμη και όταν δεν υπήρχε καμία επαφή μεταξύ τους. Για παράδειγμα σε όλες τις φιλοσοφίες, την Ελληνική, Ινδική, την φιλοσοφία των Μάγια, και την αρχαία κινεζική ο αέρας, το νερό, η γη και η φωτιά θεωρούνται ως κύρια στοιχεία.

Αρχαίος κόσμος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Γύρω στο 420 π.Χ. ο Εμπεδοκλής δήλωσε ότι όλη η ύλη αποτελείται από τέσσερεις στοιχειώδεις ουσίες - γη, φωτιά, αέρας και νερό. Η πρώιμη θεωρία του ατομισμού μπορεί να αναχθεί στην αρχαία Ελλάδα και την αρχαία Ινδία. [11] Ο Ελληνικός ατομισμός χρονολογείται πίσω στον Έλληνα φιλόσοφο Δημόκριτο, ο οποίος περίπου το 380 π.Χ. δήλωσε ότι η ύλη αποτελείται από αδιαίρετα και άφθαρτα άτομα. Ο Λεύκιππος δήλωσε επίσης ότι τα άτομα ήταν το πιο αδιαίρετο μέρος της ύλης. Αυτό συνέπεσε με μια παρόμοια δήλωση από τον Ινδό φιλόσοφο Kanada στα γραπτά του, τις Vaisheshika σούτρα, περίπου την ίδια χρονική περίοδο. Με τον ίδιο τρόπο συζητήθηκε η ύπαρξη των αερίων. Αυτό που ο Kanada δήλώσε στους αφορισμούς του, στις σούτρα του, ο Δημόκριτος το δηλωσε με τον φιλοσοφικό του ρεμβασμό. Αλλά και οι δύο έπασχαν από έλλειψη εμπειρικών δεδομένων. Χωρίς επιστημονική απόδειξη, η ύπαρξη των ατόμων ήταν εύκολο να αμφισβητηθεί.

Η Natural History του Πλίνιου του Πρεσβύτερου μια πρώτη εγκυκλοπαίδεια του 77-79 μ.Χ. σε ένα χειρόγραφο του 12ου αιώνα απο το Αββαείο του Saint-Vincent, Le Mans, Γαλλία

Ο Αριστοτέλης, το 330 π.Χ., ήταν αντίθετος με την ύπαρξη των ατόμων. Νωρίτερα, το 380 π.Χ., σε ένα ελληνικό κείμενο που αποδόθηκε στον Πολύβους (μαθητή του Ιποκράτη) διατυπώνεται ο ισχυρισμός ότι το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από τέσσερις χυμούς. Γύρω στο 300 π.Χ., ο Επίκουρος διατύπωσε την αρχή οτι υπάρχει ένα σύμπαν αποτελούμενο απο άφθαρτα άτομα μέσα στο οποίο ο άνθρωπος είναι υπεύθυνος για την επίτευξη μιας ισορροπημένης ζωής.

Με στόχο να εξηγήσει την επικούρεια φιλοσοφία στο ρωμαϊκό κοινό, ο Ρωμαίος ποιητής και φιλόσοφος Λουκρήτιος[12] έγραψε το 50 π.Χ. το έργο «De Rerum Natura» (Η φύση των πραγμάτων)[13]. Στο έργο αυτό, ο Λουκρήτιος παρουσιάζει τις αρχές του ατομισμού, τη φύση του νου και της ψυχής, εξηγήσεις των αίσθήσεων και της σκέψης, την ανάπτυξη του κόσμου και των φαινομένων του, και εξηγεί μια ποικιλία από ουράνια και τα γήινα φαινόμενα.

Μεγάλο μέρος της πρώιμης ανάπτυξης των μεθόδων καθαρισμού (εξαγωγής και εμπλουτισμού των μετάλλων στη μεταλουργία) περιγράφονται από τον Πλίνιο τον Πρεσβύτερο στην «φυσική ιστορία» του (Naturalis Historia). Προσπάθησε να εξηγήσει αυτές τις μεθόδους, καθώς επίσης και έκανε εύστοχες και ακριβείς παρατηρήσεις για την κατάσταση πολλών ορυκτών.

Μεσαιωνική αλχημεία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Δέκατος έβδομος αιώνας. Αλχημικό έμβλημα που απεικονίζει τα τέσσερα κλασικά στοιχεία στις γωνίες της εικόνας, μαζί με τα tria prima.

Το σύστημα στοιχείων που χρησιμοποιείται στη μεσαιωνική αλχημεία αναπτύχθηκε κυρίως από τον πέρση αλχημιστή Jabir ibn Hayyan και οι ρίζες του βρίσκονται στα κλασικά στοιχεία της ελληνικής παράδοσης.[14] Το σύστημα του αποτελείται από τα τέσσερα Αριστοτελικά στοιχεία τον αέρα, τη γη, τη φωτιά και το νερό και επιπλέον από τα δύο φιλοσοφικά στοιχεία: το θείο, που χαρακτηρίζει την αρχή της ευφλεκτότητας καθόσων είναι "η πέτρα που καίει», και τον υδράργυρο, που χαρακτηρίζει την αρχή των μεταλλικών ιδιοτήτων. Αυτά τα στοιχεία είχαν θεωρηθεί από τους πρώτους αλχημιστές ως εξιδανικευμένες εκφράσεις των μη αναγωγίσιμων συστατικών του σύμπαντος και έτυχαν της μέγιστης μελέτης από την φιλοσοφική αλχημεία.

Οι τρεις μεταλλικές αρχές: το θείο για την ευφλεκτότητα ή την καύση, ο υδράργυρος για την αστάθεια και τη σταθερότητα, και το αλάτι για την στερεότητα έγιναν η «πρωτεύουσα τριάδα» (tria prima) του Ελβετού αλχημιστή Παράκελσου. Το αιτιολόγησε υποστηρίζοντας ότι η θεωρία των τεσσάρων στοιχείων του Αριστοτέλη εμφανίζεται στα σώματα κάτω απο το πρίσμα των τριών αρχών. Ο Παράκελσος είδε αυτές τις αρχές ως θεμελιώδεις και το δικαιολογησε προσφεύγοντας στην περιγραφή του τρόπου με τον οποίο το ξύλο καίγεται στη φωτιά. Ο υδράργυρος συνεισφέρει την αρχή της συνεκτικότητας, έτσι όταν φεύγει απο το ξύλο υπο μορφή καπνού το ξύλο καταρρέει. Ο καπνός εμπεριέχει την αστάθεια (υδραργυρική αρχή), οι φλόγες δίνοντας θερμότητα εμπεριέχουν την ευφλεκτότητα (θείο), και το υπόλοιπο η τέφρα εμπεριέχει την στερεότητα (αλάτι).

Η φιλοσοφική λίθος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

"Ο Αλχημιστής", απο τον Sir William Douglas, 1855

Η Αλχημεία καθορίζεται από την «Ερμητική» αναζήτηση για την φιλοσοφική λίθο, η μελέτη της οποίας είναι πλούσια σε συμβολικό μυστικισμό, και διαφέρει σε μεγάλο βαθμό από τη σύγχρονη επιστήμη. Οι αλχημιστές μοχθήσαν για να κάνουν μετασχηματισμούς τόσο σε εσωτερικό (πνευματικό) οσο και σε εξωτερικό (πρακτικό) επίπεδο. Αυτές οι πρωτοεπιστημονικές, εξωτερικές (πρακτικές) πτυχές της αλχημείας ηταν που συνέβαλαν σε μεγάλο βαθμό στην εξέλιξη της χημείας στην ελληνορωμαϊκή Αίγυπτο, στην Ισλαμική Χρυσή Εποχή, και στη συνέχεια στην Ευρώπη. Η αλχημεία και η χημεία διαμοιράζονται το ενδιαφέρον για τη σύνθεση και τις ιδιότητες της ύλης, και πριν από τον δέκατο όγδοο αιώνα δεν μπορούν να διαχωριστούν σε διακριτές ειδικότητες. Ο όρος χυμεία (chymistry) έχει χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει την ανάμειξη της αλχημείας και της χημείας που προυπήρχε πριν από αυτήν την περίοδο.

Οι πρώτοι δυτικοί αλχημιστές, που έζησαν κατά τους πρώτους αιώνες της κοινής περιόδου, εφήβραν συσκευές χημείας. Το μπεν μαρί, ή υδατόλουτρο ονομάστηκε απο την Μαρία την Εβραία. Η δουλειά της δίνει επίσης τις πρώτες περιγραφές του τρίμπικου και της κηροτακίδας. Η Κλεοπάτρα η αλχημιστής περιγράφει τον κλίβανο και έχει πιστωθεί με την εφεύρεση του άμβυκα. Αργότερα, το πειραματικό πλαίσιο που θεσπίστηκε απο τον Jabir ibn Hayyan επηρέασε τους αλχημιστές καθώς η αλχημεία μετανάστευσε στον ισλαμικό κόσμο, στη συνέχεια, στην Ευρώπη του δωδέκατου αιώνα.

Κατά τη διάρκεια της Αναγέννησης, η εξωτερική (πρακτική) αλχημεία παρέμεινε δημοφιλής, με τη μορφή της ιατροχημείας του Παράκελσου (Paracelsian iatrochemistry), ενώ η πνευματική αλχημεία άνθισε, παραμένοντας ευθυγραμμισμένη με τις πλατωνικές, Ερμητικές και Γνωστικές ρίζες της. Κατά συνέπεια, η συμβολική αναζήτηση για την φιλοσοφική λίθο δεν είχε αντικατασταθεί από τις επιστημονικές προόδους, και ήταν ακόμη ο τομέας των καταξιωμένων επιστημόνων και γιατρών μέχρι τις αρχές του δέκατου όγδοου αιώνα. Στους πρώτους σύγχρονους αλχημιστές που φημίζονται για τις επιστημονικές τους παρεμβάσεις περιλαμβάνονται οι Jan Baptist van Helmont, Robert Boyle, και ο Ισαάκ Νεύτων.

Τα προβλήματα της αλχημείας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Υπήρχαν πολλά προβλήματα με την αλχημεία, όπως φαίνεται από τη σημερινή σκοπιά. Δεν υπήρχε συστηματική σύστημα ονοματοδοσίας για νέες ενώσεις, και η γλώσσα ήταν απόκρυφη και ασαφής σε σημείο που οι ορολογίες να σημαίνουν διαφορετικά πράγματα σε διαφορετικούς ανθρώπους. Στην πραγματικότητα, σύμφωνα με το «The Fontana Ιστορία της Χημείας» (Brock, 1992):

Η γλώσσα της αλχημείας ανέπτυξε σύντομα ενα απόκρυφο και μυστικοπαθές τεχνικό λεξιλόγιο σχεδιασμένο να αποκρύπτει πληροφορίες από τους αμύητους. Σε ένα μεγάλο βαθμό, αυτή η γλώσσα είναι ακατανόητη για μας σήμερα, αν και είναι προφανές ότι οι αναγνώστες του «Canon's Yeoman's Tale» του Τζοφρει Τσώσερ (Geoffery Chaucer) ή το κοινό του «Ο Αλχημιστής» του Μπεν Τζόνσον (Ben Jonson) ήταν σε θέση να τα κατανοήσουν αρκετά καλά ωστε να γελάσουν με αυτά. [15]

Το παραμύθι του Chaucer περιγράφει την πιο δόλια πλευρά της αλχημείας, ειδικά την κατασκευή πλαστού χρυσού από φθηνές ουσίες. Λιγότερο από έναν αιώνα νωρίτερα, ο Δάντης Αλιγκέρι (Dante Alighieri) κατέδειξε επίσης την επίγνωση αυτής της δολιότητας, η οποία τον προκάλεσε στα γραπτά του να ξαποστείλει όλους τους αλχημιστές στην κόλαση. Λίγο μετά, το 1317, ο Πάπας Ιωάννης XXII της Αβινιόν διέταξε όλοι οι αλχημιστές να εγκαταλείψουν τη Γαλλία λόγω της κατασκευής πλαστών χρημάτων. Στην Αγγλία το 1403 ψηφίστηκε ένας νόμος που όρισε να τιμωρείται με θάνατο ο "πολλαπλασιασμός των μετάλλων"

Παρόλα αυτά και άλλα φαινομενικά ακραία μέτρα, η αλχημεία δεν πεθανε. Οι βασιλείς και οι προνομιούχες τάξεις ακόμα εξακολουθούν να αναζητούν να ανακαλύψουν τη φιλοσοφική λίθο και το ελιξίριο της ζωής για τον εαυτό τους.

Επίσης δεν υπήρχε συμφωνημένη επιστημονική μέθοδος ωστε η εκτέλεση των πειραμάτων να είναι αναπαραγώγιμη. Πράγματι, πολλοί αλχημιστές περιλαμβάνουν στις μεθόδους τους, άσχετες πληροφορίες, όπως ο χρονος της παλίρροιας ή οι φάσεις της σελήνης. Η εσωτερική φύση και το κωδικοποιημένο λεξιλόγιο της αλχημείας φάνηκε να είναι χρήσιμα κυρίως στο να αποκρυβεί το γεγονός ότι δεν ηταν και πολύ σίγουροι σε όσα έλεγαν. Ήδη από τον 14ο αιώνα, φάνηκε να αυξάνονται οι ρωγμές στην πρόσοψη της αλχημείας, και οι άνθρωποι έγιναν επιφυλακτικοί. Είναι σαφές πλέον, ότι χρειάζεται να υπάρχει μια επιστημονική μέθοδος, όπου τα πειράματα να μπορούν να επαναληφθούν από άλλους ανθρώπους και τα αποτελέσματα θα έπρεπε να περιγράφονται με μια σαφή γλώσσα που να ξεκαθαρίζει τόσο αυτό που είναι γνωστό όσο και αυτό που είναι άγνωστο.

Αλχημεία στον ισλαμικό κόσμο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Jābir ibn Hayyān (Geber), a Persian alchemist whose experimental research laid the foundations of chemistry.

Στον ισλαμικό κόσμο , οι μουσουλμάνοι μετάφρασαν τα έργα των αρχαίων Ελλήνων και Αιγυπτίων στα αραβικά και πειραματίζονταν με τις επιστημονικές ιδέες. Η ανάπτυξη της σύγχρονης επιστημονικής μεθόδου ήταν αργή και επίπονη , αλλά η πρώιμη επιστημονική μέθοδος για τη χημεία άρχισε να αναφύεται μεταξύ των πρώτων μουσουλμανικων χημικών , αρχίζοντας με τον χημικό 9ου αιώνα Jabir ibn Hayyan (γνωστό και ως " Geber " στην Ευρώπη) , ο οποίος θεωρείται ως "ο πατέρας της χημείας ». Αυτός εισήγαγε μια συστηματική και πειραματική προσέγγιση στην επιστημονική έρευνα βασισμένη στο εργαστήριο , σε αντίθεση με τους αρχαίους ελληνες και αιγύπτιους αλχημιστές των οποίων τα έργα ήταν σε μεγάλο βαθμό αλληγορικά και συχνά ακατανόητα. Ο ίδιος επίσης, ανακάλυψε και ονόμασε τον άμβυκα (al - Anbiq) , έδωσε την χημική ανάλυση πολλών χημικές ουσίες , συνέθεσε τα lapidaries , έδωσε τη διάκριση μεταξύ αλκαλίων και οξέων, και κατασκεύασε εκατοντάδες φαρμάκων. Επίσης επεξετεινε τη θεωρία των πέντε κλασικών στοιχείων στη θεωρία των επτά αλχημικών στοιχείων, μετά την ταυτοποίηση του υδραργύρου και θείου , σαν χημικά στοιχεία.

Μεταξύ άλλων μουσουλμανοι χημικοί με επιρροή, οπως ο Αμπού αλ - Rayhān al-Biruni, ο Αβικέννα και ο Al-kindi αντέκρουσαν τις θεωρίες της αλχημείας , ιδιαίτερα τη θεωρία της μεταστοιχείωσης των μετάλλων, και ο al-Tusi διατύπωσε μια εκδοχή της «διατήρησης μάζας», σημειώνοντας ότι ένα υλικό σώμα είναι μεν σε θέση να αλλάξει, αλλά δεν είναι δυνατόν να εξαφανιστεί. Ο Rhazes αντέκρουσε για πρώτη φορά τη θεωρία του Αριστοτέλη για τα τέσσερα κλασικά στοιχεία, και δημιουργήσε τα θεμέλια της σύγχρονης χημείας, χρησιμοποιώντας το εργαστήριο στη σύγχρονη έννοια του όρου, σχεδιάζοντας και περιγράφοντας περισσότερα από είκοσι όργανα, πολλά τμήματα των οποίων είναι ακόμα και σήμερα σε χρήση.Τέτοια είναι το χωνευτήρι, η κολοκύθα ή αποστακτήρας για την απόσταξη, και η κεφαλή ενός αποστακτήρα με σωλήνα απορροής (ambiq, Λατινική του άμβυκα), και διάφορα είδη φούρνων ή θερμαντήρων.

Για τους γιατρούς της Ευρώπης, η αλχημεία έγινε μια διανοητική άσκηση οταν η πρώιμη αραβική αλχημεία έγινε διαθέσιμη μέσω της λατινικής μετάφρασης, και έτσι βελτιωθηκαν με την πάροδο του χρόνου. Ο Παράκελσος (1493-1541), για παράδειγμα, απέρριψε την θεωρία των τεσσάρων στοιχειων και μόνο με μια ασαφή κατανόηση των χημικών ουσιών και φαρμάκων του, σχηματίζει ένα υβρίδιο αλχημείας και επιστήμης που θα αποκληθεί ιατροχημεία (iatrochemistry). Ο Παράκελσος δεν ήταν τέλειος στο να καταστήσει τα πειράματα του πραγματικά επιστημονικά. Για παράδειγμα, ως προέκταση της θεωρίας του ότι νέες ενώσεις θα μπορούσαν να γίνουν με το συνδυασμό του υδραργύρου και θείου, κάποια στιγμή παρασκεύασε μια ουσία που πίστευε ότι ήταν "το έλαιο του θείου». Αλλά αυτή στην πραγματικότητα ήταν ο διμεθυλαιθέρας, ο οποία δεν είχε ούτε υδράργυρο ούτε θείο.

Ο 17ος και 18ος αιώνας: Πρόωρη χημεία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Agricola, author of De re metallica

Πρακτικές προσπάθειες για τη βελτίωση του εμπλουτισμού των μεταλλευμάτων και η εξαγωγή των καθαρών μετάλλων ήταν μια σημαντική πηγή πληροφοριών για τους πρώτους χημικούς του 16ου αιώνα, μεταξύ των οποίων και ο Georg Agricola (1494-1555), ο οποίος δημοσίευσε το σπουδαίο έργο του «De re metallica» το 1556. Το έργο του περιγράφει τις ανεπτυγμένες και πολύπλοκες διαδικασίες της εξόρυξης μεταλλευμάτων, την εξαγωγή των μετάλλων και τη μεταλλουργία εποχής του. Η προσέγγιση του αφαίρεσαν το μυστικισμό που σχετίζονται με το θέμα, δημιουργώντας την πρακτική βάση πάνω στην οποία άλλοι θα μπορούσαν να οικοδομήσουν. Το έργο περιγράφει τα πολλά είδη φούρνων που χρησιμοποιούνται για την τήξη του μεταλλεύματος, και κέντρισε το ενδιαφέρον για τα μέταλλα και τη σύνθεσή τους. Δεν είναι τυχαίο ότι ο ίδιος δίνει πολλές αναφορές σε έναν αρχαίο συγγραφέα, τον Πλίνιο τον Πρεσβύτερος και την «Naturalis Historia» του. Τον οποίο ο Agricola έχει χαρακτηρίσει σαν τον «πατέρα της μεταλλουργίας».

Το 1605, ο Σερ Φράνσις Μπέικον(Sir Francis Bacon) δημοσίευσε το «Η Ικανότητα και προώθηση της μάθησης» (The Proficience and Advancement of Learning), οπου περιλαμβάνεται μια περιγραφή αυτού που αργότερα θα γίνει γνωστό ως «επιστημονική μέθοδος». Το 1605, ο Michal Sedziwój δημοσιεύει την αλχημική πραγματεία «Ένα νέο φως της Αλχημείας» (A New Light of Alchemy) οπου πρότεινε την ύπαρξη της «τροφής της ζωής" στον αέρα που πολύ αργότερα θα αγνωριζόταν ως το οξυγόνο. Το 1615 ο Jean Beguin δημοσίευσε το Tyrocinium Chymicum, ενα πρώιμο βιβλίο χημείας, και εκεί σχεδιάζει την πρώτη χημική εξίσωση. Το 1637 ο Καρτέσιος δημοσιεύει το «Discours de la méthode», το οποίο περιέχει ενα περίγραμμα της επιστημονικής μεθόδου.

