Хімія

Хі́мія — одна з наук про природу, яка вивчає молекулярно-атомні перетворення речовин, тобто, при яких молекули одних речовин руйнуються, а на їх місці утворюються молекули інших речовин з новими властивостями.

Завданням хімії є дослідження властивостей елементів і хімічних сполук, вивчення залежності властивостей речовин від їх складу й будови, вивчення умов перетворення одних речовин в інші, поширення хімічних речовин у природі, технологій їх одержання, механізмів взаємодії хімічних сполук, а також практичне використання хімічних реакцій.

Історія хімії

Історія хімії вивчає і описує складний процес накопичення специфічних знань, що відносяться до вивчення властивостей і перетворень речовин; її можна розглядати як прикордонну область знання, яка зв'язує явища і процеси, що відносяться до розвитку хімії, з історією людського суспільства. Історію хімії прийнято підрозділяти на декілька періодів; при цьому слід враховувати, що ця періодизація є достатньо умовною і відносною, має швидше дидактичний зміст.

Хімія давнини

Хімія, як наука про склад речовин і їх перетворення, почалася 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 ст. 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.

Грецька натурфілософія

Міфологічні ідеї проникли в Грецію через Фалеса Мілетського (бл. 625—547 до н. е.), який зводив все різноманіття явищ і речей до єдиної першостихії — води. Однак грецьких філософів цікавили не способи отримання речовин і їх практичне використання, а головним чином суть виникаючих в світі процесів. Так, древньогрецький філософ Анаксімен (585—525 до н. е.) стверджував, що першооснова Всесвіту повітря: при розрідженні повітря перетворюється у вогонь, а по мірі згущення стає водою, потім землею і, нарешті, каменем. Геракліт Ефесський (кінець 6 почало 5 віків. до н. е.) намагався пояснити явища природи, визначивши вогонь п'ятим елементом.

Чотири першоелементи

Ці уявлення були об'єднані в натурфілософії Емпедокла з Агрігента (490—430 до н. е.) творця теорії чотирьох початків світобудови. У різних варіантах його теорія володарювала більш двох тисячоліть. Згідно Емпедоклу, всі матеріальні об'єкти утворяться при з'єднанні вічних і незмінних елементів-стихій: води, повітря, землі і вогню під дією космічних сил любові (тяжіння) і ненависті (відштовхування). Теорію елементів Емпедокла прийняли і розвинули спочатку Платон (427—347 до н. е.), що уточнив, що нематеріальні сили добра і зла можуть перетворювати ці елементи один в іншій, а потім Аристотель (384—322 до н. е.).

За Аристотелем, елементи-стихії це не матеріальні субстанції, а носії певних якостей: тепла, холоду, сухості і вогкості. Цей погляд трансформувався в ідею чотирьох «соків» Галена (129 200 н. е.) і панував в науці аж до 17 ст. Іншим важливим питанням, яким займалися грецькі натурфілософи, було питання про подільність матерії. Родоначальниками концепції, що отримала згодом назву «атомістичної», були Левкіпп (бл. 500—440 до н. е.), його учень Демокріт (бл. 470—360 до н. е.) і Епікур (ок. 342—270 до н. е.). Згідно з їх вченням, існують тільки пустота і атоми — неподільні матеріальні елементи, вічні, незруйновані, непроникні, що розрізнюються формою, положенням в просторі і величиною; з їх «вихору» утворяться всі тіла. Атомістична теорія залишалася непопулярною протягом двох тисячоліть після Демокріта, але не зникла повністю. Одним з її прихильників став древньогрецький поет Тіт Лукрецій Кар (95-55 до н. е.), що виклав погляди Демокріта і Епікура в поемі «Про природу речей» (De Rerum Natura).

Алхімічний період: III—XVII ст.

