Химическая революция - Chemical revolution

Таблица родства Жоффруа 1718 : в начале каждого столбца находится химический вид, с которым могут сочетаться все перечисленные ниже виды. Некоторые историки определили эту таблицу как начало химической революции.

Химическая революция , которая также называется первая химическая революция , была ранней современной переформулировкой химии , кульминацией в законе сохранения массы и кислорода теории горения . В течение 19 и 20 веков это преобразование было приписано работам французского химика Антуана Лавуазье (« отца современной химии »). Однако недавние работы по истории ранней современной химии считают, что химическая революция состояла из постепенных изменений в химической теории и практике, которые произошли в течение двух столетий. Так называемая научная революция произошла в шестнадцатом и семнадцатом веках, тогда как химическая революция произошла в семнадцатом и восемнадцатом веках.

Основные факторы

Несколько факторов привели к первой химической революции. Во-первых, это были формы гравиметрического анализа, возникшие в результате алхимии, и новые виды инструментов, которые были разработаны в медицинском и промышленном контексте. В этих условиях химики все чаще оспаривали гипотезы, которые уже были выдвинуты древними греками. Например, химики начали утверждать, что все структуры были составлены более чем из четырех элементов у греков или из восьми элементов средневековых алхимиков. Ирландский алхимик , Роберт Бойл , заложил основы химической революции, с его механической корпускулярной философии, которая , в свою очередь , в значительной степени опиралась на алхимической корпускулярной теории и экспериментального метода , уходящую к псевдо-Гавере .

Более ранние работы химиков, таких как Ян Баптист ван Гельмонт, помогли сместить теоретическое представление о существовании воздуха как единого элемента в пользу того, в котором воздух существует в виде смеси различных видов газов. Анализ данных ван Гельмонта также предполагает, что он имел общее понимание закона сохранения массы в 17 веке. Кроме того, работа Жана Рея в начале 17 века с металлами, такими как олово и свинец, и их окислением в присутствии воздуха и воды помогла точно определить вклад и существование кислорода в процессе окисления.

Другие факторы включали новые экспериментальные методы и открытие «неподвижного воздуха» (углекислого газа) Джозефом Блэком в середине 18 века. Это открытие было особенно важным, потому что оно эмпирически доказало, что «воздух» не состоит только из одного вещества, и потому, что оно установило «газ» как важное экспериментальное вещество. Ближе к концу 18 - го века, эксперименты по Генри Кавендиш и Джозеф Пристли далее доказал , что воздух не является элементом и вместо того, чтобы состоять из нескольких различных газов . Лавуазье также перевел названия химических веществ на новый номенклатурный язык, более привлекательный для ученых девятнадцатого века. Такие изменения произошли в атмосфере, в которой промышленная революция повысила интерес общества к изучению и практике химии. Описывая задачу переосмысления химической номенклатуры, Лавуазье попытался использовать новую центральную роль химии, сделав довольно гиперболическое утверждение, что:

Мы должны тщательно очистить дом, потому что они использовали загадочный язык, свойственный им самим, который, в общем, представляет одно значение для адептов и другое значение для вульгарных, и в то же время не содержит ничего, что было бы рационально понятным ни для одного. или для другого.

Прецизионные инструменты

Большая часть аргументов в пользу того, что Антуана Лавуазье назвали «отцом современной химии» и положила начало химической революции, заключалась в его способности математизировать эту область, подтолкнув химию к использованию экспериментальных методов, используемых в других «более точных науках». Лавуазье изменил сферу химии, ведя тщательные балансы в своих исследованиях, пытаясь показать, что посредством преобразования химических веществ общее количество вещества сохраняется. Лавуазье использовал приборы для термометрических и барометрических измерений в своих экспериментах и ​​сотрудничал с Пьером Симоном де Лапласом в изобретении калориметра , прибора для измерения изменений тепла в реакции. Пытаясь разрушить теорию флогистона и реализовать свою собственную теорию горения, Лавуазье использовал несколько аппаратов. Они включали в себя ствол пистолета из раскаленного железа, который был спроектирован так, чтобы вода проходила через него и разлагалась, а также переделка устройства, в котором на одном конце был пневматический желоб, термометр и барометр. Точность его измерений была требованием для убедительного опровержения его теорий о воде как о соединении с приборами, разработанными им самим, использованными в его исследованиях.

