Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:История химии и химической технологии. Учебное пособие (для студентов 2-го курса направления подготовки 18.03.01 «Химическая технология» дневной и зао
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
КАФЕДРА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Е. Ю. Рамазанова, О. В. Черняк
ИСТОРИЯ ХИМИИ И ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Учебное пособие
Рекомендовано Ученым советом ФГБОУ ВО «ДонГТУ»
Алчевск
ФГБОУ ВО «ДонГТУ»
2025
УДК 54(091):66.0
ББК 24г:34.10
Р21
Рамазанова Елена Юрьевна — старший преподаватель кафедры
металлургических технологий ФГБОУ ВО «ДонГТУ»;
Черняк Ольга Викторовна — заведующая лабораторией кафедры
металлургических технологий ФГБОУ ВО «ДонГТУ».
Рецензенты:
Н. Г. Митичкина — кандидат технических наук, доцент, и. о. зав.
кафедрой металлургических технологий ФГБОУ ВО «ДонГТУ»;
А. В. Кошкарева — начальник лаборатории анализа карбонсодержащих
и органических материалов центральной лаборатории комбината
ООО «ЮГМК».
Рекомендовано Ученым советом ФГБОУ ВО «ДонГТУ»
(Протокол № 4 от 04.12.2024)
Рамазанова Е. Ю.
Р21
История химии и химической технологии : учебное пособие (для
студентов 2-го курса направления подготовки 18.03.01 «Химическая
технология» дневной и заочной форм обучения) / Е. Ю. Рамазанова,
О. В. Черняк. — Алчевск : ФГБОУ ВО «ДонГТУ», 2025. — 208 с.
В учебном пособии собран материал для изучения формирования и
развития науки химии и химической технологии. В темах практических занятий предлагается последовательно рассмотреть сложный процесс накопления
знаний о свойствах и превращениях веществ.
Последовательность и содержание изложенного материала соответствуют рабочей программе дисциплины «История химии и химической технологии» для студентов 2-го курса направления подготовки 18.03.01 «Химическая технология» дневной и заочной форм обучения.
Теоретический материал, подобранный к темам, содержит краткие
сведения из различных литературных источников, дает возможность студентам подготовиться к практическим занятиям по курсу.
Для проверки усвоения изложенного материала в конце каждой
работы приведены контрольные вопросы.
УДК 54(091):66.0
ББК 24г:34.10
© ФГБОУ ВО «ДонГТУ», 2025
© Е. Ю. Рамазанова, О. В. Черняк, 2025
© Н. В. Чернышова, художественное
оформление обложки, 2025
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ...................................................................................................... 4
Тема 1. Предалхимический период развития химии................................. 5
Тема 2. Алхимический период развития химии: III–XVII вв. ................ 18
Тема 3. Иатрохимия. Техническая химия. Производственная
и экспериментальная химия ...................................................................... 27
Тема 4. Становление химии как науки. Химия в XVII–XVIII вв. .......... 34
Тема 5. Химия конца XVIII–первой половины XIX века. Открытие
количественных законов химии ................................................................ 45
Тема 6. Химия во второй половине XIX века. Классификация
химических элементов. Периодический закон Д. И. Менделеева .......... 62
Тема 7. Основные вехи в открытии строения атома.
Теория строения вещества ........................................................................ 77
Тема 8. Химия XX–XXI вв. ..................................................................... 90
Тема 9. Основные этапы развития органической химии. Промышленная
органическая химия ................................................................................. 107
Тема 10. Нефтехимия, как самостоятельная наука. Ее цели и задачи.. 118
Тема 11. Природные энергоносители и углеродные материалы .......... 125
Тема 12. Особенности размещения химических производств.............. 131
Тема 13. Аппаратурно–технологические схемы.
Энерготехнологические системы и их эксергетический анализ ........... 138
Тема 14. Современное состояние промышленных химических
технологий ............................................................................................... 166
Тема 15. Значение химии и химических технологий для развития
промышленности ..................................................................................... 177
Тема 16. История развития химической промышленности
в России и современное состояние технологии производства .............. 183
Заключение ............................................................................................ 195
Приложение 1 ......................................................................................... 196
Приложение 2 ......................................................................................... 203
Список рекомендуемой литературы ................................................... 208
3
ВВЕДЕНИЕ
Цель курса «История химии и химической технологии» — изу-
чить, как формировалась и развивалась наука химия. В рамках курса
предлагается рассмотреть сложный процесс накопления знаний о свойствах и превращениях веществ.