Дещо пізніше Греції та Риму хімія досягла значного розвитку в арабів. Араби почали називати хімію алхімією.   Алхімія — мистецтво вдосконалення речовини через перетворення металів в золото і вдосконалення людини шляхом створення еліксиру життя. Прагнучи до досягнення найпривабливішої для них мети — створення незліченних багатств, алхіміки розв'язали багато практичних задач, відкрили багато нових процесів, спостерігали різноманітні реакції, сприяючи становленню нової науки хімії.

Алхімічний період, у свою чергу, поділяється на три підперіоди: олександрійську (греко-єгипетську), арабську і європейську алхімію.

Елліністичний період

Детальніше: Елліністичний період

Амбіх, кукурбіт та реторта Зосімоса з Панополіса (з Марсель Бертло — Collection des anciens alchimistes grecs (3 vol., Paris, 1887—1888).

Колискою алхімії був Єгипет. Єгиптяни блискуче володіли прикладною хімією, яка, однак, не була виділена в самостійну область науки, а входила в «священне таємне мистецтво» жерців. Особливо бурхливого розквіту алхімія досягла в 100—300 р. н. е. в Александрії.

Приблизно в 300 р. н. е. єгиптянин Зосима написав енциклопедію з 28 книг, що охоплювали всі знання з алхімії за попередні 5-6 ст., зокрема відомості про взаємоперетворення (трансмутація) речовин.

Алхімія в арабському світі

Завоювавши Єгипет у 7 ст., араби засвоїли грецьку культуру, що зберігалася протягом віків александрійською школою. Наслідуючи древнім володарям, халіфи почали підтримувати науку, і у 7-9 ст. з'явилися перші хіміки.

Авіценна з рукопису 1271 р.

Найбільш талановитим і прославленим арабським алхіміком був Джабір ібн Хайян (кінець 8 ст.), який пізніше став відомим в Європі під іменем Гебер. Джабір вважав, що сірка і ртуть є двома протилежними початками, з яких утворюються сім інших металів; важче від усього утворюється золото: для цього потрібна особлива речовина, яку греки називали xerion «сухий», а араби змінили на al-iksir (так з'явилося слово «еліксир»). Еліксир повинен був володіти і іншими чудовими властивостями: виліковувати від всіх хвороб і давати безсмертя. Інший арабський алхімік, Разі (бл. 865—925) (в Європі відомий під ім'ям Разес) займався також медициною. Так, він описав методику приготування гіпсу і способу накладення пов'язки на місце перелому. Однак найвідомішим лікарем був бухарець Ібн Сина (бл. 980−1037), відомий також під ім'ям Авіценна. Його твори стали настільними книгами для лікарів протягом багатьох віків.

Алхімія в Західній Європі

Роджер Бекон

Наукові переконання арабів проникли в середньовічну Європу у 12 ст. через Північну Африку, Сицилію і Іспанію. Роботи арабських алхіміків були перекладені латинською, а потім і іншими європейськими мовами. Спочатку алхімія в Європі спиралася на роботи таких корифеїв, як Джабір, але через три сторіччя знову з'явився інтерес до вчення Аристотеля, особливо в працях німецького філософа і теолога — домініканця, що став згодом єпископом і професором Паризького університету, Альберта Великого (бл. 1200—1280) і його учня Фоми Аквінського. Переконаний в сумісності грецької і арабської науки з християнською доктриною, Альберт Великий сприяв введенню їх в схоластичні курси навчання. 1250 року філософія Аристотеля була введена в курс викладання в Паризькому університеті. Алхімічними проблемами цікавився і англійський філософ і дослідник, чернець — францисканець Роджер Бекон (1214—1294), який передбачив багато подальших відкриттів; він вивчав властивості селітри і багатьох інших речовин, знайшов спосіб виготовлення чорного пороху. Серед інших європейських алхіміків потрібно згадати Арнальдо да Вілланова (1235—1313), Раймонда Луллія (1235—1313), Василя Валентина (німецького ченця 15-16 ст.).

