Chemia

Antoine Lavoisier

Antoine Laurent de Lavoisier (ur. 26 sierpnia 1743 w Paryżu, zm. 8 maja 1794 tamże) – francuski fizyk i chemik, stracony na gilotynie w wyniku wyroku Trybunału Rewolucyjnego Republiki Francuskiej.

Sformułował pierwszą wersję prawa zachowania masy, wykazał, że tlen jest niezbędny przy spalaniu oraz w procesie produkcji kwasów (1778, stąd nazwa kwasoród), udowodnił nieprawdziwość teorii flogistonu i przyczynił się do zreformowania nomenklatury chemicznej.

Uczęszczał do College Mazarin, gdzie studiował chemię, botanikę, astronomię i matematykę. Jego pierwsze prace dotyczące chemii opublikowano w 1764 r. W 1767 r. pracował jako geolog w Alzacji i Lotaryngii. Został wybrany członkiem Francuskiej Akademii Nauk w 1768 r. W roku 1771 ożenił się z trzynastoletnią wówczas Marie-Anne Pierrette Paulze, która tłumaczyła dla niego z angielskiego i ilustrowała jego książki. Od 1775 r. służył w administration royale des poudres, gdzie jego praca doprowadziła do ulepszeń w produkcji prochu strzelniczego i wynalezienia nowej metody produkcji saletry.

Najważniejsze eksperymenty Lavoisiera dotyczyły natury zapłonu i spalania. Ukazały one, że wymienione procesy polegają na łączeniu się substancji z tlenem. Udowodnił on także, że tlen odgrywa kluczową rolę przy oddychaniu zwierząt i roślin oraz w procesie rdzewienia metali. Wyjaśnienia Lavoisiera uchyliły teorię flogistonu, która postulowała, że materiały podczas spalania uwalniają substancję zwaną flogistonem. Odkrył on także, że wodór (hydrogenium, z gr. – tworzący wodę) w połączeniu z tlenem tworzy wodę. W Sur la combustion en general (O zapłonie, 1777) i Considérations Générales sur la Nature des Acides (Rozważania o naturze kwasów, 1778) ukazał, że "powietrze" będąc składnikiem procesu spalania jest także źródłem kwasowości. W 1779 "powietrze" odpowiedzialne za spalanie nazwał tlenem (oxygenium, z gr. – tworzący kwasy), a pozostałą cześć powietrza nazwał azotem (z gr. bez życia). W Reflexions sur le Phlogistique (Refleksje nad flogistonem, 1783), Lavoisieur wykazał niespójność teorii flogistonu.

Eksperymenty Lavoisiera należały do pierwszych, w których stosowano metodę ilościową. Pokazał on, że mimo zmian stanu materii podczas reakcji, jej ilość (masa) jest taka sama przed i po reakcji chemicznej. Spalając fosfor i siarkę zauważył, że produkt reakcji ważył więcej niż jej substraty. Wykazał, że nadwyżka wagi jest rekompensowana ubytkiem masy powietrza. Te eksperymenty dały podstawę do sformułowania prawa zachowania masy. Lavoisier badał także skład chemiczny wody, której składniki nazwał tlenem i wodorem. We współpracy z Francuskim uczonym Claude-Louisem Bertholletem Lavoisier skomponował chemiczną nomenklaturę (Méthode de nomenclature chimique, 1787). Nazewnictwo w dużej części jest wykorzystywane także współcześnie, jak np.: kwas siarkowy, siarczany.

Jego dzieło Traité Élémentaire de Chimie (Elementarne zagadnienia chemii (1789) jest uważane za pierwszy nowoczesny podręcznik chemii, zawiera ono podglądy Lavoisiera na teorie chemiczne, formułuje prawo zachowania masy i zaprzecza istnieniu flogistonu. Lavoisier precyzuje także pojęcie pierwiastka, definiując go jako substancję prostą, która nie może być rozbita na składniki żadną metodą analizy chemicznej. Sformułował także teorię o łączeniu się pierwiastków w związki chemiczne. Podręcznik zawiera także listę następujących pierwiastków: tlen, wodór, azot, fosfor, rtęć, cynk i siarka. Lista zawierała także światło i ciepło, które Lavoisier także uważał za substancje.

