Γενική και Ανόργανη Χημεία/Εισαγωγικά

Από Βικιβιβλία
Πήδηση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση
Ω κορωνίδα των Επιστημών, θαυματουργή Χημεία,
που μέσα από τα σκύβαλα στολίδια βγάζεις και πετράδια,
μπορείς τα τίμια να τα πλάσεις από την ατιμία,
να βρεις ερωτικούς παλμούς και στην καρδιά την άδεια;
Κωστής Παλαμάς
Χημεία είναι η επιστήμη της ατομικής ύλης (από την οποία αποτελούνται τα χημικά στοιχεία), των ιδιοτήτων, της δομής, της σύνθεσης και των μεταβολών αυτής κατά τη διάρκεια επιδράσεων και χημικών αντιδράσεων.
Κατά τη διάρκεια των χημικών αντιδράσεων δεσμοί μεταξύ των ατόμων διασπώνται και δημιουρούνται, καταλήγοντας στην παραγωγή νέων ουσιών με διαφορετικές ιδιότητες από τις αρχικές. Σε υψικάμινο οξείδιο του σιδήρου αντιδρά με μονοξείδιο του άνθρακα παράγοντας μεταλλικό σίδηρο και διοξείδιο του άνθρακα.

Η Χημεία είναι η επιστήμη που μελετά την ύλη, τη σύνθεση, τη δομή, τις ιδιότητές της και ιδιαίτερα τις μεταβολές της σύστασής της, δηλαδή τις χημικές αντιδράσεις[1][2] .

Η Χημεία σχετίζεται με τα άτομα και τις επιδράσεις τους με άλλα άτομα, και ιδιαίτερα με τις ιδιότητες των χημικών δεσμών.

Η Χημεία ονομάζεται συχνά η «κεντρική θετική επιστήμη» γιατί παρεμβάλλεται και συνδέει τη Φυσική (μέσω της Φυσικοχημείας) με τη Γεωλογία (μέσω της Γεωχημείας) και με τη Βιολογία (μέσω της Βιοχημείας)[3][4]

Κατά τα άλλα η Χημεία είναι ένας κλάδος των θετικών επιστημών αλλά είναι διαφορετική από τη Φυσική[5].

Η Χημεία προήλθε από το την αλχημεία, μια σειρά αρχαίων πρακτικών γνώσεων και ερευνών που εφαρμόζονταν εδώ και χιλιετίες σε πολλά μέρη του κόσμου και ιδιαίτερα στη Μέση Ανατολή[6].

Θεωρία[επεξεργασία]

.

Η παραδοσιακή χημεία ξεκινά με τη μελέτη των στοιχειωδών σωματιδίων, όπως είναι τα άτομα και τα μόρια, τη δομή με την οποία διατάσσονται στις διάφορες ουσίες[7], σε μέταλλα, κρυστάλλους και άλλες μορφές της ύλης, στη στερεή, στην υγρή, στην αέρια ξεχωριστά ή και σε συνδυασμό αυτών. Οι αλληλεπιδράσεις των διαφόρων ουσιών μεταξύ τους και με τις διάφορες μορφές ενέργειας, οι αντιδράσεις και η μεταμόρφση των ουσιών αυτών σε διάφορες συνθήκες επίσης μελετούνται στη χημεία. Αυτές οι συμπεριφορές μελετούνται σε χημικά εργαστήρια χρησιμοποιώντας τα διάφορα χημικά όργανα.

Μια χημική αντίδραση είναι μια μετατροπή ποσότητας μίας ή περισσοτέρων αρχικών ουσιών σε ποσότητα μιας ή περισσοτέρων νέων ουσιών[8]. Η αντίδραση μπορεί να συμβολιστεί με τη μορφή μιας χημικής στοιχειομετρικής εξίσωσης, στην οποία ο αριθμός των ατόμων κάθε ουσίας που συμμετέχρι στα αριστερά του βέλους της είναι ίσος με αυτόν στα δεξιά. Το είδος της χημικής αντίσρασης που μπορεί να δώσει κάθε ουσία μπορεί να εξαρτάται από διάφορους ενεργειακούς παράγοντες και θεωρείται ότι μπορεί να προβλεφθεί με βάση συγκεκριμένους κανόνες που απτελούν τους νόμους της Χημείας.