Досягнення алхімії

Розвиток ремесел і торгівлі, піднесення міст в Західній Європі 12-13 ст. супроводжувалися розвитком науки і появою промисловості. Рецепти алхіміків використовувалися в таких технологічних процесах, як обробка металів. У ці роки починаються систематичні пошуки способів отримання і ідентифікації нових речовин. З'являються рецепти виробництва спирту і удосконалення процесу його перегонки. Найважливішим досягненням було відкриття сильних кислот сірчаної, азотної. Тепер європейські хіміки змогли здійснити багато нових реакцій і отримати такі речовини, як солі азотної кислоти, купорос, солі сірчаної і соляної кислот. Послугами алхіміків, які нерідко були майстерними лікарями, користувалося вища знать. Вважалося також, що алхіміки володіють таємною силою — перетворення металу в золото.

До кінця 14 ст. інтерес алхіміків до перетворення одних речовин в інші поступився місцем інтересу до виробництва міді, латуні, оцту, оливкового масла і різних ліків. У 15-16 ст. досвід алхіміків все частіше використовувався в гірництві і медицині.

Зародження сучасної хімії

Кінець Середніх віків відмічений поступовим відходом від окультизму, спадом інтересу до алхімії і поширенням механістичного погляду на устрій природи.

Ятрохімія

Парацельс

Абсолютно інших поглядів, щодо алхімії дотримувався Парацельс (1493—1541). Під таким ім'ям («перевершуючий Цельса») увійшов в історію швейцарський лікар Пилип фон Гогенгейм. Парацельс, як і Авіценна, вважав, що основне завдання алхімії не пошуки способів отримання золота, а виготовлення лікарських засобів. Він запозичав з алхімічного вчення те, що існують три основні частини матерії ртуть, сірка, сіль, яким відповідають властивості летучості, горючості і твердості. Ці три елементи складають основу макрокосму (Всесвіту) і пов'язані з мікрокосмом (людиною), утвореним духом, душею і тілом. Переходячи до визначення причин хвороб, Парацельс стверджував, що лихоманка і чума відбуваються від надлишку в організмі сірки, при надлишку ртуті наступає параліч і т. д. Принцип, якого дотримувалися всі ятрохіміки, полягав в тому, що медицина це справа хімії, і все залежить від здатності лікаря виділяти чисті речовини з нечистих субстанцій. У рамках цієї схеми всі функції організму зводилися до хімічних процесів, і завдання алхіміка полягало в знаходженні і приготуванні хімічних речовин для медичних потреб.

Основними представниками ятрохімічного напряму були Ян Гельмонт (1577—1644), за професією лікар; Франциск Сильвій (1614—1672), що користувався, як медик, великою славою і усунув з ятрохімічного вчення духовні впливи; Андреас Лібавій (бл. 1550—1616), лікар з Ротенбурга. Їх дослідження багато в чому сприяли формуванню хімії як самостійної науки.

Механістична філософія

Роберт Бойль, один із засновників сучасної хімії

З зменшенням впливу ятрохімії натурфілософи знову звернулися до вчень древніх про природу. На перший план у 17 ст. вийшли атомістичні переконання. Одним з найвидніших вчених авторів нової теорії був філософ і математик Рене Декарт (1596—1650). Свої погляди він виклав в 1637 у творі «Міркування про метод». Декарт вважав, що всі тіла «складаються з численних дрібних часток різної форми і розмірів,… які не настільки точно прилягають один до одного, щоб навколо них не залишалося проміжків; ці проміжки не пусті, а наповнені… розрідженою матерією». Свої «маленькі частинки» Декарт не вважав атомами, тобто неподільними; він стояв на точці зору нескінченної подільності матерії і заперечував існування пустоти. Одним з найвидніших противників Декарта був французький фізик і філософ П'єр Гассенді (1592—1655). Атомістика Гассенді була по суті переказом вчення Епікура, однак, на відміну від останнього, Гассенді визнавав створення атомів Богом; він вважав, що Бог створив певне число неподільних і непроникних атомів, з яких і складаються всі тіла; між атомами повинна бути абсолютна пустота. У розвитку хімії 17 ст. особлива роль належить ірландському вченому Роберту Бойлю(1627−1691). Будучи прихильником експериментального підходу до визначення хімічних елементів (який зрештою і був прийнятий), він не знав про існування реальних елементів, хоч один з них — фосфор ледве не відкрив сам. Звичайно Бойлю приписують заслугу введення в хімію терміну «аналіз». У своїх дослідах з якісного аналізу він застосовував різні індикатори, ввів поняття хімічної спорідненості. Спираючись на праці Галілео Галілея (1564—1642) і Еванджеліста Торрічеллі (1608—1647), а також Отто Геріке (1602—1686), що демонстрував в 1654 «магдебургскій півкулі», Бойль описав сконструйований ним повітряний насос і досліди з визначення пружності повітря за допомогою U-подібної трубки. Внаслідок цих дослідів був сформульований відомий закон про зворотну пропорційність об'єму і тиску повітря. У 1668 Бойль став дійсним членом щойно організованого Лондонського королівського товариства, а в 1680 був обраний його президентом.