Duże znaczenie w życiu Lavoisiera miało zainteresowanie prawem, które prowadziło do zainteresowania się polityką. W wieku 26 lat uzyskał stanowisko poborcy podatkowego w Ferme Generale, prywatnym przedsiębiorstwie zajmującym się poborem podatków, gdzie próbował wprowadzić zmiany we francuskim systemie finansowym i podatkowym. Pracując dla rządu opracowywał system miar mający zapewnić uniformizację wag w całej Francji. Jako jeden z 28 francuskich poborców podatkowych został okrzyknięty przez rewolucjonistów zdrajcą i zgilotynowany w Paryżu w roku 1794. Miał wówczas 51 lat.

Komentarze (0) 17.07.2009. 12:08

Działy chemii

Chemia jest tradycyjnie dzielona na kilka działów. Współcześnie uważa się, że podział ten jest nieco sztuczny, ale utrzymuje się on ze względów praktycznych i edukacyjnych.

W podręcznikach chemii, zarówno akademickich jak i szkolnych, chemię dzieli się zwykle na:

* nieorganiczną - zajmującą się wszystkimi związkami występującymi w tzw. materii nieożywionej,
* organiczną - zajmującą się związkami zawierającymi w swojej strukturze atom węgla (z kilkoma wyjątkami),
* analityczną - zajmująca się badaniem składu, stężenia i struktury pierwiastków i związków chemicznych,
* fizyczną - obejmująca wszystkie zjawiska na pograniczu chemii i fizyki.

Działy interdyscyplinarne

Na pograniczu poszczególnych tradycyjnych działów chemii, a także chemii i innych nauk przyrodniczych powstają liczne interdyscyplinarne kierunki badań. Współcześnie te interdyscyplinarne dziedziny są najbardziej żywotną i najszybciej rozwijającą się częścią chemii.

Na pograniczu różnych działów chemii powstały m.in.:

* chemia supramolekularna - zajmująca się strukturami "nadcząsteczkowymi"
* chemia metaloorganiczna - zajmująca się związkami pośrednimi między organicznymi i nieorganicznymi

Na pograniczu chemii i innych nauk powstały:

* biochemia i biologia molekularna - stanowiące podstawę współczesnej biologii
* geochemia i astrochemia - nauki o podstawach chemicznych przemian zachodzących w skorupie ziemskiej

Komentarze (0) 17.07.2009. 12:02

Podstawowe pojęcia

Atom, cząsteczka, wiązanie chemiczne

Atom jest współcześnie podstawowym pojęciem w chemii. Składa się on z jądra atomowego i chmury elektronów. O ile jądro jest domeną fizyki jądrowej, o tyle zachowanie i natura chmury elektronowej jest domeną chemii, gdyż decyduje o zdolności atomów do łączenia się w większe obiekty, zwane cząsteczkami. Cząsteczka bowiem to grupa atomów, które są trwale powiązane przez wymianę elektronów z powłoki walencyjnej, czyli najbardziej odległej od jądra. Na skutek tej wymiany powstają trwałe wiązania chemiczne.

Pierwiastek, indywiduum chemiczne, mieszaniny

Wg klasycznej definicji pierwiastek chemiczny to taka substancja, której metodami chemicznymi nie da się dalej rozłożyć. Koncepcja pierwiastka wywodzi się wprost z alchemii. Podstawowym dokonaniem Roberta Boyle'a było jednak zerwanie z alchemiczną tradycją, w ramach której wierzono, że tych pierwiastków jest od 3 do 7, przy czym ich lista powstawała z rozważań teoretycznych, a nie na podstawie danych eksperymentalnych. Współcześnie wiadomo, że pierwiastków jest ponad 100, i że poszczególne pierwiastki są tworzone przez atomy, które mają w jądrze jednakową liczbę protonów.

