Химия Начало ХИМИЯ ОПИСЫВАЕТ свойства материи которые

Химия. Начало

ХИМИЯ ОПИСЫВАЕТ свойства материи, которые ОБЪЯСНЯЕТ особенностями её структуры и ПРЕДСКАЗЫВАЕТ на основе выявленных закономерностей.

ХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС Приводит к изменению структуры вещества путём перегруппировки атомов без изменения их ядер.

Х И М И Я Физическая химия Аналитическая химия Радиохимия Фотохимия Термохимия Электрохимия Ядерная химия Квантовая химия Механохимия Ф И З А И К

Х И М И Я Биохимия Фармакология Фитохимия Цитохимия Вирусология Б И О И Л Я О Г

Х И М И Я Геохимия Агрохимия Нефтехимия Петрохимия Химия кристаллов Г Е Ф О И Г Я Р А

Х И М И Я Астрохимия Космохимия А С Т Р О Н О М И Я

Х И М И Я Компьютерное моделирование Химическая технология Квантовая химия М А Т Е М А Т И К А

Аналитическая Аналит ическа я Супрамолек улярна я Супрамолекулярная Кванто вая Квантовая ХИМИЯ Физич еская Физическая Нанох имия Нанохимия Неорга ническ ая Неорганическая Орган ическа я Органическая

Этапы и направления развития химии Различия в свойствах веществ обусловлены: Параметр Примеры Составом Структурой Внешними условиями Временем Н 2 О; С 6 Н 6; С 12 Н 25 ОН Бутан и изобутан Пиррол в кислой и щелочной среде Самоорганизация биомолекул

ИСТОРИЯ И КЛЮЧЕВЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ ХИМИИ

Условные обозначения Ключевые даты День рождения новой науки Открытие нового вещества Аналитическая химия Квантовая и структурная химия Прочие факты

Возникла египетская теория первоначальных сил: восемь элементов хаоса. Около 3000 г. до н. э. Нун и Наунет - вода; Хух и Хаухет - вечность пространства; Кук и Каукет - тьма; Амон и Амаунет - мир невидимый

В Мессопотамии описан первый процесс перегонки Около 1200 г. до н. э.

Эмпедокл сформулировал теорию четырёх стихий и двух взаимодействий 450 г. до н. э.

Фундаментальные взаимодействия

440 г. до н. э. Левкипп и Демокрит сформулировали идею об атоме. Зарождение учения об атомизме.

Атом Наименьшая частица химического элемента, обладающая всеми его свойствами. Предел разложения химического вещества.

Молекулярная масса Масса молекулы, выраженная в а. е. м. (1/12 массы атома 12 C) 1 а. е. м. = 1, 6605402· 10− 27 кг Молярная масса Моль - количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0, 012 кг. Число Авогадро – количество частиц, содержащихся в 1 моле вещества.

Изотопы Атомы и ядра с одинаковым количеством протонов, но разным количеством нейтронов (т. е. , имеющие одинаковый заряд, но разную массу).

Расчёт атомной и молекулярной массы

Квантовые числа n (главное) l (орбитальное) m (магнитное) s (спиновое) Электронная оболочка Подуровень оболочки Атомная орбиталь Полная электронная конфигурация атома Принцип заполнения. Электроны в основном состоянии атома заполняют орбитали в последовательности повышения орбитальных энергетических уровней. Принцип запрета Паули. На любой орбитали может находиться не более двух электронов. Они должны иметь противоположные спины. Правило Хунда. Заполнение орбиталей одной подоболочки начинается одиночными электронами с параллельными спинами, и лишь после того, как одиночные электроны займут все орбитали, может происходить окончательное заполнение орбиталей парами электронов с противоположными спинами.

Атом. Электронная конфигурация Максимальное число электронов на орбитали n рассчитывается по формуле 2 n 2, а на подуровне – по формуле 4 n -2

Экзотические атомы Позитроний Мюоний Протоний

Диалог Платона «Тимей» - первый трактат по химии, в котором впервые вводится понятие «элемент» и размышления о форме частиц. 360 г. до н. э.

Химический элемент Вид атомов с определённым положительным зарядом ядра Простое вещество - форма существования химических элементов в свободном виде

Аллотропия

Аристотель дополнил теорию Эмпедокла пятым элементом – эфиром. 350 г. до н. э.