Технічна хімія

Ґеорґіус Аґрікола

Наукові успіхи і відкриття не могли не вплинути на технічну хімію, елементи якої можна знайти у 15-17 ст. У середині 15 ст. була розроблена технологія повітродувних сурм. Потреби військової промисловості стимулювали роботи з удосконалення технології виробництва пороху. Протягом 16 ст. подвоїлося виробництво золота і в дев'ять разів зросло виробництво срібла. Виходять фундаментальні праці з виробництва металів і різних матеріалів, що використовуються в будівництві, при виготовленні скла, фарбуванні тканин, для збереження харчових продуктів. З розширенням споживання спиртних напоїв удосконалюються методи перегонки, конструюються нові перегінні апарати. З'являються численні виробничі лабораторії, передусім металургійні. Серед хіміків-технологів того часу можна згадати Ванноччо Бірінгуччо (1480—1539), чия класична праця «Піротехнія» була надрукована в Венеції в 1540 і містила 10 книг, в яких мова йшла про родовища, випробування мінералів, приготування металів, перегонку, військове мистецтво і феєрверки. Інший відомий трактат, «Про гірництво і металургію», був написаний Ґеорґом Аґріколою (1494—1555). Варто згадати також Йогана Глаубере (1604—1670), голландського хіміка, творця глауберової солі.

18 століття

З 1670 по 1800 хімія отримала офіційний статус в учбових планах провідних університетів поряд з натурфілософією і медициною. У 1675 з'явився підручник Ніколя Лемері (1645—1715) «Курс хімії», який завоював величезну популярність, було опубліковано 13 його французьких видань, а крім того, його було перекладено на латинь і багато інших мов. У 18 ст. в Європі створюються наукові хімічні товариства і велика кількість наукових інститутів; дослідження, що проводяться в них тісно пов'язані з соціальними і економічними потребами суспільства. З'являються хіміки-практики, що займаються виготовленням приладів і отриманням речовин для промисловості.

Теорія флогістону

У творах хіміків другої половини 17 ст. велика увага приділялася тлумаченням процесу горіння. За уявленнями древніх греків, все, що може горіти, містить в собі елемент вогню, який вивільняється при відповідних умовах. У 1669 німецький хімік Йоган Йоахим Бехер (1635—1682) спробував дати раціоналістичне пояснення горючості. Він передбачив, що тверді речовини складаються з трьох видів «землі», і один з видів, названий ним «жирною землею», прийняв на себе «можливість горючості».

