Сторінка
1

Місце хімії серед наук про природу, її значення для розуміння наукового світу

Хімія, наука про склад речовин і їх перетворення, починається з відкриття людиною здатності вогню змінювати природні матеріали. Люди уміли виплавляти мідь і бронзу, обпалювати глиняні вироби, отримувати скло ще за 4000 років до н.е. З 7 в. до н.е. Єгипет і Месопотамія стали центрами виробництва барвників; там же отримували в чистому вигляді золото, срібло і інші метали. Приблизно з 1500 до 350 до н.е. для виробництва барвників використали перегонку, а метали виплавляли з руд, змішуючи їх з деревним вугіллям і продуваючи через суміш, що горить - повітря. Самим процедурам перетворення природних матеріалів давали містичне значення.

З розвитком фізичних теорій про будову атомів і молекул були переосмислені такі старі поняття, як хімічна спорідненість і трансмутація. Виникли нові уявлення про будову матерії.

За часів Д. І. Менделєєва було відомо 63 хімічні елементи, тобто трохи більше за половину відомих нині. Знали тоді й шість природних груп хімічних елементів (лужні метали, лужноземельні метали, галогени, групу Оксигену, групу Нітрогену і групу Карбону). Проте знання ці були уривчасті. У той час думали, що природні групи елементів, особливо протилежних за властивостями, ніяк між собою не зв’язані.

На відміну своїх попередників Д. І. Менделєєв був глибоко переконаний, що між усіма хімічними елементами, як подібними за властивостями, так і відмінними, повинен існувати природний загальний зв’язок, який об’єднував би всі елементи в системі.

За основу систематизації хімічних елементів Д. І. Менделєєв (так само, як і раніше Лотар Мейє) обрав відносну атомну масу, вважаючи її головною характеристикою елемента, оскільки вона не змінюється під час утворення елементом простих і складних речовин. Водночас Д. І. Менделєєв не розглядав масу як єдину характеристику елемента. Він надав великого значення ще й його хімічним властивостям.

Згрупувавши більшість відомих тоді хімічних елементів у кілька горизонтальних рядів так, щоб вертикальні стовпчики включали елементи, подібні за хімічними властивостями, Д. І. Менделєєв в 1869 р. склав таблицю – прообраз сучасної періодичної таблиці елементів. А далі доповнював і добудовував цю первісну таблицю, доки включив до неї всі відомі на той час 63 елементи. Один з останніх варіантів таблиці, створеної Д. І. Менделєєвим, за формою мало чим відрізняється від відомої нам сучасної періодичної таблиці.

У періодичній таблиці видно, що елементи, розміщені один під одним, мають багато спільного. Так, Літій і Натрій подібні між собою як лужні метали. Флор і Хлор також мають спільні властивості як галогени, а Неон і Аргон – як інертні гази.

У горизонтальному ряду елементів, розміщених у порядку зростання їхніх відносних атомних мас, виявилось, що відбувається поступова зміна хімічних властивостей елементів.

Коли простежити зміну властивостей усіх інших елементів, то виявиться, що в ряду елементів, розміщених у порядку зростання їхніх відносних атомних мас, властивості змінюються від металів до неметалів, а в складних речовин – від основних до кислотних. Формальна валентність елементів за Оксигеном зростає від 1 до 7, а за Гідрогеном – зменшується від 4 до 1. Так Д. І. Менделєєв виявив повторення однакових ознак у світі хімічних елементів і назвав цю закономірність періодичністю (від грец. Periodicos – цикл).

У 1896 Антуан Анрі Беккерель (1852 - 1908) відкрив явище радіоактивності, виявивши спонтанне випущення солями урану субатомних часток, а через два роки дружина Пьера Кюрі (1859 - 1906) і Марія Кюрі (1867 -1934) виділила два радіоактивних елементи: полоній і радій. Відкриття Фредеріка Содді (1877 - 1956), що показало, що при радіоактивному розпаді відбувається перетворення одних речовин в інші, дало нове значення тому, що древні називали трансмутація.

У 1897 Джозеф Джон Томсон (1856 - 1940) відкрив електрон, заряд якого з високою точністю виміряв в 1909 Роберт Міллікен (1868 - 1953). У 1911 Ернст Резерфорд (1871 - 1937), виходячи з електронної концепції Томсона, запропонував модель атома: в центрі атома знаходитьс0я позитивно заряджене ядро, а навколо нього обертаються негативно заряджені електрони. У 1913 Нільс Бор (1885 - 1962), використовуючи принципи квантової механіки, показав, що електрони можуть знаходитися не на будь-яких, а на суворо визначених орбітах. Планетарна квантова модель атома Резерфорда примусила вчених по-новому підійти до пояснення будови і властивостей хімічних сполук.

Німецький фізик Вальтер Коссель (1888 - 1956) передбачив, що хімічні властивості атома визначаються числом електронів на його зовнішній оболонці, а утворення хімічних зв'язків зумовлюється в основному силами електростатичної взаємодії. Американські вчені Гілберт Ньютон Льюїс (1875 - 1946) і Ірвінг Ленгмюр (1881 - 1957) сформулювали електронну теорію хімічного зв'язку. Відповідно до цих уявлень молекули неорганічних солей стабілізуються електростатичними взаємодіями між іонами, що входять до їх складу, які утворяться при переході електронів від одного елемента до іншого (іонний зв'язок).

Всі нові уявлення про будову речовини могли формуватися тільки внаслідок розвитку у 20 ст. експериментальної техніки і появи нових методів дослідження. Відкриття в 1895 Вільгельмом Конрадом Рентгеном (1845 - 1923) Х-променів послужило основою для створення згодом методу рентгенівської кристалографії, що дозволяє визначати структуру молекул по картині дифракції рентгенівських променів на кристалах. За допомогою цього методу була розшифрована структура складних органічних сполук інсуліну, ДНК, гемоглобіну і інш. З створенням атомної теорії з'явилися нові могутні спектроскопічні методи, що дають інформацію про будову атомів і молекул.