Η εργασία του ολλανδού χημικού Jan Baptist van Helmont το «Ortus medicinae» δημοσιεύθηκε μεταθανάτια το 1648. Το βιβλίο αναφέρεται από ορισμένους ως ένα σημαντικό μεταβατικό εργο από την αλχημεία στη χημεία, και ως σημαντική επιρροή στον Robert Boyle. Το βιβλίο περιέχει τα αποτελέσματα πολλών πειραμάτων και καθιερώνει μια πρώιμη έκδοση του νόμου της διατήρησης της μάζας. Εργαζόμενος κατά το χρονικό διάστημα αμέσως μετά τον Παράκελσο και την ιατροχημεία, ο Jan Baptist van Helmont πρότεινε ότι υπάρχουν επουσιώδη ουσίες άλλες από τον αέρα και επινόησε γι' αυτές το όνομα "αέριο", από την ελληνική λέξη χάος. Εκτός από την εισαγωγή της λέξης «αέριο» στο λεξιλόγιο των επιστημόνων, ο van Helmont διεξήγαγε διάφορα πειράματα που αφορούν τα αέρια. Τον Jan Baptist van Helmont σήμερα τον θυμόμαστε επίσης σε μεγάλο βαθμό για τις ιδέες του σχετικά με «αυθόρμητη γεννηση» και το πείραμα του 5-ετους δέντρου, καθώς και απο το οτι θεωρείται ο ιδρυτής της χημείας των αερίων.

Robert Boyle[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Robert Boyle, one of the co-founders of modern chemistry through his use of proper experimentation, which further separated chemistry from alchemy
Title page from The sceptical chymist, 1661, Chemical Heritage Foundation

Ο Αγγλος χημικός Ρόμπερτ Μπόιλ (Robert Boyle) (1627-1691) θεωρείται ότι εξειδίκευσε τη μοντέρνα «επιστημονική μέθοδο» για την αλχημεία και διαχώρισε τη χημεία ακόμη περισσότερο από αλχημεία. Αν και η έρευνα του έχει σαφώς τις ρίζες της στην αλχημική παράδοση, ο Boyle σε μεγάλο βαθμό σήμερα θεωρείται ο πρώτος σύγχρονος χημικός, και ως εκ τούτου, ένας από τους ιδρυτές της σύγχρονης χημείας, και ένας από τους πρωτοπόρους της σύγχρονης πειραματικής επιστημονικής μεθόδου. Αν και ο Boyle δεν ήταν αυτός που τον ανακλαλυψε πρώτος, είναι περισσότερο γνωστός για το νόμο του Boyle, τον οποίο παρουσίασε το 1662. Ο νόμος περιγράφει την αντιστρόφως ανάλογη σχέση μεταξύ της απόλυτης πίεσης και όγκου ενός αερίου, εάν η θερμοκρασία διατηρείται σταθερή σε ενα κλειστό σύστημα.

Ο Boyle, επίσης, πιστώνεται με τη δημοσίευση ορόσημο του «The Sceptical Chymist» το 1661, το οποίο θεωρείται ως το βιβλίο ακρογωνιαίος λίθος στον τομέα της χημείας. Ο Boyle παρουσιάζει την υπόθεσή του ότι κάθε φαινόμενο ήταν το αποτέλεσμα των συγκρούσεων των σωματιδίων σε κίνηση . Εκανε έκκληση στους χημικούς να πειραματιστούν και υποστήριξε ότι τα πειράματα απορρίπτουν τον περιορισμό των χημικών στοιχείων μόνο στα κλασικό τέσσερα: γη, φωτιά, αέρας και νερό. Ο ίδιος επίσης απηύθυνε έκληση, ότι η χημεία θα πρέπει να πάψει να είναι υποταγμένη στην ιατρική ή στην αλχημεία, και θα πρέπει να ανέλθει στο καθεστώς της επιστήμης. Είναι σημαντικό το οτι υπερασπίστηκε μια αυστηρή προσέγγιση στο επιστημονικό πείραμα: πίστευε ότι όλες οι θεωρίες πρέπει να αποδεικνύεται πειραματικά προτού θεωρηθούν ως αλήθεια. Το έργο του περιέχει μερικές από τις πρώτες σύγχρονες ιδέες οπως των ατόμων, των μορίων και της χημικής αντίδρασης, και σηματοδοτεί την αρχή της ιστορίας της σύγχρονης χημείας.

Ο Boyle προσπάθησε να καθαρίσει απο προσμίξεις τις χημικές ουσίες για να μπορούν να αναπαραχθούν οι αντιδράσεις. Ήταν ένας προβεβλημένος υπερασπιστής της μηχανικής φιλοσοφίας που πρότεινε ο Ρενέ Ντεκάρτ(René Descartes) για να εξηγήσει και να ποσοτικοποιήσει τις φυσικές ιδιότητες και τις αλληλεπιδράσεις των υλικών ουσιών. Ο Boyle ήτανυπερμαχος της ατομικής θεωρίας, αλλά προτιμούσε τη λέξη corpuscle (σωματίδια-μόρια) περισσότερο από το άτομα. Ο ίδιος σχολίασε ότι η μικρότερη διαίρεση της ύλης, όπου οι ιδιότητες διατηρούνται είναι στο επίπεδο των σωματιδίων-μορίων. Εκτέλεσε επίσης πολυάριθμες έρευνες με αεραντλία, και σημείωσε ότι ο υδράργυρος του βαρομέτρου πέφτει οταν ο αέρας αντλείται έξω. Επισήμανε, επίσης, ότι η άντληση του αέρα από ένα δοχείο θα σβήσει μια φλόγα και θα σκοτώσει μικρά ζώα που είναι τοποθετημένα στο εσωτερικό, και επίσης θα προκαλέσει την πτώση του ύψους του βαρόμετρου. Ο Boyle βοήθησε να τεθούν τα θεμέλια για την Χημική Επανάσταση με τη μηχανική σωματιδιακή φιλοσοφία του. Και επανέλαβε το πείραμα του 5-ετους δέντρου του van Helmont, και ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε δείκτες που άλλαζαν χρώματα όταν άλλαζε η οξύτητα.

Η άνοδος και η πτώση του φλογιστόν[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο Joseph Priestley, ανακάλυψε το στοιχείο οξυγόνο, το οποίο αποκάλεσε "αποφλογισμένο αέρα"

Το 1702, Γερμανός χημικός Georg Stahl επινόησε το όνομα "φλογιστόν" για την ουσία που πιστευε ότι ελευθερώνεται κατά τη διαδικασία της καύσης. Γύρω στο 1735, Σουηδός χημικός Georg Brandt ανέλυσε μια σκούρα μπλε χρωστική ουσία που βρίσκεται στο μεταλλεύμα του χαλκού. Ο Brandt έδειξε ότι η χρωστική ουσία περιείχε ένα νέο στοιχείο, που αργότερα θα ονομαζόταν κοβάλτιο.Το 1751, ενας Σουηδός χημικός και μαθητής του Stahl ονομαζόμενος Axel Fredrik Cronstedt, ταυτοποίησε μια πρόσμειξη του μεταλλεύματος του χαλκού ως ξεχωριστό μεταλλικό στοιχείο, το οποίο ονόμασε νικέλιο. Ο Cronstedt είναι ένας από τους ιδρυτές της σύγχρονης ορυκτολογίας. Ο Cronstedt ανακάλυψε επίσης το ορυκτό σχεελίτης το 1751, το οποίο ονόμασε βολφράμιο, που σημαίνει «βαριά πέτρα" στα σουηδικά.

Το 1754, σκωτσέζος χημικός Joseph Μπλάκ απομονωσε το διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο ονόμασε «σταθερό αέρα». Το 1757, ο Louis Claude Cadet de Gassicourt, ενώ ερευνά ενώσεις αρσενικού, δημιουργεί το «ατμίζον υγρό του Καντετ», που αργότερα ανακαλύφθηκε ότι είναι το οξείδιο του κακοδηλίου, θεωρείται ότι είναι η πρώτη συνθετική οργανομεταλλική ένωση. Το 1758, ο Joseph Black διατύπωσε την έννοια της λανθάνουσας θερμότητας για να εξηγήσει την θερμοχημεία των αλλαγών φάσης. Το 1766, ο άγγλος χημικός Henry Cavendish απομόνωσε το υδρογόνο, το οποίο ονόμασε «εύφλεκτο αέρα". Ο Cavendish ανακάλυψε το υδρογόνο ως ένα άχρωμο, άοσμο αέριο που καίγεται και μπορεί να σχηματίσει ένα εκρηκτικό μείγμα με τον αέρα, και δημοσίευσε ένα έγγραφο σχετικά με την παραγωγή νερού απο την καύση του εύφλεκτου αέρα (δηλαδή, υδρογόνο) με «αποφλογισμένο αέρα» που τώρα είναι γνωστό ότι είναι το οξυγόνο, συστατικό του ατμοσφαιρικού αέρα (θεωρία του φλογιστόν). Το 1773, ο Σουηδός χημικός Karl Wilhelm Scheele ανακάλυψε το οξυγόνο, το οποίο ονόμασε «αέρα της φωτιάς", αλλά δεν δημοσιεύει αμέσως το επίτευγμά του.

Το 1774, ο άγγλος χημικός Joseph Priestley απομόνωσε, εργαζόμενος ανεξάρτητα απο τον Scheele, το οξυγόνο στην αέρια κατάστασή του, χαρακτηρίζοντάς το «αποφλογισμένο αέρα », και δημοσίευσε την εργασία του πριν από τον Scheele. Κατά τη διάρκεια της ζωής του, η επιστημονική φήμη του Priestley στηριζόταν κυρίως στην εφεύρεση του «αεριούχου νερού» δηλαδή της σόδας που σήμερα αποκαλούμε νερό με ανθρακικό, στα γραπτά του για τον ηλεκτρισμό, και την ανακάλυψη πολλών «αέρίων» (gas), οπου το πιο διάσημο είναι το οξυγόνο. Ωστόσο, η αποφασιστικότητα Priestley να υπερασπιστεί τη θεωρία του φλογιστόν και να απορρίψει αυτό που θα γινόταν η χημική επανάσταση τελικά τον άφησε απομονωμένο μέσα στους κόλπους της επιστημονικής κοινότητας. Το 1781, ο Carl Wilhelm Scheele ανακάλυψε ότι ένα νέο οξύ, το βολφραμικό οξύ, θα μπορούσε να γίνει από σχεελίτη του Cronstedt. Ο Scheele και Torbern Bergman πρότειναν ότι πιθανόν είναι δυνατό να παραχθεί ένα νέο μέταλλο με τη αναγωγή του οξέος αυτού. Το 1783, οι ισπανοί αδερφοί José και Fausto Elhuyar βρήκαν ένα οξύ που παράγεται από τον βολφραμίτη που ήταν ταυτόσημο με το βολφραμικό οξύ. Αργότερα εκείνο το έτος, στην Ισπανία, οι αδελφοί κατάφεραν να απομονώσουν το μέταλλο βολφράμιο με αναγωγή αυτού του οξέος με άνθρακα, και έχουν πιστωθεί με την ανακάλυψη του στοιχείου.

Antoine-Laurent de Lavoisier[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Πορτραίτο του Monsieur Lavoisier και της συζύγου του, απο τον Jacques-Louis David

Παρά το γεγονός ότι η χημική έρευνα βασίζεται σε εργασίες από την αρχαία Βαβυλώνα, την Αίγυπτο, και ιδιαίτερα στους Άραβες και Πέρσες μετά το Ισλάμ, η σύγχρονη χημεία άκμασε από την εποχή του Antoine-Laurent de Lavoisier, ένος Γάλλου χημικού που έχει την φήμη του "πατέρα της σύγχρονης χημείας". Ο Λαβουαζιέ απέδειξε με προσεκτικές μετρήσεις ότι η μεταστοιχείωση του νερού σε χώμα δεν ήταν δυνατή, αλλά ότι το ίζημα που παρατηρήθηκε κατα το βράσιμο του νερού προερχόταν από το δοχείο. Έκαψε φωσφόρο και θείου στον ατμοσφαιρικό αέρα, και αποδείχθηκε ότι τα προϊόντα ζύγιζαν περισσότερο από το αρχικό υλικό. Παρ' όλα αυτά, το βάρος που αποκτήθηκε είχε χαθεί από τον αέρα που χρησιμοποιήθηκε για την καύση. Έτσι, το 1789, καθιέρωσε το νόμο της διατήρησης της μάζας, ο οποίος καλείται επίσης «Νόμος του Lavoisier."

Το πρώτο θερμιδόμετρο πάγου στον κόσμο, χρησιμοποιήθηκε το χειμώνα του 1782 - 1783, από τον Antoine Lavoisier και τον Pierre-Simon Laplace, για τον προσδιορισμό της θερμότητας που εμπλέκεται σε διάφορες χημικές αλλαγές. Υπολογισμοί βασίστηκαν σε προηγούμενη διατύπωση της λανθάνουσας θερμότητας απο τον Joseph Black. Αυτά τα πειράματα σηματοδοτούν την ίδρυση της θερμοχημείας.

Επαναλαμβάνοντας τα πειράματα του Priestley, έδειξε ότι ο αέρας αποτελείται από δύο μέρη, ένα από τα οποία ενώνεται με τα μέταλλα για να σχηματίσουν calxes, τα γνωστά οξείδια. Στο «Considérations Générales sur la Nature des acides» (1778), έδειξε ότι ο "αέρας" είναι υπεύθυνος για την καύση καθώς επίσης είναι η πηγή της οξύτητας. Το επόμενο έτος, ονόμασε αυτό το μέρος του αέρα οξυγόνο (απο το ελληνικό οξύ-γεννώ), και το άλλο άζωτο (azote) (απο το ελληνικό χωρίς ζωή). Ετσι ο Lavoisier είναι συνυποψήφιος για την ανακάλυψη του οξυγόνου, μαζί με τους Preistley και Scheele. Ανακάλυψε επίσης ότι ο «εύφλεκτος αέρας" που ανακαλύφθηκε από τον Cavendish και ο οποίος τελικά ονομάστηκε υδρογόνο (απο τα Ελληνικά υδωρ-γεννώ), οταν ενώνεται με το οξυγόνο παράγει μια δροσιά, όπως είχε αναφερει ο Priestley, η οποία φαίνεται να είναι το νερό. Στους «Reflexions sur le Phlogistique» (1783), ο Lavoisier έδειξε οτι η εφαρμογή της «θεωρίας του φλογιστόν» στην καύση είναι ασυνεπής. Ο Μιχαήλ Λομονόσοφ εργαζόμενος ανεξάρτητα δημιουργεί μια παράδοση χημείας στη Ρωσία κατά τον 18ο αιώνα. Ο επίσης Lomonosov απέρριψε τη θεωρία του φλογιστόν, και προβλεψε τη κινητική θεωρία των αερίων. Ο Lomonosov θεωρηθεί την θερμότητα ως μια μορφή κίνησης, και ανέφερε την ιδέα της διατήρησης της ύλης.

Ο Lavoisier εργάστηκε με τον Μπερτολέ (Claude Louis Berthollet) και άλλους για να επινοήσει ένα σύστημα χημικής ονοματολογίας που αργότερα χρησιμεύσε ως βάση του σύγχρονου συστήματος ονοματολογίας των χημικών ενώσεων. Στο «Μέθόδοι της Χημικής ονοματολογίας» (Methods of Chemical Nomenclature, 1787), ο Lavoisier επινόησε αυτό το σύστημα της ονοματοδοσίας και ταξινόμησης που είναι ακόμη και σήμερα σε χρήση σε μεγάλο βαθμό, συμπεριλαμβανομένων ονομάτων όπως το θειικό οξύ, θειικά και θειώδη. Το 1785, ο Μπερτολέ ήταν ο πρώτος που εισήγαγε τη χρήση του αερίου χλωρίου σαν εμπορικό λευκαντικό. Την ίδια χρονιά προσδιορίζει για πρώτη φορά την στοιχειακή σύνθεση της αερίου αμμωνίας. Ο Μπερτολέ παράγεται πρώτος ένα σύγχρονο υγρό λευκαντικό το 1789 διαβιβάζοντας αερίο χλώριο διαμέσου ενός διαλύματος ανθρακικού νατρίου το αποτέλεσμα ήταν ένα ασθενές διάλυμα υποχλωριώδους νατρίου. Ένα άλλο ισχυρό οξειδωτικό με χλώριο και ταυτόχρονα λευκαντικό-απολυμαντικό που διερεύνησε και ήταν ο πρώτος που παρήγαγε ήταν το χλωρικό κάλιο (KClO3), που είναι γνωστό ως αλάτι του Μπερτολέ. Ο Μπερτολέ είναι επίσης γνωστός για την επιστημονική συμβολή του στη θεωρία της χημικής ισορροπίας μέσω του μηχανισμού της αντίστροφης χημικής αντίδρασης.

Η Στοιχειώδης πραγματεία Χημείας του Lavoisier (Traité Élémentaire de Chimie, 1789) ήταν το πρώτο σύγχρονο βιβλίο χημείας, και παρουσίασε μια ενοποιημένη άποψη των νέων θεωριών της χημείας, περιείχε μια σαφή διατύπωση του νόμου της διατήρησης της μάζας, και αρνήθηκε την ύπαρξη της φλογιστόν. Επιπλέον, περιείχε ένα κατάλογο των στοιχείων, ή ουσιών που δεν μπορούν να διασπαστούν περαιτέρω, η οποία περιελάμβανε το οξυγόνο, άζωτο, υδρογόνο, φώσφορο, τον υδράργυρο, τον ψευδάργυρος, και το θείο. Στην λίστα του, ωστόσο, περιλαμβάνονται επίσης το φως, και η θερμιδική, τα οποίο πίστευε ότι είναι υλικές ουσίες. Στο έργο του, ο Lavoisier υπογράμμισε την παρατηρησιακή βάση της χημείας του, δηλώνοντας "Έχω προσπαθήσει ... να φτάσω στην αλήθεια, συνδέοντας τα γεγονότα και καταστέλοντας όσο το δυνατόν περισσότερο τη χρήση της συλλογιστικής, η οποία είναι συχνά ένα αναξιόπιστο μέσο που μας εξαπατά, προκειμένου να ακολουθήσω όσο το δυνατόν περισσότερο τη δάδα της παρατήρησης και του πειράματος. " Παρ 'όλα αυτά, πίστευε ότι η πραγματική ύπαρξη των ατόμων ήταν φιλοσοφικά αδύνατη. Ο Lavoisier απέδειξε ότι οι οργανισμοί αποσυναρμολόγούν και ανασύνθέτουν τον ατμοσφαιρικό αέρα (δηλ καταναλώνουν το οξυγόνο) κατά τον ίδιο τρόπο όπως η καύση ενός σωματος.

Με τον Pierre - Simon Laplace, ο Lavoisier χρησιμοποίησε ένα θερμιδομετρητή για να εκτιμησει τη θερμότητα που εκλύεται ανά μονάδα παραγομένου διοξειδίου του άνθρακα. Βρήκαν τον ίδιο λόγο για τη φλόγα και τα ζώα, δεικνύοντας ότι τα ζώα παράγουν ενέργεια από ένα είδος καύσης. Ο Lavoisier πίστευε στην θεωρία των ριζών, πιστεύοντας ότι οι ρίζες, οι οποίες λειτουργούν ως ενιαία ομάδα σε μια χημική αντίδραση, ενώνονται με το οξυγόνο στις αντιδράσεις. Πίστευε οτι όλα τα οξέα περιέχουν οξυγόνο. Επίσης, ανακάλυψε ότι το διαμάντι είναι μια κρυσταλλική μορφή του άνθρακα. Ο Lavoisier έκανε πολλές θεμελιώδεις συνεισφορές στην επιστήμη της χημείας. Μετά από την εργασία του Lavoisier, η χημεία απέκτησε μια αυστηρή ποσοτική φύση, επιτρέποντας να γίνουν αξιόπιστες προβλέψεις. Η επανάσταση που έφερε στη χημεία ήταν αποτέλεσμα μια συνειδητής προσπάθειας για να ταιριάζουν όλα τα πειράματα στο πλαίσιο μιας ενιαίας θεωρίας. Επέβαλε τη χρήση του χημικού ζυγού, χρησιμοποίησε το οξυγόνο για να ανατρέψει τη θεωρία του φλογιστόν, και ανέπτυξε ένα νέο σύστημα της χημικής ονοματολογίας. Ο Lavoisier αποκεφαλίστηκε κατά τη διάρκεια της Γαλλικής Επανάστασης.

Ο Volta και η βολταϊκή στήλη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Βολταική στήλη.

Ο Ιταλός φυσικός Alessandro Volta κατασκευασε μια συσκευή για τη συγκέντρωση μεγάλου ηλεκτρικού φορτίου από μια σειρά επαγωγών και γειώσεων. Ερευνησε τη ανακάλυψη του 1780 του « ζωικού ηλεκτρισμού » απο τον Luigi Galvani, και διαπίστωσε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα παράγεται από την επαφή των ανόμοιων μετάλλων, και ότι το πόδι του βατράχου ενεργεί απλά σαν ανιχνευτής. Ο Volta αποδεικνύει το 1794 ότι όταν τα δύο μέταλλα και πανί ή χαρτόνι εμποτισμένα σε άλμη διατετασονται σε ένα κύκλωμα παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα.

