Rozwój chemii w XIX wieku

Wiek XIX przyniósł wiele nowych teorii i odkryć w dziedzinie chemii. Najważniejszym osiągnięciem uczonych XIX-wiecznych było opisanie i pogrupowanie pierwiastków chemicznych pod względem właściwości. W okresie tym odkryto ich wiele. Na początku stulecia chemicy znali kilkanaście substancji elementarnych, z których 9 zostało pozyskanych w stanie czystym już w starożytności. Pod koniec XIX wieku znano ich już ponad 70.

W 1869 r. problem klasyfikacji pierwiastków rozwiązał rosyjski chemik Dymitr Iwanowicz Mendelejew. W oparciu o dokonane spostrzeżenia wysunął twierdzenie nazwane prawem okresowości, które głosi, że istnieje zależność właściwości chemicznych i fizycznych pierwiastków od ich ciężarów atomowych. Stwierdził, że własności pierwiastków chemicznych, ułożonych według wzrastających liczb atomowych, zmieniają się regularnie i powtarzają się okresowo. Pogrupował je w tabelę, którą nazwał układem okresowym pierwiastków. Przewidział także istnienie kilku nowych pierwiastków, o coraz większych liczbach atomowych i określił w przybliżeniu ich właściwości (m.in.: bor, glin i krzem). Pogrupowanie pierwiastków stanowiło milowy krok w dziedzinie chemii, umożliwiło przewidywanie z dość dużą dokładnością właściwości nieznanych substancji elementarnych i opisywanie substancji złożonych.

W 1800 r. Alessandro Volta odkrył zasadę działania „ogniwa galwanicznego” - baterii. Nie znalazła ona wtedy powszechnego zastosowania, ale stopniowo udoskonalana przez wielu uczonych i eksperymentatorów umożliwiła pod koniec wieku poznanie zjawisk związanych z elektrycznością i rozwój nowej dziedziny chemii – elektrochemii.

Francuz Jan Christian Chancel wynalazł, w 1805 r. zapałki zapalające się po zmoczeniu w kwasie siarkowym. Były to małe drewienka, które na jednym końcu były powleczone mieszaniną: siarki, chloranu potasu i gumy, lub cukru. Po zwilżeniu kwasem siarkowym chloran potasu rozpadał się, wytwarzając tlen i ciepło, potrzebne do zapalenia się reszty mieszaniny. W historii wytwarzania ognia wynalazek, mimo iż dość prymitywny stanowił znaczny postęp. Wcześniej rozpalano ogień za pomocą hubki i krzesiwa.

W 1808 brytyjski fizyk John Dalton sformułował teorię o budowie pierwiastków chemicznych z atomów. Wprowadził pojęcie ciężaru atomowego, jako wielokrotność ciężaru atomu wodoru. Zakładał on, że każdy pierwiastek składa się z niepodzielnych cząstek – atomów. Zachowują one właściwości danej substancji. Teoria Daltona została zweryfikowana po odkryciu radioaktywności, kiedy to stwierdzono, że atomy niektórych izotopów ciężkich pierwiastków, takich jak np. uranu, radu, polonu, ulegają rozpadowi na mniejsze cząstki.

W 1811 r. Włoski fizyk i chemik Amadeo Avogardo odkrył nazwane jego nazwiskiem prawo gazowe, które mówi, że: „Równe ilości wszystkich substancji w stanie gazowym zawierają, przy jednakowym ciśnieniu i temperaturze identyczne liczby atomów, lub cząsteczek.”

W 1815 szwedzki chemik i mineralog Jons Jakob Berzelius 1779 r.–1848 r.; profesor Instytutu Medycznego w Sztokholmie; wyznaczył masy atomowe wielu pierwiastków, odkrył selen, cyrkon, tor, wprowadził pojęcia: izomeria, kataliza, alotropia oraz obecnie stosowane symbole pierwiastków chemicznych.

Ignacy Łukasiewicz, 1822–82, aptekarz w 1854 założył pod Krosnem pierwszą w Polsce kopalnię ropy naftowej. Wydzielił z ropy (w wyniku destylacji) naftę, której użył w skonstruowanej przez siebie lampie naftowej do oświetlania szpitala lwowskiego; 1856 założył pierwszą w Polsce destylarnię ropy naftowej.

W 1825 Michał Faraday odkrywa, podczas destylacji olejów benzen i butan, ważne produkty dla późniejszego poznania syntezy polimerów.

