Dějiny civilizace jsou v mnoha ohledech dějinami chemie – studia hmoty a jejích vlastností. Lidé se vždy snažili identifikovat, využívat a měnit materiály v našem prostředí. První hrnčíři našli krásné glazury, kterými zdobili a uchovávali své výrobky. Pastevci, pivovarníci a vinaři používali techniky kvašení k výrobě sýrů, piva a vína. Hospodyňky louhovaly louh z dřevěného popela k výrobě mýdla. Kováři se naučili kombinovat měď a cín a vyrábět bronz. Řemeslníci se naučili vyrábět sklo, koželuhové vydělávali kůže.
V osmém století našeho letopočtu se stal jedním z prvních muslimských astronomů, filozofů a vědců Džabir ibn Haján, který začal používat vědecké metody ke studiu materiálů. Je znám také pod svým latinizovaným jménem Geber a je označován za „otce chemie“. Je považován za autora 22 svitků popisujících metody destilace, krystalizace, sublimace a vypařování. Vynalezl alembik, zařízení používané k destilaci a studiu kyselin. Vytvořil také raný systém chemické klasifikace využívající vlastnosti studovaných materiálů. Jeho kategorie byly:
- „Lihoviny“ – materiály, které se při zahřátí vypařují.
- „Kovy“ – včetně železa, cínu, mědi a olova.
- Neměkké látky – materiály, které lze zpracovat na prášek, například kámen.
Dnes bychom podobné materiály mohli nazývat „těkavé chemické látky, kovy a nekovy.“
Klasická chemie
V Evropě se studiem chemie zabývali alchymisté, jejichž cílem bylo přeměnit běžné kovy na zlato nebo stříbro a vynalézt chemický elixír, který by prodloužil život. Přestože těchto cílů nebylo nikdy dosaženo, došlo při tomto pokusu k několika významným objevům.
Robert Boyle(1627-1691) studoval chování plynů a objevil nepřímou úměru mezi objemem a tlakem plynu. Rovněž prohlásil, že „veškerou skutečnost a změny lze popsat pomocí elementárních částic a jejich pohybu“, což je rané chápání atomové teorie. V roce 1661 napsal první učebnici chemie „Skeptický cimista“, která posunula studium látek od mystických asociací s alchymií k vědeckému zkoumání.
Do roku 1700 se v celé Evropě prosadil věk osvícenství. Joseph Priestley (1733-1804) vyvrátil myšlenku, že vzduch je nedělitelný prvek. Ukázal, že jde naopak o kombinaci plynů, když izoloval kyslík a dále objevil sedm dalších diskrétních plynů. Jacques Charlespokračoval v Boylesově práci a je známý tím, že stanovil přímý vztah mezi teplotou a tlakem plynů. V roce 1794 Joseph Proust studoval čisté chemické sloučeniny a stanovil zákon definitivních poměrů – chemická sloučenina bude mít vždy svůj charakteristický poměr prvků. Například voda má vždy poměr vodíku a kyslíku dvě ku jedné.
Antoine Lavoisier (1743-1794) byl francouzský chemik, který významně přispěl k rozvoji vědy. Když Lavoisier pracoval jako výběrčí daní, pomohl vyvinout metrický systém, aby zajistil jednotné míry a váhy. V roce 1768 byl přijat do Francouzské akademie věd. O dva roky později, ve svých 28 letech, se oženil s třináctiletou dcerou svého kolegy. Je známo, že Marie-Anne Lavoisierová pomáhala svému manželovi v jeho vědeckých studiích tím, že překládala anglické práce a prováděla četné kresby ilustrující jeho pokusy.
Lavoisierův důraz na pečlivé měření vedl k objevu zákona zachování hmotnosti. V roce 1787 Lavoisier publikoval „Metody chemického názvosloví“, které obsahovaly pravidla pro pojmenování chemických sloučenin, jež se používají dodnes. Jeho „Elementární pojednání o chemii“ (1789) bylo první moderní učebnicí chemie. Jasně definovala chemický prvek jako látku, jejíž hmotnost nelze snížit chemickou reakcí, a uvedla seznam kyslíku, železa, uhlíku, síry a téměř 30 dalších tehdy známých prvků. Kniha však měla několik chyb; jako prvky uváděla světlo a teplo.
Amedeo Avogadro (1776-1856) byl italský právník, který se v roce 1800 začal zabývat vědou a matematikou. Rozšířil práci Boyla a Charlese a objasnil rozdíl mezi atomy a molekulami. Dále uvedl, že stejný objem plynu při stejné teplotě a tlaku má stejný počet molekul. Počet molekul ve vzorku čisté látky o molekulové hmotnosti 1 gram (1 mol) se na jeho počest nazývá Avogadrova konstanta. Experimentálně byla stanovena na 6,023 x 1023 molekul a je důležitým přepočítávacím koeficientem používaným k určení hmotnosti reaktantů a produktů v chemických reakcích.