Το 1800, ο Volta στοιβαξε αρκετά ζεύγη εναλλασσόμενων δίσκων χαλκού ή αργύρου και ψευδαργύρου (ηλεκτρόδια ) που χωρίζονται από ύφασμα ή χαρτόνι εμποτισμένο με άλμη (ηλεκτρολύτη) για να αυξήσει την αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη. Όταν η άνω και κάτω επαφές συνδέθηκαν με ένα σύρμα, ένα ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσα από τη βολταϊκή στοίβα και το καλώδιο σύνδεσης. Έτσι, ο Volta πιστώνεται με την κατασκευή του πρώτου ηλεκτρικού συσσωρευτή για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Η μέθοδος του Volta δηλαδή το στοίβαγμα δίσκων χαλκού και ψευδαργύρου διαχωριζόμενων από δίσκους από χαρτόνι εμποτισμένο με διάλυμα άλατος έχει ονομαστεί βολταϊκή στήλη.

Έτσι, Volta θεωρείται ο ιδρυτής της επιστήμης της ηλεκτροχημείας. Ενα γαλβανικό στοιχείο (ή βολταϊκό στοιχείο) είναι ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο που αποδίδει ηλεκτρική ενέργεια από την αυθόρμητη αντίδραση οξειδοαναγωγής που λαμβάνει χώρα στο εσωτερικό του στοιχείου. Αποτελείται συνήθως από δύο διαφορετικά μέταλλα που συνδέονται με μια γέφυρα άλατος , ή μεμονωμένα ημιστοιχεία που διαχωρίζονται από μία πορώδη μεμβράνη.

Ο 19ος αιώνας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το 1802 , ο γαλλοαμερικανός χημικός και βιομήχανος Éleuthère Irénée du Pont, ο οποίος έμαθε την κατασκευή της πυρίτιδας και εκρηκτικών υλών υπό τον Antoine Lavoisier, ίδρυσε μια εταιρία κατασκευής πυρίτιδας στο Delaware που είναι γνωστή ως EI du Pont de Nemours and Company. Η Γαλλική Επανάσταση ανάγκασε την οικογένειά του να μετοικήση στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου ο du Pont έφτιαξε ένα εργοστάσιο πυρίτιδας στις όχθες του ποταμού Brandywine στο Delaware. Θέλοντας να κάνει την καλύτερη δυνατή μπαρούτι, ο du Pont ήταν σχολαστικός σχετικά με την ποιότητα των υλικών που χρησιμοποιούνται. Για 32 χρόνια, ο du Pont διετέλεσε πρόεδρος της E.I. du Pont de Nemours and Company, η οποία τελικά εξελίχθηκε σε μια από τις μεγαλύτερες και πιο επιτυχημένες εταιρείες στην Αμερική.

Κατά τη διάρκεια του 19ου αιώνα , η χημεία διαιρέθηκε μεταξύ εκείνων που ακολούθησαν την ατομική θεωρία του John Dalton και εκείνων που διαφώνησαν, όπως Wilhelm Ostwald και Ernst Mach. Αν και τέτοιοι υποστηρικτές της ατομικής θεωρίας, όπως ο Amedeo Avogadro και ο Ludwig Boltzmann σημειώσαν μεγάλη προόδο στην εξήγηση της συμπεριφοράς των αερίων, η διαφωνία αυτή δεν καταλάγιασε παρα μόνον όταν ο Jean Perrin έκανε την πειραματική διερεύνηση της ατομικής εξήγηση του Αϊνστάιν για την κίνηση Brown στην πρώτη δεκαετία του 20ου αιώνα.

Αλλα αρκετά πρίν την τελική διευθέτηση της διαφωνίας πολλοί είχαν ήδη εφαρμόσει την έννοια του ατομισμού στη χημεία. Ένα σημαντικό παράδειγμα ήταν η θεωρία της ηλεκτρολυτικής διάστασης του Svante Arrhenius (1859 – 1927) που πρόβλεψε ιδέες για τον πυρήνα των ατόμων που δεν αναπτύχθηκαν πλήρως παρα μόνο τον 20ο αιώνα. Ο Michael Faraday(1791–1867) ήταν ένας άλλος πρώιμος εργάτης, του οποίου η σημαντική συμβολή στη χημεία ήταν η ηλεκτροχημεία, σύμφωνα με την οποία (μεταξύ άλλων) μια ορισμένη ποσότητα ηλεκτρισμού κατά την ηλεκτρόλυση ή ηλεκτροαπόθεση των μετάλλων αποδείχθηκε να συνδέεται με ορισμένη ποσότητα χημικών στοιχείων. Ετσι σταθερές ποσότητες στοιχείων αντιστοιχίζονται μεταξύ τους με συγκεκριμένες αναλογίες. Τα ευρήματα αυτά, όπως και εκείνο των «απλών πολλαπλασίων του Dalton», ήταν από τις πρώτες ενδείξεις για την ατομική φύση της ύλης.

Τζων Ντάλτον[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο Τζων Ντάλτον έχει μείνει στην ιστορία για το έργο του σχετικά με τις μερικές πιέσεις αερίων, την αχρωματοψία, και την ατομική θεωρία

Στα 1803, o αγγλoς μετεωρολόγος και χημικός Τζων Ντάλτον προτεινε τον νόμο του Ντάλτον, ο οποίος περιγράφει τη σχέση μεταξύ των συστατικών ένος μίγματος αερίων και τη μερική πίεση καθενός. Η έννοια αυτή ανακαλύφθηκε το 1801, είναι επίσης γνωστή ως νόμο των μερικών πιέσεων του Ντάλτον. Ο Ντάλτον το 1803 επίσης πρότεινε μια σύγχρονη ατομική θεωρία στην οποία αναφέρεται ότι όλη η ύλη αποτελείται από μικρά αδιαίρετα σωματίδια που ονομάζονται άτομα, τα άτομα ενός συγκεκριμένου στοιχείου διαθέτουν μοναδικά χαρακτηριστικά και το βάρος, και υπάρχουν τρεις τύποι ατόμων: τα απλά (στοιχεία), οι ενώσεις (απλά μόρια ) και τα σύμπλοκα (σύνθετα μόρια). Το 1808 Ντάλτον, δημοσίευσε το πρώτο «Νέο Σύστημα της Χημικής Φιλοσοφίας» (1808-1827), στο οποίο καταγράφεται η πρώτη σύγχρονη επιστημονική περιγραφή της ατομικής θεωρίας. Το έργο αυτό έδωσε τον ορισμό των χημικών στοιχείων, σαν ένα συγκεκριμένο τύπο του ατόμου, και έτσι, απορρίπτει την θεωρία του Νεύτωνα για τις χημικές συγγένειες.

Αντ' αυτού, ο Dalton υπολογίζει τις αναλογίες των στοιχείων στις ενώσεις υπολογίζοντας τις αναλογίες των βαρών των αντιδρώντων σωμάτων, και θέτοντας το ατομικό βάρος του υδρογόνου για να είναι ίσο με ένα. Μετά Jeremias Benjamin Richter (γνωστός για την εισαγωγή του όρου στοιχειομετρία), πρότεινε ότι τα χημικά στοιχεία ενώνονται με ακέραιες αναλογίες. Αυτό είναι γνωστό ως ο νόμος των πολλαπλών αναλογιών ή νόμος του Ντάλτον, και ο Ντάλτον έδωσε τη σαφή περιγραφή του νόμου στο «Νέο σύστημα της Χημικής Φιλοσοφίας» . Ο νόμος των πολλαπλών αναλογιών είναι ένας από τους βασικούς νόμους της στοιχειομετρίας που χρησιμοποιείται για την ατομική θεωρία. Παρά τη σημασία του έργου καθόσον περιέχει την πρώτη άποψη οτι τα ατόμα είναι πραγματικές φυσικές οντότητες και την εισαγωγή ενός συστήματος χημικών συμβόλων, στο «Νέο Σύστημα της Χημικής Φιλοσοφίας» αφιέρωσε σχεδόν τόσο χώρο για την θερμιδική θεωρία όσο για τον ατομισμό. Ο Γάλλος χημικός Joseph Proust, με βάση διάφορα πειράματα που διεξήχθησαν μεταξύ 1797 και 1804, πρότεινε το νόμο των «σταθερών αναλογιών», στον οποίο αναφέρει ότι τα στοιχεία πάντα ενώνονται με μικρές, ακέραιες αριθμητικές αναλογίες για να σχηματίσουν ενώσεις. Μαζί με τον νόμο των πολλαπλών αναλογιών, ο νόμος των «σταθερών αναλογιών» αποτελεί τη βάση της στοιχειομετρίας. Ο νόμος των καθορισμένων αναλογιών και η σταθερή σύνθεση δεν αποδεικνύουν ότι υπάρχουν άτομα, αλλά είναι δύσκολο να ερμηνευτούν χωρίς να υποθέσουμε ότι οι χημικές ενώσεις σχηματίζονται όταν τα άτομα συνδυάζονται σε σταθερές αναλογίες.

Jöns Jacob Berzelius[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο Jöns Jacob Berzelius, ο χημικός που επινόησε την σύγχρονη χημική ονοματολογία και θεωρείται ένας από τους πατέρες της σύγχρονης χημείας

Ένας Σουηδός χημικός και μαθητής του Dalton, ο Jöns Jacob Berzelius ξεκίνησε ένα συστηματικό πρόγραμμα για να προσπαθήσουν να κάνουν ακριβείς και σαφείς ποσοτικές μετρήσεις και να διασφαλίσουν την καθαρότητα των χημικών ουσιών. Μαζί με τους Lavoisier, Boyle, και Dalton, ο Berzelius είναι γνωστός ως ο πατέρας της σύγχρονης χημείας. Το 1828 συνέταξε έναν πίνακα με τα σχετικά ατομικά βάρη , όπου για το οξυγόνο ορίστηκε σε 100, και ο οποίος περιελάμβανε όλα τα στοιχεία που ήταν γνωστά εκείνη την εποχή. Το πρόγραμμα αυτό προσκόμισε αποδεικτικά στοιχεία υπέρ της ατομικής θεωρίας του Dalton: ότι δηλαδή οι ανόργανες χημικές ενώσεις που αποτελούνται από άτομα που ενώνονται σε ακέραιο αριθμό. Καθόρισε τα ακριβή στοιχειώδη συστατικά μεγάλου αριθμού ενώσεων. Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν έντονα τον νόμο του Προυστ της «σταθερών αναλογιών». Για το βάρος, χρησιμοποίησε το οξυγόνο ως πρότυπο, στο βάρος του οποίου έδωσε την τιμή 100. Μέτρησε επίσης τα βάρη των 43 στοιχείων. Με την ανακάλυψη ότι τα ατομικά βάρη δεν είναι ακέραια πολλαπλάσια του βάρους του υδρογόνου, ο Berzelius διέψευσε επίσης την υπόθεση του Prout οτι τα στοιχεία είναι χτισμένα από άτομα υδρογόνου.

Παρακινημένος από τους εκτεταμένους προσδιορισμούς των ατομικών βάρών που έκανε και την επιθυμία να βοηθήσει τα πειράματά του, ο ίδιος εισήγαγε το κλασσικό σύστημα των χημικών συμβόλων και την χημική γραφή με το έργο «Lärbok i Kemien» που δημοσίευσε το 1808, στο οποίο τα στοιχεία συντομογραφούνται με ένα ή δύο γράμματα από το Λατινικό τους όνομα . Αυτό το σύστημα της χημικής γραφής - στο οποίο στα στοιχεία δόθηκαν απλές ετικέτες, όπως Ο για το οξυγόνο, ή Fe για το σίδηρο, και οι αναλογίες σημειώνονται με αριθμούς - είναι το ίδιο βασικό σύστημα που χρησιμοποιείται σήμερα. Η μόνη διαφορά είναι ότι αντί του δείκτη που χρησιμοποιείται σήμερα (π.χ. Η2Ο), ο Berzelius χρησιμοποιούσε εκθέτη (H2O). Ο Berzelius πιστώνεται με την ταυτοποίηση των χημικών στοιχείων: πυρίτιο, σελήνιο, θόριο και δημήτριο. Φοιτητές που εργάζονταν στο εργαστήριο του Berzelius ανακάλυψαν επίσης το λίθιο και το βανάδιο.

Ο Berzelius ανέπτυξε τη θεωρία της χημικής ένωσης των ριζών, η οποία υποστηρίζει ότι οι αντιδράσεις εμφανίζονται καθως σταθερές ομάδες ατόμων που τις ονόμασε ρίζες ανταλλάσσονται μεταξύ των μορίων. Πίστευε ότι τα άλατα είναι ενώσεις ενός οξέος και βάσεων, και ανακάλυψε ότι τα ανιόντα στα οξέα θα πρέπει να έλκονται απο ένα θετικό ηλεκτρόδιο (άνοδος), ενώ τα κατιόντα μίας βάσης θα πρέπει να έλκονται απο ένα αρνητικό ηλεκτρόδιο (κάθοδος). Ο Berzelius δεν πιστεύε στη θεωρία του Βιταλισμού, αλλά, αντίθετα, σε μια ρυθμιστική δύναμη που επέφερε την οργάνωση των ιστών σε έναν οργανισμό. Ο Berzelius επίσης πιστώνεται με εισαγωγή των χημικών όρων "κατάλυση", "πολυμερές", «ισομερές», και αλλοτροπία, αν και οι αρχικοί ορισμοί του διαφέρουν δραματικά από τους σύγχρονους. Για παράδειγμα, ο ίδιος επινόησε τον όρο « πολυμερές» το 1833 για να περιγράψει οργανικές ενώσεις οι οποίες μοιράζονται τον ίδιο εμπειρικό τύπο, αλλά οι οποίες διέφεραν στο συνολικό μοριακό τους βάρος. Η μεγαλύτερη από τις ενώσεις περιγράφεται ως «πολυμερής» της μικρότερης. Με βάση αυτόν τον παλιό ορισμο που δεν ελάμβανε υπ’ όψιν του την συντακτική δομή, η γλυκόζη (C6H12O6) θεωρήθηκε ως ένα πολυμερές της φορμαλδεΰδης (CH2O).

Νέα στοιχεία και οι νόμοι των αερίων.[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο Humphry Davy, που ανακάλυψε πολλά αλκάλια και αλκαλικές γαίες.

Αγγλικά χημικός Humphry Davy ήταν πρωτοπόρος στον τομέα της ηλεκτρόλυσης, χρήσιμοποιώντας την βολταϊκή στήλη του Alessandro Volta για να διασπάσει κοινές ενώσεις και έτσι να απομονώσει μια σειρά από νέα στοιχεία. Πήγε να ηλεκτρολύσει τήγματα αλάτων και ανακάλυψε διάφορα νέα μετάλλα, όπως το νατρίο και το καλίο, ιδιαίτερα δραστικά στοιχεία γνωστά σαν αλκαλιμέταλλα. Το κάλιο, το πρώτο μέταλλο που απομονώθηκε με την ηλεκτρόλυση, ανακαλύφθηκε το 1807 από τον Davy, ο οποίος το απομόνωσε από την καυστική ποτάσα (ΚΟΗ). Πριν από τον 19ο αιώνα, δεν γίνεται καμία διάκριση μεταξύ καλίου και νατρίου. Το Νάτριο απομονώθηκε για πρώτη φορά από τον Davy το ίδιο έτος με τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος διαμέσου τηγμένου υδροξειδίου του νατρίου (ΝαΟΗ). Όταν Davy άκουσε ότι οι Berzelius και Pontin παρασκεύασαν αμάλγαμα ασβεστίου ηλεκτρολύοντας ασβέστη σε υδράργυρο , το δοκίμασε και ο ίδιος. Ο Davy ήταν επιτυχής, και ανακάλυψε το ασβέστιο το 1808 από ηλεκτρόλυση ένος μείγματος ασβέστη και οξειδίου του υδραργύρου. Εργάστηκε με την ηλεκτρόλυση σε όλη τη ζωή του και το 1808, απομόνωσε το μαγνήσιο, το στρόντιο και το βάριο.

Ο Davy επίσης πειραματίστηκε με τα αέρια εισπέοντας τα. Αυτή η πειραματική διαδικασία αποδείχτηκε σχεδόν μοιραία σε αρκετές περιπτώσεις, αλλά οδήγησε στην ανακάλυψη των ασυνήθιστων επιδράσεων του υποξειδίου του αζώτου, το οποίο έγινε γνωστό ως αέριο του γέλιου. Το χλώριο ανακαλύφθηκε το 1774 από τον Σουηδό χημικό Carl Wilhelm Scheele, ο οποίος το αποκάλεσε «αποφλογισμένο θαλάσσιο οξύ» (βλ. θεωρία φλογιστόν) και λανθασμένα πίστευε ότι περιείχε οξυγόνο. Ο Scheele παρατηρησε αρκετές ιδιότητες του αερίου χλωρίου, όπως την λεύκανση της σκόνης ηλιοτροπίου, την θανατηφόρα επίδραση στα έντομα, το κίτρινο - πράσινο χρώμα, και την ομοιότητα της μυρωδιάς του με εκείνη του βασιλικού νερού (aqua regia). Ωστόσο, Scheele δεν ήταν σε θέση να δημοσιεύσει τα ευρήματά του εγκαίρως. Το 1810 , δόθηκε στο χλώριο το τρέχον όνομά του από Humphry Davy (προέρχεται από την ελληνική λέξη για το χλωμό-πράσινο), ο οποίος επέμεινε ότι το χλώριο ήταν στην πραγματικότητα ένα νέο στοιχείο. Επίσης έδειξε ότι οξυγόνο δεν μπορούσε να ληφθεί από την ουσία γνωστή ως οξυμουριατικό οξύ (oxymuriatic acid -διάλυμα HCl). Αυτή η ανακάλυψη ανέτρεψε τον ορισμό του Lavoisier περι των οξέων, οτι είναι ενώσεις του οξυγόνου. Ο Davy ήταν ένας δημοφιλής ομιλητής και ικανός πειραματιστής.

Joseph Louis Gay-Lussac και νόμος του Gay-Lussac[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Joseph Louis Gay-Lussac, who stated that the ratio between the volumes of the reactant gases and the products can be expressed in simple whole numbers.

Ο γάλλος χημικός Joseph Louis Gay - Lussac συμμερίστηκε το ενδιαφέρον του Lavoisier και άλλων στην ποσοτική μελέτη των ιδιοτήτων των αερίων . Από το πρώτο μεγάλο έρευνητικό πρόγραμμα του το 1801-1802 , κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ίσοι όγκοι όλων των αερίων διαστέλονται εξίσου με την ίδια αύξηση της θερμοκρασίας : το συμπέρασμα αυτό που συνήθως ονομάζεται " Νόμος του Charles " , καθως ο Gay - Lussac έδωσε πίστωση στον Jacques Charles , ο οποίος είχε φθάσει σχεδόν στο ίδιο συμπέρασμα το 1780, αλλά δεν είχε δημοσιευθεί . [ 63] Ο νόμος ανακαλύφθηκε ανεξάρτητα από τον Βρετανό φιλόσοφο-φυσικό John Dalton από το 1801, αν και η περιγραφή του Dalton ήταν πιό επιφανειακή από αυτή του Gay - Lussac. [ 64 ] [ 65 ] Το 1804 ο Gay - Lussac έκανε αρκετές τολμηρές αναβάσεις σε υψος πάνω από 7.000 μέτρα πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας με αερόστατα γεμισμένα με υδρογόνο, ένα κατόρθωμα που δεν ισοφαρίστηκε για τα επόμενα 50 χρόνια, και που του επέτρεψε να διερευνήσει και άλλες πτυχές των αερίων . Όχι μόνο συγκέντρωσε μετρήσεις του μαγνητικού πεδίου της γής σε διάφορα ύψη, αλλά και πήρε την πίεση , τη θερμοκρασία , και μετρήσεις της υγρασίας αλλα και συνέλεξε και δείγματα του αέρα, τα οποία αργότερα ανέλυσε χημικά .