Chemikowi niemieckiemu Friedrichowi Wohlerowi udaje się, pierwsza w dziejach chemii synteza mocznika, znanego dotychczas tylko jako produkt organizmów żywych. Mocznik jest ważnym produktem finalnym wymiany białka w organizmach, jest także stosowany jako nawóz. Syntezując mocznik naukowiec ten obalił pogląd „vis vitalis”: istnienia tajemniczej siły życiowej, bez której niemożliwe jest wytworzenie substancji organicznych poza organizmami żywymi. W 1862 r. ten sam uczony jako pierwszy otrzymuje w reakcji węgliku wapnia z wodą acetylen.

Friedrich Wohler zapoczątkował badania nad nową gałęzią chemii: chemią organiczną, czyli chemią związków głównie węgla z wodoru. Pod koniec XIX wieku w dziedzinie chemii organicznej odnotowano spore postępy. Stanowiła ona ciekawy przedmiot badań. Odkryto bardzo dużo nowych substancji, o różnych właściwościach, o budowie opartej na kilku pierwiastkach.

W 1847 włoch Antonio Sobrero wytwarza na uniwersytecie w Paryżu nitroglicerynę. Jest to ester gliceryny i kwasu azotowego, bardzo silny środek wybuchowy, który wybucha pod wpływem wstrząsu lub ogrzania. Nie znajduje ona powszechnego zastosowania, ze względu na niebezpieczeństwo przypadkowego wybuchu. Dopiero 20 lat później (1 stycznia 1867 r.) Alfred Nobel, mieszając nitroglicerynę z ziemią okrzemkową wytwarza dynamit. Nowy środek kruszący jest ciałem stałym, daje się formować i w przeciwieństwie do nitrogliceryny wybucha tylko w określonych warunkach.

Karol Olszewski i Zygmunt Wróblewski, profesorowie Uniwersytetu Jagiellońskiego w 1883 r. skroplili, jako pierwsi tlen i azot z powietrza. Zastosowali metodę polegającą na sprężeniu gazu i gwałtownym jego rozprężeniu. Podczas rozprężania temperatura osiągała wartość, przy której gaz skraplał się.

24 lutego 1896 fizyk francuski Antoine Henri Becquerel odkrywa promieniotwórczość naturalną, czyli zdolność jąder atomowych niektórych pierwiastków do samorzutnego rozpadu z jednoczesnym wypromieniowaniem cząstek. Odkrycie Becquerela miało bardzo duże znaczenie, wymagało zdefiniowania nowego modelu atomu. Dotychczas uważano, że (według teorii Daltona) atom jest niepodzielny. Wyniki badań Becquerela dowiodły, że składa on się z innych, mniejszych cząstek.

Po odkryciu promieniotwórczości małżeństwo Curie rozpoczęło systematyczne badania promieniowania, wychodząc od uranitu, który zawiera uran. Odkryli oni przy tym o wiele silniej promieniujący pierwiastek – rad. Chemik i fizyk Piotr Curi zajmował się przedtem magnetycznymi właściwościami metali. Jego żona, Maria Skłodowka-Curie była również fizykiem. Curie zastosowali odkryte przez Piotra i jego brata zjawisko piezoelektryczne do mierzenia radioaktywności i stwierdzili, że w niektórych rudach uranowych występuje o wiele bardziej intensywne promieniowanie, niż w samym uranie. W lipcu 1898r. udało im się wyizolować radioaktywny pierwiastek, który Maria nazwała polonem na cześć ojczyzny. W grudniu tego samego roku odkryli oni jako pierwiastek śladowy silnie promieniujący rad. Importowali w tym celu wiele ton uranitu z Czech i wyizolowali z niego w czasie czteroletniej mozolnej pracy 1/10 grama czystego radu.

Dziewiętnastowieczne osiągnięcia w dziedzinie chemii umożliwiły opracowanie nowych technologii oraz udoskonalenie tradycyjnych; sprzyjało to rozwojowi przemysłu chemicznego i metalurgicznego. Przemysł, a szczególnie hutnictwo przyczynił się do degradacji środowiska naturalnego. Świadomość ekologiczna była bardzo niska, rozrzutnie gospodarowano zasobami naturalnymi, fabryki dotkliwie zanieczyszczały atmosferę i hydrosferą XIX-wieczny przemysł wprowadził wiele unowocześnień, ale i spowodował wiele, odczuwalnych do dzisiaj strat. Był to okres bardzo owocny dla nauki. Poczyniono wiele odkryć, postawiono i udowodniono wiele twierdzeń, opisano wiele nowych zjawisk i substancji. Zaczęły rozwijać się nowe dziedziny chemii: chemia organiczna i badania nad radioaktywnością i strukturą atomów. Chemia stała się szczególnie blisko związana z fizyką, granica pomiędzy zakresami obu tych nauk trudna do ścisłego określenia. Jednak pomimo tak wielu osiągnięć i sukcesów, do czasu opracowania modelu atomu chemia była zbiorem słabo powiązanych ze sobą w logiczną całość faktów.