Послідовник Бехера німецький хімік і лікар Георг Ернст Шталь (1659—1734) трансформував концепцію «жирної землі» в узагальнену доктрину флогістона — «початку горючості». Згідно з Шталем, флогістон це деяка субстанція, що міститься у всіх горючих речовинах і що вивільняється при горінні. Шталь стверджував, що корозія металів подібна до горіння дерева. Метали містять флогістон, а іржа (окалина) вже не містить флогістону. Це давало прийнятне пояснення і процесу перетворення руд в метали: руда, вміст флогістону в якій незначне, нагрівається на деревному вугіллі, багатому флогістоном, і останній переходить в руду. Вугілля ж перетворюється в золу, а руда в метал, багатий флогістоном. До 1780 теорія флогістону була прийнята хіміками майже повсюдно, хоч і не відповідала на дуже важливе питання: чому залізо при корозії стає важчим, хоч флогістон з нього випаровується? Хімікам 18 ст. ця суперечність не здавалася такою важливою; головне, на їх думку, було пояснити причини зміни зовнішнього вигляду речовин.

Значну роль в розвитку хімії 18-го століття відіграв Михайло Ломоносов (1711—1765). У 1756 Ломоносов провів знамениті досліди з випалювання металів в закритій посудині, які дали незаперечний доказ збереження речовини при хімічних реакціях і ролі повітря в процесах горіння: збільшення ваги, що при цьому спостерігається він пояснював з'єднанням їх з повітрям. Пружність газів він пояснював рухом часток. Ломоносов розмежовував поняття «корпускула» (молекула) і «елемент» (атом), що отримало загальне визнання лише в середині 19 ст. Ломоносов сформулював принцип збереження матерії і руху, виключив флогістон з числа хімічних елементів, заклав основи фізичної хімії.

Пневматична хімія

Недоліки теорії флогістону найбільш ясно виявилися в період розвитку. пневматичної хімії. Найбільшим представником цього напряму був Р.Бойль: він не тільки відкрив газовий закон, що носить тепер його ім'я, але і сконструював апарати для збирання повітря. Хіміки отримали найважливіший засіб для виділення, ідентифікації і вивчення різних «повітрь». Важливим кроком був винахід англійським хіміком Стівеном Хейлзом (1677—1761) «пневматичної ванни» на початку 18 ст. — приладу для вловлювання газів, що виділяються при нагріванні речовини, в судину з водою, опущену вгору дном у ванну з водою. Пізніше за Хейлз і Генрі Кавендіш (1731—1810) встановили існування деяких газів («повітрь»), відмінних за своїми властивостями від звичайного повітря. У 1766 Кавендіш систематично досліджував газ, що утворюється при взаємодії кислот з деякими металами, пізніше названий воднем. Великий внесок у вивчення газів вніс шотландський хімік Джозеф Блек (1728—1799). Він зайнявся дослідженням газів, що виділяються при дії кислот на луги. Блек встановив, що мінерал карбонат кальцію при нагріванні розкладається з виділенням газу і утворює вапно (оксид кальцію). Газ (вуглекислий газ — Блек назвав його «пов'язаним повітрям»), що виділився можна було знову з'єднати з вапном і отримати карбонат кальцію. Серед іншого, це відкриття встановлювало нерозривність зв'язків між твердими і газоподібними речовинами.

Хімічна революція

Портрет Антуана Лорана Лавуазьє та його дружини.