Το 1808 ο Gay-Lussac ανακοίνωσε αυτό που ίσως ήταν και το μεγαλύτερο επίτευγμα του. Aπό τα δικά του, αλλά και από τα πειράματα άλλων, συμπέρανε ότι τα αέρια σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση ενώνονται με απλές αριθμητικές αναλογίες κατ' όγκο, και το προκύπτον προϊόν ή τα προϊόντα-αν είναι αέρια -και έχουν μια απλή αναλογία κατ' όγκο με τους όγκους των αντιδρώντων. Με άλλα λόγια, τα αέρια υπό ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης αντιδρούν μεταξύ τους σε αναλογίες μικρών ακέραιων αριθμών (κατ' όγκο). Το συμπέρασμα αυτό, στη συνέχεια έγινε γνωστό ως «νόμος του Gay-Lussac» ή ως «Νόμος των συνδυάσμένων ογκων". Με τον συναδέλφο του καθηγητή του στο École Polytechnique, Louis Jacques Thenard, ο Gay-Lussac συμμετείχε επίσης στην πρώιμη ηλεκτροχημική έρευνα, διερευνώντας τα στοιχεία που ανακαλύφθηκαν με τη βοήθεια της. Μεταξύ των άλλων επιτευγμάτων τους, αποσύνθεσαν το βορικό οξύ χρησιμοποιώντας λιωμένο κάλιο, και έτσι ανακαλυψαν το στοιχείο βόριο. Οι δύο τους έλαβαν επίσης μέρος στις συζητήσεις της εποχής για να τροποποιήσουν τον ορισμό του Lavoisier περι οξέων και να προωθήσουν το πρόγραμμα του για την ανάλυση οργανικών ενώσεων για το οξυγόνο τους και το περιεχόμενο σε υδρογόνο.

Το Ιώδιο, ο Bernard Courtois και ο Humphry Davy[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το στοιχείο ιώδιο ανακαλύφθηκε από τον Γάλλο χημικό Bernard Courtois το 1811. Ο Courtois έδωσε δείγματα στους φίλους του, Charles Bernard Desormes (1777-1862) και στο Nicolas Clément (1779-1841), για να συνεχίσουν την έρευνα. Έδωσε, επίσης, αρκετή από την ουσία στον Gay-Lussac και στον φυσικό Αντρέ Μαρί Αμπέρ. Στις 6 Δεκεμβρίου, 1813, ο Gay-Lussac ανακοίνωσε ότι η νέα ουσία ήταν είτε ένα στοιχείο ή μια ένωση του οξυγόνου. Ο Gay-Lussac ήταν αυτός που πρότεινε το όνομα "ιωδιο", από την ελληνική λέξη ιώδες για το βιολετί (λόγω του χρώματος των ατμών ιωδίου). Ο Ampère είχε δώσει μερικά από τα δείγματα του προς Humphry Davy. Ο Davy έκανε κάποια πειράματα με την ουσία και σημείωσε την ομοιότητά της με το χλώριο. Ο Davy έστειλε μια επιστολή με ημερομηνία 10 Δεκεμβρίου στο Royal Society του Λονδίνου δηλώνοντας ότι είχε εντοπίσει ένα νέο στοιχείο. Μεταξύ των Davy και Gay-Lussac ξέσπασε πόλεμος απο επιχειρήματα πάνω στο ποιος εντοπίστησε το ιώδιο πρώτος, αλλά και οι δύο επιστήμονες αναγνώρισαν τον Courtois ως τον πρώτο που απομονώσε το στοιχείο.

Το 1815, ο Humphry Davy εφηύρε τη λάμπα Davy, η οποία επέτρεψε στους ανθρακωρύχους να εργάζονται μέσα σε ανθρακωρυχεία με ασφάλεια παρά την παρουσία εύφλεκτων αερίων. Υπήρξαν πολλές εκρήξεις στα ορυχεία που προκαλούντο από τα εκρηκτικά αέρια ή το μεθάνιο που συχνά παίρνουν φωτιά από τις φλόγες των λαμπτήρων που χρησιμοποιούν οι ανθρακωρύχοι. Ο Davy συνέλαβε την ιδέα να χρησιμοποιήσουν μια γάζα σιδήρου για να περικλείουν τη φλόγα του λαμπτήρα, και έτσι να προλαμβάνουν την μετάδοση της καύσης απο το εσωτερικό του λαμπτήρα στην εξωτερική ατμόσφαιρα οπου πιθανώς υπήρχε μεθάνιο. Αν και η ιδέα του λαμπτήρα ασφαλείας έχει ήδη διατυπωθεί από τον William Reid Clanny και από τον τότε άγνωστο (αλλά αργότερα πολύ γνωστό) μηχανικό George Stephenson, η χρήση συρμάτινου πλέγματος από τον Davy για την πρόληψη της εξάπλωσης της φλόγας χρησιμοποιήθηκε από πολλούς άλλους εφευρέτες αργότερα στα δικά τους σχέδια. Υπήρξε κάποια συζήτηση ως προς το εάν ο Davy είχε ανακαλύψει τις θεωρητικές αρχές πίσω από το λάμπα του με ή χωρίς τη βοήθεια του έργου του Smithson Tennant, αλλά ήταν γενικά αποδεκτό ότι το έργο των δύο ανδρών ήταν ανεξάρτητο. Ο Davy αρνήθηκε να πατεντάρει τη λάμπα, και η εφεύρεσή του τον οδήγησε στο να λάβει το μετάλλιο Rumford το 1816.

Αμεντέο Αβογκάντρο και ο νόμος του Αβογκάντρο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Amedeo Avogadro, who postulated that, under controlled conditions of temperature and pressure, equal volumes of gases contain an equal number of molecules. This is known as Avogadro's law.

Αφού ο Dalton δημοσίευσε την ατομική θεωρία του το 1808, ορισμένες από τις κεντρικές ιδέες του σύντομα υιοθετήθηκαν από τους περισσότερους χημικούς. Ωστόσο, για μισό αιώνα ακόμα συνεχίστηκε η αβεβαιότητα οσον αφορά το πώς θα διαμορφωθεί η ατομικής θεωρία και πως θα εφαρμοστεί σε συγκεκριμένες καταστάσεις. Χημικοί σε διαφορετικές χώρες είχαν αναπτύξει ορισμένα δικά τους διαφορετικά και ασύμβατα ατομιστικά συστήματα. Ένα έγγραφο που πρότεινε μια διέξοδο από αυτή τη δύσκολη κατάσταση, δόθηκε στη δημοσιότητα το 1811 από τον Ιταλό φυσικό Amedeo Avogadro (1776-1856), ο οποίος υπέθεσε ότι ίσοι όγκοι αερίων στην ίδια θερμοκρασία και πίεση περιέχουν τον ίδιο αριθμό μορίων, και συνεπώς ο λόγος των σχετικών μοριακών βαρών δύο οποιωνδήποτε αέρια είναι ίδιος με τον λόγο των πυκνοτήτων των δύο αερίων υπό τις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης. Ο Avogadro διατύπωσε επίσης την άποψη ότι τα απλά αέρια δεν σχηματίζονται από μοναχικά άτομα, αλλά αντ' αυτού ήταν ενώσεις (μόρια) από δύο ή περισσότερα άτομα. Έτσι ο Avogadro ήταν σε θέση να ξεπεράσει τις δυσκολίες που ο Dalton και άλλοι αντιμετώπισαν όταν Gay-Lussac ανέφερε ότι πάνω από 100°C, ο όγκος των υδρατμών ήταν δύο φορές ο όγκος του οξυγόνου που χρησιμοποιείται για να σχηματιστεί το νερό. Σύμφωνα με τον Avogadro, το μόριο του οξυγόνου είχε χωριστεί σε δύο άτομα στην διαδικασία σχηματισμού των υδρατμών.

Η υπόθεση του Avogadro οτι ισοι όγκοι αερίων περιέχουν τον ίδιο αριθμό μορίων είχε παραμεληθεί για μισό αιώνα μετά την πρώτη έκδοσή της. Έχουν αναφερθεί πολλοί λόγοι για αυτή την παραμέληση, συμπεριλαμβανομένων και ορισμένων θεωρητικών προβλημάτων, όπως ο «δυϊσμός» του Jöns Jacob Berzelius, ο οποίος υποστήριξε ότι οι ενώσεις σχηματίζονται από την έλξη των θετικών και αρνητικών ηλεκτρικών φορτίων, γεγονός που καθιστά αδιανόητο ότι ένα μόριο που αποτελείται από δύο ηλεκτρικά όμοια άτομα - όπως στο οξυγόνο - θα μπορούσε να υπάρχει. Ένα επιπλέον εμπόδιο για την αποδοχή ήταν το γεγονός ότι πολλοί χημικοί ήταν απρόθυμοι να υιοθετήσουν φυσικές μεθόδους (όπως προσδιορισμοί πυκνότητας ατμών) για να λύσουν τα προβλήματά τους. Μέχρι τα μέσα του αιώνα, ωστόσο, ορισμένες κορυφαίες προσωπικότητες είχαν αρχίσει να θεωρούν ανυπόφορη τη χαοτική πολλαπλότητα των ανταγωνιστικών συστημάτων ατομικών βαρών και μοριακών τύπων. Επιπλέον, άρχισαν να αναφύονται ξεκάθαρα χημικά δεδομένα που υπονοούσαν οτι η προσέγγιση του Avogadro μπορεί να ήταν σωστή. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1850, οι νεότεροι χημικοί, όπως ο Alexander Williamson στην Αγγλία, ο Charles Gerhardt και ο Charles-Adolphe Wurtz στη Γαλλία, και ο Αύγουστος Κέκουλε στη Γερμανία, άρχισαν να υποστηρίζουν τη μεταρρύθμιση της θεωρητικής χημείας ωστε να είναι συνεπές με θεωρία του Avogadrο.

O Wöhler και η συζήτηση για τη ζωτική δύναμη (Vis vitalis)[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ουρία: Συντακτικός τύπος

Το 1825, ο Friedrich Wöhler και ο Justus von Liebig πραγματοποίησαν την πρώτη επιβεβαιωμένη ανακάλυψη και επεξήγηση των ισομερών, οπως νωρίτερα ονομάστηκαν από τον Berzelius. Εργαζόμενοι με το κυανικό οξύ (H-O-C≡N) και fulminic οξύ(H-C=N-O), ορθώς συνήγαγαν ότι η ισομέρεια προκλήθηκε από τις διαφορετικές διάταξη των ατόμων μέσα σε μια μοριακή δομή. Το 1827, ο William Prout κατέταξε βιομόρια στις σύγχρονες ομάδες τους: τους υδατάνθρακες, τις πρωτεΐνες και τα λιπίδια. Αφού διακανονίστηκε η φύση της καύσης, ξεκίνησε μια άλλη διαφωνία, για τη ζωτικότητα και την ουσιαστική διάκριση μεταξύ οργανικών και ανόργανων ουσιών. Η αμφισβήτηση της ζωτικότητας το 1828 ήταν μια επανάσταση, όταν ο Friedrich Wöhler συνθέτει ουρία, τεκμηριώνοντας με αυτό το τρόπο ότι οι οργανικές ενώσεις θα μπορούσαν να παραχθούν από ανόργανες πρώτες ύλες και έτσι ανασκεύασε τη θεωρία της ζωτικότητας "ζωτική δύναμη". Ποτέ πριν δεν είχε συντεθεί μια οργανική ένωση από ανόργανα υλικά.

Αυτό άνοιξε ένα νέο πεδίο έρευνας στη χημεία, και μέχρι το τέλος του 19ου αιώνα, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να συνθέσουν εκατοντάδες των οργανικών ενώσεων. Οι πιο σημαντικές από αυτές είναι το μωβ, η ματζέντα και άλλες συνθετικές χρωστικές ουσίες, καθώς και το ευρέως χρησιμοποιούμενο φάρμακο ασπιρίνη. Η ανακάλυψη της τεχνητής σύνθεσης της ουρίας συνέβαλε σε μεγάλο βαθμό στη θεωρία της ισομέρειας, καθώς οι εμπειρικοί χημικοί τύποι, για την ουρία και το κυανικού αμμωνίου είναι ίδιες (βλ. σύνθεση Wöhler). Το 1832, ο Friedrich Wöhler και ο Justus von Liebig ανακάλυψαν και εξήγησαν τις χαρακτηρηστικές ομάδες και τις ρίζες σε σχέση με την οργανική χημεία, καθώς και τη πρώτη σύνθεση της βενζαλδεΰδη. Ο Liebig, ένας Γερμανός χημικός, έκανε σημαντικές συνεισφορές στη γεωργία και της βιολογικής χημείας, και εργάστηκε για την οργάνωση της οργανικής χημείας. Ο Liebig θεωρείται ο "πατέρας του κλάδου των λιπασμάτων" για την ανακάλυψη του αζώτου ως απαραίτητο θρεπτικό συστατικό των φυτών, και τη διατύπωση του νόμου της Ελάχιστης οποία περιγράφει το αποτέλεσμα των μεμονωμένων θρεπτικών συστατικών στις καλλιέργειες.

Στα μέσα του 1800[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το 1840, ο Germain Hess πρότεινε το νόμο του Hess, μια πρώιμη δήλωση του νόμου της διατήρησης της ενέργειας, η οποία ορίζει ότι η ενεργειακή μεταβολή σε μία χημική διεργασία εξαρτάται μόνο από την αρχική και τελική κατάσταση και όχι από το συγκεκριμένο μονοπάτι που ακολούθησαν τα αντιδρώντα για να μεταβούν απο την αρχική στην τελική κατάσταση. Το 1847, Hermann Kolbe παρασκεύασε οξικό οξύ απο εντελώς ανόργανες πρώτες ύλες, αποδομώντας περαιτέρω τον βιταλισμό (ζωτικότητα). Το 1848, ο William Thomson, ο 1ος βαρώνος του Kelvin (κοινώς γνωστός ως Λόρδος Κέλβιν) καθιέρωσε την έννοια του απόλυτου μηδέν, η θερμοκρασία στην οποία παύει όλη η μοριακή κίνηση. Το 1849,ο Louis Pasteur ανακάλυψε ότι η ρακεμική μορφή του τρυγικού οξέος είναι ένα μίγμα της αριστερόστροφης και δεξιόστροφης μορφής, διευκρινίζοντας έτσι τη φύση της οπτικής στροφικής ικανότητας και ανοίγοντας έτσι το πεδίο της στερεοχημείας. Το 1852, Αύγουστος Beer πρότεινε το νόμο του Beer, ο οποίος εξηγεί τη σχέση μεταξύ της περιεκτηκότητας ενός μείγματος και της ποσότητας του φωτός που θα απορροφήσει. Βασίστηκε εν μέρει σε προηγούμενες εργασίες των Pierre Bouguer και Johann Heinrich Lambert, και καθιέρωσε την αναλυτική τεχνική γνωστή ως φασματομετρία. Το 1855, ο Benjamin Silliman Jr, πρωτοστάτησε στις μεθόδους πυρόλυσης του πετρελαίου, η οποία έκανε δυνατόν να αναπτυχθεί το σύνολο της σύγχρονης βιομηχανίας πετροχημικών.

Stanislao Cannizzaro και η σύσκεψη της Καρλσρούης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Formulas of acetic acid given by August Kekulé in 1861.

Η υπόθεση Avogadro άρχισε να κερδίζει ευρεία αποδοχή μεταξύ των χημικών μόνο μετά το 1858 όταν ο συμπατριώτης και συνάδελφος του Αβογκάντρο, Stanislao Cannizzaro κατάφερε να αποδείξει την αξία της, δύο χρόνια μετά το θάνατο του Avogadro. Τα χημικά ενδιαφέροντα του Κανιζάρο (Cannizzaro) αρχικά ήταν σε φυσικά προϊόντα και στις αντιδράσεις των αρωματικών ενώσεων. Το 1853 ανακάλυψε ότι όταν κατεργάζεται τη βενζαλδεΰδη με πυκνή βάση, παράγονται βενζοϊκό οξύ και βενζυλική αλκοόλη, ένα φαινόμενο που είναι γνωστό σήμερα ως αντίδραση Κανιζάρο (Cannizzaro). Σε ένα φυλλάδιο του 1858 , ο Κανιζάρο έδειξε ότι η πλήρης αποδοχή των ιδεών του Avogadro θα μπορούσε να χρησιμεύση στην κατασκευή μιας συνεπούς και ισχυρής θεωρητικής δομής για τη Χημεία οπου να ταιριάζουν σχεδόν όλα τα διαθέσιμα εμπειρικά δεδομένα. Για παράδειγμα, τόνισε την σημασία των δεδομένων που υποδηλώνουν οτι δεν είναι διατομικά όλα τα αέρια στοιχεία άλλα αντίθετα σε ορισμένες περιπτώσεις ήταν μονοατομικά, τα περισσότερα ήταν διατομικά, και λίγα ήταν πιο περίπλοκα.

Ένα άλλο σημείο διαφωνίας ήταν οι χημικοί τύποι για τις ενώσεις των αλκαλίων (όπως το νάτριο) και των αλκαλικών γαιών (όπως το ασβέστιο), οι οποίοι, κατά την άποψη των περισσότερων χημικών που ακολουθούσαν αυστηρά το νόμο των χημικών αναλογιών, θα έπρεπε να έχουν την ίδια μορφή. Ο Cannizzaro υποστήριξε ότι η τοποθέτηση αυτών των μετάλλων σε διάφορες κατηγορίες θα είχε ευεργετικό αποτέλεσμα, επειδή απαλοίφονται κάποιες ανωμαλίες που παρατηρούνται κατά τη χρήση των φυσικών τους ιδιοτήτων για τον υπολογισμό των ατομικών βαρών. Δυστυχώς, το φυλλάδιο του 1858 του Cannizzaro δημοσιεύθηκε αρχικά μόνο στην ιταλική γλώσσα και είχε μικρή άμεση επίπτωση.

Η πραγματική επανάσταση ήρθε με ένα διεθνές χημικό συνέδριο που πραγματοποιήθηκε στη γερμανική πόλη της Καρλσρούης το Σεπτέμβριο του 1860, οπου ήταν παρόντες οι περισσότεροι από τους κορυφαίους χημικούς της Ευρωπης. Η σύσκεψη της Καρλσρούης οργανώθηκε από τον Κέκουλε, τον Wurtz, και μερικούς άλλους που μοιράστηκαν την αίσθηση του Cannizzaro σχετικά με την κατεύθυνση που πρέπει να ακολουθήσει η χημεία. Μιλώντας στα γαλλικά (όπως έκαναν και όλοι εκεί), ο Cannizzaro με την ευγλωττία του και τη λογική του άφησε μια ανεξίτηλη εντύπωση στους παρόντες. Επιπλέον, ο φίλος του Angelo Pavesi διένειμε στους συμμετέχοντες το φυλλάδιο του Cannizzaro στο τέλος της συνάντησης. Περισσότεροι από ένας χημικοί έγραψαν αργότερα για την αποφασιστική εντύπωση που τους έκανε η ανάγνωση του εγγράφου. Για παράδειγμα, ο Lothar Meyer έγραψε αργότερα ότι κατα την ανάγνωση του εγγράφου του Cannizzaro , «Η ζυγαριά φαίνεται να πέφτει από τα μάτια μου». [77] Έτσι ο Cannizzaro έπαιξε καθοριστικό ρόλο στο να κερδιθεί η μάχη για τη μεταρρύθμιση. Το σύστημα που υποστηρίχθηκε από αυτόν, και σύντομα έκτοτε υιοθετήθηκε από τους περισσότερους κορυφαίους χημικούς, είναι ουσιαστικά ταυτόσημο με αυτό που χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα.

Perkin, Crookes, και Νόμπελ[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το 1856, ο Sir William Henry Perkin, ηλικίας 18, αποδεχόμενος μια πρόκληση από τον καθηγητή του, August Wilhelm von Hofmann, προσπάθησε να συνθέσει την κινίνη, που είναι ενα φάρμακο για την καταπολέμηση της ελονοσίας, από λιθανθρακόπισσα. Σε μία προσπάθεια, ο Perkin οξείδωσε ανιλίνη χρησιμοποιώντας διχρωμικό κάλιο, το οποίο περιείχε ακαθαρσίες τουλουϊδίνης που αντέδρασαν με την ανιλίνη και έδωσαν ένα μαύρο στερεό, ένδειξη οτι μια οργανική σύνθεση "απέτυχε" . Κατά τον καθαρισμό της φιάλης με αλκοόλη, ο Perkin παρατήρησε μωβ χρώμα στο διαλύμα και έτσι ανακαλυφθηκε οτι ενα υποπροϊόν της αποτυχημένης προσπάθειας ήταν η πρώτη συνθετική βαφή, γνωστή ως μωβεΐνη ή μωβ του Perkin. Η ανακάλυψη του Perkin είναι το θεμέλιο της βιομηχανικής σύνθεσης χρωστικών, που είναι μια από τις πρώτες επιτυχημένες χημικές βιομηχανίες.