815 г. Араб Джабир ибн Хайян разработал ранний вариант экспериментального метода исследования в химии и описал множество кислот (хлоридную, азотную, лимонную, уксусную, винную, царскую водку и др. ).

IX – XIII век Опровержение теории Аристотеля о пяти элементах, зарождение принципиально новых теорий и методов исследования

1250 г. Персидский химик Насир ад-Дин Ат-Туси описал раннюю версию закона сохранения массы: «Ничего, кроме материального тела, не может изменяться, и материальное тело не может просто исчезнуть» .

1530 -е г. Парацельс создаёт труды «Парагранум» , «Парамирум» , «Лабиринт заблуждающихся медиков» и др. , в которых закладывает основы ятрохимии – предшественницы фармакологии.

1615 г. Ятрохимик Жан Бегуин опубликовал труд «Tyrocinium Chymicum» , в котором было записано первое уравнение химической реакции

Химические реакции По типу По фазам По тепловому эффекту По направлению Соединения Разложения Замещения Обмена Гомогенные Обратимые Экзотермические Необратимые Гетерогенные Эндотермические

Реакции соединения

Реакции разложения

Реакции замещения

Реакции обмена

1660 г. Издана книга Роберта Бойля «Скептический химик» — трактат о различиях между химией и алхимией, содержащий идеи об атомах, молекулах и химических реакциях. Именно эта дата считается днём рождения современной химии.

1662 г. Роберт Бойль открыл первый газовый закон, позже переоткрытый Э. Мариоттом частный случай объединённого газового закона.

Газовые законы

XVIII - XIX век Открытие новых химических элементов (69 в дополнение к 14 открытым до сих пор) и химических соединений.

1787 г. Антуан Лоран Лавуазье предложил первую номенклатуру химических соединений, которая через 2 года будет описана в «Элементарном трактате по химии» вместе с законом сохранения массы и основами точного количественного расчёта в химии.

Номенклатура химических соединений Простые Сложные Спирты Карбонильные Металлы Неметаллы Карбоновые Полуметаллы Ациклические Циклические кислоты Эфиры Органические Элемент органические Углеводороды Алициклические Непредельные Гетероциклические Ароматические Бинарные Кислоты Амины Предельные Неорганические Основания Соли

1797 г. Жозеф Пруст сформулировал закон постоянства состава: «Всякое химически чистое соединение, независимо от способа его получения, состоит из одних и тех же химических элементов, причем отношения их масс постоянны, а относительные числа их атомов выражаются целыми числами» .

1800 г. Алессандро Вольта создал первый гальванический элемент, положив начало электрохимии.

Жозеф Луи Гей-Люссак установил 1805 г. структуры молекулы воды.

1814 г. Йёнс Якоб Берцелиус подробно изложил систему символов химических элементов, основанную на обозначении элементов одной или двумя буквами латинского названия элемента и представил таблицу атомных весов элементов, приняв атомный вес кислорода равным 100.

1825 г. Фридрих Вёлер и Юстус Либих на примере циановой и фульминовой кислот объяснили явление изомерии, зародив основы структурной химии изомеров.

Изомерия Углеродного скелета Валентная Межклассовая Положения Пространственная Геометрическая Оптическая

1827 г. Вильям Проут классифицировал биомолекулы на углеводы, липиды и белки, положив начало биохими.

Ф. Вёлер и Ю. Либих описали и 1832 г. объяснили понятие функциональной группы и начали изучение химии радикалов.

Радикалы Частица, имеющая в структуре неспаренные электроны.

XIX век Синтез первых органических соединений – мочевины, уксусной и винной кислоты и др.

1849 г. Луи Пастер доказал, что винная кислота является смесью двух оптических изомеров. Зарождение стереохимии.

1852 г. Август Бер заложил основы спектрофотометрии. Зарождение современных физико-химических методов анализа.

ФХМА Хроматографические Термические ГХ ЖХ ТСХ Радиометрические Оптические (спектроскопия) Электрохимические ИК УФ ЯМР ЭПР ТГА ДСК ТМА Кулонометрия Потенциометрия Кондуктометрия

Спектроскопия

1855 г. Бенджамин Силлиман младший провёл важнейшие исследования технологии крекинга нефти. Начало развития нефтехимии.

