Historie Chemie 19
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA KATEDRA CHEMIE Vybrané kapitoly z historie chemie 19. – 20. století (Příloha bakalářské práce) Brno 2010 Vedoucí bakalářské práce: Vypracovala: doc. Mgr. Hana Cídlová, Dr. Barbora Kohoutková Obsah Předmluva .......................................................................................................... 3 Vybrané kapitoly z historie chemie 19. – 20. století ........................................... 4 Přehled laureátů Nobelovy ceny za chemii ....................................................... 32 Ţivotopisy laureátů Nobelovy ceny za chemii .................................................. 49 Seznam pouţité literatury: .............................................................................. 145 Předmluva Tato studijní pomůcka byla vytvořena jako součást bakalářské práce především pro potřebu studentů Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity navazujícího magisterského programu N-ZS Učitelství pro základní školy, oboru CH2 Učitelství chemie pro základní školy v kombinaci s jiným oborem pro předmět Historie chemie. Tento studijní materiál bude studentům k dispozici v podobě www stránek. Autoři upozorňují, ţe tento studijní materiál bude dále upravován a jeho konečná podoba bude zveřejněna v rámci práce diplomové. Studijní pomůcka obsahuje následující části: 1. Vybrané kapitoly z historie chemie 19. – 20. století 2. Přehled laureátů Nobelovy ceny za chemii 3. Ţivotopisy laureátů Nobelovy ceny za chemii Vybrané kapitoly z historie chemie 19. – 20. století 1. ATOM Je zajímavé, že představy o stavbě látek, přestože se skládají z nesmírně malých, běžnými metodami nepozorovatelných částic (atomů), se na rozdíl od jiných, zdánlivě jednodušších a snáze ověřitelných teorií (např. teorie hoření) ubíraly již před více než dvěma tisíci lety v podstatě správným směrem. Následující výklad, popisující historii pohledu učenců a vědců na atom, jeho význam a stavbu, by toho měl být dokladem. 1.1 Zrození atomové myšlenky Řečtí filosofové od Tháleta (624–547 př. n. l.) přes Démokrita (460–370 př. n. l.) až k Aristotelovi (384–322 př. n. l.) se ve svém bádání ubírali různými směry, ale v podstatě si kladli jednu společnou otázku. Uvažovali nad tím: jestli je možné uvést nesmírné množství různorodých látek, z nichž je vybudován svět, na menší počet nějakých látek základních, jestli mají látky nějaký společný základ a pokud ano, tak jaký (řešení této otázky bývá dnes někdy označováno jako hledání podstaty světa), jestli je hmota složena z nesmírně drobných, tvrdých tělísek, tak drobných, že je ani zrakem nevidíme, ani hmatem necítíme. Thálés Milétský V jejich otázkách se stále opakoval problém základních stavebních kamenů hmoty. Je pozoruhodné, že ačkoliv neměli v této době prakticky žádné přírodovědné znalosti, přece jen dokázali Řekové správně formulovat studovaný problém jako zmenšení složitého na něco jednoduchého. Docházeli k různým základním látkám a jen někteří z nich (Démokritos, Leukipos – 5. stol. př. n. l.) dospěli k pojmu nejmenších částic, i když pouhou spekulací (rozumovou úvahou). Stejné otázky si klade i dnešní moderní věda, ale v mnohem hlubší rovině a hlavně s použitím tehdy zcela neznámých prostředků moderní matematiky a techniky. Starým Řekům byla základním prostředkem jejich poznání především úvaha a smyslová zkušenost, zatímco moderní metody studia stavby hmoty v 18., 19. a 20. století zkoumají přírodu až po provedení experimentů, často destruktivního charakteru. Další otázkou antických filosofů byla problematika podstaty světa. Podle Tháleta Milétského (kolem 624–547 př. n. l.) byla podstatou všeho ve světě voda. Jiní považovali za základ světa jiné látky: Anaximandros z Milétu (asi 610–456 př. n. l.) za princip všeho považoval „apeiron“ (lze přeložit jako neomezeno, neurčito, nekonečno), Anaximenés z Milétu (585–525 př. n. l.) vzduch, Xenofales z Kolofonu (asi 565–470 př. n. l.) zemi, Herakleitos z Efezu (kolem 500 př. n. l.) oheň. Vyvrcholením těchto snah byla antická nauka o teorii čtyř živlů. Zcela jiné bylo pojetí řeckých atomistů, Leukipa (5. stol. př. n. l.) a Démokrita (460–370 př. n. l.), kteří zavedli do stavby hmoty nejmenší nedělitelná tělíska. Podle nich, dělíme-li kousek hmoty nejostřejším nožem, jaký si lze představit, dojdeme nakonec k částicím, které již dělit nelze. To jsou „atomy“ (nedělitelné). Atomy jsou Démokritos podle Démokrita nesmírně malé, mají různé tvary, některé jsou opatřeny důlky nebo háčky a nepřetržitě se pohybují v prázdném prostoru, jsou však různě těžké a různě pohyblivé. Mají schopnost se shlukovat a sdružovat, čímž vznikají všechny pozorované hmotné útvary, od nejtvrdších přes kapalné až k nejlehčím plynům a hvězdám. Atomy zprostředkují podle Démokrita i vjemy tím, že vnikají z pozorovaných