История химии начинается с древних времён, когда человек
научился добывать и поддерживать огонь, и продолжается до наших
дней, когда химическая наука и технология достигли расцвета.
История химической технологии связана с историей химической
промышленности. Первые мануфактуры по производству химических
продуктов появились в Европе в XV веке. В России химические производства начали развиваться в конце XVI – начале XVII веков.
В XVIII веке технология выделилась в отдельную область знаний,
закладывались основы химической технологии. В конце XVIII века химическая технология стала обязательной учебной дисциплиной в университетах и технических учебных заведениях Европы и России.
Определение химии менялось с изменениями в теориях. В начале
химия определялась как «искусство превращения неблагородных металлов в благородные», а в 1882 году Менделеев определил её как «учение об элементах и их соединениях».
Цель курса — создать представление о науке как о системе знаний
о материальном мире, непрерывно и закономерно развивающейся. При
этом необходимо проанализировать формирование и развитие основных
понятий и методов химии.
Д. И. Менделеев писал: «Знание готовых выводов без сведений о
способах их достижения может привести к заблуждениям».
4
Тема 1
ВВЕДЕНИЕ.
ПРЕДАЛХИМИЧЕСКИЙ ПЕРИОД РАЗВИТИЯ ХИМИИ
Химия — наука, изучающая состав, строение, свойства веществ, а
также превращения этих веществ и законы, которым подчиняются эти
превращения. Век, в котором мы живем, называют «веком химии». Это
связано с тем, что именно в последние годы развитие этой отрасли достигло пика в сравнении с предыдущими периодами.
Современная химия очень тесно связана со всеми отраслями
народного хозяйства. Практически ни одна наука не обходится без достижений химии. Она все глубже проникает во все области как научной,
так и хозяйственной деятельности. Если рассматривать взаимосвязь химии и других наук, можно выделить промежуточные (переходные)
науки: физическая химия, геохимия, биохимия и множество других.
Медицина, парфюмерия, металлургическая и топливная промышленность — это лишь малая часть отраслей, которые просто не смогут существовать без развития химии.
В настоящее время выделяют два основных направления химии:
органическая и неорганическая. Органическая химия изучает соединения углерода с другими элементами (эти знания широко используются в
топливной промышленности, при производстве полимеров и пластмасс). Неорганическая же химия изучает остальные соединения.
Развитие химии началось задолго до начала нашей эры.
Тысячелетия назад человек впервые создал искусственные орудия
труда, обрабатывая камень. Прикрепив заостренный камень к деревянной палке, он сделал первый каменный топор. Но даже обработанный
камень оставался камнем, а дерево – деревом. Наблюдая лесные пожары
и брожение сладкого вина, люди заметили, что природа вещества меняется. Это результат химических превращений, которые составляют
предмет науки, получившей название химии. Как только человек
научился разводить и поддерживать огонь, он получил возможность
осуществлять химические превращения некоторых веществ. Эти превращения были результатом горения или вызывались выделяемым при
горении теплом.
5
При изучении истории развития химии возможны два взаимно до-
полняющих подхода: хронологический и содержательный.
При хронологическом подходе историю химии принято подразде-
лять на несколько периодов. Следует учитывать, что периодизация истории химии достаточно условна и относительна.
Как правило, большинство историков химии выделяют следую-
щие основные этапы её развития
1. ПЕРИОД ПРЕДАЛХИМИЧЕСКИЙ — от начала цивилизации
до IV века нашей эры. Этот период отличается отсутствием понятий,
обобщающих приобретенные практические знания, передававшиеся по
традиции из поколения в поколение кастами жрецов.
2. ПЕРИОД АЛХИМИЧЕСКИЙ — с IV в. нашей эры до XVI в.
Он характеризуется кроме веры в магическую силу философского камня, поисками эликсира долголетия, алкагеста, или универсального растворителя, а также созданием мифов. Алхимический период также
можно разделить на подпериоды, которые обозначаются именами народов, практиковавших «превращение» неблагородных металлов в золото
и серебро. Таким образом, имеется алхимия египетская, греческая,
арабская, раннего и позднего средневековья, натуральной магии и т.д.
3. ПЕРИОД ОБЪЕДИНЕНИЯ ХИМИИ охватывает XVI, XVII,
XVIII вв. и состоит из четырех подпериодов: ятрохимии, пневматической
химии, теории флогистона и антифлогистической системы Лавуазье.
