История развития аналитической химии

Министерство образования и молодежной политики Ставропольского края 
ГБОУ ВПО 
«Ставропольский государственный педагогический институт» 
Факультет искусств 
Кафедра изобразительного искусства 

 

 

 

Реферат по естествознанию на тему: 
«История развития аналитической химии» 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:  
студентка группы И5И 

 

 

 

 

 

г. Ставрополь, 2014-2015гг.

Введение.

1.Основные этапы  развития химии.  
1.1. История алхимии. 
1.2. Возникновение и развитие научной химии. 
2. Историческая справка и основные положения аналитической химии. 
2.1. История развития аналитической химии. 
2.2. Предмет и задачи аналитической химии.  
2.3. Значение аналитической химии. 
Заключение. 
Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

      Практически ежедневно каждый человек может наблюдать, как те или иные вещества подвергаются различным изменениям: железный предмет под воздействием влаги покрывается ржавчиной, опавшие листья постепенно истлевают, превращаясь в перегной и т.д. Результат этих изменений – появление новых веществ с совершенно иными свойствами. Такого рода процессы называются химическими явлениями, при которых из одних веществ образуются другие, новые вещества, а наука, изучающая превращения веществ, называется химией. 
     Химия — одна из важнейших и обширных областей естествознания. Это наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходящих в результате химических реакций, а также фундаментальных законах, которым эти превращения подчиняются. Поскольку все вещества состоят из атомов, которые благодаря химическим связям способны формировать молекулы, то химия занимается в основном изучением взаимодействий между атомами и молекулами, полученными в результате таких взаимодействий. 
     Содержательный подход к истории химии основывается на изучении того, как изменялись со временем теоретические основы науки. Вследствие изменений в теориях на всём протяжении существования химии постоянно менялось её определение. Химия зарождается как «искусство превращения неблагородных металлов в благородные»; Менделеев в 1882 г. определяет её как «учение об элементах и их соединениях». Определение из современного школьного учебника в свою очередь значительно отличается от менделеевского: «Химия – наука о веществах, их составе, строении, свойствах, взаимных превращениях и законах этих превращений». 
      Следует отметить, что изучение структуры науки мало способствует созданию представления о путях развития химии в целом: общепринятое деление химии на разделы основано на целом ряде различных принципов.

1. Основные этапы  развития химии

1.1. История алхимии

Алхимия – это донаучный период в развитии химии, начавшийся в Александрии в III – IV веках н.э. и продолжавшийся в Западной Европе до начала XVI века. Слово «алхимия» происходит от арабского alchimia, имеет прямое отношение к греческому «хьюмос», «химевкис» — лить, что говорит о связи алхимии с искусством плавки и литья металлов, или еще от «хеми» — черная земля – древнее название Египта, место возникновения алхимии. 
    Возникновение алхимии связывают зачастую с так называемым Алхимическим периодом IV–XVI вв., который характеризуется развитием как практической, так и ремесленной химии, здесь и берет свое начало история алхимии. 
    Алхимики открывали или усовершенствовали способы получения различных соединений и смесей, улучшали или создавали новые лабораторные приборы и т.д. В лабораториях алхимики разрабатывали многие химические процессы, такие как: кристаллизация, фильтрование, перегонка воды и спирта, сублимация, получение эфирных масел, получение лекарственных средств. 
    Египет был основным звеном в начале развития алхимии. Есть сведения, что уже XIII в. до н.э. египтяне подробно изучили изготовление различных сплавов, похожих на золото и серебро, и эти знания применялись в изготовлении монет. В то время считалось что ртуть и сера, основные составляющие всех металлов. Что примечательно египтяне были первыми получившие нашатырь. Хорошо известен арабский алхимик Джабир ибн Хайян (ок. 721 – ок.815 гг.), который был известен в Европе как Гебер, в своих сочинениях описывал практические операции: растворения, перегонки, возгонки, кристаллизации, методы получения азотной кислоты, нашатыря, азотнокислого серебра, окраски тканей, выплавки металлов и др. 
     Развитие алхимии постепенно распространяется в Испанию, Францию, Италию, Англию, Германию. Здесь и начинается накопление знаний о лечебных свойствах различных веществ – от минеральных солей до вытяжек из растений или тканей животных. Занимающихся этим делом людей называли аптекарями. Здесь же на западе широко развивается практическая и прикладная химия, создаются новые лабораторные приборы и реализуются совершенно новые опыты, начинается изучение зависимости свойств веществ от их состава. 
    Таким образом, алхимия оказала огромное влияние на развитие медицины и фармации в эпоху феодализма. Западноевропейская алхимия увеличила знания о многих химических соединениях, выявив лучшие способы получения одних и впервые открыв другие. В то время положено начало для получения продуктов брожения (уксус, вино), сюда же относится получение чистого спирта перегонкой крепких вин. Перегонные аппараты появились в Италии с IX века и широко распространились в других странах. Были получены серная, азотная, соляная кислоты, соединения ртути, царская водка, сера; открыты эфир, фосфор и др. Отсюда и пошло зарождение научной химии.