Великих успіхів у виділенні газів і вивченні їх властивостей досяг Джозеф Прістлі (1733—1804) протестантський священик, що захоплюався хімією. Поблизу Лідса (Англія), де він служив, знаходилася броварня, звідки можна було отримувати у великих кількостях «пов'язане повітря» (тепер ми знаємо, що це був двоокис вуглецю) для проведення дослідів. Прістлі виявив, що гази можуть розчинятися у воді, і спробував збирати їх не над водою, а над ртуттю. Так він зумів зібрати і вивчити оксид азоту, аміак, хлороводень, двоокис сірки (звичайно, це їх сучасні назви). У 1774 Прістлі зробив найбільш важливе своє відкриття: він виділив газ, в якому речовини горіли особливо яскраво. Будучи прихильником теорії флогістону, він назвав цей газ «дефлогістрованим повітрям». Газ, відкритий Прістлі, здавався антиподом «флогістрованого повітря» (азоту), виділеного в 1772 англійським хіміком Даніелем Резерфордом (1749—1819). В «флогістрованому повітрі» миші вмирали, а в «дефлогістрованому» були вельми активним. (Потрібно зазначити, що властивості газу, виділеної Прістлі, ще в 1771 описав шведський хімік Карл Вільгельм Шеєле (1742—1786), але його повідомлення через недбалість видавця друкується лише в 1777.) Великий французький хімікАнтуан Лоран Лавуазьє (1743—1794) відразу ж оцінив значення відкриття Прістлі. У 1775 він підготував статтю, де стверджував, що повітря не проста речовина, а суміш двох газів, одне з них «дефлогістроване повітря» Прістлі Лавуазье назвав його oxygen, кисень, тобто «породжуючий кислоти». Другий удар по теорії елементів-стихій був нанесений після того, як з'ясувалося, що вода це також не проста речовина, яка сполучається з або ржавіючим предметами, що горять, переходить з руд в деревне вугілля і є необхідним для життя., а продукт з'єднання двох газів: кисню і водню. Всі ці відкриття і теорії, покінчивши з таємничими «стихіями», спричинили раціоналізацію хімії. На перший план вийшли тільки ті речовини, які можна зважити або кількість яких можна виміряти якимсь іншим способом. Протягом 1780-х років Лавуазье в співпраці з іншими французькими хіміками Антуаном Франсуа де Фуркруа (1755—1809), Гітоном де Морво (1737—1816) і Клодом Луї Бертолле (1748—1822) розробив логічну систему хімічної номенклатури; в ній було описано більше 30 простих речовин з вказівкою їх властивостей. Цю працю, «Метод хімічної номенклатури», було опубліковано в 1787.

Переворот в теоретичних поглядах хіміків, який стався в кінці 18 ст. внаслідок швидкого накопичення експериментального матеріалу в умовах панування теорії флогістону (хоч і незалежно від неї), зазвичай називають «хімічною революцією».

19 століття

Склад речовин і їх класифікація

Успіхи Лавуазье показали, що застосування кількісних методів може допомогти у визначенні хімічного складу речовин і з'ясуванні законів їх об'єднання.

Атомна теорія

Джон Дальтон

Англійський хімік Джон Дальтон (1766—1844), подібно древнім атомістам, виходив з уявлення про корпускулярну будову матерії, але, засновуючись на понятті хімічних елементів Лавуазье, вважав, що «атоми» (цей термін Дальтон зберіг як данина поваги до Демокріта) даного елемента однакові і характеризуються крім інших властивостей тим, що володіють певною вагою, яку він назвав атомною. Дальтон виявив, що два елементи можуть сполучатися один з одним в різних співвідношеннях і кожна нова комбінація елементів дає нове з'єднання. У 1803 ці результати були узагальнені у вигляді закону кратних відношень. У 1808 вийшла праця Дальтона «Нова система хімічної філософії», де він детально виклав свою атомну теорію. У тому ж році французький хімік Жозеф Луї Люссак(1778—1850) опублікував припущення про те, що об'єми газів, вступаючих в реакцію один з одним, відносяться між собою як прості кратні числа. На жаль, Дальтон не зумів побачити користі у відкритті Люссака, крім перешкоди для розробки своєї теорії, хоч ці висновки могли б стати дуже плідними у визначенні відносної атомної ваги.

Хімічна спорідненість

Протягом всього 17 ст. хіміки, міркуючи про «спорідненість» тенденції атомів до утворення сполук, слідували ідеям Бехера і Шталя, які класифікували всі речовини відповідно до їх здатності реагувати зі специфічними кислотами.