Подпериод ятрохимии, заканчивающийся во второй половине
XVIII века, характеризуется трудами Парацельса и идеей присоединения химии к медицине, на которую смотрели как на универсальную
науку. В течение этого подпериода зародилась настоящая прикладная
химия, поскольку здесь развивалась металлургия, производство стекла
и фарфора, искусство перегонки и т. д.
Подпериод пневмохимии (химии газов) характеризуется исследо-
ванием газов, открытием газообразных тел и соединений. Кроме Бойля,
с пневмохимией связаны имена Блэка, Кавендиша, Пристли, Фонтаны и
др. Все эти великие химики, за исключением Бойля, были приверженцами теории флогистона.
Подпериод теории флогистона по времени почти совпадает с пе-
риодом пневмохимии. Он характеризуется широким распространением
6
теории флогистона, созданной на рубеже XVII и XVIII вв. Г. Э. Шталем
для объяснения теории горения и обжигания металлов. Представление о
флогистоне, предшественником которого было понятие о «жирной земле» И. И. Бехера, быстро распространилось и почти в течение века господствовало при объяснении химических явлений. Люди выдающегося
ума, такие как, например, Пристли и Блэк, были настолько захвачены
идеей флогистона, что так и не осознали роли полученного и исследованного ими кислорода в явлениях горения и обжигания.
Подпериод антифлогистической системы характеризуется нова-
торскими трудами Лавуазье, который изучая горение и обжигание не
только выяснил и сделал очевидной для других роль кислорода в этих
явлениях, разрушив тем самым основу теории флогистона, но также
внес четкость в понятие химического элемента и доказал экспериментально закон сохранения вещества.
Период объединения химии, охватывающий эти четыре подпери-
ода, очень важен потому, что с ним связано зарождение и упрочение
химии как науки, независимой от других естественных наук.
4. ПЕРИОД КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ЗАКОНОВ охватывает первые
шестьдесят лет XIX в. и характеризуется возникновением и развитием
атомной теории Дальтона, атомно–молекулярной теории Авогадро, экспериментальными исследованиями по определению атомных весов,
установлением и обоснованием правильных атомных весов, разработкой атомной реформы Канниццаро с его точными формулировками основных понятий: атом, молекула, эквивалент.
5. СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД длится с 60-х годов XIX в. до наших
дней. Это золотой период химии, потому что в течение немногим менее
века были разработаны периодическая классификация элементов представление о валентности, теория ароматических соединений и стереохимия, углубились методы исследования строения веществ, были достигнуты огромные успехи в синтетической химии, и было также подготовлено
уничтожение всяких преград между инертной и живой материей.
Кроме этих достижений, следует также напомнить об исследовании
химического сродства (теорема Нернста), о теории электролитической
диссоциации Аррениуса, о термодинамической трактовке химических
процессов, об открытии радиоактивности и создании электронной теории
7
материи, о понятии изотопии элементов, возникновении атомной физики,
о ядерных реакциях, которые, казалось, возродили древнюю мечту алхимиков, и которые лучше выражают идею превращения элементов, поскольку в этих реакциях вещество дробится на частицы, меньшие, чем
атомы.
В современный период поле химических исследований значительно
расширилось, так что отдельные ветви химии — неорганическая, органическая, физическая, техническая, биохимия, агрохимия, геохимия и т.д.
приобрели признаки независимых наук. Вот почему перед историками
этого периода стоит проблема отделения их истории от общей истории
химических теорий.
Предалхимический период развития химии
В предалхимическом периоде теоретический и практический аспек-
ты знаний о веществе развивались относительно независимо друг от друга.
Практические операции с веществом являлись прерогативой ремес-
ленной химии. Начало её зарождения, следует в первую очередь связывать, видимо, с появлением и развитием металлургии. В античную эпоху
были известны в чистом виде семь металлов: медь, свинец, олово, железо,
золото, серебро и ртуть, а в виде сплавов — ещё и мышьяк, цинк и висмут.
Помимо металлургии, накопление практических знаний происходило и в
других областях, таких как производство керамики и стекла, крашение
тканей и дубление кож, изготовление лекарственных средств и косметики.
Именно на основе успехов и достижений практической химии древности
происходило развитие химических знаний в последующие эпохи.