V roce 1803 začal anglický meteorolog spekulovat o jevu vodní páry. John Dalton (1766-1844) si byl vědom toho, že vodní pára je součástí atmosféry, ale pokusy ukázaly, že v některých jiných plynech se vodní pára netvoří. Spekuloval, že to souvisí s počtem částic přítomných v těchto plynech. Možná v těchto plynech nebylo místo, kam by částice vodní páry mohly proniknout. Buď bylo v „těžších“ plynech více částic, nebo byly tyto částice větší. Na základě vlastních údajů a zákona o určitých poměrech určil relativní hmotnosti částic šesti známých prvků: vodíku (nejlehčího, kterému byla přiřazena hmotnost 1), kyslíku, dusíku, uhlíku, síry a fosforu. Dalton své poznatky vysvětlil uvedením principů první atomové teorie hmoty.
- Prvky se skládají z velmi malých částic zvaných atomy.
- Atomy téhož prvku jsou shodné co do velikosti, hmotnosti a dalších vlastností. Atomy různých prvků mají různé vlastnosti.
- Atomy nelze vytvořit, rozdělit ani zničit.
- Atomy různých prvků se spojují v jednoduchých celočíselných poměrech za vzniku chemických sloučenin.
- V chemických reakcích se atomy spojují, rozdělují nebo přeskupují za vzniku nových sloučenin.
Dmitrij Mendělejev (1834-1907) byl ruský chemik známý tím, že vypracoval první periodickou tabulku prvků. Na kartičkách uvedl 63 známých prvků a jejich vlastnosti. Když seřadil prvky podle rostoucí atomové hmotnosti, mohl seskupit prvky s podobnými vlastnostmi. Až na několik výjimek měl podobné vlastnosti každý sedmý prvek (osmá chemická skupina – vzácné plyny – ještě nebyla objevena). Mendělejev si uvědomil, že pokud ponechá mezery pro místa, kam žádný známý prvek nezapadá, bude vzorec ještě přesnější. Pomocí prázdných míst ve své tabulce dokázal předpovědět vlastnosti prvků, které ještě nebyly objeveny. Mendělejevova původní tabulka byla aktualizována tak, aby zahrnovala 92 přirozeně se vyskytujících prvků a 26 syntetických prvků.
Popis atomu
V roce 1896 objevil Henri Becquerel záření. Spolu s Pierrem a Marií Curieovými prokázal, že některé prvky vyzařují energii s pevně danou rychlostí. V roce 1903 se Becquerel s Curieovými podělil o Nobelovu cenu za objev radioaktivity. V roce 1900 Max Planck zjistil, že energie musí být vyzařována v diskrétních jednotkách, které nazval „kvanta“ (od té doby pojmenovaná fotony), nikoli v souvislých vlnách. Ukázalo se, že atomy se skládají z ještě menších částic, z nichž některé se mohou vzdalovat.
V roce 1911 Ernst Rutherford prokázal, že atomy se skládají z malé husté kladně nabité oblasti obklopené relativně velkými plochami prázdného prostoru, v němž se pohybují ještě menší, záporně nabité částice (elektrony). Rutherford předpokládal, že elektrony obíhají kolem jádra po samostatných úhledných drahách, podobně jako planety obíhají kolem Slunce. Protože je však jádro větší a hustší než elektrony, nedokázal vysvětlit, proč nejsou elektrony jednoduše vtaženy do jádra, a tím atom zničí.
Atomový model Nielse Bohra (1885-1962) tento problém vyřešil pomocí Planckovy informace. Z elektricky stimulovaného atomu jsou emitovány fotony pouze na určitých frekvencích. Předpokládal, že elektrony obývají různé energetické hladiny a světlo je emitováno pouze tehdy, když je elektricky „excitovaný“ elektron nucen změnit energetickou hladinu.
Elektrony v první energetické hladině, nejblíže jádru, jsou pevně vázány na jádro a mají relativně nízkou energii. V hladinách vzdálenějších od jádra mají elektrony rostoucí energii. Elektrony v energetické hladině nejvzdálenější od jádra nejsou vázány tak pevně a jsou to elektrony, které se podílejí na vazbě atomů za vzniku sloučenin. Periodický charakter vlastností prvků je výsledkem počtu elektronů ve vnější energetické hladině, které se mohou zapojit do chemických vazeb. Přestože byly Bohrovy modely nahrazeny přesnějšími modely atomů, základní principy jsou správné a Bohrovy modely se stále používají jako zjednodušená schémata pro znázornění chemických vazeb.
Naše chápání atomu se stále zdokonaluje. V roce 1935 získal James Chadwick Nobelovu cenu za objev, že v jádře atomu je stejný počet elektricky neutrálních částic. Protože neutrony jsou elektricky neutrální, nejsou vychýleny ani elektrony, ani protony. Kromě toho mají neutrony větší hmotnost než protony. Tyto skutečnosti dohromady umožňují neutronům pronikat do atomů a rozbíjet jádro, čímž se uvolňuje obrovské množství energie. V posledních letech je stále zřejmější, že protony, neutrony a elektrony klasické chemie se skládají z ještě menších subatomárních částic. Vědy o chemii a fyzice se stále více prolínají a teorie se překrývají i střetávají, protože pokračujeme ve zkoumání materiálů, z nichž je složen náš vesmír.
Nejnovější zprávy
.