Несмотря на точные измерения для своей работы, Лавуазье столкнулся с большим сопротивлением в своих исследованиях. Сторонники теории флогистона, такие как Кейр и Пристли , утверждали, что демонстрация фактов применима только к необработанным явлениям, и что интерпретация этих фактов не предполагает точности теорий. Они заявили, что Лавуазье пытался навести порядок в наблюдаемых явлениях, тогда как для окончательного доказательства состава воды и отсутствия флогистона потребуется вторичный источник достоверности.

Антуан Лавуазье

Последним этапам революции способствовала публикация в 1789 году «Лавуазье Élémentaire de Chimie» («Элементы химии»). Начиная с этой и других публикаций, Лавуазье синтезировал работы других и ввел термин «кислород». Антуан Лавуазье представлял химическую революцию не только в своих публикациях, но и в том, как он практиковал химию. Работа Лавуазье характеризовалась его систематическим определением веса и его упором на точность и аккуратность. Хотя предполагалось, что закон сохранения массы был открыт Лавуазье, это утверждение было опровергнуто ученым Марселеном Бертло. Более раннее использование закона сохранения массы было предложено Генри Герлаком , отмечая, что ученый Ян Баптист ван Гельмонт неявно применил эту методологию к своей работе в 16-17 веках. Более ранние ссылки на закон сохранения массы и его использование были сделаны Жаном Рей в 1630 году. Хотя закон сохранения массы не был явно открыт Лавуазье, его работа с более широким набором материалов, чем то, что было доступно большинству ученых в время позволило его творчеству значительно расширить границы главного и его основ.

Лавуазье также внес в химию метод понимания горения и дыхания и доказательства состава воды путем разложения на ее составные части. Он объяснил теорию горения и оспорил теорию флогистона своими взглядами на калорийность . Traité включает понятия «новой химии» и описывает эксперименты и рассуждения , которые привели к его выводам. Подобно « Началам » Ньютона , которые были кульминацией научной революции, « Traité» Лавуазье можно рассматривать как кульминацию химической революции.

Работа Лавуазье была принята не сразу, и потребовалось несколько десятилетий, чтобы она набрала обороты. Этому переходу способствовала работа Йона Якоба Берцелиуса , который придумал упрощенное сокращение для описания химических соединений, основанное на теории атомных весов Джона Дальтона . Многие люди считают Лавуазье и его ниспровержение теории флогистона традиционной химической революцией, причем Лавуазье отмечает начало революции, а Джон Дальтон - ее кульминацию.

Méthode de nomenclature chimique

Антуан Лавуазье, в рамках совместных усилий с Луи Бернар Guyton де Морво , Бертолле и Антуан Франсуа де Fourcroy , опубликованной Méthode де номенклатура chimique в 1787. Эта работа создана терминология для «новой химии» , который Лавуазье создавал, в котором основное внимание по стандартизированному набору условий, создание новых элементов и экспериментальная работа. Метод установил 55 элементов, которые представляли собой вещества, которые нельзя было разбить на более простые составные части во время публикации. Вводя новую терминологию в эту область, Лавуазье призвал других химиков перенять его теории и методы, чтобы использовать его термины и оставаться в курсе химии.

Traité élémentaire de chimie

Одно из главных влияний на Лавуазье был Этьен Бонне, аббат де Кондильяк . Подход Кондильяка к научным исследованиям, который был основой подхода Лавуазье в « Трайте» , заключался в том, чтобы продемонстрировать, что люди могут создавать ментальное представление мира, используя собранные доказательства. В предисловии Лавуазье к « Трайте» он заявляет:

В геометрии и, по сути, во всех отраслях знания максимально общепризнано, что в процессе исследования мы должны переходить от известных фактов к неизвестному. ... Таким образом, из серии ощущений, наблюдений и анализов возникает последовательная цепочка идей, связанных между собой, так что внимательный наблюдатель может проследить до определенной точки порядок и связь всей суммы человеческого знания.