1856 г. Якуб Натансон синтезировал первый синтетический краситель фуксин, а чуть позже Уильям Генри Перкин получил мовеин.

18591860 г. Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен заложили основы спектроскопии для химического анализа, что позволило им открыть цезий и рубидий. Другие исследователи использовали такую же методику для исследования индия, таллия и гелия.

1861 г. Доклад А. М. Бутлерова «О химическом строении вещества» , в котором были изложены основные принципы теории химического строения – главного закона органической химии.

1. 2. 3. 4. 5. Атомы в молекулах соединены друг с другом согласно их валентности, порядок распределения связей в молекуле называется химическим строением. Изменение этой последовательности приводит к образованию нового вещества с новыми свойствами. Свойства веществ зависят не только от их состава, но и от порядка соединения атомов в молекулах и характера их взаимного влияния. Наиболее сильно влияют друг на друга атомы, непосредственно связанные между собой. Атомы в молекулах оказывают влияние друг на друга и это влияние приводит к химическим изменениям поведения атома. Определить состав и строение химического вещества можно по продуктам химических превращений.

1862 г. Александр Паркес на Международной выставке в Лондоне продемонстрировал первый синтетический полимер паркесин. Начало промышленного производства пластмасс.

1866 г. Фридрих Август Кекулле предложил современную структуру бензола.

Признаки ароматичности Плоская структура Правило Хюккеля: 4 n+2 п-электронов Кольцевой магнитный ток Склонность к реакциям замещения Энергетический выигрыш

1869 г. Д. И. Менделеев опубликовал первый вариант современной периодической таблицы элементов с 66 элементами, расположенными по порядку возрастания атомных масс.

1873 г. Якоб Вант-Гофф и Жозеф Ле Бель, независимо друг от друга создали модель химической связи - теорию асимметрического атома углерода, которая давала физическое объяснения оптической активности хиральных соединений.

Сванте Август Аррениус объяснил электропроводность электролитов наличием ионов. 1883 г.

Ионы Частицы, имеющие электрический заряд за счёт неравного количества протонов и электронов в структуре. По заряду: Положительные (катионы) Ø Отрицательные (анионы) Ø По составу: Простые (Na+, Ca 2+, Cl- , H+) Ø Сложные (SO 42 - , NO 3 -) Ø

1884 г. Герман Фишер предложил структуру пурина — ключевого элемента многих биомолекул, который был синтезирован в 1898 году. Также он начинает работу над химией глюкозы и подобных сахаров.

Анри Ле Шателье предложил принцип, описывающий изменение химического равновесия в ответ на внешнее действие. 1884 г.

Принцип Ле-Шателье При внешнем воздействии на равновесную систему, равновесие смещается в сторону ослабления этого воздействия

1885 г. Масса Евген Гольдштейн в результате опытов с электронно-лучевой трубкой открыл протон. 1, 67*10− 27 кг Время жизни > 2, 9*1029 лет Электрический заряд +1 Спин 1/2 Изотопический спин 1/2 Барионное число 1 Странность 0 Очарование 0

1893 г. Альфред Вернер исследовал октаэдрическую структуру комплексных соединений кобальта. Зарождение химии комплексных соединений.

18941898 г. Уильям Рамзай открыл инертные газы, заполнив пропуски в Периодической системе.

1897 г. Масса Джозеф Томсон в результате опытов с электронно-лучевой трубкой открыл электрон. 9, 11*10− 31 кг Время жизни > 4, 6*1026 лет Электрический заряд -1 Спин 1/2 Изотопический спин 0 Барионное число 0 Лептонное число +1 Внутренняя чётность 1

1898 г. Мартин Бейеринк открыл вирус табачной мозаики. Зарождение вирусологии

1898 г. Вильгельм Вин показал, что поток положительно заряженных ионов отклоняется магнитным полем с силой, пропорциональной отношению массы частицы к её заряду.

Масс-спектрометрия

1903 г. М. С. Цвет открыл явление хроматографии

Хроматомассспектрометрия

1909 г. Эрнест Резерфорд, Ганс Гейгер и Эрнест Марсден экспериментально подтвердили ядерную модель атома; Роберт Милликен очень точно измерил заряд отдельных электронов, подтвердив, что все они имеют одинаковый заряд и массу

1909 г. Сёренсен создал концепцию p. H и развил методы измерения кислотности

Антониус Ван дер Брук высказал идею, что положение элемента в периодической системе обуславливается не столько его атомной массой, сколько зарядом его ядра. 1911 г.

