Химическая революция XVII-XVIII веков: переворот в химии, закон сохранения массы, теория горения. Лавуазье и развитие современной химии. История химии.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Переформулирование химии в XVII и XVIII веках
Reformulation of chemistry in the 17th and 18th centuries
В истории химии химическая революция, также называемая первой химической революцией, представляла собой переосмысление химии в XVII и XVIII веках, которое завершилось формулированием закона сохранения массы и кислородной теории горения. В XIX и XX веках это преобразование приписывалось работам французского химика Антуана Лавуазье («отца современной химии»). Однако, современные исследования по истории химии раннего Нового времени рассматривают химическую революцию как совокупность постепенных изменений в химической теории и практике, которые развивались на протяжении двух столетий. Так называемая научная революция произошла в XVI и XVII веках, а химическая революция – в XVII и XVIII веках.
In the history of chemistry, the chemical revolution, also called the first chemical revolution, was the reformulation of chemistry during the seventeenth and eighteenth centuries, which culminated in the law of conservation of mass and the oxygen theory of combustion. During the 19th and 20th century, this transformation was credited to the work of the French chemist Antoine Lavoisier (the "father of modern chemistry"). However, recent work on the history of early modern chemistry considers the chemical revolution to consist of gradual changes in chemical theory and practice that emerged over a period of two centuries. The so called scientific revolution took place during the sixteenth and seventeenth centuries whereas the chemical revolution took place during the seventeenth and eighteenth centuries.
Основные факторы
Несколько факторов привели к первой химической революции. Во-первых, это были формы гравиметрического анализа, возникшие из алхимии, и новые типы инструментов, разработанных в медицинском и промышленном контекстах. В этих условиях химики все больше ставили под сомнение гипотезы, предложенные еще древними греками. Например, химики начали утверждать, что все вещества состоят более чем из четырех элементов греков или восьми элементов средневековых алхимиков. Ирландский алхимик Роберт Бойль заложил основы химической революции своей механической корпускулярной философией, которая, в свою очередь, опиралась на алхимическую корпускулярную теорию и экспериментальный метод, восходящий к псевдо-Геберу. Более ранние работы химиков, таких как Ян Баптист ван Гельмонт, способствовали переходу от представления о воздухе как об одном элементе к пониманию воздуха как смеси различных газов. Анализ данных Ван Гельмонта также позволяет предположить, что в XVII веке он имел общее представление о законе сохранения массы. Среди других факторов были новые экспериментальные методы и открытие Джозефом Блэком в середине XVIII века «фиксированного воздуха» (углекислого газа). Это открытие было особенно важно, поскольку оно эмпирически доказало, что «воздух» состоит не из одного вещества, и утвердило «газ» как важное экспериментальное вещество. В конце XVIII века эксперименты Генри Кавендиша и Джозефа Пристли дополнительно доказали, что воздух не является элементом, а состоит из нескольких различных газов. Лавуазье также перевел названия химических веществ на новый номенклатурный язык, более привлекательный для ученых XIX века. Эти изменения происходили в атмосфере, в которой промышленная революция повысила общественный интерес к изучению и практике химии. Описывая задачу пересмотра химической номенклатуры, Лавуазье попытался использовать растущую значимость химии, сделав довольно гиперболическое заявление о том, что:
Several factors led to the first chemical revolution. First, there were the forms of gravimetric analysis that emerged from alchemy and new kinds of instruments that were developed in medical and industrial contexts. In these settings, chemists increasingly challenged hypotheses that had already been presented by the ancient Greeks. For example, chemists began to assert that all structures were composed of more than the four elements of the Greeks or the eight elements of the medieval alchemists. The Irish alchemist, Robert Boyle, laid the foundations for the Chemical Revolution, with his mechanical corpuscular philosophy, which in turn relied heavily on the alchemical corpuscular theory and experimental method dating back to pseudo Geber. Earlier works by chemists such as Jan Baptist van Helmont helped to shift the belief in theory that air existed as a single element to that of one in which air existed as a composition of a mixture of distinct kinds of gasses. Van Helmont's data analysis also suggests that he had a general understanding of the law of conservation of mass in the 17th century. Other factors included new experimental techniques and the discovery of 'fixed air' (carbon dioxide) by Joseph Black in the middle of the 18th century. This discovery was particularly important because it empirically proved that 'air' did not consist of only one substance and because it established 'gas' as an important experimental substance. Nearer the end of the 18th century, the experiments by Henry Cavendish and Joseph Priestley further proved that air is not an element and is instead composed of several different gases. Lavoisier also translated the names of chemical substance into a new nomenclatural language more appealing to scientists of the nineteenth century. Such changes took place in an atmosphere in which the industrial revolution increased public interest in learning and practicing chemistry. When describing the task of reinventing chemical nomenclature, Lavoisier attempted to harness the new centrality of chemistry by making the rather hyperbolic claim that:
Точные приборы
Большая часть обоснований, по которым Антуану Лавуазье приписывают звание "отца современной химии" и начало химической революции, заключалась в его способности математически описывать эту область, стимулируя использование в химии экспериментальных методов, применяемых в других "более точных науках". Лавуазье изменил химию, ведя скрупулезный учет в своих исследованиях, стремясь доказать, что при превращении химических веществ общее количество материи сохраняется. Лавуазье использовал инструменты для термометрических и барометрических измерений в своих экспериментах и сотрудничал с Пьером Симоном де Лапласом в создании калориметра – прибора для измерения тепловых изменений в ходе реакции. Хотя выдвигалось предположение, что закон сохранения массы был открыт Лавуазье, это утверждение было опровергнуто ученым Марселином Бертело. Генри Герлак предположил, что закон сохранения массы был использован и ранее, отметив, что ученый Ян Баптист ван Гельмонт неявно применял эту методологию в своих работах в XVI и XVII веках. Еще более ранние упоминания закона сохранения массы и его применения встречаются в работах Жана Рея, датированных 1630 годом. Этому переходу способствовал вклад Йёнса Якоба Берцелиуса, разработавшего упрощенную систему обозначений для описания химических соединений, основанную на теории атомных весов Джона Дальтона. Многие считают, что Лавуазье и его опровержение теории флогистона знаменуют собой традиционную химическую революцию, при этом Лавуазье положил начало революции, а Джон Дальтон – достиг ее кульминации.
Much of the reasoning behind Antoine Lavoisier being named the "father of modern chemistry" and the start of the chemical revolution lay in his ability to mathematize the field, pushing chemistry to use the experimental methods utilized in other "more exact sciences." Lavoisier changed the field of chemistry by keeping meticulous balance sheets in his research, attempting to show that through the transformation of chemical species the total amount of substance was conserved. Lavoisier used instrumentation for thermometric and barometric measurements in his experiments, and collaborated with Pierre Simon de Laplace in the invention of the calorimeter, an instrument for measuring heat changes in a reaction. While it has been postulated that the law of conservation of mass was discovered by Lavoisier, this claim has been refuted by scientist Marcellin Berthelot. Earlier use of the law of conservation of mass has been suggested by Henry Guerlac, noting that scientist Jan Baptist van Helmont had implicitly applied the methodology to his work in the 16th and 17th centuries. Earlier references of the law of conservation of mass and its use were made by Jean Rey in 1630. This transition was aided by the work of Jöns Jakob Berzelius, who came up with a simplified shorthand to describe chemical compounds based on John Dalton's theory of atomic weights. Many people credit Lavoisier and his overthrow of phlogiston theory as the traditional chemical revolution, with Lavoisier marking the beginning of the revolution and John Dalton marking its culmination.
Метод химической номенклатуры
Антуан Лавуазье в сотрудничестве с Луи Бернаром Гюйтоном де Морво, Клодом Луи Бертоле и Антуаном Франсуа де Фуркруа опубликовал «Méthode de nomenclature chimique» в 1787 году. Эта работа заложила основу терминологии для "новой химии", которую разрабатывал Лавуазье, и была сосредоточена на создании стандартизированного набора терминов, определении новых элементов и проведении экспериментальных исследований. В «Méthode» было определено 55 элементов – веществ, которые на момент публикации нельзя было разложить на более простые составляющие. Вводя новую терминологию в науку, Лавуазье стимулировал других химиков к принятию его теорий и методов, чтобы использовать его термины и оставаться в русле современных химических исследований.
Antoine Lavoisier, in a collaborative effort with Louis Bernard Guyton de Morveau, Claude Louis Berthollet, and Antoine François de Fourcroy, published Méthode de nomenclature chimique in 1787. This work established a terminology for the "new chemistry" which Lavoisier was creating, which focused on a standardized set of terms, establishment of new elements, and experimental work. Méthode established 55 elements which were substances that could not be broken down into simpler composite parts at the time of publishing. By introducing new terminology into the field, Lavoisier encouraged other chemists to adopt his theories and practices in order to use his terms and stay current in chemistry.
