Czytaj więcej"/> Drukuj
Historia chemii - dział historii nauki zajmujący się badaniami nad przebiegiem i ewolucją powstawania teorii i odkryć chemicznych.

Odrzucenie "magicznego" podejścia alchemicznego

Często przyjmuje się, że historia chemii zaczęła się w dniu kiedy Robert Boyle, w swojej książce The Skeptical Chymist (1661) wyraźnie rozgraniczył chemię jako naukę od przednaukowych badań alchemicznych. Trzeba jednak zaznaczyć, że od tego czasu bardzo długo jeszcze w chemii występowała niczym nieuzasadniona wiara w sztuczne byty "filozoficzne" takie jak flogiston czy siła witalna.
Często, za początki współczesnej chemii uważa się ostateczne odrzucenie teorii flogistionu przez Antoine Lavoisiera, w wyniku odkrycia przez niego tlenu oraz zapronowania prawa zachowania masy w 1783 r.
Ostatni z "bytów filozoficznych", pokutujący jeszcze od czasów alchemicznych - siła witalna, został odrzucony na skutek dość przypadkowego otrzymania mocznika z nieorganicznych substratów przez Friedricha Wöhlera w 1828 r. Pierwszą syntezę mocznika uważa się obecnie za początek współczesnej chemii organicznej. Wcześniej sądzono, że otrzymanie jakichkolwiek związków organicznych na drodze syntezy z nieorganicznych substratów jest niemożliwe, gdyż do ich otrzymania była rzekomo niezbędna tajemnicza siła witalna, którą zawierać miały w sobie wszystkie żywe organizmy i której miała być pozbawiona materia nieożywiona.

Teoria atomistyczna a teoria ciągłości materii

Drugim krokiem milowym w powstaniu współczesnej chemii było przyjęcie teorii atomistycznej zaproponowanej w znanej dzisiaj formie przez Johna Daltona na początku XIX w. Teoria ta jednak nie została przyjęta od razu. Niemal przez cały XIX w. środowisko chemików było podzielone na jej zwolenników i przeciwników. Do najbardziej znanych przeciwników teorii atomistycznej zaliczali się: Wilhelm Ostwald i Ernst Mach, którzy rozwijali teorię ciągłej struktury materii i bardzo energicznie zwalczali "nienaukową wiarę w istnienie atomów". Teoria ciągłości materii była paradygmatem chemii prawie do początków XX w., mimo, że wiele badań (prowadzonych m.in przez Amedeo Avogadro i Ludwiga Boltzmanna) dowodziło, że jednak atomy istnieją. Twierdza paradygmatu ciągłości struktury materii została ostatecznie obalona dopiero przez eksperymenty Jean Perrina, dowodzące bez żadnych wątpliwości atomowego wyjaśnienia natury ruchów Browna, dokonanego przez Alberta Einsteina.

Układ okresowy i pełen rozwój teorii atomistycznej

Kolejnym, kluczowym punktem w rozwoju chemii była też koncepcja układu okresowego pierwiastków zaproponowania równolegle przez Dmitrija Mendelejewa i Lothara Meyera w roku 1870. Układ ten umożliwił Mendelejowi przewidywać własności jeszcze nie odkrytych dotąd pierwiastków chemicznych takich jak german (nazwany przez Mendelejewa ekakrzemem), gal i skand, które następnie jeszcze za jego życia odkrywano, potwierdzając słuszność jego wniosków.
W pierwszej połowie XX w. paradygmatem chemii "zatrzęsło" odkrycie subetelnej struktury budowy atomu - w szczególności odkrycie istniena jądra atomu przez Ernesta Rutherforda w 1911 r, oraz odkrycie zależności między liczbą atomową a strukturą powłok elektronowych przez Henryego Moseleya w 1913 r, które ostatecznie wyjaśniły dlaczego własności chemiczne pierwiastków zależą od miejsca zajmowanego w układzie okresowym. Częściowo na bazie tych dokonań, a także zastosowania teorii kwantów Maxa Plancka, w 1914 r Niels Bohr zaproponował pierwszy model orbitalnej struktury atomu wodoru.
Kolejnym wstrząsem, który nastąpił niemal zaraz, bo w latach '30 XX w było zaadaptowanie dokonań mechaniki kwantowej do zrozumienia natury własności chemicznych pierwiastków i ich zdolności do tworzenia wiązań chemicznych. Połączenie zasady nieoznaczoności Wernera Heisenberga (1927) z zakazem Pauliego (1924) oraz równaniem Schrödingera (1927) doprowadziło do powstania kompletnej teorii orbitali atomowych, a później cząsteczkowych, które w dużym stopniu wyjaśniły mechanizm powstawania i naturę wiązań chemicznych.

Rozwój współczesnych działów chemii

Od końca II wojny światowej rozpoczął się, trwający do dzisiaj proces powstawania nowych, interdyscyplinarnych gałęzi chemii, który jest charakterystyczny nie tylko dla chemii ale ogólnie dla wszystkich nauk przyrodnicznych. Oprócz takich tradycyjnych działów jak chemia organiczna, chemia nieorganiczna, chemia fizyczna i chemia analityczna, zaczęły powstawać kierunki badań łączące razem dokonania działów tradycyjnych, aby je wykorzystać w ściśle określonych celach. Kierunki te łączą też zwykle dokonania chemii z innymi naukami przyrodnicznymi.

