V tomto materiále najdete velmi stručný přehled vývoje chemických znalostí lidstva. Podrobnější informace najdete v doporučené literatuře, která je uvedena na konci tohoto textu.
Při studiu historie dávných objevů si musíme uvědomit, že mnohdy není možné zjistit, kdy lidé určitou metodu nebo materiál objevili. Můžeme jen datovat nejstarší nalezené důkazy o nich (uvažované metody nebo materiály jsou možná lidstvu známy déle, ale nejsou o tom důkazy).
schopnost ovládnout oheň
znalost hrnčířství
6.-4. tis. př.n.l.: známo zlato (obliba např. v Egyptě), antimon, měď, stříbro, slitina zlata a stříbra (lidé je ale neuměli oddělit).
zpracování kovů: tepání (ještě ne tavení)
bronz (= slitina cínu a mědi) je tvrdší a pevnější než měď, umožní výrobu lepších zbraní, nástrojů apod.. Znám také čistý cín.
Stavitelství: sušené cihly.
Známo sklo.
Egypt: používali malachit jako desinfekční prostředek proti očním chorobám = počátky chemoterapie (léčení pomocí chemických látek)
Jižní Amerika: Slitina cínu a mědi obsahovala také toxický arsen.
Známy nízké pece a výhody dmýchání vzduchu do ohně ® tavení. Známo a využíváno železo, též znalost úpravy železa na ocel. Znalost olova a rtuti.
Počátky kosmetiky (Egypt[1]): PbS (černý) ® barvení obočí, PbCO3 (olověná běloba) – líčení.
kosmetika: Pb3O4 (minium) – červeň na obličej, HgS (rumělka[2]) – líčidlo, malířská barva
Aristoteles (první pokus o formulaci principu chemických dějů): všechny látky vznikly ze společné prahmoty a mohou se vzájemně přeměňovat.
Hippokrates obhajuje aplikaci přírodních léčiv.
Známy pálené cihly, vápenná malta.
Papír, hedvábí, střelný prach, porcelán.
Nejstarší zachovaný spis o alchymii. Hledali preparát umožňující nesmrtelnost. Kromě toho rozvoj laboratroních technik: var, destilace, výroba HNO3, 80% alkoholu, a jiné.
Také hledali preparát na dlouhověkost a nesmrtelnost. Indická alchymie byla úžeji vázána na medicínu – např. získávali a aplikovali protijedy (např. proti hadímu uštknutí).
Leydenský papyrus. Obsahuje 111 pracovních návodů (práce s kovy, padělání zlata,...).
Smaragdová deska – od ní odvozuje původ evropská alchymie. V jejím textu je zmínka o látce nazývané Kámen mudrců (Lapis philosophorum) = Velký elixír = látka, která má moc změnit obecný kov ve zlato.
Světoznámý učenec Džafar (křesťany nazývaný Geber) – Mezopotámie. Provedl první pokus o chemickou symboliku (každému kovu i každé chemické operaci přiřadil určité číslo): Au = 20, Ag = 10, Cu = 7, elixír = 100, sublimace = 1/50,... Systematicky popisuje pokusy (číselně uvádí hmotnost složek).
Ideovým základem evropské alchymie je tzv. Smaragdová deska (Egypt). Otcem evropské alchymie je Albertus Magnus.
Nejstarší evropský alchymistický spis = návod k barvení mozaiky (8. stol. n. l.).
Robert Bacon: znal vlastnosti alkoholu a mnohé jedy, varoval před použitím měděných nádob v lékárně a v kuchyni, znal škodlivost oxidu uhelnatého CO – počátky toxikologie...
1270: Olejové barvy.
Velký význam pro vývoj chemie měla alchymie v tom, že nahromadila množství chemicko-technologických zkušeností. Alchymie rozpracovala experimentální metody: filtraci, extrakci, sublimaci, destilaci, žíhání, rozpouštění.
Alchymisté uměli připravit H2SO4, HNO3, HCl, louhy, potaš, sodu, ledek, alkohol, lučavku královskou (a uměli rozpustit zlato, což je velmi obtížné), borax, řadu solí a oxidů (ZnO, smrtelný jed arsenik As2O3, ...), používali rostlinná barviva v barvířství (indigo). Objevili řadu prvků.
