Учебник Химическая азбука Конспект Практикум Тесты Справочник Приложения

Слово о химии

Зарождение химии. Алхимия
Открытие фосфора
Теория флогистона
Создание химической номенклатуры
Органическая химия. Главные законы химии
Периодический закон и законы химического равновесия
Катализ и полимеры
Открытие радиоактивности

Органическая химия. Главные законы химии

В начале XIX века органическая химия влачила жалкое существование. В это время еще сохранялись средневековые представления о том, что органические соединения, которые являются продуктами жизнедеятельности живого мира растений и животных, получаются только под действием таинственной "жизненной силы". Искусственный синтез органических веществ считался принципиально невозможным.

Однако в 1828 году немецкий химик Фридрих Вёлер решил получить кристаллический цианат аммония NH4NCO упариванием водного раствора этой соли. Каково же было его удивление, когда анализ выделенных кристаллов показал, что получен вовсе не цианат аммония, а природное органическое соединение мочевина (NH2)2CO, входящая в состав мочи животных и человека! При выпаривании раствора произошла реакция изомеризации, связанная с перегруппировкой атомов в молекуле:

NH4NCO знак обратимости (NH2)2CO

После открытия Вёлера началось необычайно быстрое развитие органической химии. В XVIII и в начале XIX века происходит формирование теоретических основ химии, ее главных законов. В 1748 году Ломоносов, а в 1781 году Лавуазье доказали, что общая масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна общей массе продуктов реакции.

В 1803 году английский химик и физик Джон Дальтон ввел в употребление фундаментальное понятие атомного веса (массы) и открыл закон кратных отношений. Сейчас этот закон читается так: если два химических элемента образуют несколько соединений, то количества атомов одного элемента, приходящиеся на одно и то же количество атомов другого, относятся как целые числа. Например, в оксидах азота NO и NO2 отношение N : O равно соответственно 1:1 и 1:2.

В 1801-1808 гг. между химиками разных стран разгорелся ожесточенный спор, начало которому положили французские химики Клод Бертолле и Жозеф Пруст. Первый утверждал, что продукты химических реакций не имеют постоянного состава. Второй химик считал доводы Бертолле несостоятельными и писал в одной и статей: "Японская киноварь имеет такой же относительный состав, как и испанская".

Все химики разделились на два лагеря. Диспут закончился победой Пруста, который доказал, что каждое определенное химическое соединение, независимо от способа его получения, состоит из одних и тех же химических элементов, причем соотношение их масс постоянно. После 1808 года большинство химиков того времени признало закон постоянства состава всеобщим законом природы.

Лишь в ХХ веке было установлено, что оба химика были правы. Закон Пруста оказался справедлив только для газообразных и жидких веществ молекулярного строения, чаще всего - органических соединений. К твердым веществам ионного строения закон постоянства состава неприменим: в большинстве случаев они являются нестехиометрическими соединениями переменного состава.

Периодический закон и законы химического равновесия

В 1864 году норвежские ученые - физикохимик Като Гульдберг и химик Петер Вааге открыли основной закон химического равновесия - закон действующих масс. Они обнаружили, что частное от деления произведения молярных концентраций продуктов обратимой реакции на произведение молярных концентраций оставшихся неизрасходованными исходных веществ не зависит от концентраций веществ - участников реакции и является величиной постоянной. Гульдберг и Вааге называли молярную концентрацию взаимодействующих веществ (отношение количества вещества в моль к его объему в л) "действующей массой".
Химическое равновесие - это состояние не закончившейся химической реакции при данных температуре и давлении, когда в реакторе находятся и реагенты, и продукты, причем их концентрации со временем не меняются.

Прошло еще двадцать лет, и французский физикохимик Анри Ле-Шателье установил, что химическим равновесием можно управлять, смещая его вправо или влево. Найденная им закономерность получила название закона смещения химического равновесия, или принципа Ле Шателье. В соответствии с этим законом при внешнем воздействии на химическую реакцию, находящуюся в равновесии, последнее смещается в сторону, ослабляющую производимое воздействие.

Так, если смесь трех газов - диоксида серы SO2, триоксида серы SO3 и кислорода О2 - находящуюся в состоянии химического равновесия:

2SO2 + O2 знак обратимости2SO3,

сжимать, то начнется реакция образования новых порций триоксида серы, равновесие будет смещаться вправо, так как в этом случае из трех моль исходных веществ образуется только два моль SO3, и внешнее давление ослабнет.

Самым значительным событием XIX века было открытие Д.И. Менделеевым в 1869 году Периодического закона, на основе которого им была составлена периодическая система химических элементов. Используя эту таблицу, Менделеев предсказал существование и свойства трех еще неизвестных тогда химических элементов - "экаалюминия", "экабора" и "экасилиция". Предсказанные им химические элементы были открыты в период с 1875 по 1886 гг. и названы соответственно галлием Ga, скандием Sc и германием Ge.