Η σημαντικότερη μεμονωμένη συμβολή του γερμανού χημικού Αύγουστου Κέκουλε (August Kekulévon Stradonitz) ήταν δομική θεωρία του για την οργανική σύνθεση, που αναπτύσεται σε δύο άρθρα που δημοσιεύτηκαν το 1857 και το 1858. Αναπτύσονται κατόπιν με μεγάλη λεπτομέρεια στις σελίδες του εξαιρετικά δημοφιλούς «Εγχειρίδιο Οργανικής Χημείας" (Lehrbuch der organischen Chemie), του οποίου ο πρώτος τόμος εμφανίστηκε το 1859 και σταδιακά επεκτάθηκε σε τέσσερις τόμους. Ο Κέκουλε υποστήριξε ότι τα άτομα του τετρασθενούς άνθρακα - ο οποίος σχηματίζει ακριβώς τέσσερις χημικούς δεσμούς - θα μπορούσαν να συνδεθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν αυτό που αποκάλεσε «ανθρακική αλυσίδα » ή «ανθρακικό σκελετό», και στον οποίο θα μπορούσαν να συνδεθούν άλλα άτομα με άλλα σθένη (όπως το υδρογόνο, το οξυγόνο , το άζωτο και το χλώριο) . Ήταν πεπεισμένος ότι ήταν δυνατό για το χημικό να προσδιορισει αυτή τη λεπτομερή μοριακή αρχιτεκτονική τουλάχιστον για τις απλούστερες οργανικές ενώσεις που ηταν γνωστές στην εποχή του. Ο Κέκουλε δεν ήταν ο μόνος χημικός που έκανε τέτοιους ισχυρισμούς εκείνη την εποχή. Η σκωτσέζος χημικός Archibald Couper Scott δημοσίευσε μια ουσιαστικά παρόμοια θεωρία σχεδόν ταυτόχρονα, και ο Ρώσος χημικός Aleksandr Butlerov έκανε πολλά για να αποσαφηνίσει και να επεκτείνει τη δομική θεωρία. Ωστόσο, κατά κύριο λόγο οι ιδέες του Κέκουλε ήταν εκείνες που επικρατούσαν στην κοινότητα χημικών.

A Crookes tube (2 views): light and dark. Electrons travel in straight lines from the cathode (left), as evidenced by the shadow cast from the Maltese cross on the fluorescence of the righthand end. The anode is at the bottom wire.

Ο Βρετανός χημικός και φυσικός William Crookes είναι γνωστός για τις μελέτες των καθοδικών ακτίνων, το θεμέλιο της ανάπτυξης της ατομικής φυσικής. Οι έρευνές του στις ηλεκτρικές εκκενώσεις μέσα από ένα αραιό αέριο τον οδήγησε να παρατηρήσει τη σκοτεινό χώρο γύρω από την κάθοδο, που σήμερα ονομάζεται σκοτεινός χώρος Crookes . Απέδειξε ότι οι καθοδικές ακτίνες ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές και παράγουν φωσφορισμός και θερμότητα όταν χτυπήσουν ορισμένα υλικά. Όντας πρωτοπόρος των σωλήνων κενού, ο Crookes εφηύρε το σωλήνα Crookes - ένα πρώτο πειραματικό σωλήνα εκκένωσης, με μερικό κενό με τον οποίο μελέτησαν τη συμπεριφορά των καθοδικών ακτίνων. Με την εισαγωγή της ανάλυσης του φάσματος από τον Robert Bunsen και Gustav Kirchhoff (1859-1860), ο Crookes εφάρμοσε τη νέα τεχνική για τη μελέτη των ενώσεων του σεληνίου. Οι Bunsen και Kirchoff είχαν χρησιμοποιήσει προηγουμένως τη φασματοσκοπία ως μέσο χημικής ανάλυσης για να ανακαλύψουν το καίσιο και το ρουβίδιο. Το 1861, ο Crookes χρησιμοποιώντας αυτή τη διαδικασία ανακαλύψετε το θάλλιο σε ορισμένα ιζήματα σεληνίου. Συνέχισε την εργασία του σε αυτό το νέο στοιχείο, το απομόνωσε, μελέτησε τις ιδιότητες του, και το 1873 καθορίζει το ατομικό του βάρος. Κατά τη διάρκεια των σπουδών του στο θάλλιο, ο Crookes ανακάλυψε την αρχή του ραδιόμετρου Crookes, μια συσκευή που μετατρέπει τη φωτεινή ακτινοβολία σε περιστροφική κίνηση. Η αρχή αυτού του ραδιόμετρου έχει βρεί πολλές εφαρμογές στην ανάπτυξη ευαίσθητων οργάνων μέτρησης.

Το 1862, ο Αλέξανδρος Parkes παρουσίασε την παρκεζίνη (Parkesine), ένα από τα πρώτα συνθετικά πολυμερή, στη Διεθνή Έκθεση στο Λονδίνο. Αυτή η ανακάλυψη αποτέλεσε το θεμέλιο της σύγχρονης βιομηχανίας πλαστικών. Το 1864, Cato Maximilian Guldberg και Peter Waage, με βάση τις ιδέες του Claude Louis Berthollet, προτείναν το νόμο δράσης των μαζών. Το 1865, ο Johann Josef Loschmidt προσδιορίζει τον ακριβή αριθμό των μορίων σε ένα mole, που αργότερα ονομάστηκε αριθμός του Avogadro.

Το 1865, ο Αύγουστος Κέκουλε, βασιζόμενος εν μέρει στο έργο του Loschmidt και άλλων, εδραίωσε τη δομή του βενζολίου ως ένα δαχτυλίδι με έξι άτομα άνθρακα με εναλλασσόμενους απλούς και διπλούς δεσμούς. Η νέα αυτή πρόταση του Κέκουλε για κυκλική δομή του βενζολίου αμφισβητήθηκε πολύ, αλλά ποτέ δεν αντικαταστάθηκε από μια ανώτερη θεωρία. Αυτή η θεωρία παρείσχε την επιστημονική βάση για τη δραματική επέκταση της γερμανικής χημικής βιομηχανίας κατά το τελευταίο τρίτο του 19ου αιώνα. Σήμερα, η μεγάλη πλειοψηφία των γνωστών οργανικών ενώσεων είναι αρωματικές, και όλες τους περιέχουν τουλάχιστον ένα εξαγωνικό βενζολικό δακτύλιο του είδους που υποστήριξε ο Κέκουλε . Ο Κέκουλε λοιπόν είναι γνωστός γιατί διευκρίνισε τη φύση των αρωματικών ενώσεων, οι οποίες είναι ενώσεις που βασίζονται στο μόριο του βενζολίου. Το 1865, ο Adolf von Baeyer άρχισε την εργασία του για το χρώμα ίντιγκο (λουλακί), ένα ορόσημο στην σύγχρονη βιομηχανική οργανική χημεία που έφερε επανάσταση στη βιομηχανία των χρωμάτων.

Ο σουηδός χημικός και εφευρέτης Άλφρεντ Νόμπελ διαπίστωσε ότι όταν η νιτρογλυκερίνη ενσωματώθηκε σε ένα απορροφητικό αδρανές υλικό όπως το πυριτικό άλευρο (γη των διατόμων) έγινε ασφαλέστερο και πιο βολικό να την χειριστεί, και κατοχύρωσε αυτό το μίγμα ως δυναμίτη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1867. Ο Νόμπελ αργότερα συνδίασε την νιτρογλυκερίνη με διάφορες ενώσεις νιτροκυτταρίνης, παρόμοιες με το κολλόδιο, αλλά κατέληξε σε μια πιο αποτελεσματική συνταγή που χρησιμοποιεί ενα άλλο εκρηκτικό το νιτρικό νάτριο ή κάλιο (Νίτρο της Χιλής), και έλαβε μια διαφανή ουσία σαν ζελέ, η οποία ήταν μια πιο ισχυρή εκρηκτική ύλη από τον δυναμίτη. Η ζελατοδυναμίτιδα ή εκκρηκτική ζελατίνη, όπως ονομάστηκε, είχε πατέντα το 1876, και ακολουθήθηκε από ένα πλήθος παρόμοιων συνδυασμών.

Ο Περιοδικός πίνακας του Mendeleev[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Dmitri Mendeleev, responsible for organizing the known chemical elements in a periodic table.

Κύρια άρθρα: Ντμίτρι Μεντελέγιεφ, Περιοδικός Πίνακας, και η Ιστορία του περιοδικού πίνακα Μια σημαντική εξέλιξη στην κατανόηση της λίστας των γνωστών χημικών στοιχείων (καθώς και στην κατανόηση της εσωτερικής δομής των ατόμων), ήταν η αναπτυξη απο τον Ντμίτρι Μεντελέγιεφ του πρώτου σύγχρονου περιοδικού πίνακα, ή περιοδική κατάταξη των στοιχείων. Ο Mendeleev, ένας Ρώσος χημικός, θεώρησε ότι υπήρχε κάποιο είδος τάξης με τα στοιχεία και ξόδεψε περισσότερα από δεκατρία χρόνια της ζωής του, για τη συλλογή δεδομένων και τη συναρμολόγηση της ιδέας του, ξεκινώντας με την επίλυση κάποιας απο την αταξία που υπήρχε στον τομέα για χάρη των μαθητών του . Ο Mendeleev διαπίστωσε ότι, όταν όλα τα γνωστά χημικά στοιχεία ήταν τοποθετημένα κατά σειρά αυξανόμενου ατομικού βάρους, ο πίνακας που προκύπτει εμφανίζει ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο, ή μια περιοδικότητα ιδιοτήτων μεταξύ των στοιχείων. Ο νόμος του Mendeleev, του επέτρεψε να δημιουργήσει ενα συστηματικό περιοδικό πίνακα όλων των 66 στοιχείων που ήταν τότε γνωστά, στηριζόμενος στην ατομική μάζα, και τον δημοσίευσε στο Αρχές της Χημείας το 1869. Ο πρώτη Περιοδικός Πίνακας του συντάχθηκε με βάση την διάταξη των στοιχείων σε αύξουσα σειρά ατομικού βάρους και την ομαδοποίησή τους με βάση την ομοιότητα των ιδιοτήτων.

Ο Mendeleev είχε τέτοια πίστη στην εγκυρότητα του περιοδικού νόμου του ωστε πρότεινε αλλαγές στις γενικά αποδεκτές τιμές για το ατομικό βάρος κάποιων στοιχείων, και στην έκδοση του περιοδικού πίνακα του 1871, προέβλεψε τις θέσεις στον πίνακα αγνώστων μέχρι τότε στοιχείων μαζί με τις ιδιότητές τους. Προέβλεψε τις πιθανές ιδιότητες των τριών ακόμη μη ανακαλυφθέντων στοιχείων, τα οποία ονόμασε εκαβόριο (Eb), εκααλουμίνιο (Ea) και εκαπιρίτιο (Es), η οποία αποδείχθηκε ότι είναι μια καλή πρόβλεψη των ιδιοτήτων του σκάνδιο, γάλλιο, και γερμάνιο, αντίστοιχα, και που το καθένα ήρθε να γεμίσει εκείνο το σημείο στον περιοδικό πίνακα που είχε μείνει κενό από τον Mendeleev.

Κατά την πρώτη του το περιοδικό σύστημα δεν κεντρίζει το ενδιαφέρον μεταξύ των χημικών. Ωστόσο, με την ανακάλυψη των προβλεπόμενων στοιχείων, γάλλιο το 1875, σκάνδιο το 1879 ,και γερμάνιο το 1886, άρχισε να κερδίζει ευρεία αποδοχή. Η επακόλουθη απόδειξη πολλών από τις προβλέψεις του κατά τη διάρκεια της ζωής του έφερε φήμη ως ιδρυτή του περιοδικού νόμου. Η οργάνωση αυτή ξεπέρασε τις προηγούμενες απόπειρες ταξινόμησης όπως αυτή του Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois, ο οποίος δημοσίευσε το τελλουρικό έλικα, μια πρώιμη, τρισδιάστατη έκδοση του περιοδικού πίνακα των στοιχείων το 1862, ή την άλλη του John Newlands, ο οποίος πρότεινε τον νόμο των οκτάβων (πρόδρομος του περιοδικύ νόμου) το 1864, ή αυτή του Lothar Meyer το 1864, ο οποίος επίσης ανέπτυξε μια πρώιμη έκδοση του περιοδικού πίνακα με 28 στοιχεία που διατάχθηκαν με βάση το σθένους. Ο Πίνακας του Mendeleev δεν περιλαμβάνει κανένα από τα ευγενή αέρια, όμως, η οποία δεν είχε ακόμη ανακαλυφθεί. Σταδιακά ο περιοδικός νόμος και ο πίνακας έγιναν το πλαίσιο για ένα μεγάλο μέρος της θεωρίας της χημείας. Μέχρι τη στιγμή που ο Μεντελέγιεφ πέθανε το 1907, απολαμβάνει διεθνούς αναγνώρισης και έχει λάβει διακρίσεις και βραβεία από πολλές χώρες.

Το 1873, ο Jacobus Henricus van 't Hoff και ο Joseph Achille Le Bel, που εργάζονταν ανεξάρτητα, ανέπτυξαν ένα μοντέλο για τους χημικούς δεσμούς που εξηγεί τα πειράματα χειρομορφισμού (ασυμμετρία) του Pasteur και παρείχε το φυσικό αίτιο για την οπτική δραστικότητα των χειραλικών ενώσεων.[78] Η δημοσίευση του van' t Hoff, που ονομάζεται "Voorstel tot Uitbreiding der Tegenwoordige σε de Scheikunde gebruikte Structuurformules in de Ruimte", (Πρόταση για την ανάπτυξη των 3 διάστατων χημικών συντακτικών τύπων) και αποτελείται από δώδεκα σελίδες κειμένου και μια σελίδα με διαγράμματα, έδωσε την ώθηση για την ανάπτυξη της στερεοχημείας. Η έννοια των «ασύμμετρων ατόμων άνθρακα", που αναπτύσεται στην παρούσα έκδοση, παρείχε μια εξήγηση για την εμφάνιση των πολυάριθμων ισομερών, που ήταν ανεξήγητη μέσω των μέχρι τότε συντακτικών τύπων. Ταυτόχρονα επεσήμανε την ύπαρξη σχέσης μεταξύ της οπτικής δραστηκότητας και της παρουσίας ενός ασύμμετρου ατόμου άνθρακα.

Ο Josiah Willard Gibbs[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

J. Willard Gibbs formulated a concept of thermodynamic equilibrium of a system in terms of energy and entropy. He also did extensive work on chemical equilibrium, and equilibria between phases.

Κύρια άρθρα: Josiah Willard Gibbs και η Στατιστική μηχανική Η εργασία του Αμερικανός μαθηματικός και φυσικός J. Willard Gibbs σχετικά με τις εφαρμογές της θερμοδυναμικής έπαιξε σημαντικό ρόλο στην μετατροπή της φυσικής χημείας σε μια αυστηρή απαγωγική επιστήμη. Κατά τη διάρκεια των ετών 1876-1878, ο Gibbs εργάστηκε στις αρχές της θερμοδυναμικής, εφαρμόζοντάς τες στις πολύπλοκες διαδικασίες που εμπλέκονται στίς χημικές αντιδράσεις. Ανακάλυψε την έννοια του χημικού δυναμικού, ή το "καύσιμο" που κινεί τις χημικές αντιδράσεις. Το 1876 δημοσίευσε τη πιο διάσημη συμβολή του, "Πάνω στην ισορροπία των ετερογενών ουσιών», μια συλλογή από το έργο του στην θερμοδυναμική και τη φυσικοχημεία όπου έθεσε την έννοια της ελεύθερης ενέργειας για να εξηγήσει τη φυσική βάση της χημικής ισορροπίας. [79] Σε αυτά τα δοκίμια ήταν η εκκίνηση των θεωριών Gibbs για τις φάσεις της ύλης, που θεωρείται ότι κάθε κατάσταση της ύλης είναι μια φάση, και κάθε ουσία ένα συστατικό. Ο Gibbs πήρε όλες τις μεταβλητές που εμπλέκονται σε μια χημική αντίδραση - θερμοκρασία, πίεση, ενέργεια, όγκος και εντροπία - και τις συμπεριέλαβε σε μία απλή εξίσωση που είναι γνωστή ως ο κανόνας των φάσεων του Gibbs.

Μέσα σε αυτό το έγγραφο ήταν ίσως η πιο σημαντική συμβολή του, η εισαγωγή της έννοιας της ελεύθερης ενέργειας, που τώρα καθολικά ονομάζεται ελεύθερη ενέργεια Gibbs προς τιμήν του. Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs αφορά την τάση ενός φυσικού ή χημικού συστήματος να μειώσει ταυτοχρόνως την ενέργεια του και να αυξήσει την αταξία του, ή εντροπία, σε μια αυθόρμητη φυσική διαδικασία. Η προσέγγιση του Gibbs επιτρέπει σε εναν ερευνητή να υπολογίσει τη μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας σε μια διαδικασία, όπως σε μία χημική αντίδραση, αλλά και πόσο γρήγορα θα συμβεί. Δεδομένου ότι σχεδόν όλες οι χημικές διεργασίες αλλά και πολλές φυσικές διεργασίες αφορούν τέτοιου είδους αλλαγές, το έργο του επηρέασε σημαντικά τόσο τις θεωρητικές όσο και τις πειραματικές πτυχές αυτών των επιστημών. Το 1877, ο Ludwig Boltzmann εγκαθιστά τη παραγωγή απο στατιστική ανάλυση πολλών σημαντικών φυσικών και χημικών εννοιών, συμπεριλαμβανομένων της εντροπίας, και των κατανομών των μοριακών ταχυτήτων στην αέρια φάση. [80] Μαζί με τον Boltzmann και τον James Clerk Maxwell, ο Gibbs δημιούργησε ένα νέο κλάδο της θεωρητικής φυσικής που ονομάζεται στατιστική μηχανική (ένας όρος που έπλασε ο ίδιος), εξηγώντας τους νόμους της θερμοδυναμικής ως συνέπειες των στατιστικών ιδιοτήτων των μεγάλων συνόλων σωματιδίων. Ο Gibbs επίσης εργάστηκε για την εφαρμογή των εξισώσεων του Maxwell σε προβλήματα φυσικής οπτικής. Παραγωγή των φαινομενολογικών νόμων της θερμοδυναμικής από τις στατιστικές ιδιότητες των συστημάτων με πολλά σωματίδια που έκανε ο Gibbs παρουσιάστηκε σε ένα βιβλίο με εξαιρετική επιρροή "Οι Βασικές Αρχές στη Στατιστική Μηχανική", το οποίο δημοσιεύθηκε το 1902, ένα χρόνο πριν το θάνατό του. Σε αυτό το έργο, ο Gibbs ανακεφαλαιώνει τη σχέση μεταξύ των νόμων της θερμοδυναμικής και της στατιστικής θεωρίας των μοριακών κινήσεων. Το φαινόμενο της υποκατάστασης της αρχικής συνάρτησης με μερικό άθροισμα των σειρών Fourier στα σημεία ασυνέχειας είναι γνωστό ως το φαινόμενο Gibbs.

Τα τέλη του 19ου αιώνα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο Γερμανός μηχανικός Carl von Linde εφηύρε μια διαδικασία υγροποίησης αερίων σε μεγάλες ποσότητες και με συνεχή ροή. Ετσι σχηματίζεται η βάση για τη σύγχρονη τεχνολογία της ψύξης και παρέχεται η κινητήρια δύναμη και τα μέσα για τη διεξαγωγή επιστημονικής έρευνας σε χαμηλές θερμοκρασίες και πολύ υψηλό κενό. Ανέπτυξε ένα ψυγείο που λειτουργούσε με μεθυλαιθέρα (1874) και ένα ψυγείο αμμωνίας (1876). Αν και άλλες μονάδες ψύξης είχαν αναπτυχθεί νωρίτερα, αυτή του Linde ήταν η πρώτη που σχεδιάστηκε με στόχο τους ακριβείς υπολογισμούς της απόδοσης. Το 1895 ίδρυσε ένα εργοστάσιο για την παραγωγή υγρού αέρα σε μεγάλη κλίμακα. Έξι χρόνια αργότερα ανέπτυξε μια μέθοδο για το διαχωρισμό καθαρού υγρού οξυγόνου από το υγρό αέρα που οδήγησε σε μεγάλη αλλαγή των βιομηχανικών διεργασιών που χρησιμοποιούν οξυγόνο (π.χ., στην κατασκευή χάλυβα).