Indywiduum chemiczne to z kolei substancja, w której występuje jeden rodzaj molekuł. Jeśli molekuły te są nienaładowanymi cząsteczkami, nie posiadającymi niesparowanych elektronów to wówczas indywidua te nazywa się związkami chemicznymi. Związek chemiczny to zatem substancja, która składa się z jednego rodzaju cząsteczek.

Inne indywidua chemiczne to:
* jony - czyli molekuły posiadające ładunek elektryczny
* rodniki - czyli nietrwałe zwykle molekuły posiadające przynajmniej jeden niesparowany (nieparzysty) elektron.

Oprócz czystych pierwiastków i związków chemicznych w naturze występują ich różnorakie mieszaniny. W zależności od tego czy mieszaniny te można rozdzielić mechanicznie, czy też wymaga to bardziej złożonych operacji fizyko-chemicznych rozróżnia się:

* roztwory i
* mieszaniny niejednorodne, takie jak koloidy, zole, żele, pasty, piany, zawiesiny i inne.

Reakcje chemiczne

Reakcja chemiczna to proces powstawania lub zrywania wiązań chemicznych, na skutek których powstają lub rozpadają się cząsteczki. Zwykle reakcje chemiczne mają dość złożony przebieg, tzn. są sumą wielu następujących po sobie lub odbywających się jednocześnie aktów zrywania i powstawania wiązań. Opisy sumarycznego przebiegu reakcji nazywają się równaniami, natomiast pełen opis wszystkich aktów zrywania i powstawania wiązań chemicznych jest nazywany jej mechanizmem.

Wzory chemiczne

Strukturę cząsteczek i innych indywiduów chemicznych zapisuje się w postaci specjalnych wzorów, które tworzy się stosując specjalną symbolikę. W znacznym uproszczeniu, na symbolikę tę składają się:

* symbole pierwiastków - przyjmujące postać jedno-trzyliterowych skrótów ich nazw - reprezentujące atomy występujące w cząsteczkach
* symbole wiązań chemicznych - przyjmujące postać kresek, łączących symbole pierwiastków - każda pojedyncza kreska oznacza uwspólnioną parę elektronową.

Wzory poszczególnych cząsteczek chemicznych można zestawiać w równania, które w poglądowy sposób przedstawiają przebieg reakcji chemicznych. Konwencja pisania równań polega na umieszczaniu substratów po lewej, produktów po prawej stronie równania i łączenie ich różnego rodzaju strzałkami symbolizującymi rodzaj danej reakcji.

Mole, stężenia i stechiometria

Podstawową jednostką stosowaną w chemii jest mol. Jest to jednostka liczności materii, czyli stosunku liczby cząstek znajdujących w określonej masie lub objętości danej substancji chemicznej do liczby atomów obecnych w 12 g czystego izotopu węgla 12C.

Mol, razem z równaniami reakcji chemicznych, stanowi podstawę obliczeń stechiometrycznych, których zasady umożliwiają dokładne ustalenie jaka masa lub objętość jednego związku może przereagować z drugim związkiem. Teoretyczną podstawą tych obliczeń jest prawo działania mas oraz koncepcja współczynnika stechiometrycznego.

Koncepcja stężenia, rozumianego jako molowy lub procentowy udział związków chemicznych w mieszaninie, umożliwia z kolei dokonywanie analogicznych obliczeń ilości reagujących substancji, nawet gdy nie są one jednorodne.

Energia

Energia odgrywa istotną rolę, zarówno w trwałości związków chemicznych jak i w przebiegu reakcji. Zagadnieniami energetycznymi związanymi ze zjawiskami badanymi przez chemię zajmuje się chemia fizyczna. W ramach tej nauki, wywodzącej się z termodynamiki i kinetyki stworzono szereg pojęć i wielkości służących opisowi zagadnień energetycznych, odnoszących się do związków i reakcji chemicznych.

