17. Становление новейшей химии

Открытие электронаЭ. Вихертом и Дж. Дж. ТомсономирадиоактивностиА. Беккерелемстали доказательством делимости атома, возможность которой стала обсуждаться после выдвиженияУ. Праутомгипотезы о протиле. Уже в началеXX векапоявились первые модели строения атома: «кексовая» (У. Томсон, и Дж. Дж. Томсон), планетарная (Ж. Б. ПеррениХ. Нагаока), «динамидическая» (Ф. Ленард). В1911Э. Резерфорд, основываясь на опытах по рассеиванию α-частиц, предложил ядерную модель, ставшую основой для создания классической модели строения атома (Н. БориА. Зоммерфельд). Основываясь на ней, Н. Бор в1921заложил основы формальной теориипериодической системы, объяснившей периодичность свойств элементов периодическим повторением строения внешнего электронного уровня атома. После того, какВ. Паулисформулировалпринцип запрета, аФ. Хундпредложилэмпирические правилазаполнения электронных оболочек, была в целом установлена электронная структура всех известных к тому времени элементов.

После открытия делимости атома и установления природы электрона как его составной части возникли реальные предпосылки для разработки теорий химической связи. Первой стала концепция электровалентности Р. Абегга, основанная на идее о сродстве атомов к электрону. Модель Бора — Зоммерфельда, представления о валентных электронах и идея об особой стабильности двух- и восьмиэлектронныхоболочекатомовинертных газовлегли в основу классических теорий химической связи.В. Коссельразработал теорию ионной связи, аДж. Н. ЛьюисиИ. Ленгмюр— теорию ковалентной связи.

В конце 20-х — начале 30-х годов XX векасформировались принципиально новые —квантово-механические— представления о строении атома и природе химической связи.

Исходя из идеи французского физика Л. де Бройляо наличии у материальных частиц волновых свойств, австрийский физикЭ. Шрёдингерв1926 годувывел основноеуравнениет. н. волновой механики, содержащееволновую функциюи позволяющее определить возможные состояния квантовой системы и их изменение во времени. Несколько ранее немецкий физикВ. Гейзенбергразработал свой вариант квантовой теории атома в виде матричной механики.

Квантово-механический подход к строению атома привёл к созданию новых теорий, объясняющих образование связи между атомами. Уже в 1927 годуВ. Г. ГейтлериФ. Лондонначали разрабатывать квантовомеханическую теорию химической связи и выполнили приближённый расчет молекулы водорода. Распространение метода Гейтлера-Лондона на многоатомные молекулы привело к созданиюметода валентных связей, который создаютЛ. ПолингиДж. К. Слэтер. Основная идея этого метода заключается в предположении, что атомные орбитали сохраняют при образовании молекулы известную индивидуальность. В1928 годуПолинг предложил теорию резонанса и идеюгибридизации атомных орбиталей, в1932 году— новое количественное понятие электроотрицательности.

В 1929 годуФ. Хунд,Р. С. МалликениДж. Э. Леннард-Джонсзаложили фундаментметода молекулярных орбиталей, основанного на представлении о полной потере индивидуальности атомов, соединившихся в молекулу. Хунд создал также современную классификацию химических связей; в1931 годуон пришёл к выводу о существовании двух основных типов химических связей — простой, или σ-связи, и π-связи.Э. Хюккельраспространил метод МО на органические соединения, сформулировав вправило ароматической стабильности, устанавливающее принадлежность вещества к ароматическому ряду.

Благодаря квантовой механике к 30-м годам XX векав основном был выяснен способ образования связи между атомами; кроме того, в рамках квантово-механического подхода получило корректную физическую интерпретацию менделеевское учение о периодичности. Создание надёжного теоретического фундамента привело к значительному росту возможностей прогнозирования свойств вещества. Особенностью химии в XX веке стало широкое использования физико-математического аппарата и разнообразных расчётных методов.

Подлинным переворотом в химии стало появление в XX веке большого числа новых аналитических методов, прежде всего физических и физико-химических. Эти методы предоставили новые возможности для изучения состава, структуры и реакционной способности вещества.

Отличительной чертой современной химии стало её тесное взаимодействие с другими естественными науками, в результате которого на стыке наук появились биохимия,геохимияи др. разделы. Одновременно с этим процессом интеграции интенсивно протекал и процесс дифференциации самой химии. Хотя границы между разделами химии достаточно условны,коллоиднаяикоординационная химия,кристаллохимияиэлектрохимия,химия высокомолекулярных соединенийи некоторые другие разделы приобрели черты самостоятельных наук.

Закономерным следствием совершенствования химической теории в XX векестали новые успехи практической химии — каталитический синтезаммиака, получение синтетическихантибиотиков,полимерныхматериалов и т. п. Успехи химиков в деле получения вещества с желаемыми свойствами в числе прочих достижений прикладной науки к концуXXстолетия привели к коренным преобразованиям в жизни человечества.