Первоначальный химический трактат
Одним из главных влияний на Лавуазье был Этьен Бонне, аббат де Кондильяк. Подход Кондильяка к научным исследованиям, лежавший в основе подхода Лавуазье в "Трактате", заключался в демонстрации способности человека формировать ментальное представление о мире, опираясь на собранные данные. В предисловии к "Трактату" Лавуазье пишет: "В геометрии, и вообще во всех областях знания, общепринято, что в процессе исследования следует переходить от известных фактов к неизвестным. Таким образом, из последовательности ощущений, наблюдений и анализов возникает цепь идей, настолько тесно связанных между собой, что внимательный наблюдатель может проследить порядок и взаимосвязь всего объема человеческих знаний до определенной точки". Лавуазье явно соотносит свои идеи с идеями Кондильяка, стремясь к реформированию химии. Его целью в "Трактате" было связать эту область с непосредственным опытом и наблюдением, а не с допущениями. Его работа заложила новую основу для химических представлений и определила дальнейшее развитие химии.
One of Lavoisier's main influences was Étienne Bonnet, abbé de Condillac. Condillac's approach to scientific research, which was the basis of Lavoisier's approach in Traité, was to demonstrate that human beings could create a mental representation of the world using gathered evidence. In Lavoisier's preface to Traité, he statesIt is a maxim universally admitted in geometry, and indeed in every branch of knowledge, that, in the progress of investigation, we should proceed from known facts to what is unknown. In this manner, from a series of sensations, observations, and analyses, a successive train of ideas arises, so linked together, that an attentive observer may trace back to a certain point the order and connection of the whole sum of human knowledge. Lavoisier clearly ties his ideas in with those of Condillac, seeking to reform the field of chemistry. His goal in Traité was to associate the field with direct experience and observation, rather than assumption. His work defined a new foundation for the basis of chemical ideas and set a direction for the future course of chemistry.
Хамфри Дэви
Хамфри Дэви был английским химиком и профессором химии в Королевском институте Лондона в начале 1800-х годов. Там он проводил эксперименты, которые опровергали некоторые ключевые идеи Лавуазье, такие как кислотность кислорода и представление о калорическом элементе. Долтон установил, что атмосферный воздух содержит 75,55% азота, 23,32% кислорода, 1,03% водяного пара и 0,10% углекислого газа.
Humphry Davy was an English chemist and a professor of chemistry at the London's Royal Institution in the early 1800s. There he performed experiments that cast doubt upon some of Lavoisier's key ideas such as the acidity of oxygen and the idea of a caloric element. Dalton determined that atmospheric air contains 75.55% azotic gas, 23.32% oxygenous gas, 1.03% aqueous vapor, and 0.10% carbonic acid gas.
Йонс Якоб Берзелиус
Йонс Якоб Берзелиус был шведским химиком, изучавшим медицину в Уппсальском университете и впоследствии ставшим профессором химии в Стокгольме. Он опирался на идеи Дэви и Дальтона, чтобы разработать электрохимическое представление о том, как элементы соединяются друг с другом. Берзелиус разделил элементы на две группы – электроотрицательные и электроположительные – в зависимости от того, от какого полюса гальванического элемента они выделялись при разложении. Он создал шкалу зарядов, где кислород был наиболее электроотрицательным элементом, а калий – наиболее электроположительным. Эта шкала указывала на то, что некоторые элементы обладают положительными и отрицательными зарядами, а положение элемента в этой шкале и его заряд определяли, как он соединяется с другими элементами. Работа Берзелиуса по электрохимической атомной теории была опубликована в 1818 году под названием «Опыт о теории химических пропорций и о химическом влиянии электричества». Он также внедрил новую химическую номенклатуру, представляя элементы буквами и сокращениями, например, O для кислорода и Fe для железа. Соединения элементов изображались последовательностями этих символов, а количество атомов сначала обозначалось верхними индексами, а затем нижними.
Jöns Jacob Berzelius was a Swedish chemist who studied medicine at the University of Uppsala and was a professor of chemistry in Stockholm. He drew on the ideas of both Davy and Dalton to create an electrochemical view of how elements combined together. Berzelius classified elements into two groups, electronegative and electropositive depending which pole of a galvanic battery they were released from when decomposed. He created a scale of charge with oxygen being the most electronegative element and potassium the most electropositive. This scale signified that some elements had positive and negative charges associated with them and the position of an element on this scale and the element's charge determined how that element combined with others. Berzelius's work on electrochemical atomic theory was published in 1818 as Essai sur la théorie des proportions chimiques et sur l'influence chimique de l'électricité. He also introduced a new chemical nomenclature into chemistry by representing elements with letters and abbreviations, such as O for oxygen and Fe for iron. Combinations of elements were represented as sequences of these symbols and the number of atoms were represented at first by superscripts and then later subscripts.