Катализ и полимеры

Нельзя не отметить, что в XIX столетии зарождались и первые представления о каталитических реакциях и катализаторах. Каталитические химические реакции - это реакции, протекающие только в присутствии особых веществ, называемых катализаторами. Катализаторы изменяют скорость реакции или "возбуждают" ее, но при этом после окончания реакции остаются в неизменном виде и количестве.

В 1818 году французский химик Луи Тенар открыл пероксид водорода H2O2 и установил каталитическое действие на него ряда твердых веществ, например, MnO2. Эти вещества вызывали разложение H2O2:

2H2O2 = 2H2O + O2↑,

но сами в ходе реакции не расходовались. С тех пор данная реакция служит эталоном каталитической активности твердых веществ.

Через 13 лет немецкий химик Иоганн Дёберейнер с удивлением обнаружил, что мелко раздробленная платина ("платиновая чернь") способна вызвать самовоспламенение водорода и превратить этиловый спирт С2Н5ОН в уксусную кислоту СН3СООН, сама при этом не теряя и не увеличивая своей массы.

В начале ХХ века химикам, благодаря катализаторам, наконец удалось использовать атмосферный азот в химических реакциях. В 1907-1908 гг. немецкие ученые - физикохимик Вальтер Нёрнст и химик-органик Фриц Габер, применяя высокое давление и температуру в несколько сотен градусов, при помощи марганцевого катализатора связали водород и атмосферный азот в молекулы аммиака NH3 по реакции:

N2 + 3H2 знак обратимости2NH3

В 1964 году российский химик Марк Вольпин открыл реакцию извлечения из атмосферы азота в обычных условиях при помощи катализаторов - комплексных соединений титана, хрома и некоторых других металлов.
Появляются и первые полимеры - соединения с высокой молекулярной массой, состоящие из большого числа повторяющихся групп или звеньев атомов, образующих либо открытую цепь, либо трехмерную сетку. В 1867 году российский химик Александр Бутлеров получил первый полимер - неизвестный ранее полиизобутилен

{(CH3)2C=CH2}n, а в 1910 году Сергей Лебедев, тоже российский химик, синтезировал первый образец искусственного каучука.

Открытие радиоактивности

На границе двух последних веков произошло событие, изменившее судьбу человечества.
Французский физик Антуан Беккерель в одном из своих опытов завернул кристаллы сульфата уранил-калия K2(UO2)(SO4)2 в черную светонепроницаемую бумагу и положил сверток на фотопластинку. После проявления он обнаружил на ней очертания кристаллов. Так была открыта естественная радиоактивность соединений урана.

Мария Кюри в лаборатории Наблюдения Беккереля заинтересовали французский ученых, физика и химика Мари Склодовскую-Кюри и ее супруга физика Пьера Кюри. Они занялись поисками новых радиоактивных химических элементов в минералах урана. Найденные ими в 1898 году полоний Po и радий Ra оказались продуктами распада атомов урана. Это была уже настоящая революция в химии, так как до этого атомы считались неделимыми, а химические элементы - вечными и неразрушимыми.

В ХХ веке в химии произошло много интересных открытий. Вот только небольшая часть из них. С 1940 по 1988 гг. было синтезировано 20 новых химических элементов, не найденных в природе, в том числе технеций Tc и астат At. Удалось получить элементы, находящиеся в Периодической системе после урана, от нептуния Np с атомным номером 93 до элемента, не имеющего до сих пор общепризнанного названия, с атомным номером 114.

Происходит постепенное слияние неорганической и органической химии и образованием на их основе химии металлоорганических соединений, бионеорганической химии, химии кремния и бора, химии комплексных соединений. Начало этому процессу положил датский химик-органик Вильям Цейзе, синтезировавший в 1827 году необычное соединение трихлороэтиленплатинат(II) калия K[Pt(C2H4)Cl3]. Только в 1956 году удалось установить характер химических связей в этом соединении.

Во второй половине XX века удалось получить искусственным путем такие очень сложные природные вещества, как хлорофилл и инсулин. Были также синтезированы соединения благородных газов от радона Rn до аргона Ar, считавшихся ранее инертными, неспособными к химическому взаимодействию. Положено начало получению топлива из воды и света.

Возможности химии оказались беспредельными, а самые необузданные фантазии человека в области синтеза веществ с необычными свойствами - осуществимыми. Их реализацией и займется молодое поколение химиков первой половины XXI века.

<<< начало
Великие ученые
A-Б | В-Г | Д-К

Л | М-П | Р-Я

Слово о химии

Хроника науки Химии
Приоритеты открытия химических элементов
Алхимия и алхимики



Учебник Химическая азбукаКонспект
ПрактикумТесты СправочникПриложения
©2003 Copyright by alhimik.ru