Дослідження спорідненості і складу різних типів речовин пішло іншим руслом на початку 19 ст. з відкриттям нового аналітичного методу. У 1807 англійський хімік Гемфрі Деві (1778—1829) пропустив електричний струм, що отримувався від батареї з 250 металевих пластин, через розплавлений карбонат калію і отримав маленькі кульки металу, згодом названого калієм, а потім таким же способом виділив з соди натрій. Деві передбачив, що хімічна спорідненість зводиться до електризації атомів при контакті. Шведський хімік Йонс Якоб Берцеліус (1779—1848) уточнив і розвинув уявлення про атом і електричну спорідненість, запропонувавши першу концепцію хімічної взаємодії — електрохімічну теорію. Берцеліус вважав, що, оскільки солі в розчині під дією електричного струму розкладаються на негативні і позитивні компоненти, то всі з'єднання повинні складатися з позитивних і негативних частин радикалів (дуалістична теорія Берцеліуса). Кисень найбільш електронегативний елемент, і ті елементи, які утворять з ним з'єднання з властивостями основ, електропозитивні, а ті, які утворять речовини з кислотними властивостями, електронегативні. Згідно з цим Берцеліус отримав шкалу елементів, першим елементом якої був кисень, потім ішли сірка, азот,фосфор і т. д. з переходом через водень до натрію, калію і інших металів. До 1840-м років, однак, стало зрозуміло, що електрохімічна теорія не може пояснити існування простих двоатомних молекул (наприклад, O₂ і H₂) або реакцію заміщення водню (позитивна спорідненість) хлором (негативна спорідненість).

Класифікація за атомною вагою

З часів Дальтона до 1860 в хімії не було точного визначення поняття атомної ваги. Система, заснована на «еквівалентній вазі», запропонована англійським хіміком Вільямом Волластоном (1766—1828), спиралася на співвідношення, в яких елементи могли об'єднуватися, і кожний хімік міг скласти власний список атомної ваги. Не існувало ніякої відправної точки для створення системи елементів і ніякої угоди про те, як виражати склад сполук. У 1860 на першому Міжнародному хімічному конгресі в Карлсруе (Німеччина) італійський хімік Станіслао Канніццаро (1826—1910) знову повернув до життя забуту гіпотезу свого співвітчизника Амедео Авогадро (1776—1856), який, виходячи з відкриття Люссаком закону об'ємних відношень, передбачив, що рівні об'єми газів містять однакове число молекул. Канніццаро стверджував, що за допомогою гіпотези Авогадро можна розмежувати поняття «атомна вага» і «молекулярна вага» для газоподібних елементів і внести ясність в питання про атомну вагу взагалі.

Дмитро Менделєєв

У 1869 російський хімік Дмитро Менделєєв, що був присутнім на конгресі в Карлсруе, опублікував свою періодичну таблицю. Всі відомі елементи він розташував відповідно до збільшення їх атомної ваги і розбив на періоди і групи, що відповідають зміні валентності. У таблиці були залишені пусті місця для ще невідкритих елементів; деяким з них Менделеєв навіть привласнив назви (екабор, екаалюміній і екакремній; префікс «ека» означає «одне і те ж»). Точність періодичного закону була продемонстрована відкриттями галію у 1875, ідентичного за своїми властивостями екаалюмінію, скандію (екабору) в 1879 і германію (екакремнію) в 1886.

Органічна хімія

Протягом всього 18 ст. в питанні про хімічні взаємовідносини організмів і речовин вчені керувалися доктриною віталізму — вчення, що розглядало життя як особливе явище, що підкоряється не законам світобудови, а впливу особливих життєвих сил. Цей погляд був успадкований і багатьма вченими 19 ст., хоч його основи були розхитані ще в 1777, коли Лавуазье передбачив, що дихання — процес, аналогічний горінню. Перші експериментальні підтвердження єдності неорганічного і органічного світу були отримані на початку 19 ст.