Η ενέργεια και η εντροπία είναι αναμφίβολα σημαντικές παράμετροι σε σχεδόν όλες τις χημικές μελέτες. Οι χημικές ουσίες ταξινομούνται με βάση τη χημική τους σύσταση και τη δομή τους. Η χημική σύσταση και η δομή τους μπορεί να αναλυθεί με τα εργαλεία και τις μεθόδους της Αναλυτικής Χημείας, π.χ. με τη φασματοσκοπία και με τη χρωματογραφία. Οι επιστήμονες που ασχολούντσι με τη χημική έρευνα ονομάζονται «χημικοί»[9]. Οι περισσότεροι από αυτούς ειδικεύονται σε μια από τις ειδικότητες - κλάδους της Χημείας.

Σύνοψη της Ιστορίας της Χημείας[επεξεργασία]

Δημόκριτος: Η ατομική του φιλοσοφία υιοθετήθηκε αργότερα από τον Επίκτητο (341-270 π.Χ).

Οι Αρχαίοι Αιγύπτιοι πρωτοπόρησαν στην τέχνη της «υγρής» συνθετικής χημείας πάνω από 4.000 πριν[10]. Μέχρι το 1000 π.Χ. οι γνωστοί αρχαίοι πολιτισμοί χρησιμοποιούσαν τεχνολογίες που αποτέλεσαν τις βάσεις για διάφορους κλάδους της χημείας, όπως η μεταλλουργία, δηλαδή η εξαγωγή μετάλλων από τα ορυκτά τους, παράγοντας κεραμικά, πορσελάνες, ζυμώνοντας μπύρα και κρασί, φτιάχνοντας χρωστικές ουσίες για διακοσμητικά και βαφές, εκχυλίζοντας χημικές ουσίες από φυτά για παραγωγή φαρμάκων και αρωμάτων, φτιάχνοντας τυρί, βυρσοδεψία δερμάτων, μετατρέποντας λίπη σε σαπούνια, παράγοντας γυαλί αλλά φυσικά και κράματα μετάλλων, όπως ο ορείχαλκος.

Η γένεση της χημείας μπορεί να εντοπιστεί στην ευρύτερη παρατήρηση του φαινομένου της καύσης που οδήγησε στη μεταλλουργία, την τέχνη και επιστήμη της μετατροπής των ορυκτών σε χρήσιμα μέταλλα. Η απληστεία για χρυσό οδήγησε στην ανακάλυψη της διεργασίας του καθαρισμού του, ακόμη κι αν οι αρχές των χρησιμοποιούμενων τεχνικών δεν ήταν κατανοητές, αφού θεωρούσαν ότι μετέτρεπαν άλλες ουσίες σε χρυσό, ενώ απλά καθάριζαν τον υπάρχοντα χρυσό. Πολλοί μελετητές της εποχής αυτής θεωρούσαν λογικό να πιστεύουν ότι υπάρχουν μέσα για τη μετατροπή φθηνών ουσιών (συνήθως άλλων μετάλλων) σε χρυσό. Ωστόσο, αυτή η προσδοκία έδωσε την απαραίτητη ώθηση στην αλχημεία, με την αναζήτηση της «φιλοσοφικής λίθου», που πίστευαν ότι μπορεί να καταλύσει την μετατροπή με απλή επαφή[11].

Στην Αρχαία Ελλάδα αναπτύχθηκε το φιλοσοφικό ρεύμα του ατομικισμού από το 440 π.Χ., όπως δείχνει το βιβλίο De Rerum Natura (Η Φύση των πραγμάτων)[12] που γράφηκε από τον Ρωμαίο Λουκρήτιο το 50 π.Χ..[13] Επίσης είχαν αναπτυχθεί μέθοδοι καθαρισμού ουσιών, όπως περιγράφεται από τον Πλίνιο τον Πρεσβύτερο στο έργο του Naturalis Historia (Φυσική Ιστορία).