Попытки теоретического осмысления проблемы происхождения
свойств вещества привели к формированию в античной греческой
натурфилософии учения об элементах — стихиях. Наибольшее влияние
на дальнейшее развитие науки оказали учения Эмпедокла, Платона и
Аристотеля. Согласно этим концепциям все вещества образованы сочетанием четырёх первоначал: земли, воды, воздуха и огня. Сами элементы при этом способны к взаимопревращениям, поскольку каждый из
них, согласно Аристотелю, представляет собой одно из состояний единой первоматерии — определённое сочетание качеств. Положение о
возможности превращения одного элемента в другой стало позднее ос-
8
новой алхимической идеи о возможности взаимных превращений металлов (трансмутации). Практически одновременно с учением об элементах–стихиях в Греции возник и атомизм, основателями которого
стали Левкипп и Демокрит.
Первыми теоретическими построениями в этот период были ан-
тичные натурфилософские учения, которые содержали первоначальные
представления о природе различных веществ.
Фалес (640–546 гг. до н. э.) — древнегреческий философ из Миле-
та. Считал воду первоначалом всего сущего. Представлял себе Землю в
виде плоского диска, накрытого полусферой неба и плывущего по бесконечному океану воды.
Левкипп (жил в V в. до н. э.) — древнегреческий ученый, считаю-
щийся основателем греческого атомизма. О его жизни практически ничего не известно; о его идеях есть лишь упоминания в работах более
поздних авторов. Известно, что он был учителем Демокрита.
Демокрит (около 460–370 гг. до н. э.) — древнегреческий натур-
философ. Развивал идеи своего учителя Левкиппа о мельчайших неделимых частицах вещества. Впервые ввел термин «атом».
Аристотель (384–322 гг. до н. э.) — древнегреческий философ, уче-
ник Платона, воспитатель Александра Македонского. Основал в Афинах в
335 до н. э. свою философскую школу — Ликей (от этого названия происходит современное слово — лицеи). Учение Аристотеля об элементах–
качествах было канонизировано церковью; этими представлениями оперировала в течение более чем тысячелетнего периода вся алхимия.
Экскурс в историю
Человечество находилось еще в каменном веке, когда около 8000
лет до н. э. произошло коренное изменение в способе добывания пищи.
С развитием скотоводства и земледелия возникли постоянные по-
селения и первые города. С этого началась цивилизация (civitas — город). К 4000 г. до н. э. человек начал осваивать металлы (слово произошло, вероятно, от греческого слова «искать»). Накопление химических
знаний часто связывается, прежде всего, с появлением и развитием металлургии. Однако ремесленная химия древности была гораздо шире.
Параллельно с металлургией развивалась техника изготовления красок
9
и крашения, изготовления стекла и керамики. Наряду с металлургией
важной основой дальнейшего развития экспериментальной химии была
фармация.
Первыми металлами, на которые человек обратил внимание, по–
видимому, были самородные медь и золото. Однако они встречались
редко и применялись, в основном, для изготовления украшений. Возможность получения меди из минералов была установлена, по–
видимому, около 4000 г. до н. э. (территория Синайского полуострова и
современного Ирака). Самые древние изделия из меди насчитывают
9200–8750 лет до н. э. Они найдены в неолитических поселениях в верховьях реки Тигр. Изделия, найденные на территории нынешней Турции, датируются 6400–700 гг. до н. э. А к 3000 г. до н. э. начали выплавлять бронзу — сплав меди и олова, значительно более твердый, чем
медь. Самым крупным событием бронзового века была троянская война. Воины того времени были одеты в бронзовые доспехи и вооружены
дротиками с бронзовыми наконечниками.
В 1500 г. до н. э. в Малой Азии был открыт секрет плавки железа.
Железо земного (не метеоритного) происхождения было известно народам Южного Кавказа уже в 2100 г. до н. э. Чистое железо очень твердое,
однако в процессе плавки оно вбирало в себя столько углерода, что образовывался стальной поверхностный слой. Получение стали явилось
поворотным моментом в истории развития металлургии и общества.
После смерти Александра Македонского (323 г. до н. э.) его гро-
мадная империя распалась, но влияние греков по–прежнему распространялось на обширные территории Ближнего и Среднего Востока.
Один из военачальников Македонского — Птоломей, воцарился в Египте. Развитие научных знаний древнего Египта достигло к этому времени
столь высокой степени, что около 250 г. до н. э. в г. Александрии была
основана Академия наук. Членами ее были такие ученые древности,
как Эвклид, Архимед, Птоломей и др. Для характеристики масштаба
этого первого в мире научного учреждения достаточно сказать, что его
библиотека насчитывала 700 000 рукописей.
Александрийская Академия существовала вплоть до 640 г., когда
она была разрушена и сожжена завоевателями Египта — арабами. Из ее
научного наследства до нас непосредственно ничего не дошло. Однако
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]