29.Органическая химия в первой половине 19 в..

Органическая химия. В течение всего 18 в. в вопросе о химических взаимоотношениях организмов и веществ ученые руководствовались доктриной витализма - учения, рассматривавшего жизнь как особое явление, подчиняющееся не законам мироздания, а влиянию особых жизненных сил. Этот взгляд был унаследован и многими учеными 19 в., хотя его основы были поколеблены еще в 1777, когда Лавуазье предположил, что дыхание - процесс, аналогичный горению. Первые экспериментальные свидетельства единства неорганического и органического мира были получены в начале 19 в. В 1828 немецкий химик Фридрих Велер (1800-1882), нагревая цианат аммония (это соединение безоговорочно причислялось к неорганическим веществам), получил мочевину - продукт жизнедеятельности человека и животных. В 1845 Адольф Кольбе (1818-1884), ученик Велера, синтезировал уксусную кислоту из исходных элементов - углерода, водорода и кислорода. В 1850-е годы французский химик Пьер Бертло (1827-1907) начал систематическую работу по синтезу органических соединений и получил метиловый и этиловый спирты, метан, бензол, ацетилен. Систематическое исследование природных органических соединений показало, что все они содержат один или несколько атомов углерода и очень многие - атомы водорода. В результате всех этих исследований немецкий химик Фридрих Август Кекуле (1829-1896) в 1867 определил органическую химию как химию соединений углерода. Новый подход к органическому анализу был обобщен немецким химиком Юстусом Либихом (1803-1873) - создателем знаменитой исследовательской и учебной лаборатории в Гисенском университете. В 1837 Либих вместе с французским химиком Жаном Батистом Дюма (1800-1884) уточнил представление о радикале как о специфической неизменной группе атомов, входящей в состав многих органических соединений (пример - метильный радикал CH3). Становилось ясно, что определить строение больших молекул можно, лишь установив строение определенного числа радикалов. Теория типов. Открытие и выделение огромного числа сложных углеродсодержащих соединений остро поставили вопрос о составе их молекул и привели к необходимости ревизовать существующую систему классификации. К 1840-м годам ученые-химики осознали, что дуалистические идеи Берцелиуса применимы только к неорганическим солям. В 1853 была предпринята попытка классифицировать все органические соединения по типам. Обобщенная "теория типов" была предложена французским химиком Шарлем Фредериком Жераром (1816-1856), который полагал, что объединение различных групп атомов определяется не электрическим зарядом этих групп, а их специфическими химическими свойствами. Жерар выделил четыре основных типа атомных групп, из которых, по его мнению, и состоят все соединения - как органические, так и неорганические. Структурная химия. В 1857 Кекуле, исходя из теории валентности (под валентностью понималось число атомов водорода, вступающих в соединение с одним атомом данного элемента), предположил, что углерод четырехвалентен и потому может соединяться с четырьмя другими атомами, образуя длинные цепи - прямые или разветвленные. Поэтому органические молекулы стали изображать не в виде комбинаций радикалов, а в виде структурных формул - атомов и связей между ними. К 1860-м годам работами Кекуле и русского химика Александра Михайловича Бутлерова (1828-1886) был заложен фундамент структурной химии, позволяющей объяснять свойства веществ, основываясь на расположении атомов в их молекулах. В 1874 датский химик Якоб Вант-Гофф (1852-1911) и французский химик Жозеф Ашиль Ле Бель (1847-1930) распространили эту идею на расположение атомов в пространстве. Они считали, что молекулы не плоские, а трехмерные структуры. Эта концепция позволяла объяснить многие известные явления, например пространственную изомерию, существование молекул одинакового состава, но с разными свойствами. Очень хорошо вписывались в нее данные Луи Пастера (1822-1895) об изомерах винной кислоты. К концу 19 в. идеи структурной химии были подкреплены данными, полученными спектроскопическими методами. Эти методы позволяли получать информацию о строении молекул исходя из их спектров поглощения. К 1900 концепция трехмерной организации молекул - как сложных органических, так и неорганических - была принята практически всеми учеными. Химическая технология. Успехи органической химии стимулировали бурное развитие химической промышленности, прежде всего в Германии. Была разработана технология производства серной кислоты, на основе которой получали взрывчатые вещества, красители и соду, необходимую для производства отбеливателей и мыла. Очень большую роль в развитии химических технологий сыграли работы Либиха и целой плеяды его учеников. В результате их деятельности в сельском хозяйстве стали применять химические удобрения и были созданы предприятия по их производству. Быстрое развитие лакокрасочной промышленности Германии было связано с работами Адольфа фон Байера (1835-1917) по индиго и другим красителям, а промышленный синтез аммиака под высоким давлением - с работами Фрица Габера (1868-1934). Рождение физической химии. К концу 19 в. появились первые работы, в которых систематически изучались физические свойства различных веществ (температуры кипения и плавления, растворимость, молекулярный вес). Начало таким исследованиям положили Гей-Люссак и Вант-Гофф, показавшие, что растворимость солей зависит от температуры и давления. В 1867 норвежские химики Петер Вааге (1833-1900) и Като Максимилиан Гульдберг (1836-1902) сформулировали закон действующих масс, согласно которому скорость реакций зависит от концентраций реагентов. Использованный ими математический аппарат позволил найти очень важную величину, характеризующую любую химическую реакцию, - константу скорости. Химическая термодинамика. Тем временем химики обратились к центральному вопросу физической химии - о влиянии теплоты на химические реакции. К середине 19 в. физики Уильям Томсон (лорд Кельвин) (1824-1907), Людвиг Больцман (1844-1906) и Джеймс Максвелл (1831-1879) выработали новые взгляды на природу теплоты. Отвергая калористическую теорию Лавуазье, они представляли теплоту как результат движения. Их идеи развил Рудольф Клаузиус (1822-1888). Он разработал кинетическую теорию, согласно которой такие величины, как объем, давление, температура, вязкость и скорость реакций, можно рассматривать исходя из представления о непрерывном движении молекул и их столкновениях. Одновременно с Томсоном (1850) Клазиус дал первую формулировку второго начала термодинамики, ввел понятия энтропии (1865), идеального газа, длины свободного пробега молекул. Термодинамический подход к химическим реакциям применил в своих работах Август Фридрих Горстман (1842-1929), который на основе идей Клаузиуса попытался объяснить диссоциацию солей в растворе. В 1874-1878 американский химик Джозайя Уиллард Гиббс (1839-1903) предпринял систематическое изучение термодинамики химических реакций. Он ввел понятие свободной энергии и химического потенциала, объяснив суть закона действующих масс, применил термодинамические принципы при изучении равновесия между различными фазами при разных температуре, давлении и концентрации (правило фаз). Работы Гиббса создали фундамент современной химической термодинамики. Шведский химик Сванте Август Аррениус (1859-1927) создал теорию ионной диссоциации, объясняющую многие электрохимические явления, и ввел понятие энергии активации. Он также разработал электрохимический метод измерения молекулярной массы растворенных веществ. Крупным ученым, благодаря которому физическая химия была признана самостоятельной областью знаний, был немецкий химик Вильгельм Оствальд (1853-1932), применивший концепции Гиббса при изучении катализа. В 1886 он написал первый учебник по физической химии, а в 1887 основал (вместе с Вант-Гоффом) журнал "Физическая химия" (Zeitschrift fr physikalische Chemie).