Evropští alchymisté zavedli symboly pro označení chemikálií. Přínosem evropských alchymistů byla především příprava silných anorganických kyselin (pro řecké a arabské alchymisty byl nejsilnější kyselinou ocet).
Problém: Alchymisté své vědomosti tajili a proto pozměňovali symboliku ® zmatek.
se oddělila od alchymie. Úkolem iatrochemie byla péče o zdraví lidí a chemoterapie(léčení pomocí chemických látek)..
Zakladatel chemoterapie byl Paracelzus (15./16. stol.).
Agricola (15./16. stol.) lékař. Působil i v Jáchymově (těžba stříbra). Písemně shrnul tehdejší znalosti o metalurgii.
Johann Baptist Van Helmont (16./17. stol.): zakladatel tzv. pneumatické chemie (= chemie plynů). Nutno říci, že zkoumání plynů je velmi obtížné (většinou nejsou vidět, z nádoby velmi snadno unikají, velmi obtížně se určuje jejich hmotnost, nemají vlastní tvar, mnohé z nich jsou jedovaté nebo výbušné,...).
Glauber: vypracoval nebo zdokonalil výrobní postupy mnoha chemikálií (HCl, HNO3, někt. solí, ledku, kys. octové,...).
R. Boyle: kniha Skeptický chemik: polemizuje s učením Aristotela (podle něj je hmota tvořena čtyřmi základními elementy: země, oheň, voda, vzduch) i s vírou alchymistů (hmota se podle alchymistů skládá ze tří základních principů: síra, rtuť, sůl). Domnívá se, že hmota je tvořena elementy, které se skládají z velmi malých částeček shlukujících se do houfů. Relativní zastoupení částeček v houfu a velikost houfu jsou pak charakteristické pro danou látku (paralela s dnešní teorií protonů, neutronů a elektronů , které vytvářejí „houfy“ = atomy). Tato kniha je mezníkem, kterým se chemie definitivně oddělila od alchymie.
Podrobněji zkoumán problém spalování –výsledkem byla tzv. flogistonová teorie[3]. Ve své době znamenala velký pokrok, byla však chybná.
1774: Priestly objevil „deflogistonovaný vzduch“ = kyslík.
Lavoisier – původně zastánce flogistonové teorie: vyvrátil flogistonovou teorii a nahradil ji teorií oxidace. Rozložil vodu na vodík a kyslík a pak ji z těchto prvků získal zpět. Podal tím důkazy o složení vody.
Vymezen pojem stechiometrie (= poměry mezi počty reagujících atomů a molekul), formulován zákon zachování hmotnosti (Lomonosov, Lavoisier).
Objev chloru, jeho užití při bělení. Výroba H2SO4. Výrova sody (metoda z 18. století je dodnes používaná).
Opuštěn úhorový cyklus, začala se využívat statková hnojiva.
Chemie byla hlavní pomocnou vědou textilního průmyslu, který byl v 19. století nejvýznamnějším průmyslovým oborem.
Optimalizovány vysoké pece, navrženy konvertory pro zkujňování železa, legování oceli.
Modernizace výroby H2SO4 (využití katalýzy) – postup z 2. pol. 19. stol. využíván dodnes.
První elektrochemické syntézy – chlor, hydroxid sodný (metody z konce 19. stol jsou používány dodnes).
Syntetická
(anilinová) barviva. První anilinové barvivo byl purpur.
Vývoj technologií zpracování ropy.
Vyrobena první plastická hmota (xylolit).
Počátek výroby syntetických textilních vláken. Kolodium, nitrátové hedvábí, měďnaté hedvábí, elastické tkaniny, impregnace plátna.
Minerální hnojení (kostní moučka, peruánské guáno). Objasněn význam CO2 a H2O pro výživu rostlin.
Dalton (poč. 19. stol.): atomová teorie = první správný pokus o vysvětlení principu chemických reakcí, který byl rozhodujícím krokem v pochopení chemie. Prvkům přiřadil relativní atomové hmotnosti (přiřazení se do dnešních dob ještě několikrát změnilo).
Galvani, Volta, Faraday: základy elektrochemie
Mohre: chemická analýza – odměrné metody (1855 učebnice o titračních metodách).