Ορόσημα στην εξέλιξη της χημείας[επεξεργασία]

  1. Αιγυπτιακή αλχημεία (3.000 π.Χ. - 400 π.Χ.): Διατύπωσε τις πρώτες «στοιχειακές» θεωρίες όπως η «Ογδοάδα».
  2. Ελληνική αλχημεία (332 π.Χ. - 642): Ο Μ. Αλέξανδρος κατέκτησε μεταξύ άλλων την Αίγυπτο και ίδρυσε την Αλεξάνδρεια, η οποία σύντομα μετά απέκτεισε την πρώτη Μεγάλη Βιβλιοθήκη, συγκεντρώνοντας έτσι θεωρίες και μελετητές.
  3. Αραβική αλχημεία (642 - 1200): Οι Άραβες κατακτούν μεταξύ άλλων την Αίγυπτο και δημιουργούν επίσημα πια την αλχημεία με τον Τζαμπίρ Ιμπίν Χαϋάν, τον Αλ Ραζί και άλλους. Ο Τζαμπίρ μετέφρασε στα αραβικά και επέκτεινε τις θεωρίες του Αριστοτέλη και άλλες[14].
  4. Δυτικοευρωπαϊκή αλχημεία (1300 - σήμερα), Ο Ψευδο-Γκέμπερ οικοδομεί πάνω στην αραβική αλχημεία. Από τον 12ο αιώνα μεγάλα βήματα στην αλχημεία φθάνουν από τις αραβικές χώρες στη Δυτική ευρώπη[14].
  5. 1661: Ο Ρόμπερτ Μπόιλ γράφει το κλασσικό του κείμενο The Sceptical Chymist.
  6. 1787: O Αντουάν Λωράν Λαβουαζιέ γράφει το κλασσικό του κείμενο Elements of Chemistry.
  7. 1803: O Τζον Ντάλτον δημοσιεύει την Ατομική Θεωρία (Atomic Theory).
  8. 1869: O Ντμίτρι Μεντελέγιεφ παρουσιάζει τον Περιοδικό Πίνακα των χημικών στοιχείων, ένα κομβικό έργο για τη σύγχρονη Χημεία.

Η γένεση της Χημείας[επεξεργασία]

Ο Αντουάν Λωράν Λαβουαζιέ

Οι πρώτοι πρωτοπόροι της Χημείας και εφευρέτες της σύγχρονης επιστημονικής μεθόδου[15] ήταν Μεσαιωνικοί Άραβες και Πέρσες μελετητές. Καινοτόμησαν στην ακριβή παρατήρηση και τον ελεγχόμενο πειραματισμό στο πεδίο της Χημείας ανακαλύπτοντας πολλές χημικές ουσίες[16]:

Η Χημεία είναι ως επιστήμη σχεδόν αποκλειστικά δημιούργημα των Μουσουλμάνων: Το όνομα του πεδίου ήταν ελληνικό (απ' όσο μέχρι στιγμής γνωρίζουμε) που όμως περιορίζονταν στη βιομηχανική εμπειρία και στην ασαφή υπόθεση. Οι Σαρακηνοί παρουσίασαν την ακριβή παρατήρηση, τον ελεγχόμενο πειραματισμό, και στην προσεκτική καταγραφή σχετικών αρχείων. Ανακάλυψαν και ονόμασαν την αλεμβική (al-anbiq), χημικά ανέλυσαν αμέτρητες ουσίες, συνέθεσαν λαπιδαρίες, διαχώρησαν βάσεις και οξέα, ερεύνησαν τις συγγένειές τους, μελέτησαν και παρασκεύασαν εκατοντάδες φαρμάκων. Η Αλχημεία, που οι Μουσουλμάνοι κληρονόμησαν από την Αίγυπτο, μετατράπηκε σε χημεία με μια χιλιάδα ενδιάμεσες ανακαλύψεις, και με τη μέθοδό της, που ήταν η πιο επιστημονική από όλες τις μεσαιωνικές επιχειρήσεις[16].

Οι Μουσουλμάνοι χημικοί με τη μεγαλύτερη επιρροή ήταν οι ακόλουθοι:

  1. Τζαμπίρ ιμπίν Χαϋάν (Γκέμπερ, απεβίωσε το 815).
  2. αλ-Κίντι (απεβίωσε το 873).
  3. αλ-Ραζί (απεβίωσε το 925).
  4. Αλχαζέν (απεβίωσε το 1039).
  5. αλ-Μπιρουνί (απεβίωσε το 1048).[17].

Το έργα του Τζαμπίρ έγιναν γνωστά στην Ευρώπη μέσω των λατινικών μεταφράσεών τους από τον ψευδο-Γκέμπερ 14ο αιώνα στην Ισπανία, που επίσης έγραψε κάποια από τα δικά του βιβλία κάτω από την ονομασία «Γκέμπερ». Η συνεισφορά των Ινδών αλχημιστών και μεταλλουργών στην ανάπτυξη της Χημείας ήταν επίσης αρκετά σημαντική[18].