1912 г. Георгий Вульф и Уильям Брэгг независимо вывели правило Вульфа. Брэгга – основы рентгеноструктурного анализа.

Петер Дебай объяснил асимметричное распределение заряда в молекуле дипольной концепцией. 1912 г.

1913 г. Нильс Бор ввел принципы квантовой механики в описание структуры атома и предложил модель атома, в которой электроны находятся на четко локализованных орбиталях.

Гильберт Льюис создал теорию кислот и оснований, согласно которой кислотность и основность проявляется приемом или отдачей пары электронов. 1923 г.

1925 г. Вольфганг Паули предложил принцип, согласно которому два электрона не могут находиться в одном атоме в одинаковом квантовом состоянии, описываемом четырьмя квантовыми числами.

1926 г. Эрвин Шрёдингер вывел уравнение, математически описывающее волновую модель атома

1927 г. Фриц Лондон и Вальтер Гайтлер применили принципы квантовой механики для объяснения природы ковалентной связи в молекуле водорода. Это событие считается рождением квантовой химии.

1927 г. Вернер Гейзенберг разработал принцип неопределённости, описывающий механику движения электрона вокруг ядра.

1928 г. Александр Флеминг открыл пенициллин.

1930 г. Уоллес Карозерс изобрел нейлон — один из наиболее коммерчески успешных синтетических полимеров в истории.

1931 г. Эрих Хюккель предложил правило отнесения молекул к ароматическим.

1931 г. Гарольд Юри открыл дейтерий.

Джеймс Чедвик открыл нейтрон 1932 г. Масса 1, 67*10− 27 кг Время жизни 880, 0 ± 0, 9 с Электрический заряд 0 Спин 1/2 Изотопический спин 1/2 Барионное число 1 Странность 0 Очарование 0

Лайнус Полинг и Роберт Малликен создали шкалы электроотрицательности химических элементов. 1932 -1934 г.

1937 г. Карло Пьере и Эмилио Сегре синтезировали первый искусственный элемент — технеций.

1939 г. Лайнус Полинг в книге «Природа химической связи» описал явления гибридизации атомных орбиталей, структурного резонанса и описал различные виды химической связи.

Полярная Металлическая Химическая связь Ковалентная Неполярная Водородная Ионная

Гибридизация

1937 – 1945 г. Синтез новых атомных ядер

1945 г. Феликс Блох и Эдвард Пёрселл создали метод ядерного магнитного резонанса

1951 г. Лайнус Полинг определил вторичную структуру белков с помощью рентгеноструктурного анализа

1952 г. Алан Волш создал метод атомноабсорбционной спектрометрии, позволяющий измерить концентрацию отдельного элемента в смеси.

1952 г. Роберт Вудворд, Джефри Уилкинсон и Отто Фишер исследовали структуру ферроцена, заложив этим основы металлоорганической химии

1953 г. Джеймс Уотсон и Френсис Крик предложили модель структуры ДНК, открыв дверь в новую область исследований — молекулярную биологию

1962 г. Нил Бартлетт синтезировал гексафторплатинат ксенона тем самым показав, что инертные газы способны образовывать химические соединения

1962 г. Джордж Ола получил карбокатионы с помощью реакции с суперкислотой

1982 г. Стенли Прузинер выделил гипотетический инфекционный агент прион, являющийся белком.

1985 г. Харольд Крото, Роберт Кёрл и Ричард Смолли открыли фуллерены

1991 г. Сумио Ииджима исследовал новый тип фуллеренов, который имел вид цилиндров и получил название углеродных нанотрубок. Зарождение нанотехнологий

2002 г. Нобелевская премия присуждена группе учёных за ЯМР и МСисследование биологических макромолекул

Модель вируса Эбола, созданная на основе рентгеноструктурного и ЯМРанализа

Модель ВИЧ, созданная на основе рентгеноструктурного и ЯМР-анализа

Нанокристаллы

Нанокристаллы оксида цинка

Нанокристаллы

Кристаллы кварца

Кристаллы аметиста

Кристаллы висмута, покрытые оксидной плёнкой

Механизм из нанотрубок

Катенаны из колец C 1008