Berzelius: zavedl nové symboly prvků, založené na písmenech, odvozených z latinských názvů prvků (používané dodnes).
Prvky rozděleny na kovy a nekovy.
Pojem „organická chemie“ zavedl Berzelius r. 1806, ale teprve v 2. pol. 19. stol. se vyčlenila jako samostatný obor teprve po řadě dalších objevů:
První systém prvků (Chancourtois – nikoli Mendělejev!). Podoba trojrozměrného šroubu. Zaveden pojem perioda. Pouze 23 prvků z tehdy známých 63 bylo zařazeno správně.
D. I. Mendělejev: formuloval periodický zákon, systematizoval prvky do tabulky v podobě téměř shodné s dnešní. Nechal v tabulce prázdná místa pro dosud neobjevené prvky a velmi přesně předpověděl jejich vlastnosti. Periodický zákon je mezníkem ve vývoji anorganické chemie.
Fyzikální chemie se stala první mezioborovou vědou, která se později stala prototypem dalších „mostů“ mezi vědami. Zahrnula elektrochemii, chemickou termodynamiku a termochemii. Fyzikální chemie se stala základem pro nová odvětví chemického průmyslu.
Pasteur: Studoval nejen vzhled, ale i chemické vlastnosti mikroorganismů. Vypracoval postup zabraňující rušivému účinku mikrobů na potraviny, dnes známý jako pasterizace. Dokázal bránit hnití důkladnou filtrací vzduchu. Pasteur zjistil, že nemoci větších organismů, zvířat i člověka jsou vyvolány mikroskopickými zárodky nemocí. Jeho výsledky imunizace proti sněti u dobytka a proti vzteklině u člověka jej proslavily po celém světě. Pasteurova práce položila základy vědeckého lékařství.
1903: Arrhenius – základy elektrochemie (® galvanické články, akumulátory, pokovování, elektrolýza,...)
1905: von Baeyer: první průmyslová výroba přírodního barviva ® barvářství, objevil barbituráty ® medicína (nitrožilní narkózy)
1907: Buchner: objevil enzymy a tím potvrdil platnost fyzikálních a chemických zákonů i pro děje v živých organismech = základ biochemie.
1909: Ostwald: objev katalýzy (® urychlení chemických dějů) ® nové výrobní postupy.
1911: M. Curie-Sklodowská: objev radioaktivity.
1927: Wieland: objasnění struktury žlučových kyselin a cholesterolu ® výroba pohlavních hormonů (® antikoncepční prostředky, léčba neplodnosti,...), výroba kortizonu (lék proti revma)
1928: Windaus: základy chemie vitamínů (vysvětlil vznik vitamínu D v kůži vlivem UV-záření, umožnil výrobu vitamínu D, získal řadu poznatků o vitamínech B1, B2, B3)
1932: Langmuir: chemie povrchů ® žárovka plněná plynem, svařování kovů s vysokým bodem tání,...
1935: J.F.Joliot-Curie + I.Joliot-Curie: objev umělé radioaktivity. I. Joliot-Curie: zjistila, že štěpení uranu je doprovázeno uvolňováním velkého množství energie ® jaderné elektrárny
1937: Haworth: výroba vitamínu C
1939: Butenandt: práce o pohlavních hormonech: izoloval progesteron, objevil estran a estriol ® výroba pohlavních hormonů.
1943: Hevesy: rozpracoval metodu radioaktivního značení (jedna ze základních detekčních metod v molekulární biologii, důležitá metoda v chemii pro určení mechanismu reakce,...)
1945: Virtanen: objevil novou metodu konzervování zeleného krmiva – silážování
1953: Staudinger: rozpracoval rentgenovou strukturní analýzu (nejdůležitější metoda studia struktury molekul). Vysvětlil vznik makromolekul ® výroba plastických hmot.
1958: Staudinger: objasnil strukturu inzulínu ® léčba cukrovky. Objasnil strukturu bílkovin (inzulín je druh bílkovin). Vypracoval široce využívanou metodu studia struktury bílkovin.
1959: JAROSLAV HEYROVSKÝ - Jediná česká
Nobelova cena za chemii!