Η ταχεία μεταφορά της χημείας στην Ευρώπη έγινε κυρίως λόγω της Μαύρης πανώλης. Η περίοδος αυτή χαρακτηρίστηκε από μεγάλη ζήτηση φαρμάκων. Έτσι το «ελιξήριο της ζωής», που υποτίθεται ότι θα θεράπευε κάθε ασθένεια, προστέθηκε στην ήδη αναζητούμενη φιλοσοφική λίθο. Και τα δυο ποτέ δεν βρέθηκαν. Ωστόσο με τον καιρό, κάποιοι αλχημιστές όρισαν ανεξάρτητους στόχους, τους οποίους πλησίασαν περισσότερο. Για παράδειγμα ο Παράκελσος (1493-1541), απέρριψε την επικρατούσα θεωρία των τεσσάρων στοιχείων και, με μόνο οδηγό τα χημικά και τα φάρμακά του, δημιούργησε ένα υβρίδιο ανάμεσα στην αλχημεία και την επιστήμη που ονομάστηκε «ιατροχημεία». Ομοίως, κάτω από την επήρεια κάποιας φιλοσοφίας, ο Σερ Φράνσις Μπέικον (1561-1626) και ο Ρενέ Ντεκάρτ (1596-1650), που απαίτησαν περισσότερη εμβάθυνση στα Μαθηματικά και αφαίρεση των προκαταλήψεων από τις επιστημονικές παρατηρήσεις, οδήγησαν τελικά σε μια πραγματική επανάσταση. Η Χημεία άρχισε, ουσιαστικά, μαζί με τον Ρόμπερτ Μπόιλ και την ομώνυμη εξίσωσή του (Νόμος του Μπόιλ) για τα χαρακτηριστικά της αέριας κατάστασης.

Η Χημεία ενηλικιώθηκε στ' αλήθεια όταν ο Λαβουαζιέ (1743-1794), ανακάλυψε τη θεωρία διατήρησης της ύλης το 1783, και την ανάπτυξη της ατομικής θεωρίας από τον Τζον Ντάλτον γύρω στο 1800. Ο νόμος διατήρησης της ύλης κατέληξε στην τυποποίηση της Χημείας πάνω στο νόμο αυτό και τη θεωρία της κατανάλωσης του οξυγόνου, που βασίστηκε πολύ στο έργο του Λαβουαζιέ. Η συνεισφορά του Λαβουαζιέ αποτέλεσε το θεμέλιο της Χημείας και ήταν αποτέλεσμα συνεχούς προσπάθειας να ταιριάξουν όλα τα πειραματικά του δεδομένα σε μια μοναδική θεωρία. Εγκαινίασε τη χημική ισορροπία, χρησιμοποίησε το οξυγόνο για να εξουδετερώσει τη θεωρία του «φλόγιστου», ανακάλυψε ένα νέο σύστημα χημικής ονοματολογίας και είχε μια συνεισφορά στο σύγχρονο μετρικό σύστημα. Ο Λαβουαζιέ εργάστηκε ακόμη ώστε να μεταφράσει την αρχαϊκή και τεχνική γλώσσα της αλχημείας στη σύγχρονη και επιστημονική της Χημείας, που γίνεται πιο εύκολα κατανοητή από ευρύτερες ανθρώπινες μάζες, οδηγώντας το κοινό σε μεγαλύτερο ενδιαφέρον για τη Χημεία. Όλα αυτά τα βήματα αποτέλεσαν αυτό που ονομάστηκε «χημική επανάσταση.» Η συνεισφορά του Λαβουαζιέ έφεραν τη Χημεία σε θέση να μπορεί να ενταχθεί στα εκπαιδευτικά συστήματα όλου του κόσμου. Για όλα τα παραπάνω συχνά αναφέρεται ως ο «πατέρας της σύγχρονης Χημείας»[19]. Αργότερα, η ανακάλυψη του Φρέντριχ Βόχλερ ότι πολλές φυσικές ουσίες, και ιδιαίτερα οι οργανικές ενώσεις, μπορούν κι αυτές να συνθεθούν με εργαστηριακές χημικές μεθόδους, επίσης βοήθησαν τη σύγχρονη χημεία να ενηλικιωθεί και βγει από τα σπάργανα της[20].