Biochemia

Być może pierwszym tego rodzaju interdyscyplinarnym kierunkiem badań stała się biochemia, W 1953 r. Francis Crick, James Watson i Rosalind Franklin odkryli strukturę i ogólną zasadę działania DNA, które to odkrycie otworzyło drogę do współczesnych dokonań biochemii, inżynierii genetycznej i biotechnologii. Obecnie wszystkie dziedziny badań z przedrostkiem bio- należą do najszybciej rozwiającego się obszaru badań chemicznych, gdyż stanowią podstawę przyszłego rozwoju rolnictwa i medycyny.

Polimery

Innym tego rodzaju kierunkiem badań są badania nad otrzymaniem nowych materiałów, w ramach którego współpracują chemicy i fizycy ciała stałego. Niewątpliwie największą grupę materiałów o niespotykanych w naturze własnościach stanową syntetyczne polimery. Pierwszy tego rodzaju materiał, który znalazł praktyczne zastosowane na większą skalę był bakelit, otrzymany przez Leo Baekelanda w 1907 r. Chemia polimerów rozwinęła się jednak na dobre dopiero po II wojnie światowej. Odkryciem które otworzyło drogę do masowego zastosowania tworzyw sztucznych opartych na polimerach, było opracowanie przez Karla Zieglera i Giulio Nattę w 1951 r (Nagroda Nobla w 1963 r.), katalizatorów Ziglera-Natty, które umożliwiły masową i tanią produkcję polietylenu i polipropylenu z pochodnych ropy naftowej.

Katalizatory metaloorganiczne

Bardzo ważnym kierunkiem badań, często niedocenianym, ale bez którego istnienie współczesnego przemysłu chemicznego byłoby nie do pomyślenia są związki metaloorganiczne i inne organiczne związki kompleksowe, które stanowią pomost między chemią organiczną i nieorganiczną. Odgrywają one ogromną rolę, jako katalizatory wielu reakcji chemicznych prowadzonych w wielkiej skali, których produkty stanowią podstawę całego przemysłu chemicznego. Pierwszy katalizator tego typu, został na masową skalę zastosowany przez Otto Roelena w 1938 r, w reakcji hydroformylowania, prowadzącej do otrzymania aldehydu octowego z gazu syntezowego i etylenu. Dopiero jednak badania Ernsta Fischera i Geoffreya Wilkinsona (Nagroda Nobla w roku 1973) doprowadziły do pełnego zrozumienia działania tych katalizatorów i otworzyły drogę do projektowania ich struktury do konkretnych celów.

Sterochemia i synteza asymetryczna

Kolejnym bardzo ważnym kierunkiem badań jest stereochemia i powiązana z nią synteza asymetryczna. Mimo, że początków stereochemii można dopatrywać się już w połowie XIX w. (odkrycie dwóch form enancjomerycznych kwasu winowego przez Pasteura w 1850) to jednak faktyczny rozwój tej dziedziny, umożliwiający przemysłową produkcję czystych enancjomerycznie leków i innych biologicznie aktywnych związków chemicznych, rozpoczął się w latach '60 XX w. Do największych dokonań można tu zaliczyć opracowanie teoretycznych podstaw asymetrycznej katalizy enzymatycznej, za co John Warcup Cornforth i Vladimir Prelog otrzymali Nagrodę Nobla w 1975 r.

Chemia supramolekularna i nanotechnologia

Jednym z najnowszych kierunków badań jest chemia supramolekularna, której dokonania przenoszą chemię w nowy wymiar materiałów nie opartych wyłącznie na własnościach pojedynczych związków chemicznych, lecz na złożonych, samoorganizujących się układach międzycząsteczkowych. Układy te stanowią podstawę nanotechnologii i znajdują zastosowania jako nowe materiały, o precyzyjnie kontrolowanych własnościach fizycznych - od mikromaszyn po sztuczne układy zdolne do samoreprodukowania się na wzór żywych organizmów. Za osoby, które stworzyły ten dział badań uważa się zwykle Donalda J. Crama, Jean-Marie Lehna i Charlesa J. Pedersena (Nagroda Nobla 1987).

Techniki analityczne

Na koniec warto wspomnieć, że większość opisanych powyżej dokonań współczesnej chemii nie byłoby możliwe bez rozwijania nowych technik analitycznych. Badania nad rozwojem nowych technik mają prawie zawsze charakter interdyscyplinarny i angażują zwykle zespoły złożone z fizyków kwantowych, chemików i biologów molekularnych. Do technik, bez których współczesna chemia byłaby nie do pomyślenia można zaliczyć m.in:

Teoretyczna chemia kwantowa

Bardzo obiecującym kierunkiem badań, choć jak dotąd nie dającym żadnych wyników przekładających się na praktykę przemysłową, jest teoretyczna chemia kwantowa. Zajmuje się ona samymi podstawami chemii i jej celem ostatecznym jest możliwość precyzyjnego przewidywania własności fizycznych, chemicznych i biologicznych związków chemicznych, wyłącznie na podstawie ich struktury. Gdyby rzeczywiście udało się ten cel osiągnąć rola pozostałych chemików zostałaby sprowadzona do szukania sposobów otrzymywania związków "zaprojektowanych" przez teoretyków. Przyszłość pokaże, czy chemia kwantowa rzeczywiście kiedykolwiek osiągnie taki etap rozwoju. Badania na tym polu były bardzo długo traktowane podejrzliwie przez społeczność chemików i wiele z kluczowych osiągnięć na tym polu nie zostało nigdy docenionych Nagrodą Nobla. Dopiero w 1988, za wieloletnie badania na tym polu Nagrodą Nobla zostali uhonorowaniu Walter Kohn i John A. Pople.
Zobacz też:
Materiał wydrukowany z portalu zgapa.pl dnia 2021-08-05 23:28:21