1.2. Возникновение  и развитие научной химии. 
От алхимии к научной химии.  

   Во второй половине ХVII в. алхимическая традиция постепенно исчерпывает себя. В течение более чем тысячи лет алхимики исходили из уверенности в неограниченных возможностях превращений веществ, в том, что любое вещество можно превратить в любое другое вещество. И хотя на полутора тысячелетнем пути  развития алхимии были получены отдельные положительные результаты (описание  многих химических превращений, открытие некоторых веществ, конструирование приборов, химической посуды, аппаратов и др.), тем не менее главные цели, которые ставили перед собой алхимики (искусственное получение золота, серебра, «философского камня», гумункулуса и др.), оказались недостижимыми. Все более укреплялось представление о том, что существует некоторый предел,

граница взаимопревращения веществ. Этот предел определяется составом

химических веществ. В XVII-XVIII вв. химия постепенно становится наукой о качественных изменениях тел, происходящих в результате изменения их состава (состав → свойства → функции). Все это происходит на фоне развития технической химии (металлургия, стеклоделие, производство керамики, бумаги, спиртных напитков) (в трудах Г. Агриколы, И. Глаубера, Б. Палисси и др.) и открытия новых химических веществ. Начиная с ХV в. представление о мире химических веществ, соединений быстро

расширяется. Были открыты новые металлы (висмут, платина и др.), вещества с замечательными свойствами (например, фосфор). Развитие ремесла и промышленности обусловливают постоянную потребность в определенных химикалиях - селитре, железном купоросе, серной кислоте, соде, что дает импульс к созданию химических производств, а это в свою очередь стимулирует развитие научной химии. Новому пониманию предмета химического познания способствовало возрождение античного атомизма. Здесь важную роль сыграли труды французского мыслителя П. Гассенди. Он критически воспринимал картезианское понимание материи, теорию вихрей Декарта, считая, что будущее естествознания связано с программой

атомизма. Гассенди возрождает представление о том, что вечная и бесконечная Вселенная состоит из постоянно движущихся атомов (различной формы, размеров, неизменных, неделимых и т.д.) и пустоты, которая является условием возможности движения атомов и тел. Причем, если Декарт считал, что материя сама по себе пассивна и движение вносится в нее извне, богом, то Гассенди считает материю активной. По его мнению, «атомы обладают и энергией, благодаря которой движутся или постоянно стремятся к движению». В этом Гассенди идет значительно дальше античных атомистов. Весьма важным в учении Гассенди было формулирование понятия молекулы, что имело конструктивное значение для становления научной химии. Развитие и конкретное приложение идей атомизма к химии осуществил Р. Бойль, который считал, что химия должна быть не служанкой ремесла или медицины, а самостоятельной наукой. Бойль исходил из представления о том, что качественные характеристики и превращения химических веществ могут быть объяснены с помощью понятия о движении, размерах, форме и расположении атомов. Он был нa пути к научно обоснованному определению химического элемента как предела разложения вещества с данными свойствами. Бойль разрабатывает не только теоретические, но и экспериментальные основы химии, обосновывает метод химического эксперимента. В химическом эксперименте, с точки зрения Бойля, главное то, что исследователь не может заранее предсказать, как поведут себя вещества в той или иной химической реакции. Химический эксперимент призван прежде всего заставить природу выдать ее тайны, а не подтверждать те или иные теоретические гипотезы. В трудах Бойля заложены основы аналической химии (качественный анализ, применение

различных индикаторов (например, лакмус) для распознавания веществ и др.).  

      Лавуазье: революция в химии.

Центральная проблема химии XVIII в. - проблема горения. Вопрос состоял в

следующем: что случается с горючими веществами, когда они сгорают в воздухе? Для объяснения процессов горения И. Бехером и его учеником Г. Э. Шталем была предложена теория флогистона. Флогистон - это некоторая невесомая субстанция, которую содержат все горючие тела и которую они утрачивают при горении. Тела, содержащие большое количество флогистона, горят хорошо; тела, которые не загораются, являются дефлогистированными. Эта теория позволяла объяснять многие химические процессы и предсказывать новые химические явления. В течение почти всего ХVIII в. она прочно удерживала свои позиции, пока Лавуазье в конце XVIII в. (опираясь на открытия К.В. Шееле сложного состава воздуха и Дж. Пристли кислорода, 1774) не разработал кислородную теорию горения. Лавуазье показал, что все прежде считавшиеся хаотическими явления в химии могут быть систематизированы и сведены в закон сочетания элементов, старых и

новых. К уже установленному до него списку элементов (металлы, углерод, сера и фосфор) он добавил новые - кислород, который вместе с водородом входит в состав воды, а также и другой компонент воздуха - не поддерживающий жизни азот. В соответствии с новой системой химические соединения делились в основном на три категории: кислоты, основания, соли. Таким образом, Лавуазье рационализировал химию и объяснил причину большого разнообразия химических явлений: она заключается в материальном различии химических элементов и их соединений.