Το 1883, ο Svante Arrhenius ανέπτυξε μια ιοντική θεωρία για να εξηγήσει την αγωγιμότητα στους ηλεκτρολύτες. [81] Το 1884, ο Jacobus Henricus van't Hoff δημοσίευσε το "Études de Dynamique chimique" (Μελέτες στη Δυναμική Χημεία), μια δημιουργική μελέτη για τη χημική κινητική. [82] Με αυτό το έργο, ο van 't Hoff εισέρχεται για πρώτη φορά στο πεδίο της φυσικοχημείας. Ο ίδιος επίσης έδωσε την μεγάλης σημασίας σχέση της γενικής θερμοδυναμικής μεταξύ της θερμότητας της αντίδρασης και της μετατόπισης της θέσης της χημικής ισορροπίας, όταν μεταβάλεται η θερμοκρασία. Σε σταθερό όγκο, η ισορροπία σε ένα σύστημα τείνει να μετατοπιστεί προς εκείνη τη κατεύθυνση που αναιρεί τη μεταβολή της θερμοκρασίας η οποία εφαρμόστηκε από το σύστημα. Έτσι, η μείωση της θερμοκρασίας οδηγεί στην έκλυση θερμότητας, ενω αύξηση της θερμοκρασίας στην απορρόφηση θερμότητας. Αυτή η αρχή της δυναμικής ισορροπίας στη συνέχεια (1885), ετέθει σε μία πιό γενική μορφή από τον Henry Louis Le Chatelier, ο οποίος επέκτεινε την αρχή να καλύπτει την μεταβολή που θα προκύψει, από την αλλαγή του όγκου, η οποία επιβάλλεται απο αλλαγή της πίεσης. Η αρχή van 't Hoff-Le Chatelier, ή απλά αρχή του Le Chatelier, εξηγεί την απόκριση της δυναμικής χημικής ισορροπίας στις εξωτερικές μεταβολές.

Το 1884, Hermann Emil Fischer βρήκε τη δομή των πουρινών (αρωματικές ετεροκυκλικές ενώσεις οπως η αδενίνη και γουανίνη στο DNA), που αποτελούν τη βασική δομή πολλών βιομορίων, και το 1899 συνέθεσε την πρώτη πουρίνη. Άρχισε επίσης τις εργασίες για τη χημεία της γλυκόζης και των συναφών σακχάρων. [84] Το 1885, ο Eugene Goldstein ονομάσε τις καθοδικές ακτίνες που αργότερα ανακαλύφθηκε ότι αποτελούνται από ηλεκτρόνια, και τις ανοδικές ακτίνες ή θετική ακτίνα ή ακτίνες καναλιού , που αργότερα ανακαλύφθηκε ότι είναι τα θετικά ιόντα υδρογόνου που έχουν απογυμνωθεί από τα ηλεκτρόνια τους. Οι θετικές ακτίνες ανακαλύφθηκαν σε λαμπτήρα αερίου, ανάλογο με τον σωλήνα Κρουκς, οπου η κάθοδος ήταν διάρτητη (είχε κανάλια) και αργότερα θα ονομαστούν πρωτόνια. Το έτος 1885 χαρακτηρίστηκε επίσης από την δημοσίευση του J.H. van 't Hoff με τίτλο "L'Equilibre chimique dans les Systèmes gazeux ou à dissous I'État dilué" (Χημική ισορροπία σε αέρια συστήματα ή πολυ αραιωμένα διαλύματα), οπου ασχολήθηκε με χημική ισορροπία αραιών διαλυμάτων. Εδώ αποδεικνύεται ότι η «οσμωτική πίεση" σε διαλύματα τα οποία είναι επαρκώς αραιά είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση και την απόλυτη θερμοκρασία, έτσι ώστε αυτή η πίεση μπορεί να βρεθεί από τον τύπο της κατασταστικήε εξίσωσης των αερίων με μόνο μια διαφορά κατα ένα συντελεστή i. Προσδιορίστηκε επίσης την τιμή του i με διάφορες μεθόδους, για παράδειγμα μέσω της πίεσης των ατμών (τάση ατμών) και των αποτελεσμάτων του François-Marie Raoult για την ελάτωση του σημείου πήξης. Έτσι ο van 't Hoff μπόρεσε να αποδείξει ότι οι θερμοδυναμικοί νόμοι δεν ισχύουν μόνο για τα αέρια, αλλά και για αραιά διαλύματα. Οι νόμοι του για την πίεση, που πήραν γενικευμένη ισχύ με την θεωρία ηλεκτρολυτικής διάστασης του Arrhenius (1884-1887) - ο πρώτος ξένος που ήρθε να δουλέψει μαζί του στο Άμστερνταμ (1888) - θεωρούνται οι πιο ολοκληρωμένοι και σημαντικοί στο χώρο των φυσικών επιστημών. Το 1893, ο Alfred Werner ανακάλυψε την οκταεδρική δομή των συμπλόκων του κοβαλτίου, καθιερώνοντας έτσι το πεδίο της χημείας των συμπλόκων.

Η ανακάλυψη των ευγενών αερίων απο τον William Ramsay[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα πιο γνωστά ανακαλύψεις του Σκώτου χημικού William Ramsay έγιναν στην ανόργανη χημεία. Ο Ramsay το 1892 ξεσηκώθηκε από την ανακάλυψη του Βρετανού φυσικού John Strutt, 3ου Baron του Rayleigh που δήλωσε οτι το ατομικό βάρος του αζώτου στις χημικές ενώσεις ήταν χαμηλότερο από εκείνο του αζώτου που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα. Ο Ρέιλέι απέδωσε αυτή την διαφορά σε ένα ελαφρύ αέριο που υπέθεσε οτι υπήρχε στις χημικές ενώσεις του αζώτου, ενώ ο Ramsay εξέφρασε υπόνοιες για ένα μέχρι στιγμής άγνωστο βαρύ αέριο στον ατμοσφαιρικό αέρα. Χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικές μεθόδους για να απομακρύνει όλα τα γνωστά αέρια από τον αέρα, ο Ramsay και ο Λόρδος Rayleigh ανακοίνωσαν το 1894 ότι είχαν βρει ένα μονοατομικό, χημικά αδρανές αέριο στοιχείο που αποτελούσε σχεδόν το 1 τοις εκατό της ατμόσφαιρας. Το ονόμασαν αργό.

Το επόμενο έτος, ο Ramsay απελευθέρωσε ένα άλλο αδρανές αέριο από ένα ραδιενεργό ορυκτό του ουρανίου που ονομάζεται κληβεΐτης (cleveite). Αυτό αποδείχθηκε ότι είναι το ήλιο, που παλαιότερα ήταν γνωστό μόνο στο ηλιακό φάσμα. Στο βιβλίο του "Τα αέρια της Ατμόσφαιρας" (1896), ο Ramsay έδειξε ότι οι θέσεις του ηλίου και του αργού στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων υποδεικνύουν ότι μπορεί να υπάρχουν τουλάχιστον τρία ακόμα ευγενή αέρια. Το 1898 ο Ramsay και ο βρετανός χημικός Morris W. Travers απομόνωσε τα στοιχεία αυτά που ονομάζονται νέον, κρυπτόν, και ξένον, από τον ατμοσφαιρικό αέρα σε υγρή κατάσταση σε χαμηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση. Ο Sir William Ramsay συνεργάστηκε με τον Frederick Soddy να αποδείξει, το 1903, ότι τα σωματίδια άλφα (πυρήνες ηλίου) παράγονται συνεχώς κατά την ραδιενεργό διάσπαση ενός δείγματος ραδίου. Στον Ramsay απονεμήθηκε το 1904 το βραβείο Νόμπελ Χημείας σε αναγνώριση των "υπηρεσιών του στην ανακάλυψη των στοιχείων των αδρανών αερίων στον αέρα, και τον προσδιορισμό της θέσης τους στο περιοδικό σύστημα".

Το 1897, ο J.J. Thomson ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο χρησιμοποιώντας το σωλήνα καθοδικών ακτίνων. Το 1898, Wilhelm Wien απέδειξε ότι οι ακτίνες καναλιού (θετικές ακτίνες δηλ. ροές θετικών ιόντων που ανακάλυψε ο Eugene Goldstein το 1885) μπορεί να εκτρέπονται από το μαγνητικό πεδίο, και ότι η εκτροπή είναι ανάλογη προς το λόγο μάζας προς φορτίο. Αυτή η ανακάλυψη θα οδηγήσει στην σημερινή αναλυτική τεχνική γνωστή ως φασματομετρία μάζας.

Η Marie και ο Pierre Curie[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η Marie Curie, πρωτοπόρος στη ραδιενέργεια. Δύο βραβεία Νόμπελ σε δύο διαφορετικές επιστήμες

Η Marie Skłodowska-Curie ήταν πολωνικής καταγωγής Γαλλίδα φυσικός και χημικός η οποία είναι διάσημη για την πρωτοποριακή έρευνά της σχετικά με τη ραδιενέργεια. Αυτή και ο σύζυγός της, θεωρούνται ότι έχουν θέσει τον ακρογωνιαίο λίθο της πυρηνικής εποχής. Η Marie ήταν γοητευμένη απο το έργο του Henri Becquerel, ένος Γάλλου φυσικού που ανακάλυψε το 1896 ότι το ουράνιο εκπέμπει ακτίνες παρόμοιες με τις ακτίνες Χ που είχαν ανακαλυφθεί από τον Wilhelm Ρέντγκεν. Η Curie προχώρησε το έργο του Becquerel μερικά βήματα παραπέρα, εκτελώντας πειράματα για την ακτινοβολία του ουρανίου. Η Marie Curie άρχισε να μελετά το ουράνιο στα τέλη του 1897 και διατύπωσε τη θεωρία, σύμφωνα με το άρθρο που έγραψε το 1904 για το περιοδικό Century, "ότι η εκπομπή των ακτίνων από τις ενώσεις του ουρανίου είναι μια ιδιότητα του μετάλλου του ίδιου - δηλ. ότι είναι μια ατομική ιδιότητα του στοιχείου ουρανίου ανεξάρτητη της χημικής ή φυσικής κατάστασης του. " Ανακάλυψε ότι η ακτινοβολία παρέμεινε σταθερή. Δηλαδή προέρχεται από την ατομική δομή του στοιχείου. Αυτή η επαναστατική ιδέα δημιουργησε στον τομέα της ατομικής φυσικής και οι Curies έπλασαν τη λέξη ραδιενέργεια για να περιγράψουν το φαινόμενο.

Ο Pierre Curie.

Ο Pierre και η Marie διερεύνησαν περαιτέρω τη ραδιενέργεια εργαζόμενοι για το διαχωρισμό των ουσιών απο μεταλλεύματα ουρανίου και στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας το ηλεκτρόμετρο για να κάνουν μετρήσεις της ακτινοβολίας ωστε να ανιχνεύσουν το ελάχιστο άγνωστο ραδιενεργό στοιχείο μεταξύ των κλασμάτων που προέκυψαν. Δουλεύοντας με το ορυκτό πισσουρανίτη, το ζευγάρι ανακάλυψε το 1898 ένα νέο ραδιενεργό στοιχείο. Ονόμασαν το στοιχείο αυτό πολώνιο, από την πατρίδα της Marie την Πολωνία. Στις 21 Δεκεμβρίου 1898, οι Curies ανιχνευουν τη παρουσία ενός άλλου ραδιενεργού υλικού στον πισσουρανίτη. Παρουσίασαν το εύρημα αυτό στην Γαλλική Ακαδημία των Επιστημών στις 26 Δεκεμβρίου, προτείνοντας το νέο στοιχείο να ονομάζεται ράδιο. Οι Curies στη συνέχεια πήγαν στη δουλειά απομονώνοντας το πολώνιο και το ράδιο από φυσικά συστατικά για να αποδείξουν ότι επρόκειτο για νέα στοιχεία. Το 1902, οι Curies ανακοίνωσαν ότι είχαν συλλέξει ένα δέκατο γραμμάριου καθαρού ραδίου, αποδεικνύοντας την ύπαρξή του ως ένα ανεξάρτητο χημικό στοιχείο. Αν και χρειάστηκαν τρία χρόνια για να απομονώσουν το ράδιο, δεν μπόρεσαν ποτέ να απομονώσουν το πολώνιο. Μαζί με την ανακάλυψη των δύο νέων στοιχείων και των τεχνικών για την απομόνωση ραδιενεργών ισοτόπων, η Curie επέβλεψε τις πρώτες μελέτες του κόσμου για την θεραπεία των νεοπλασιών, με χρηση ραδιενεργών ισοτόπων. Μαζί με τον Henri Becquerel και τον σύζυγός της, Pierre Curie, της απονεμήθηκε το 1903 το βραβείο Νόμπελ Φυσικής. Ήταν ο μοναδικός νικητής του 1911 για το βραβείο Νόμπελ για τη Χημεία. Ήταν η πρώτη γυναίκα που κέρδισε ένα βραβείο Νόμπελ, και είναι η μόνη γυναίκα που κερδίσε το βραβείο σε δύο διαφορετικά πεδία.

Παρά την εργασία του με τη Marie για να εξαγάγουν καθαρές ουσίες από τα μεταλλεύματα, μια επιχείρηση που πραγματικά απαιτεί βιομηχανικούς πόρους, αλλά αυτοί το επέτυχαν με σχετικά πρωτόγονες συνθήκες, ο ίδιος ο Pierre επικεντρώθηκε στην φυσική μελέτη των νέων ακτινοβολιών, συμπεριλαμβανομένων των φωτεινών και χημικών επιδράσεων. Μέσω της δράσης των μαγνητικών πεδίων στις ακτίνες που εκπέμπονται από το ράδιο, απέδειξε την ύπαρξη σωματιδίων ηλεκτρικά φορτισμένων θετικά, αρνητικά και ουδέτερα. Αυτά ήταν που Ernest Rutherford αργότερα ονόμασε ακτίνες άλφα, βήτα και γάμμα. Ο Pierre στη συνέχεια μελέτησε αυτές τις ακτινοβολίες με θερμιδομετρία και παρατηρήσε επίσης τις επιδράσεις του ραδίου στη φυσιολογια των οργανισμών, ανοίγοντας έτσι το δρόμο για τη ράδιοθεραπεία . Μεταξύ των ανακαλύψεων του Pierre Curie ήταν ότι οι σιδηρομαγνητικές ουσίες εμφανίζουν μια κρίσιμη μεταβατική θερμοκρασία, πάνω από την οποία οι ουσίες χάνουν τη σιδηρομαγνητική συμπεριφορά τους - αυτό είναι γνωστό ως το "Σημείο Curie". Εκλέχτηκε στην Ακαδημία των Επιστημών (1905), έχοντας λάβει από κοινού με την Μαρί από τη Royal Society το υψηλού κύρους Μετάλλιο Davy το 1903 και από κοινού μαζί της και με τον Becquerel το βραβείο Νόμπελ Φυσικής. Τον χτύπησε μια άμαξα στη λεωφόρο Dauphine στο Παρίσι το 1906 και πέθανε ακαριαία. Ολοκληρωμένα τα έργα του δημοσιεύτηκαν το 1908.

Ο Ernest Rutherford[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο Ernest Rutherford ανακάλυψε τον πυρήνα, θεωρείται ο πατέρας της πυρηνικής φυσικής

Γεννημένος στη Νέα Ζηλανδία ο χημικός και φυσικός Ernest Rutherford θεωρείται «ο πατέρας της πυρηνικής φυσικής." Ο Rutherford είναι γνωστός για την επινόηση των ονομάτων άλφα , βήτα, γάμμα για να ταξινομήσει τις διάφορες μορφές ραδιενεργών «ακτίνων» που ήταν ελάχιστα κατανοητές στην εποχή του. Οι άλφα και βήτα ακτίνες είναι δέσμες σωματιδίων, ενώ οι ακτίνες γάμμα είναι μια μορφή υψηλής ενέργειας ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία). Ο Rutherford εκτρέπει τις ακτίνες άλφα με ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία το 1903. Σε συνεργασία με τον Frederick Soddy, ο Rutherford εξήγησε ότι η ραδιενέργεια οφείλεται στη μεταστοιχείωση των στοιχείων, που σήμερα είναι γνωστό οτι ωφείλεται σε πυρηνικές αντιδράσεις.

Επάνω: Τα προβλεπόμενα αποτελέσματα σύμφωνα με το μοντέλο του σταφιδόψωμου. Κάτω: Τα παρατηρηθέντα αποτελέσματα. Ο Rutherford συμπέρανε οτι το θετικό φορτίο του ατόμου είναι συγκεντρωμένο σε εναν μικρό πυρήνα στο κέντρο του ατόμου.

Παρατήρησε επίσης ότι η ένταση της ραδιενέργειας ενός ραδιενεργού στοιχείου μειώνεται με την πάροδο ενός μοναδικού και κανονικού χρονικού διαστήματος και εισήγαγε το χρόνο "ημιζωής» των ραδιενεργών στοιχείων. Το 1901 και 1902 εργάστηκε με Frederick Soddy να αποδείξει ότι το άτομο ενός ραδιενεργού στοιχείου, θα μετατραπεί αυτόματα σε ένα άλλο, αποβάλωντας ένα κομμάτι του ατόμου με μεγάλη ταχύτητα. Το 1906 στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, ο Rutherford επέβλεψε ένα πείραμα που πραγματοποιήθηκε από τους μαθητές του Hans Geiger (γνωστό για το μετρητή Geiger) και τον Ernest Marsden. Στο πείραμα Geiger-Marsden, μια δέσμη των σωματιδίων άλφα, που παράγεται από τη ραδιενεργό διάσπαση του ραδονίου, κατευθύνθηκε σε ένα πολύ λεπτό φύλλο χρυσού σε ένα κενό θάλαμο. Σύμφωνα με το επικρατούν μοντέλο του σταφιδόψωμου για τη δομή του ατόμου, τα σωματίδια άλφα έπρεπε όλα να έχουν περάσει από το φύλλο και να χτυπήσουν την οθόνη του ανιχνευτή, ή έχουν εκτραπεί από την ευθεία, το πολύ, λίγες μοίρες.

Ωμως, τα πραγματικά αποτελέσματα εξέπληξαν τον Rutherford. Παρά το γεγονός ότι πολλά από τα σωματίδια περάσει μέσα απο το φύλλο χρυσού, όπως ήταν αναμενόμενο, πολλά άλλα εκτράπηκαν σε μικρές γωνίες, ενώ άλλα αντανακλάσκηκαν πίσω στην πηγή άλφα. Παρατήρησαν ότι ένα πολύ μικρό ποσοστό των σωματιδίων εκτράπηκε σε γωνίες πολύ μεγαλύτερες από 90 μοίρες. Το πείραμα του φύλλου χρυσού έδειξε μεγάλες εκτροπές για ένα μικρό κλάσμα των προσπιπτόντων σωματιδίων . Ο Rutherford συνειδητοποίησε ότι, επειδή ορισμένα από τα σωματίδια άλφα έχουν εκτραπεί ή αντανακλασθεί, το άτομο είχε ένα πυκνό κέντρο θετικού φορτίου και σχετικά μεγάλης μάζας που ο Rutherford αργότερα ονόμασε "ατομικό πυρήνα". Τα σωματίδια άλφα είτε είχαν χτυπήσει το θετικό κέντρο άμεσα ή είχαν περάσει αρκετά κοντά ωστε να επηρεαστούν από το θετικό φορτίο του. Δεδομένου ότι πολλά άλλα σωματίδια διήλθαν μέσα από το φύλλο χρυσού, το θετικό κέντρο θα πρέπει να έχει σχετικά μικρό μέγεθος σε σύγκριση με το υπόλοιπο του ατόμου - πράγμα που σημαίνει ότι το άτομο είναι ως επί το πλείστον ανοιχτός χώρος. Από τα αποτελέσματά του, ο Rutherford ανέπτυξε ένα μοντέλο του ατόμου που ήταν παρόμοιο με το ηλιακό σύστημα, γνωστό ως μοντέλο Rutherford. Όπως οι πλανήτες, έτσι και τα ηλεκτρόνια περιφέρονται σε τροχιά γύρω από ένα κεντρικό πυρήνα, σαν τον ήλιο μας. Για το έργο του με την ακτινοβολία και τον ατομικό πυρήνα, ο Rutherford έλαβε το βραβείο Νόμπελ Χημείας του 1908.

Ο 20ος αιώνας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το πρώτο Συνέδριο του Solvay, πραγματοποιήθηκε στις Βρυξέλλες το 1911 και θεωρήθηκε ένα σημείο καμπής στον κόσμο της φυσικής και της χημείας.

Το 1903, ο Μιχαήλ Tsvet εφηύρε τη χρωματογραφία, μια σημαντική αναλυτική τεχνική. Το 1904, ο Hantaro Nagaoka προτείνει ένα πρώτο πυρηνικό μοντέλο για το άτομο, όπου τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από ένα πυκνό πυρήνα με μεγάλη μάζα. Το 1905, οι Fritz Haber και Carl Bosch ανέπτυξαν τη διαδικασία Haber για την παραγωγή αμμωνίας, ένα ορόσημο στη βιομηχανική χημεία με βαθιές συνέπειες στη γεωργία. Η διαδικασία Haber, ή διαδικασία Haber-Bosch , σε χρησιμοποιούσε την αντίδραση αζώτου και υδρογόνου για το σχηματισμό αμμωνίας σε βιομηχανικές ποσότητες για την παραγωγή λιπασμάτων και πυρομαχικών. Η παραγωγή τροφίμων για το ήμισυ του παγκόσμιου τρέχοντος πληθυσμού εξαρτάται από αυτή τη μέθοδο για την παραγωγή λιπασμάτων. Ο Haber, μαζί με τον Max Born, προτείνει τον κύκλο Born-Haber ως μέθοδο για τον υπολογισμό της ενέργειας πλέγματος ενός ιονικού στερεού. Ο Haber έχει επίσης χαρακτηριστεί ως ο «πατέρας του χημικού πολέμου" λόγω των εργασιών για την ανάπτυξη του και την εφαρμογή του χλωρίου και άλλων δηλητηριωδών αερίων κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκοσμίου Πολέμου.