Objevil polarografii. Polarografie je elektrochemická analytická metoda, určující z jediného měření současně dvě informace:
- KTERÉ látky jsou ve vzorku přítomny -JAK MNOHO které z těchto látek ve vzorku je.
Většina "klasických" metod analytické chemie může odpovídat pouze na JEDNU z obou výše uvedených otázek.
Polarografie (ve srovnání s jinými metodami poskytujícími obdobné informace) nepotřebuje speciálí úpravy vzorku před měřením, stačí jí i velmi malá množství vzorku, přístroj pro měření, tzv. polarograf (je relativně laciný).
1960: Libby. objevil metodu radioizotopového datování ® význam pro výzkum historie,...
1964: Crowfoot-Hodkinová: určila strukturu penicilínu, cholesterolu, vitamínu B12 a umožnila tak jeho výrobu (do té doby bylo k izolaci 20 mg vitamínu B12 zapotřebí 1 tuny vaječných žloutků)
1968: Onsager: navrhl metodu obohacování přírodního uranu izotopem 235U (= palivo pro jaderné elektrárny)
1980: Berg, Sanger, Gilbert: rozvoj metod pro stanovení sekvencí molekul dědičnosti (DNA) ® genetické testy v těhotenství, kriminalistika, základní metoda molekulámí biologie a genového inženýrství,...
1987: Cram,Lehn, Pedersen: rozvoj syntetických látek se selektivními vlastnostmi pro vazbu iontů a molekul ® tzv. iontově selektivní elektrody (umožňují rychlé, jednoduché a automatizovatelné rozbory vody,...)
1993: Mullis: metoda PCR - množňuje rychlé a přesné množení molekul DNA ® pokrok metod molekulární genetiky, genového inženýrství, genetických testů, kriminalistických důkazů pomocí DNA, sledování přenosu genetické informace mezi vymřelými živočichy apod.: stačí zpracovávat i jen nepatrné množství vzorku – stačí jen jediná molekula DNA. Před objevem PCR bylo pro analýzu zapotřebí přibližně 1010 molekul DNA.
1995: Crutzen, Molin, Rowland: Vysvětlili mechanismus vzniku ozonové díry(účinkem oxidů dusíku a účinkem freonů) – ekologie.
1998: Kohn, PopIe: položili základy počítačové chemie ® výsledek některých reakcí se dá dopředu vypočítat, aniž bychom je prováděli (® omezení pokusů se zvířaty při testování nových léčiv - na 1 nové léčivo připadalo dřive několik tisíc zbytečně testovaných neúčinných látek)
1. Budiš, J., Haminger, M., Herman, T., Marečková, B.: Stručný přehled historie chemie. PdF MU Brno 1996.
2. Weinlich, R.: Laureáti Nobelovy ceny za chemii. Alda, Olomouc 1998.
3. Kolektiv: Co chci vědět. Mladé letá, Bratislava 2001.
První
chemické objevy a pokrokové myšlenky
Paleolit (starší doba kamenná)
Chemie starověkého Řecka a Říma
Období
zrodu přírodních věd (přelom 16./17. stol.)
Vznik
základů fyzikální chemie
Počátky
biochemie a vznik vědeckého lékařství
Chemie
20. století – vybrané objevy oceněné Nobelovou cenou
[1] Všimněte si, že kosmetické prostředky ve starém Egyptě obsahovaly olovo. Sloučeniny olova jsou jedovaté.
[2] Také rtuť, obsažená v rumělce, je jedovatá. Rumělka se dnes využívá jako hlavní průmyslový zdroj rtuti, kromě toho se pro svoji jedovatost využívá v kožním lékařství.
[3] Podle této teorie je každá z hořlavých látek
složena ze dvou složek: specifické (po hoření zbude) a obecné (= flogiston, při hoření uniká). Uhlí a dřevo byly podle této
teorie chápány jako sloučeniny popela a flogistonu,
kovy byly sloučeniny oxidů kovů s flogistonem
apod.
[4] Tato kapitola není určena ke kompletnímu
studiu. Očekává se, že student přečtením
získá určitý přehled o tom, které objevy (a ve kterých oblastech) jsou
pokládány za významné. Ke zkoušce je potřeba znát pouze objev J. Heyrovského.