Лавуазье раз и навсегда покончил со старой алхимической номенклатурой,

основанной на случайных ассоциациях - «винное масло», «винный камень»,

«свинцовый сахар» и др. Он ввел (при активном участии К.Л. Бертолле) новую. Новая номенклатура исходила из того, что каждое химическое вещество должно иметь одно определенное название, характеризующее его функции и состав. Например, оксид калия состоит из калия и кислорода, хлорид натрия - из натрия и хлора, сульфид водорода - из водорода и серы, и т.д. Кроме того, Лавуазье поставил вопрос и о количествах, в которых сочетаются различные элементы между собой, и с помощью закона сохранения материи привел  химию к представлению о необходимости количественного выражения пропорций, в которых сочетались элементы.

С помощью ряда великолепно задуманных и проведенных экспериментов Лавуазье смог также показать, что живой организм действует точно таким же образом, как и огонь, сжигая содержащиеся в пище вещества и высвобождая энергию в виде теплоты. Таким образом, Лавуазье осуществил научную революцию в химии: он превратил химию из совокупности множества не связанных друг с другом рецептов, подлежавших изучению один за одним, в общую теорию, основываясь на которой можно было не только объяснять все известные явления, но и предсказывать новые.       

     Победа атомно-молекулярного учения.

Следующий важный шаг в развитии научной химии был сделан Дж. Дальтоном, ткачом и школьным учителем из Манчестера. Изучая химический состав газов, он исследовал весовые количества кислорода, приходящиеся на одно и то же весовое количество вещества (например, азота) в различных по количественному составу окислах, и установил кратность этих количеств, например, в пяти окислах азота (N2

O, NO, N2Оз, NО2 и N2O5) количество кислорода на одно и то же весовое количество азота относится как 1:2:3:4:5. Так был открыт закон кратных отношений. Дальтон правильно объяснил этот закон атомным строением вещества и способностью атомов одного вещества соединяться с различным количеством атомов другого вещества. При этом он ввел в химию понятие атомного веса. И тем не менее в начале XIX в. атомно-молекулярное учение в химии с трудом пробивало себе дорогу. Понадобилось еще полстолетия для его окончательной победы. На этом пути был сформулирован ряд количественных законов (закон постоянных отношений Пруста, закон объемных отношений Гей-Люссака, закон Авогадро, согласно которому при одинаковых условиях одинаковые объемы всех газов содержат одно и то же число молекул), которые получали объяснение с позиций атомно-молекулярных представлений. Для экспериментального обоснования

атомистики и ее внедрения в химию много усилий приложил Й.Я.Берцелиус.

Окончательную победу атомно-молекулярное учение (и опирающиеся на него способы определения атомных и молекулярных весов) одержало на 1-м

Международном конгрессе химиков (1860).

    В 50-70-е гг. XIX в. на основе учения о валентности и химической связи была разработана теория химического строения (А.М. Бутлеров, 1861), которая обусловила огромный успех органического синтеза и возникновение новых отраслей химической промышленности (производство красителей, медикаментов, нефтепереработка и др.), а в теоретическом плане открыла путь построению теории пространственного строения органических соединений – стереохимии (Дж.Г. Вант-Гофф, 1874). Во второй половине XIX в. Складываются физическая химия, химическая кинетика - учение о скоростях химических реакций, теория электролитической диссоциации, химическая термодинамика. Таким образом, в химии XIX в. сложился новый общий теоретический подход - определение свойств, химических веществ в зависимости не только от состава, но и от структуры. Развитие атомно-молекулярного учения привело к идее о сложном строении не только молекулы, но и атома. В начале XIX в. эту мысль высказал английский

ученый У. Праут, исходя из результатов измерений, показывавших, что атомные  веса элементов кратны атомному весу водорода. На основе этого Праут предложил гипотезу, согласно которой атомы всех элементов состоят из атомов водорода. Новый толчок для развития идеи о сложном строении атома дало великое открытие Д. И. Менделеевым (1869) периодической системы элементов, которая наталкивала на мысль о том, что атомы не являются неделимыми, что они обладают структурой и их нельзя считать первичными материальными образованиями.