Ο Robert A. Millikan, ο οποίος είναι γνωστός για τη μέτρηση του φορτίου του ηλεκτρονίου, κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1923.

Το 1905, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν εξήγησε την κίνηση Brown με έναν τρόπο που αποδεικνύει οριστικά την ατομική θεωρία. Ο Leo Baekeland εφηύρε τον βακελίτη, ένα από τα πρώτα εμπορικά επιτυχημένα πλαστικά. Το 1909, Αμερικανός φυσικός Robert Andrews Millikan - που είχε σπουδάσει στην Ευρώπη υπό των Walther Nernst και Max Planck - μετράει το φορτίο των μεμονωμένων ηλεκτρονίων με πρωτοφανή ακρίβεια μέσω του πειράματος της σταγόνας λαδιού, στο οποίο μέτρησε τα ηλεκτρικά φορτία σε μικροσκοπικά σταγονίδια νερού και αργότερα λαδιού. Η μελέτη του διαπίστωσε ότι το ηλεκτρικό φορτίο κάθε συγκεκριμένου σταγονιδίου είναι πολλαπλάσιο μιας συγκεκριμένης, θεμελιώδους τιμής - φορτίο του ηλεκτρονίου - και ως εκ τούτου αποτελεί επιβεβαίωση ότι όλα τα ηλεκτρόνια έχουν το ίδιο φορτίο και τη ίδια μάζα. Αρχίζοντας το 1912, πέρασε αρκετά χρόνια ερευνώντας και τελικά αποδεικνύει τη γραμμική σχέση, που πρότεινε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, μεταξύ της ενέργειας και της συχνότητας, και παρέχει την πρώτη άμεση φωτοηλεκτρική επιβεβαίωση για τη σταθερά του Planck. Το 1923 ο Millikan τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής.

Το 1909, ο S.P.L. Sørensen επινόησε την έννοια του pH και αναπτύσσει μεθόδους για τη μέτρηση της οξύτητας. Το 1911, ο Antonius Van den Broek πρότεινε την ιδέα ότι τα στοιχεία στον περιοδικό πίνακα είναι πιο σωστά τακτοποιημένα αν χρησιμοποιηθεί το θετικό πυρηνικό φορτίο (δηλ. ο σημερινός ατομικός αριθμός) και όχι το ατομικό βάρος. Το 1911, το πρώτο Συνέδριο Solvay, πραγματοποιήθηκε στις Βρυξέλλες, συγκεντρώνοντας τους περισσότερους από τους πιο εξέχοντες επιστήμονες της εποχής. Το 1912, ο William Henry Bragg και ο William Lawrence Bragg πρότειναν το νόμο του Bragg και καθιέρωσαν το πεδίο της κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ, ένα σημαντικό εργαλείο για την κατανόηση της κρυσταλλικής δομής των ουσιών. Το 1912, ο Peter Debye αναπτύσσει την έννοια του μοριακού διπόλου για να περιγράψει τη ασύμμετρη κατανομή φορτίου σε ορισμένα μόρια.

Ο Niels Bohr[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο Niels Bohr, που ανέπτυξε το μοντέλο του Bohr για το άτομο, και ένας κορυφαίος ιδρυτής της κβαντικής μηχανικής

Το 1913, ο Νιλς Μπορ, ενας δανός φυσικός, εισήγαγε τις έννοιες της κβαντικής μηχανικής στην ατομική δομή προτείνοντας αυτό που είναι τώρα γνωστό ως το ατομικό μοντέλο του Bohr, όπου τα ηλεκτρόνια υπάρχουν μόνο σε αυστηρά καθορισμένες κυκλικές τροχιές γύρω από τον πυρήνα όπως τα σκαλοπάτια σε μια σκάλα. Το μοντέλο του Bohr είναι ένα πλανητικό μοντέλο στο οποίο, τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από ένα μικρό, θετικά φορτισμένο πυρήνα παρόμοια με τους πλανήτες που περιστρέφονται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο (εκτός από το ότι οι τροχιές δεν είναι επίπεδες) - η βαρυτική δύναμη του ηλιακού συστήματος είναι μαθηματικά ίδια με την ελκτική ηλεκτρική δύναμη Coulomb μεταξύ του θετικά φορτισμένου πυρήνα και των αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων.

Στο μοντέλο του Bohr όμως, τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε τροχιές που έχουν ένα συγκεκριμένο μέγεθος και ενέργεια - τα ενεργειακά επίπεδα λέγεται ότι είναι κβαντισμένα, πράγμα που σημαίνει ότι επιτρέπονται μόνο ορισμένες τροχιές με ορισμένες ακτίνες. Ενδιάμεσες τροχιές απλά δεν υπάρχουν. Η ενέργεια της τροχιάς σχετίζεται με το μέγεθός της - δηλαδή, η χαμηλότερη ενέργεια βρίσκεται στη μικρότερη τροχιά. Ο Bohr έθεσε επίσης ως αξίωμα, ότι όταν ένα ηλεκτρόνιο μετακινείται από μία τροχιά σε άλλη, απορροφάται ή εκπέμπεται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Επειδή είναι μόνο ορισμένες οι επιτρεπόμενες τροχιές των ηλεκτρονίων η εκπομπή του φωτός που συνοδεύει το άλμα ενός ηλεκτρονίου από μια διεγερμένη ενεργειακή κατάσταση στην θεμελειώδη κατάσταση παράγει ένα μοναδικό φάσμα εκπομπής για κάθε στοιχείο.

Ο Neils Bohr εργάστηκε επίσης πάνω στην αρχή της συμπληρωματικότητας (διυσμός), η οποία αναφέρει ότι ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να ερμηνευθεί με δύο αμοιβαία αλληλοαναιρούνενους και έγκυρους τρόπους. Το ηλεκτρόνιο μπορεί να ερμηνευθεί ως κύμα ή ως σωματίδιο. Διατύπωσε την υπόθεση ήταν ότι ένα εισερχόμενο σωματίδιο θα χτυπήσει τον πυρήνα και να δημιουργήσει εναν διεγερμένο πυρήνα. Εθεσε τη βάση για το μοντέλο υγρής σταγόνας για τον πυρήνα και αργότερα έδωσε την βάσική θεωρία για την εξήγηση της πυρηνικής σχάσης.

Το 1913, ο Henry Moseley, εργαζόμενος πάνω στην προηγούμενη ιδέα του Van den Broek, εισάγει την έννοια του ατομικού αριθμού για να διορθώσει τις ανεπάρκειες του περιοδικού πίνακα του Μεντελέγιεφ, η οποία είχε βασιστεί σε ατομικό βάρος. Το απόγειο της καριέρας του Frederick Soddy στην ραδιοχημεία ήταν το 1913 με την σύνθεση της έννοιας των ισοτόπων, η οποία ανέφερε ότι ορισμένα στοιχεία υπάρχουν σε δύο ή περισσότερες μορφές που έχουν διαφορετικό ατομικό βάρος, αλλά οι οποίες μορφές δεν μπορούν να διακριθούν χημικά. Τον θυμούμαστε για την απόδειξη της ύπαρξης των ισοτόπων ορισμένων ραδιενεργών στοιχείων, και επίσης πιστώνεται, μαζί με άλλους, με την ανακάλυψη του στοιχείου πρωτακτίνιο το 1917. Το 1913, ο J.J. Thomson, επεκτείνοντας στις εργασίες που έκανε ο Wien το 1887, έδειξε ότι τα φορτισμένα υποατομικά σωματίδια μπορούν να διαχωριστούν με βαση την μάζα προς φορτίο αναλογία τους, μια τεχνική γνωστή ως φασματομετρία μάζας.

Ο Gilbert Ν. Lewis[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο ηλεκτρονιακός τύπος του νερού. Ο Gilbert Ν. Lewis, επινόησε τους ηλεκτρονιακούς τύπους Lewis, επίσης ανακάλυψε τον ομοιοπολικό δεσμό, και είναι δημιουργός της έννοιας ζεύγη ηλεκτρονίων.

Ο Αμερικανός φυσικός χημικός Gilbert Ν. Lewis έθεσε τα θεμέλια της θεωρίας του δεσμού σθένους. Έπαιξε σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη μιας θεωρίας για την ένωση των ατόμων με βάση τον αριθμό των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στοιβάδας ή της στοιβάδας σθένους των ατόμων. Το 1902, ενώ ο Lewis προσπαθούσε να εξηγήσει το σθένος στους μαθητές του, απεικονισε τα άτομα σαν κύβους με τα ηλεκτρόνια τοποθετημένα στις κορυφές. Αυτό το «κυβικό άτομο», εξηγούσε τις οκτώ ομάδες του περιοδικού πίνακα και αντιπροσωπεύει την ιδέα του Λιούις ότι οι χημικοί δεσμοί σχηματίζονται με μεταβίβαση ηλεκτρονίων απο το ένα άτομο του δεσμού στο άλλο. Ετσι κάθε άτομο θα αποκτήσει ένα πλήρες σύνολο οκτώ εξωτερικών ηλεκτρονίων (κανόνας της "οκτάδας").

Θεωρία των χημικών δεσμών του Lewis συνέχισε να εξελίσσεται και, το 1916, δημοσίευσε το πολυσυζητημένο άρθρο του «Το Άτομο του Μορίου», όπου πρότεινε ότι ο χημικός δεσμός είναι ένα ζεύγος ηλεκτρονίων που το διαμοιράζονται δύο άτομα. Το μοντέλο του Λιούις ταύτισε τον κλασικό χημικό δεσμό με τη συνιδιοκτησία ενός ζεύγους ηλεκτρονίων μεταξύ των δύο συνδεδεμένων ατόμων. Ο Lewis σε αυτό το άρθρο εισήγαγε τους ηλεκτρονιακούς τύπους Λιούις "electron dot diagrams" για να συμβολίσει τις ηλεκτρονιακές δομές των ατόμων και των μορίων. Τώρα είναι γνωστοί ως δομές Lewis, και συζητούνται σχεδόν σε κάθε εισαγωγικό βιβλίο χημείας.

Λίγο μετά τη δημοσίευση του άρθρου του το 1916, ο Lewis ασχολήθηκε με τη στρατιωτική έρευνα. Δεν επανήλθε στο θέμα των χημικών δεσμών μέχρι το 1923, όταν ο ίδιος εύστοχα συνόψισε το μοντέλο του σε μια σύντομη μονογραφία με τον τίτλο "Σθένος και η δομή των ατόμων και μορίων" ("Valence and the Structure of Atoms and Molecules"). Η ανανέωση του ενδιαφέροντός του για το Σθένος οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στις δραστηριότητες του αμερικάνου χημικού και ερευνητή της General Electric, του Irving Langmuir, ο οποίος μεταξύ του 1919 και 1921 διέδωσε και ανέπτυξε περαιτέρω το μοντέλο του Λιούις. Στη συνέχεια ο Langmuir εισήγαγε τον όρο ομοιοπολικός δεσμός. Και το 1921, οι Otto Stern και Walther Gerlach καθιερώσαν την κβαντομηχανική έννοια του σπιν στα υποατομικά σωματίδια, στα ηλεκτρόνια.

Το 1923 ο Lewis ανέπτυξε τη θεωρία ζεύγους ηλεκτρονίων των οξέων και βάσεων. Επαναπροσδιόρισε ένα οξύ, ως κάθε άτομο ή μόριο με μη συμπληρωμένη οκτάδα εξωτερικών ηλεκτρονίων που έτσι είναι ικανό να δέχεται ηλεκτρόνια από ένα άλλο άτομο. Βάσεις φυσικά είναι οι δότες ηλεκτρονίων. Η θεωρία του είναι γνωστή ως η "θεωρία οξέων βάσεων κατα Lewis". Το 1923, ο G.N. Lewis και ο Merle Randall δημοσίευσαν το "Θερμοδυναμική και η Ελεύθερη Ενέργεια των Χημικών Ουσιών", τη πρώτη σύγχρονη πραγματεία για τη χημική θερμοδυναμική.

Η δεκαετία του 1920 είδε την ταχεία υιοθέτηση και εφαρμογή του μοντέλου του δεσμού ζεύγους ηλεκτρονίων του Λιούις στους τομείς της οργανικής χημείας και της χημείας των συμπλόκων. Στην οργανική χημεία, οφειλόταν κυρίως στις προσπάθειες των βρετανών χημικών Arthur Lapworth, Robert Robinson, Thomas Lowry, και Christopher Ingold. Ενώ στη χημεία των συμπλόκων, το μοντέλο δεσμού του Lewis προωθήθηκε από τις προσπάθειες του αμερικανού χημικού Maurice Huggins και του Βρετανού χημικού Nevil Sidgwick.

Η κβαντομηχανική[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η Κβαντομηχανική το 1920
Broglie Big.jpgPauli.jpg
Schrodinger.jpgWerner Heisenberg cropped.jpg
Απο αριστερά: Louis de Broglie (1892–1987) και Wolfgang Pauli (1900–58); δεύτερη σειρά: Erwin Schrödinger (1887–1961) και Werner Heisenberg (1901–76)

Το 1924, ο γάλλος κβαντικός φυσικός Louis de Broglie δημοσίευσε τη διατριβή του, στην οποία εισήγαγε την επαναστατική θεωρία του ηλεκτρονίου-κύματος στηριγμένος στη δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου της διατριβής του. Στην εποχή του, η κυματική και η σωματιδιακή ερμηνεία του φωτός και της ύλης θεωρούνταν ότι βρίσκονται σε αντίθεση μεταξύ τους, αλλά ο de Broglie πρότεινε ότι αυτά τα φαινομενικά διαφορετικά χαρακτηριστικά είναι η ίδια συμπεριφορά που απλά την παρατηρούμε από διαφορετικές οπτικές γωνίες. Συνεπώς κατέληξε ότι τα σωματίδια μπορούν να συμπεριφέρονται σαν κύματα, και τα κύματα (ακτινοβολία) μπορούν να συμπεριφέρονται σαν σωματίδια. Η πρόταση του Broglie προσέφερε μια εξήγηση στο γιατί η κίνηση των ηλεκτρονίων είναι περιορισμένη μέσα στο χώρο του ατόμου. Οι πρώτες δημοσιεύσεις της ιδέας του Broglie για τα "κύματα ύλης" έτυχαν μικρής προσοχής από τους άλλους φυσικούς, αλλά όταν ένα αντίγραφο της διδακτορικής του διατριβής του έτυχε να φτάσει στον Αϊνστάιν, η απόκρκρισή του ήταν ενθουσιώδης. Ο Αϊνστάιν τόνισε τη σημασία του έργου του Broglie, τόσο ρητά όσο και περαιτέρω οικοδομώντας πάνω σ' αυτήν.

Το 1925, ο γεννημένος στην Αυστρία φυσικός Wolfgang Pauli ανέπτυξε την απαγορευτική αρχή του Pauli, η οποία αναφέρει ότι δεν υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια γύρω από έναν πυρήνα σε ένα άτομο που μπορεί να καταλάβουν ταυτόχρονα την ίδια κβαντική κατάσταση , όπως αυτή περιγράφεται από τους τέσσερις κβαντικούς αριθμούς. Ο Pauli έκανε σημαντικές συνεισφορές στην κβαντική μηχανική και την κβαντική θεωρία πεδίου - του απονεμήθηκε το 1945 το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψη της απαγορευτικής αρχής του Pauli - καθώς και στη φυσική στερεάς κατάστασης, και επίσης υπέθεσε επιτυχώς την ύπαρξη του νετρίνο. Εκτός από το πρωτότυπο έργο του, συνέγραψε αριστοτεχνικές συνθέσεις πολλών τομέων της φυσικής θεωρίας που θεωρούνται κλασικά της επιστημονικής βιβλιογραφίας.

Η γενική εξίσωση του Schrödinger (time-dependent)
i \hbar \frac{\partial}{\partial t}\Psi = \hat H \Psi
 \hat H είναι ο Χαμιλτωνιανός τελεστής,
 \Psi είναι η κυμματοσυνάρτηση.,

Το 1926 στην ηλικία των 39 ετών, ο Αυστριακός θεωρητικός φυσικός Έρβιν Σρέντιγκερ παρήγαγε τα άρθρα που θεμελίωσαν την κβαντική κυματομηχανική. Σε αυτά τα άρθρα περιέγραψε την μερική διαφορική εξίσωσή του, μια εξίσωση για την ολική ενέργεια (Χαμιλτωνιανή) με μερικά διαφορικά. Αυτή είναι η βασική εξίσωση της κβαντομηχανικής και φέρει το ίδιο βάρος για τη μηχανική του ατόμου όσο οι εξισώσεις του Νεύτωνα για το πλανητικό αστρονομία. Υιοθετώντας την πρόταση του Louis de Broglie απο το 1924 ότι τα σωματίδια της ύλης έχουν διττό χαρακτήρα και σε ορισμένες περιπτώσεις συμπεριφέρονται σαν κύματα, ο Σρέντιγκερ εισήγαγε μια θεωρία που περιγράφει τη συμπεριφορά ενός τέτοιου συστήματος με μια κυματική εξίσωση που είναι γνωστή σήμερα ως την εξίσωση του Σρέντιγκερ. Οι λύσεις για την εξίσωση του Σρέντιγκερ , σε αντίθεση με τις λύσεις στις εξισώσεις του Νεύτωνα, είναι κυματοσυναρτήσεις που μπορεί να σχετίζονται μόνο με την πιθανή εμφάνιση των φυσικών γεγονότων. Η άμεσα ορατή αλληλουχία των γεγονότων των πλανητικών τροχιών του Νεύτωνα, στην κβαντική μηχανική αντικαταθίσταται από την πιο αφηρημένη έννοια της πιθανότητας. (Αυτή η πτυχή της κβαντικής θεωρίας έκανε τον Schrödinger όπως και πολλούς άλλους φυσικούς να νοιώθουν μή ευτυχείς, και αφιέρωσε ένα μεγάλο μέρος της μετέπειτα ζωής του στη διαμόρφωση φιλοσοφικών ενστάσεων ενατίον της γενικώς αποδεκτής ερμηνείας της θεωρίας του που είχε κάνει τόσα πολλά για να δημιουργησει.)

Ο Γερμανός θεωρητικός φυσικός Βέρνερ Χάιζενμπεργκ ήταν ένας από τους βασικούς δημιουργούς της κβαντικής μηχανικής. Το 1925, ο Heisenberg ανακάλυψε έναν τρόπο να μορφοποιήσει την κβαντομηχανική πάνω στη θεωρία πινάκων των μαθηματικών. Για την ανακάλυψη του αυτή, του απονεμήθηκε το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής για το 1932. Το 1927 δημοσίευσε την αρχή της αβεβαιότητας, πάνω στην οποία έχτισε τη φιλοσοφία του και για την οποία είναι κυρίως γνωστός. Ο Heisenberg μπόρεσε να αποδείξει ότι αν μελετούσες ένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο θα μπορούσες να πεις είτε πού ήταν (θέση του ηλεκτρονίου), είτε που πήγαινε (ταχύτητα του ηλεκτρονίου), αλλά είναι αδύνατο να εκφράσεις και τα δύο για την ίδια στιγμή. Έκανε επίσης σημαντικές συνεισφορές στις θεωρίες της υδροδυναμικής για την τυρβώδη ροή, τον ατομικό πυρήνα, το σιδηρομαγνητισμό, τις κοσμικές ακτίνες και τα υποατομικά σωματίδια, και έπαιξε σημαντικό ρόλο στο σχεδιασμό του πρώτου πυρηνικού αντιδραστήρα της Δυτικής Γερμανίας στην Καρλσρούη, μαζί με ένα ερευνητικό αντιδραστήρα στο Μόναχο, το 1957. Σημαντική διαμάχη περιβάλλει το έργο του για την έρευνα της ατομικής ενέργειας κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου.