Лавуазье явно связывает свои идеи с идеями Кондильяка, стремясь реформировать область химии. Его цель в Traité заключалась в том, чтобы связать область с непосредственным опытом и наблюдением, а не с предположениями. Его работа определила новую основу в основе химических идей и задала направление для будущего курса химии.

Хэмфри Дэви

Хамфри Дэви был английским химиком и профессором химии Лондонского Королевского института в начале 1800-х годов. Там он провел эксперименты, которые поставили под сомнение некоторые ключевые идеи Лавуазье, такие как кислотность кислорода и идея калорийного элемента. Дэви смог показать, что кислотность не связана с присутствием кислорода, используя соляную кислоту (соляную кислоту) в качестве доказательства. Он также доказал, что соединение оксимюриатовой кислоты не содержит кислорода и представляет собой элемент, который он назвал хлором . Используя электрические батареи в Королевском институте, Дэви впервые выделил хлор, а затем в 1813 году выделил элементарный йод . Используя батареи, Дэви также смог выделить элементы натрия и калий . Из этих экспериментов Дэви пришел к выводу, что силы, соединяющие химические элементы вместе, должны иметь электрическую природу. Дэви также был сторонником идеи о том, что калорийность является нематериальной жидкостью, вместо этого утверждая, что тепло - это тип движения.

Джон Далтон

Джон Дальтон был английским химиком, который развил идею атомной теории химических элементов. Атомная теория химических элементов Дальтона предполагала, что каждый элемент имеет уникальные атомы, связанные с этим атомом. Это противоречило определению элементов Лавуазье, согласно которому элементы - это вещества, которые химики не могли разбить на более простые части. Идея Дальтона также отличалась от идеи корпускулярной теории материи , которая считала, что все атомы одинаковы, и поддерживалась теорией с 17 века. Чтобы поддержать свою идею, Дальтон работал над определением относительного веса атомов в химических веществах в своей работе « Новая система химической философии», опубликованной в 1808 году. В его тексте были показаны расчеты для определения относительных атомных масс различных элементов Лавуазье, основанные на экспериментальных данных, относящихся к относительные количества различных элементов в химических комбинациях. Дальтон утверждал, что элементы можно комбинировать в простейшей возможной форме. Было известно, что вода представляет собой комбинацию водорода и кислорода, поэтому Дальтон считал воду бинарным соединением, содержащим один водород и один кислород.

Дальтон смог точно вычислить относительное количество газов в атмосферном воздухе. Он использовал удельный вес азотных (азотных), кислородсодержащих, углекислых (углекислых) и водородсодержащих газов, а также водяных паров, определенных Лавуазье и Дэви, для определения пропорциональных весов каждого из них в процентах от общего объема атмосферного воздуха. . Дальтон определил, что атмосферный воздух содержит 75,55% азотного газа, 23,32% кислородсодержащего газа, 1,03% водяного пара и 0,10% углекислого газа.

Йенс Якоб Берцелиус

Йенс Якоб Берцелиус был шведским химиком, изучавшим медицину в Уппсальском университете и профессором химии в Стокгольме. Он опирался на идеи Дэви и Далтона, чтобы создать электрохимическое представление о том, как элементы соединяются вместе. Берцелиус разделил элементы на две группы: электроотрицательные и электроположительные, в зависимости от того, от какого полюса гальванической батареи они высвободились при разложении. Он создал шкалу заряда, в которой кислород был наиболее электроотрицательным элементом, а калий - наиболее электроположительным. Эта шкала означала, что с некоторыми элементами были связаны положительные и отрицательные заряды, а положение элемента на этой шкале и заряд элемента определяли, как этот элемент сочетается с другими. Работа Берцелиуса по электрохимической теории атома была опубликована в 1818 году под названием « Essai sur la théorie des пропорции химикатов и о химическом влиянии электричества» . Он также ввел новую химическую номенклатуру в химию, представив элементы буквами и аббревиатурами, такими как O для кислорода и Fe для железа. Комбинации элементов были представлены в виде последовательностей этих символов, а количество атомов было представлено сначала верхними индексами, а затем нижними индексами.

Рекомендации

дальнейшее чтение

внешние ссылки