Юстус фон Лібіх

У 1828 німецький хімік Фрідріх Велер (1800—1882), нагріваючи ціанат амонію (цю сполуку відносили до неорганічних речовин), отримав сечовину — продукт життєдіяльності людини і тварин. У 1845 Адольф Кольбе (1818—1884), учень Велера, синтезував оцтову кислоту з початкових елементів вуглецю, водню і кисню. У 1850-ті роки французький хімік П'єр Бертло (1827—1907) почав систематичну роботу з синтезу органічних сполук і отримав метиловий і етиловий спирти, метан, бензол, ацетилен. Систематичне дослідження природних органічних сполук показало, що всі вони містять один або декілька атомів вуглецю і багато атомів водню. Внаслідок цих досліджень німецький хімік Фрідріх Август Кекуле (1829—1896) у 1867 визначив органічну хімію як хімію сполук вуглецю. Новий підхід до органічного аналізу був узагальнений німецьким хіміком Юстусом Лібіхом (1803—1873) творцем знаменитої дослідницької і учбової лабораторії в Гісенському університеті. У 1837 Лібіх разом з французьким хіміком Жаном Батистом Дюма (1800—1884) уточнив уявлення про радикал як про специфічну незмінну групу атомів, що входить до складу багатьох органічних сполук (приклад радикал CH₃). Стало ясно, що визначити будову великих молекул можна, лише встановивши будову певного числа радикалів.

Теорія типів

Відкриття і виділення величезного числа складних сполук гостро поставило питання про склад їх молекул і привели до необхідності ревізувати існуючу систему класифікації. До 1840-м років вчені-хіміки усвідомили, що дуалістичні ідеї Берцеліуса застосовні тільки до неорганічних солей. У 1853 була зроблена спроба класифікувати всі органічні сполуки. Узагальнена «теорія типів» була запропонована французьким хіміком Шарлем Фредеріком Жераром (1816—1856), який вважав, що об'єднання різних груп атомів визначається не електричним зарядом цих груп, а їх специфічними хімічними властивостями. Жерар виділив чотири основних типи атомних груп, з яких, на його думку, і складаються як органічні, так і неорганічні сполуки.

Структурна хімія

У 1857 Кекуле, виходячи з теорії валентності (під валентністю малася на увазі кількість атомів водню, що сполучені з одним атомом даного елементу), передбачив, що вуглець чотиривалентний і тому може сполучатися з чотирма іншими атомами, утворюючи довгі ланцюги прямі або розгалужені. Тому органічні молекули стали зображати не у вигляді комбінацій радикалів, а у вигляді структурних формул атомів і зв'язків між ними. До 1860-го року працями Кекуле і Бутлерова (1828—1886) було закладено основу структурної хімії, яка дозволяла пояснювати властивості речовин, виходячи з розташування атомів в їх молекулах.

У 1874 датський хімік Якоб Вант-Гофф (1852—1911) і французький хімік Жозеф Ашиль Ле Бель (1847—1930) поширили цю ідею на розташування атомів в просторі. Вони вважали, що молекули не плоскі, а об'ємні структури. Ця концепція дозволяла пояснити багато відомих явищ, наприклад просторову ізомерію, існування молекул однакового складу, але з різними властивостями. Дуже добре вписувалися в неї дані Луї Пастера (1822—1895) про ізомери винної кислоти.

До кінця 19 ст. ідеї структурної хімії були підкріплені даними, отриманими спектроскопічними методами. Ці методи дозволяли отримувати інформацію про будову молекул виходячи з їх спектрів поглинання. До 1900 концепція об'ємної організації молекул складних органічних і неорганічних сполук була прийнята практично всіма вченими.

Фізична хімія

До кінця 19 ст. з'явилися перші праці, в яких систематично вивчалися фізичні властивості різних речовин (температури кипіння і плавлення, розчинність, молекулярна вага). Початок таким дослідженням поклали Люссак і Якоб Гендрік Вант-Гофф, які показали, що розчинність солей залежить від температури і тиску. У 1867 норвезькі хіміки Петер Вааге (1833—1900) і Като Максиміліан Гульдберг (1836—1902) сформулювали закон діючої маси, згідно з яким швидкість реакцій залежить від концентрацій реагентів. Використаний ними математичний апарат дозволив знайти дуже важливу величину, що характеризує будь-яку хімічну реакцію, константу швидкості.