Κβαντική χημεία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κάποιοι θεωρούν ότι η γέννηση της κβαντικής χημείας είναι η ανακάλυψη της εξίσωσης του Schrödinger και η εφαρμογή της στο άτομο του υδρογόνου το 1926. Εντούτοις, το άρθρο του Walter Heitler και του Fritz London το 1927, συχνά αναγνωρίζεται ως το πρώτο ορόσημο στην ιστορία της κβαντικής χημείας. [16] Αυτή είναι η πρώτη εφαρμογή της κβαντικής μηχανικής στο διατομικό μόριο υδρογόνου, και συνεπώς και στο φαινόμενο του χημικού δεσμού. Στα επόμενα χρόνια μεγάλη πρόοδος επιτεύχθηκε από τους Edward Teller, Robert S. Mulliken, Max Born, J. Robert Oppenheimer, Linus Pauling, Erich Hückel, Douglas Hartree, Vladimir Aleksandrovich Fock, για να αναφέρουμε μερικούς. Ακόμα, παραμένει ο σκεπτικισμός ως προς τη γενική ισχύ της κβαντικής μηχανικής για πολύπλοκα χημικά συστήματα. Η κατάσταση γύρω στο 1930 περιγράφεται από τον Paul Dirac:.[17]

Οι βασικοί φυσικοί νόμοι που απαιτούνται για τη μαθηματική θεωρία ενός μεγάλου μέρους της φυσικής και ολόκληρης της χημείας είναι πλήρως γνωστοί, και η δυσκολία είναι μόνο ότι η πιστή εφαρμογή των νόμων αυτών οδηγεί σε εξισώσεις πάρα πολύ περίπλοκες για να επιλυθούν. Συνεπώς κρίνεται σκόπιμο να αναπτυχθούν πρακτικές προσέγγιστικές μέθοδοι για να εφαρμοστεί η κβαντική μηχανική, οι οποίες θα οδηγήσουν στην εξήγηση των κύριων χαρακτηριστικων των πολύπλοκων ατομικών συστημάτων χωρίς μεγάλους υπολογισμούς.

Ως εκ τούτου, οι κβαντομηχανικές μέθοδοι που αναπτύχθηκαν στη δεκαετία του 1930 και του 1940 αναφέρονται συχνά ως θεωρητική μοριακή ή ατομική φυσική για να υπογραμμιστεί το γεγονός ότι ήταν κυρίως η εφαρμογή της κβαντομηχανικής στη χημεία και φασματοσκοπία και όχι απαντήσεις σε ερωτήσεις χημικού ενδιαφέροντος. Το 1951, ένα άρθρο ορόσημο στην κβαντική χημεία είναι η πρωτοποριακή εργασία του Clemens C.J. Roothaan για εξισώσεις Roothaan στη θεωρία Hartree Fock. [91] Έτσι άνοιξε η λεωφόρος για την επίλυση των εξισώσεων αυτο-συνεπούς πεδίου για μικρά μόρια όπως το υδρογόνο ή άζωτο. Αυτοί οι υπολογισμοί έγιναν με τη βοήθεια αρχείων με ολοκληρώματα που υπολογίστηκαν για τους πιο προηγμένους υπολογιστές της εποχής.

Στη δεκαετία του 1940 πολλοί φυσικοί το γύρισαν από τη μοριακή ή ατομική φυσική στην πυρηνική φυσική (όπως ο J. Robert Oppenheimer ή ο Edward Teller). Ο Glenn T. Seaborg ήταν ενας αμερικανός πυρηνικός χημικός γνωστός για τη δουλειά του στην απομόνωση και ταυτοποίηση υπερουράνιων στοιχείων (αυτά που είναι βαρύτερα από το ουράνιο). Μοιράστηκε το 1951 το βραβείο Νόμπελ Χημείας με τον Edwin McMillan Mattison για τις ανεξάρτητες μεταξύ τους ανακαλύψεις τους στα υπερουράνια στοιχεία. Το στοιχείο Seaborgium ονομάστηκε προς τιμήν του, κάνοντας τον το μόνο πρόσωπο, μαζί με τον Albert Einstein, για τους οποίους ένα χημικό στοιχείο ονομάστηκε με το όνομά τους κατά τη διάρκεια της ζωής του

Μοριακή βιολογία και βιοχημεία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνα, η αξιοματική ολοκλήρωση της φυσικής και της χημείας ήταν εκτεταμένη. Οι χημικές ιδιότητες αιτιολογήθηκαν σαν αποτέλεσμα της ηλεκτρονικής δομής του ατόμου. Το βιβλίο του Linus Pauling "Σχετικά με τη φύση του χημικού δεσμού" χρησιμοποίησε τις αρχές της κβαντικής μηχανικής για βρεί τις γωνίες των δεσμών σε ολοένα και πιο πολύπλοκα μόρια. Ωστόσο, αν και ορισμένες αρχές που εξάγονται από την κβαντική μηχανική ήταν σε θέση να προβλέψουν ποιοτικά κάποια χημικά χαρακτηριστικά για βιολογικά μόρια, μέχρι το τέλος του 20ου αιώνα, ήταν περισσότερο μια συλλογή κανόνων, παρατηρήσεων και συνταγών παρά αυστηρές ab initio ποσοτικές μέθοδοι.

Διαγραματική αναπαράσταση του DNA

Αυτή η ευριστική προσέγγιση θριάμβευσε το 1953, όταν οι James Watson και Francis Crick συνάγουν τη διπλή ελικοειδή δομή του DNA. Κατασκεύασαν το μοντέλο τους περιορίζομενοι μεν αλλά και ταυτόχρονα αντλώντας πληροφορίες από την γνώση της χημείας των συστατικών μερών και τα μοτίβα της περίθλασης των ακτίνων-Χ που ελήφθησαν από τον Rosalind Franklin. [92 ] Αυτή η ανακάλυψη οδήγησε σε έκρηξη της έρευνας στην βιοχημεία της ζωής.

Κατά το ίδιο έτος, το πείραμα Miller-Urey απέδειξε ότι τα βασικά συστατικά των πρωτεϊνών, τα απλά αμινοξέα, θα μπορούσαν να σχηματιστούν από απλούστερα μόρια σε μια προσομοίωση των αρχέγονων διαδικασιών στη Γη. Αν και παραμένουν πολλά ερωτήματα σχετικά με την πραγματική φύση της προέλευσης της ζωής, αυτή ήταν η πρώτη απόπειρα από τους χημικούς να μελετήσουν υποθετικές διεργασίες στο εργαστήριο κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες.

Το 1983 ο Kary Mullis επινόησε μια μέθοδο για τον in-vitro πολλαπλασιασμό του DNA, που είναι γνωστή ως η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR), η οποία έφερε επανάσταση στις χημικές διεργασίες που χρησιμοποιούνται στο εργαστήριο για να το χειριστούν. Η PCR μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συνθέσει συγκεκριμένα τμήματα του DNA και κατέστη δυνατή η εύρεση της αλληλουχίας του DNA των οργανισμών, η οποία κορυφώθηκε με το τεράστιο έργο του ανθρώπινου γονιδιώματος.

Ένα σημαντικό κομμάτι στο παζλ της διπλής έλικας λύθηκε από έναν από τους μαθητές του Pauling τον Μάθιου Meselson και τον Frank Stahl. Το αποτέλεσμα της συνεργασίας τους ήταν το πείραμα Meselson-Stahl που έχει χαρακτηριστεί ως «το πιο όμορφο πείραμα στη βιολογία". Χρησιμοποίησαν μια τεχνική φυγοκέντρησης οπου τα μόρια ταξινομούνται σύμφωνα με τις διαφορές τους στο βάρος. Τα άτομα αζώτου που είναι ένα συστατικό του DNA, σημάνθηκαν χρησιμοποιώντας Ν14 και Ν15 και έτσι παρακολούθησαν τον αναδιπλασιασμό του DNA στα βακτήρια.

Τα τέλη του 20ου αιώνα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Buckminsterfullerene, C60

Το 1970, ο John Pople ανέπτυξε το πρόγραμμα Gaussian που διευκολύνει πολύ τους υπολογισμούς στην υπολογιστική χημεία. Το 1971, Yves Chauvin προσφέρει μια εξήγηση του μηχανισμού της αντίδρασης των αντιδράσεων μετάθεσης στις ολεφίνες. Το 1975, ο Karl Barry Sharpless και η ομάδα του ανακάλυψαν τις στερεοεπιλεκτικές αντιδράσεις οξείδωσης, συμπεριλαμβανομένης της εποξείδωσης Sharpless, της ασύμμετρης διυδροξυλίωσης. Το 1985, ο Harold Kroto, ο Robert Curl και ο Richard Smalley ανακάλυψαν τα φουλερένια, μια κατηγορία μεγαλομορίων απο άνθρακα που μοιάζει με το γεωδαιτικό θόλο που σχεδιάστηκε από τον αρχιτέκτονα R. Buckminster Fuller. Το 1991, ο Sumio Iijima χρησιμοποίησε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο για να ανακαλύψει ένα είδος κυλινδρικού φουλλερενίου γνωστό ως νανοσωλήνες άνθρακα, αν και προηγούμενη εργασία είχε γίνει ήδη στον τομέα από το 1951. Το υλικό αυτό είναι ένα σημαντικό στοιχείο στον τομέα της νανοτεχνολογίας. Το 1994, ο Robert Α. Holton και η ομάδα του πέτυχε την πρώτη ολική σύνθεση της ταξόλης. Το 1995, ο Eric Cornell και ο Carl Wieman παρήγαγαν το πρώτο συμπύκνωμα Bose-Einstein, μια ουσία που εμφανίζει κβαντομηχανικές ιδιότητες στη μακροσκοπική κλίμακα

Μαθηματικά και Χημεία.[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κλασικά, πριν από τον 20ο αιώνα, η χημεία ορίζεται ως η επιστήμη της φύσης της ύλης και των μετασχηματισμών της. Επομένως, ήταν σαφώς διακριτή από τη φυσική που δεν ασχολούνταν με τέτοια δραματική μεταμόρφωση της ύλης. Επιπλέον, σε αντίθεση με τη φυσική, η χημεία δεν χρησιμοποιεί πολλά μαθηματικά. Ακόμη μερικοί ήταν ιδιαίτερα απρόθυμοι να χρησιμοποιήσουν τα μαθηματικά στη χημεία. Για παράδειγμα, ο Auguste Comte έγραψε το 1830:

Κάθε προσπάθεια να χρησιμοποιηθούν μαθηματικές μεθόδοι για τη μελέτη των χημικών ερωτήματα πρέπει να θεωρηθεί βαθέως παράλογη και αντίθετη με το πνεύμα της χημείας .... αν η μαθηματική ανάλυση θα μπορούσε κάποτε να κατέχει μια περίοπτη θέση στη χημεία - ένας παραλογισμός που ευτυχώς είναι σχεδόν αδύνατος - θα προκαλέσει ταχεία και εκτεταμένη εκφύλιση της εν λόγω επιστήμης.

Ωστόσο, στο δεύτερο μέρος του 19ου αιώνα, η κατάσταση άλλαξε και ο Αύγουστος Κέκουλε έγραψε το 1867.

Μάλλον περιμένω ότι κάποια μέρα θα βρούμε μια μαθηματικο-μηχανική εξήγηση για αυτό που τώρα λέμε άτομα που θα δώσει εναν απολογισμό των ιδιοτήτων τους.

Το περιεχόμενο της Χημείας.[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τελικά η Χημεία ασχολείται με εκείνες τις πτυχές της φύσης της ύλης που σχετίζονται με το σύννεφο των ηλεκτρονίων γύρω από τον ατομικό πυρήνα που εδώ πάλεται στην s-μορφή (s-τροχιακά)

Μετά την ανακάλυψη από τον Rutherford και τον Bohr της ατομικής δομής το 1912, και από τη Marie και Pierre Curie της ραδιενέργειας, οι επιστήμονες έπρεπε να αλλάξουν την άποψή τους σχετικά με τη φύση της ύλης. Η εμπειρία που αποκτήθηκε από τους χημικούς δεν ήταν πλέον σχετική με τη μελέτη του συνόλου της φύσης της ύλης, αλλά μόνο στις πτυχές που σχετίζονται με το σύννεφο των ηλεκτρονίων γύρω από τον ατομικό πυρήνα και την κίνηση του μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο των πυρήνων (βλ. προσέγγιση Born-Oppenheimer). Το εύρος της χημείας ως εκ τούτου περιορίζεται στη φύση της ύλης γύρω μας σε συνθήκες που δεν είναι πολύ μακριά (ή εξαιρετικά μακριά) από τις κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης και σε περιπτώσεις όπου η έκθεση σε ακτινοβολία δεν είναι πολύ διαφορετική από τα φυσικά μικροκυμάτων, ή την ορατή και υπεριώδη ακτινοβολία στη Γη. Χημεία, συνεπώς, ορίζεται εκ νέου ως η επιστήμη της ύλης που ασχολείται με τη σύνθεση, τη δομή και τις ιδιότητες των ουσιών και με τους μετασχηματισμούς που υφίστανται.

Ωστόσο, η έννοια της ύλης που χρησιμοποιείται εδώ αναφέρεται ρητά σε ουσίες που αποτελούνται από άτομα και μόρια, παραβλέποντας το τι συμβαίνει μέσα στους ατομικούς πυρήνες και στις πυρηνικές αντιδράσεις ή στην ύλη σε υψηλώς ιονισμένο πλάσμα. Αυτό δεν σημαίνει ότι η χημεία στις μέρες μας δεν εμπλέκεται ποτέ με το πλάσμα ή τις πυρηνικές επιστήμες ή ακόμα και με τα μποζονιακά πεδία δεδομένου ότι τομείς όπως η Κβαντική Χημεία και Πυρηνική Χημεία είναι σήμερα καλά ανεπτυγμένοι και αναγνωρίζονται ως επίσημα υπο-πεδία μελέτης κάτω απο τις Χημικές επιστήμες (Χημεία). Αλλά αυτό που τώρα αναγνωρίζεται επίσημα ως αντικείμενο μελέτης υπό την κατηγορία χημεία ως επιστήμη βασίζεται πάντα στη χρήση των εννοιών που περιγράφουν ή εξηγηγούν τα φαινόμενα που είτε προέρχονται από την ύλη είτε κατευθύνονται προς την ύλη σε ατομική ή μοριακή κλίμακα, συμπεριλαμβανομένης της μελέτης της συμπεριφοράς των πολλών μορίων ως συνολο ή τη μελέτη των επιπτώσεων ενός μόνο πρωτονίου όπως το υδρογονοκατιόν σε ένα μόνο άτομο. Αλλά εξαιρούνται τα φαινόμενα που ασχολούνται με διαφορετικά (πιο «εξωτικά») τα είδη της ύλης (π.χ. συμπύκνωμα Bose-Einstein, Higgs Boson, η σκοτεινή ύλη, γυμνή ιδιομορφία , κ.λπ.) και επίσης εξαιρούνται οι επιστήμες που αναφέρονται στους εγγενείς αφηρημένους νόμους της φύσης στους οποίους οι έννοιες μπορούν να διαμορφωθούν πλήρως χωρίς την ακριβή τυπική μοριακή ή ατομικη όψη όπως π.χ. η Κβαντική Χρωμοδυναμική, η Κβαντική Ηλεκτροδυναμική, η Θεωρία Χορδών, τμήματα της Κοσμολογίας (βλ. κοσμοχημεία) , ορισμένες περιοχές της Πυρηνικής Φυσικής (βλέπε Πυρηνικής Χημεία), κ.λ.π.. Παρ' όλα αυτά το πεδίο της χημείας εξακολουθεί να είναι, σε ανθρώπινη κλίμακα μας, πολύ ευρύ και ο ισχυρισμός ότι "η χημεία είναι παντού" είναι ακριβής.

Χημική βιομηχανία.[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το τελευταίο μέρος του δέκατου ένατου αιώνα είδε μια τεράστια αύξηση στην εκμετάλλευση του πετρελαίου που εξάγεται από τη γη για την παραγωγή μιας σειράς από χημικές ουσίες. Ετσι αντικαταστάθηκε σε μεγάλο βαθμό η χρήση του λίπους της φάλαινας, της λιθανθρακόπισσας και των φυσικών ρητινών που χρησιμοποιήθηκαν προηγουμένως. Η παραγωγή μεγάλης κλίμακας και η διίλυση του πετρελαίου προσφέρουν τις πρώτες ύλες για υγρά καύσιμα όπως η βενζίνη και το πετρέλαιο ντίζελ, διαλύτες, λιπαντικά, άσφαλτος, κηροί, και για την παραγωγή πολλών από τα κοινά υλικά του σύγχρονου κόσμου, όπως συνθετικές ίνες, πλαστικά, χρώματα, απορρυπαντικά, φαρμακευτικά προϊόντα, κόλλες και αμμωνία ως λίπασμα και για άλλες χρήσεις. Πολλά από αυτά απαιτούν νέους καταλύτεν και την αξιοποίηση της χημικής μηχανικής για την οικονομικά αποδοτική παραγωγή τους.

Στα μέσα του εικοστού αιώνα, ο έλεγχος της ηλεκτρονικής δομής των ημιαγωγών υλικών έγινε ακριβής με τη δημιουργία μεγάλων ράβδων εξαιρετικά καθαρών και μον'ων κρυστάλλων πυριτίου και γερμανίου. Ακριβή έλεγχο της χημικής σύνθεσής τους και ακριβές ντόπινγκ με άλλα στοιχεία επέτρεψε την παραγωγή των τρανζίστορ στερεάς κατάστασης το 1951 και έκανε δυνατή την παραγωγή των μικροσκοπικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων για χρήση σε ηλεκτρονικές συσκευές, και ιδιαίτερα στους υπολογιστές.

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα History of Chemistry της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
  1. Selected Classic Papers from the History of Chemistry
  2. «History of Gold». Gold Digest. http://www.gold-eagle.com/gold_digest/history_gold.html. Ανακτήθηκε στις 2007-02-04. 
  3. Photos, E., 'The Question of Meteorictic versus Smelted Nickel-Rich Iron: Archaeological Evidence and Experimental Results' World Archaeology Vol. 20, No. 3, Archaeometallurgy (February 1989), pp. 403–421. Online version accessed on 2010-02-08.
  4. 4,0 4,1 W. Keller (1963) The Bible as History, p. 156 ISBN 0-340-00312-X
  5. Radivojević, Miljana; Rehren, Thilo; Pernicka, Ernst; Šljivar, Dušan; Brauns, Michael; Borić, Dušan (2010). «On the origins of extractive metallurgy: New evidence from Europe». Journal of Archaeological Science 37 (11): 2775. doi:10.1016/j.jas.2010.06.012. 
  6. Neolithic Vinca was a metallurgical culture Stonepages from news sources November 2007
  7. Will Durant wrote in The Story of Civilization I: Our Oriental Heritage:

    "Something has been said about the chemical excellence of cast iron in ancient India, and about the high industrial development of the Gupta times, when India was looked to, even by Imperial Rome, as the most skilled of the nations in such chemical industries as dyeing, tanning, soap-making, glass and cement... By the sixth century the Hindus were far ahead of Europe in industrial chemistry; they were masters of calcinations, distillation, sublimation, steaming, fixation, the production of light without heat, the mixing of anesthetic and soporific powders, and the preparation of metallic salts, compounds and alloys. The tempering of steel was brought in ancient India to a perfection unknown in Europe till our own times; King Porus is said to have selected, as a specially valuable gift from Alexander, not gold or silver, but thirty pounds of steel. The Moslems took much of this Hindu chemical science and industry to the Near East and Europe; the secret of manufacturing "Damascus" blades, for example, was taken by the Arabs from the Persians, and by the Persians from India."

  8. B. W. Anderson (1975) The Living World of the Old Testament, p. 154, ISBN 0-582-48598-3
  9. R. F. Tylecote (1992) A History of Metallurgy ISBN 0-901462-88-8
  10. Temple, Robert K.G. (2007). The Genius of China: 3,000 Years of Science, Discovery, and Invention (3rd edition). London: André Deutsch. pp. 44–56. ISBN 978-0-233-00202-6.
  11. Will Durant (1935), Our Oriental Heritage:

    "Two systems of Hindu thought propound physical theories suggestively similar to those of Greece. Kanada, founder of the Vaisheshika philosophy, held that the world was composed of atoms as many in kind as the various elements. The Jains more nearly approximated to Democritus by teaching that all atoms were of the same kind, producing different effects by diverse modes of combinations. Kanada believed light and heat to be varieties of the same substance; Udayana taught that all heat comes from the sun; and Vachaspati, like Newton, interpreted light as composed of minute particles emitted by substances and striking the eye."

  12. Simpson, David (29 June 2005). «Lucretius (c. 99 - c. 55 BCE)». The Internet History of Philosophy. http://www.iep.utm.edu/l/lucretiu.htm. Ανακτήθηκε στις 2007-01-09. 
  13. Lucretius (50 BCE). «de Rerum Natura (On the Nature of Things)». The Internet Classics Archive. Massachusetts Institute of Technology. http://classics.mit.edu/Carus/nature_things.html. Ανακτήθηκε στις 2007-01-09. 
  14. Norris, John A. (2006). «The Mineral Exhalation Theory of Metallogenesis in Pre-Modern Mineral Science». Ambix 53: 43. doi:10.1179/174582306X93183. 
  15. Brock, William H. (1992). The Fontana History of Chemistry. London, England: Fontana Press. σελ. 32–33. ISBN 0-00-686173-3. 
  16. Quantum chemistry
  17. P.A.M. Dirac, Quantum Mechanics of Many-Electron Systems, Proc. R. Soc. London, A 123, 714 (1929).