Są to m.in.:
* Energia wiązania chemicznego - czyli najmniejsza energia potrzebna do jego rozerwania.
* Entalpia reakcji chemicznej - będąca miarą efektu cieplnego reakcji chemicznej, zachodzącej pod stałym ciśnieniem,
* Energia swobodna reakcji chemicznej - będąca miarą "skłonności" do zajścia reakcji w danych warunkach,
* Energia aktywacji - czyli minimalna energia potrzebna do zajścia danej reakcji.

Komentarze (0) 17.07.2009. 11:58

Koniec alchemii początkiem chemii

Wiek XVII to zmierzch alchemii. Ukazało się w tym okresie (1604 rok) specjalistyczne dzieło wydane przez edytora Johanna Thölde pod tytułem Triumfalny wóz Antymonu autorstwa prawdopodobnie nieistniejącego mnicha Bazylego Walentyna. Książka traktuje o antymonie, jego związkach i ich medycznym zastosowaniu. Ponoć ostatnim eliksirem życia był otrzymany przez Johanna R. Glauberta (1604-1668) siarczan(VI) sodu. Uczony ten opisał sposób wytwarzania kwasu solnego przez działanie kwasem siarkowym(VI) na chlorek sodu. W wyniku tego procesu uzyskał Na2SO4*2H2O i odkrył jego działanie przeczyszczające. Glaubert nazwał tę sól sal mirabile (cudowna) i twierdził, że jest to lek na wszelkie dolegliwości czyli tak poszukiwany przez alchemików panaceum. Jednym z ostatnich alchemików był niemiecki uczony Hennig Brand, który poszukując metody uzyskania kamienia filozoficznego z moczu w roku 1669 wyodrębnił czysty fosfor. Było to na 5-10 lat wcześniej przed odkryciem pierwiastka przez Roberta Boyle.

Często przyjmuje się, że historia chemii jako nauki i koniec alchemii rozpoczął się od wydania przez Roberta Boyle'a dzieła The Skeptical Chymist (1661), w którym wyraźnie rozgraniczył on chemię jako naukę od przednaukowych badań alchemicznych. Kluczowe znaczenie tej pracy polegało na postulacie wyraźnego oddzielenia opisu wyniku prowadzonych badań i wynikających z tych badań bezpośrednich wniosków od ich filozoficzno-ezoterycznych interpretacji. Trzeba jednak zaznaczyć, że od tego czasu bardzo długo jeszcze w chemii występowała wiara w sztuczne byty "filozoficzne", wywodzące się wprost z alchemii takie jak flogiston czy siła witalna.

Dziś wiele zawdzięczamy alchemikom, którzy zdecydowani popchnęli do przodu naukę odkrywając wiele pierwiastków oraz substancji.

Komentarze (0) 17.07.2009. 11:44

Historia chemii

Początki chemii sięgają starożytności, kiedy to z ogólnych rozważań filozoficznych wyłoniła się alchemia, której przedstawiciele działali jeszcze na początku XIX wieku.

Za "ojców" współczesnej chemii, uważa się zwykle Roberta Boyle'a (1661), Antoine Lavoisiera (1787) i Johna Daltona (1808), którzy radykalnie rozgraniczyli badania z użyciem metody naukowej od dawnych poszukiwań kamienia filozoficznego.

Kamieniami milowymi odkryć chemicznych do początków XX wieku były:

* Stworzenie jasnej koncepcji pierwiastka chemicznego, jako substancji, której nie można rozłożyć metodami chemicznymi, wprowadzonej przez Roberta Boyle'a (1689)
* Rozpowszechnienie prawa zachowania masy przez Antoine Lavoisiera
* Stworzenie współczesnej koncepcji atomowej przez Johna Daltona (1808)
* Odkrycie prawa okresowości i skonstruowanie układu okresowego pierwiastków przez Dmitrija Mendelejewa (ok. 1869)
* Porzucenie koncepcji siły życiowej po otrzymaniu mocznika przez Friedricha Wöhlera (1828)
* Odkrycie subtelnej budowy atomu przez Ernesta Rutherforda w latach 1911-1920
* Stworzenie podstaw chemii kwantowej przez Heisenberga, Schrödingera i Pauliego w latach 20. XX w.

Komentarze (0) 17.07.2009. 11:38