Οι ανακαλύψεις των χημικών στοιχείων έχουν μακρά ιστορία, αρχίζοντας από τον καιρό της αλχημείας, αλλά συστηματοποιήθηκαν με την ανακάλυψη του Περιοδικού Πίνακα των χημικών στοιχείων από τον Ντμίτρι Μεντελέγιεφ[21], για να κορυφωθούν με τις σταδιακές ανακαλύψεις των τεχνητών στοιχείων, αργότερα, μια αναζήτηση που μάλλον δεν έχει τελειώσει ακόμη.

Πηγές πληροφόρησης[επεξεργασία]

Σημειώσεις[επεξεργασία]

  1. What is Chemistry?. Chemweb.ucc.ie. Retrieved on 2011-06-12.
  2. Chemistry. (n.d.). Merriam-Webster's Medical Dictionary. Retrieved August 19, 2007.
  3. Theodore L. Brown, H. Eugene Lemay, Bruce Edward Bursten, H. Lemay. Chemistry: The Central Science. Prentice Hall; 8 edition (1999). ISBN 0-13-010310-1. Pages 3-4.
  4. Chemistry is seen as occupying an intermediate position in a hierarchy of the sciences by "reductive level" between physics and biology. See Carsten Reinhardt. Chemical Sciences in the 20th Century: Bridging Boundaries. Wiley-VCH, 2001. ISBN 3-527-30271-9. Pages 1-2.
  5. Is chemistry a branch of physics? a paper by Mario Bunge.
  6. http://etext.lib.virginia.edu/cgi-local/DHI/dhi.cgi?id=dv1-04
  7. Matter: Atoms from Democritus to Dalton by Anthony Carpi, Ph.D.
  8. IUPAC Gold Book Definition
  9. California Occupational Guide Number 22: Chemists. Calmis.ca.gov (1999-10-29). Retrieved on 2011-06-12.
  10. First chemists, February 13, 1999, New Scientist
  11. Alchemy TimelineΠρότυπο:Dead link - Chemical Heritage Society
  12. Lucretius (50 BCE). de Rerum Natura (On the Nature of Things). The Internet Classics Archive. Massachusetts Institute of Technology. Retrieved on 2007-01-09.
  13. Simpson, David (29 June 2005). Lucretius (c. 99 - c. 55 BCE). The Internet History of Philosophy. Retrieved on 2007-01-09.
  14. 14,0 14,1 Richard Myers (2003). "The Basics of Chemistry". Greenwood Publishing Group. pp.13–14. ISBN 0-313-31664-3
  15. Morris Kline (1985) Mathematics for the nonmathematician. Courier Dover Publications. p. 284. ISBN 0-486-24823-2
  16. 16,0 16,1 Will Durant (1980), The Age of Faith (The Story of Civilization, Volume 4), p. 162-186, Simon & Schuster, ISBN 0-671-01200-2
  17. Dr. K. Ajram (1992), Miracle of Islamic Science, Appendix B, Knowledge House Publishers, ISBN 0-911119-43-4.

    "Humboldt regards the Muslims as the founders of chemistry."

  18. Will Durant (1935): Our Oriental Heritage: Simon & Schuster:

    "Something has been said about the chemical excellence of cast iron in ancient India, and about the high industrial development of the Gupta times, when India was looked to, even by Imperial Rome, as the most skilled of the nations in such chemical industries as dyeing, tanning, soap-making, glass and cement... By the sixth century the Hindus were far ahead of Europe in industrial chemistry; they were masters of calcination, distillation, sublimation, steaming, fixation, the production of light without heat, the mixing of anesthetic and soporific powders, and the preparation of metallic salts, compounds and alloys. The tempering of steel was brought in ancient India to a perfection unknown in Europe till our own times; King Porus is said to have selected, as a specially valuable gift from Alexander, not gold or silver, but thirty pounds of steel. The Moslems took much of this Hindu chemical science and industry to the Near East and Europe; the secret of manufacturing "Damascus" blades, for example, was taken by the Arabs from the Persians, and by the Persians from India.""

  19. Mi Gyung Kim (2003). Affinity, that Elusive Dream: A Genealogy of the Chemical Revolution. MIT Press. ISBN 0262112736.
  20. Ihde, Aaron John (1984). The Development of Modern Chemistry. Courier Dover Publications. ISBN 0486642356.
  21. Timeline of Element Discovery - About.com