předmětů do lidských smyslů. Mnoho z „živlového“ a atomistického pojetí struktury hmoty se dodnes téměř beze změny vyskytuje v představách o základních stavebních částicích hmoty v moderním pojetí, ať už za ně vezmeme molekuly, atomy, atomová jádra nebo elementární částice. Tyto objekty nemají barvu, chuť, drsnost, vlhkost, pach, ale jsme schopni tyto vlastnosti vysvětlit u makroskopických objektů, na kterých je pozorujeme. Jednotlivý atom nebo proton nelze vyleštit, navlhčit, ochutit, nabarvit na rozdíl od velkých, lidskými smysly pozorovatelných předmětů, což můžeme vysvětlit elektrickými vlastnostmi atomů. Odhalení a vysvětlení atomární struktury hmoty je mnohými fyziky dosud považováno za nejcennější přírodovědecký poznatek, jakého kdy lidstvo dosáhlo. Přesto je mezi poznáním řeckých atomistů a poznáním moderních přírodovědců nesmírný rozdíl a to v metodách studia přírody a ve způsobu, jakým se poznatků dosahuje. Moderní přírodověda došla k existenci molekul atomu a elementárních částic experimentováním. Chemici 18. století nutí prvky slučovat se ve sloučeniny a nutí sloučeniny opět se rozkládat v jednotlivé prvky a přitom zjišťují, že se tak může dít jen ve zcela určitých váhových poměrech: dané množství kyslíkového plynu je schopno přijmout jen zcela určité množství vodíkového plynu a vytvořit s ním vodu. Herakleitos z Efezu Dodáváme-li vodíku více, zůstane nevyužit a dodáme-li ho méně než je třeba, zůstane nevyužit kyslík. Tento první přesvědčivý argument byl následován řadou dalších, které pak vyústily v bouřlivý rozvoj chemie v 19. století spočívající především v ostřelování zkoumaných objektů pronikavým elektromagnetickým zářením nebo elektricky nabitými částicemi. Řečtí filosofové by těžko uznali, že je možné pravdivě poznávat přírodu umělým vyvoláním podmínek, v nichž se normálně nenachází, protože bychom pak zkoumali přírodu znásilněnou, zmrzačenou a nemohli bychom se dobrat pravdivého poznání. Myšlenka o zrnité struktuře látek vznikla spekulativně a díky kompromisu mezi dvěma extrémními názory. První z nich zastával Herakleitos z Efesu (kolem 500 př. n. l.), který chápal svět jako ustavičnou, neustálou změnu, proces, který nikdy nekončí a je hnán vpřed bojem i souhrou protikladných sil a faktorů. Naproti tomu Parmenidés (asi 540–470 př. n. l.) a Zenón (asi 490–430 př. n. l.), představitelé tzv. elejské školy, popřeli možnost jakéhokoli pohybu vůbec. Tyto dva protichůdné názory a rozpor obou škol řeší atomisté tím, že své atomy prohlašují za neměnné a věčné, ale vztahy mezi nimi a způsoby jejich sdružování za neustálé proměnné, ve stavu ustavičné změny. Tato myšlenka znamenala obrovský přínos pro poznání stavby hmoty. Zapadla však na mnoho století, dokud k ní nebyli lidé dovedeni vlastními pokusy. Parmenides Zenón 1.2 Vývoj názorů na stavbu látek v 19. a 20. Století Představy o molekulární a atomární struktuře látek se upřesňují a vyhraňují v pracích přírodovědců, jako byli R. Boyle, M. V. Lomonosov, A. L. Lavoisier, J. Dalton a dalších, vývoj vrcholí periodickou soustavou prvků D. I. Mendělejeva. Přelom 19. a 20. století se někdy označuje jako nástup tzv. druhé vědecké revoluce1. Věda se stává vůdčí silou, která začíná ovládat rozvoj průmyslové a zemědělské výroby a především vojenství. Poslední čtvrtinou 19. století končí období takzvané klasické fyziky. Pracemi J. C. Maxwella byla vybudována jednotná teorie elektromagnetismu, která spojila nauku o elektřině, magnetismu a optice s termikou. Kinetická teorie J. C. Maxwella a L. E. Bolzmanna vysvětlila chování látek v různých skupenských stavech a některé zákonitosti dříve empiricky poznané. Termodynamika především pracemi J. W. Gibbse, W. Ostwalda a J. H. van´t Hoffa začala ovlivňovat nejen konstrukce tepelných zařízení, ale pronikala i do chemie a chemické technologie. Teoretických poznatků se začalo hojně využívat v praxi (dynamo a elektrické motory, rozvod elektrické energie, bezdrátový přenos informací, konstrukce spalovacích motorů apod). To sice vedlo k rozšiřování dosavadních poznatků, ale zdálo se, že vše podstatné již bylo objeveno. K zásadně novým objevům došlo teprve tehdy, když se začala studovat doposud málo prozkoumaná odvětví fyziky, například elektrické výboje v plynech. Nové poznatky v této oblasti vedly nakonec k revoluci ve vědě a k narušení celé pečlivě vytvořené soustavy klasické fyziky (krize fyziky). Svým dosahem značně ovlivnily vývoj chemie James Clerk Maxwell 20. století. 1 Termín první vědecká revoluce se používá k označení změn uvnitř evropské vědy, které se objevovaly přibližně v 16. – 17. století. Mezi její hlavní představitele řadíme M. Koperníka, J. Keplera, G.Galileje, F. Bacona, I. Newtona. 1.3 Objev struktury atomu a vývoj názorů na jeho stavbu Název „elektron“ použil poprvé roku 1891 G. J. Stoney pro vyjádření nejmenšího elektrického množství