UNIVERZITA JANA EVANGELISTY PURKYNĚ V ÚSTÍ NAD LABEM PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA KATEDRA CHEMIE Opora pro kombinované navazující magisterské studium Učitelství chemie pro ZŠ a SŠ DĚJINY CHEMIE RNDr. Milan Šmídl, Ph.D. Ústí nad Labem 2014
ÚVOD Předkládané studijní opory slouží jako osnova k přednáškám (společným konzultacím) a podklady k samostudiu předmětu Dějiny chemie v rámci Přírodovědecké fakulty UJEP. V první části je obsah věnován přehledu vývoje chemických věd v pravěku a starověku, alchymii ve světě, v Evropě a na našem území. Etapa moderní chemie je ve druhé části zpracována formou přehledu základních období a významných osobností 19. a 20. století, u nichž si posluchači formou samostudia, v rámci společných konzultací a s využitím odborných zdrojů zpracují stručný životopisný přehled a nejdůležitější objevy (popř. vynálezy). Milan Šmídl
LITERATURA: Povinná: H. CÍDLOVÁ, B. KOHOUTKOVÁ, P. KŘIVÁNKOVÁ, K. ŠTĚPÁNEK, B. VALOVÁ, Historie chemie. Olomouc: Univerzita Palackého, PřF. 2011. součást řešení projektu FRVŠ 464/2011. Dostupné z www: http://www.ped.muni.cz/wchem/sm/hc/hist/ [cit. 28.5.2014] BUDIŠ, J. a kol. Historie chemie slovem a obrazem. Brno: PdF MU, 1995. ISBN 80-210-1080-2. BUDIŠ, J. a kol. Stručný přehled historie chemie. Brno: PdF MU, 1996. ISBN 80-210-1463-6. SOLÁROVÁ, M. a K. LICHTENBERG, K. Vybrané kapitoly z historie chemie. Brno: Paido, 2000. ISBN: 80-85931-81-8. Doporučená: BANÝR, J. a V. R. NOVOTNÝ. Stručné dějiny chemie a chemické výroby. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1986. PICHLER, J. Historie chemie. Brno: PřF MU, 1997. ISBN 80-210-1501-2. MCLEAN, A. The Alchemy web Site. 1996. Dostupné z www: http://www.levity.com/alchemy/ [cit. 28.5.2014]
PRAVĚK - rozdělání a využívání ohně (první zvládnutá chemická reakce od 150 000 let př. n. l.) = pyrotechnologie - výroba hliněných nádob 10 000 let př. n. l., nástrojů, zbraní, zpracování kůže, rud kovů a výroba slitin a skla, pigmentů (saze, malachit, azurit, burel, krevel), vonných látek - známé kovy zlato, stříbro, měď, železo, cín, olovo a rtuť STAROVĚK (PŘEDALCHYMISTICKÉ OBDOBÍ) - praktická aplikace chemických dějů, známá ropa v oblasti Perského zálivu SUMEROVÉ - zpracování železa z rud a meteoritů, první pokusy o ocel EGYPT - shromáždění a sepsání většiny poznatků z Číny, Arábie, Babylónu, Indie - příprava egyptské modři - známé sklo, kalení mědi, výroba kosmetiky - primitivní elektrické zařízení - Electrum (slitina Ag, Au), Cu, slitina Pb + Sn, Hg (kapalné stříbro), Cu, Fe, bronz, amalgámy - soda, ocet, ledek (neznali střelný prach), krystalový cukr, INDIE Damascenská ocel z Indie (2000 př.n.l.), výjimka použití oceli, jinak známá až v 18. století Sloup v Dillí - z 5. století (stáří 1600 let), z meteoritického železa (obsahuje Ir, W, Ni,..) ČÍNA - střelný prach, výroba papíru (1200 PNL), porcelánu (800 PNL) - známý ocet, ethanol TAPPUTI BELATEKALLIM - 1200 PNL, první jméno v chemii
ŘECKO (7. - 3. stol. př. n. l.) - filozofická podstata světa (složení hmoty, pralátky, živly) - základy optických metod (odraz, lom světla), známé prvky Au, Ag, Cu, Fe, Pb, Sn, Hg, Zn, S 1) MILÉTSKÁ (IÓNSKÁ) ŠKOLA (idealistická) - propracovanější teorie, hledali pralátku později přijímána představa, že vlastnosti určují strukturu látky THALES Z MILÉTU - pralátkou je voda (apeiron hydor = neurčitá voda) ANAXIMENES - pralátkou je vzduch (apeiron aer) 2) EFESSKÁ ŠKOLA (materialistická) - v Efesu je jeden z divů světa - Artemidin chrám HERAKLEITOS - pralátkou je oheň EMPEDOKLES - svět tvoří 4 živly = elementy (oheň, voda, vzduch a země) DEMOKRITOS Z ABDÉR, LEUKIPOS - atomisté svět je složen z dále nedělitelných částic (atomů) - nejdokonalejší materialistická teorie, pokračovatelé v Římě ARISTOTELES ZE STAGEIRY (4. STOL. PNL) - zavedl teorii 4 živlů (elementů) a vlastností (principů - vždy v závorce) - oheň (teplo, sucho), vzduch (teplo, vlhko), voda (vlhko, chladno), země (sucho, chladno) - pro nebeská tělesa zavedl 5 živel = aither (ether) - materie = substrát Otázky a úkoly: Uveďte další velké objevy a teorie Aristotela. V jakých parametrech se podle současných poznatků nemýlil a v čem se naopak pletl? Vyhledejte, které ze starověkých představ a objevů platí (používají se) dodnes? Popište vztah vědy, experimentů a filozofie ve starověkých civilizacích.
SVĚTOVÁ ALCHYMIE - název alchymie pravděpodobně vznikl ze staroegyptského výrazu khemi (černý, Egypt) => alchymie je pak egyptské umění (označení z arabštiny al-kemia = černá země Egypt), popř. z řečtiny chymos je označená výroby léků a barviv ve formě tekutin INDIE (období 1000 PNL) - základní laboratorní techniky destilace - příprava drog ČÍNA - pět základních živlů (dřevo, oheň, země, kov a voda) jako základ pro transmutaci kovů + později 2 dynamické síly JING a JANG - mytické názory na růst a přeměnu (transmutace) kovů, příprava zlata - velký vliv měla filozofie taoismus, snaha o nesmrtelnost - laboratorní metody vymrazování, destilace, sublimace, krystalizace - výroba papíru (105 n.l.), černého střelného prachu (682 n.l.), porcelánu, hedvábí, arsenu a zinku, návod na výrobu kyseliny dusičné (863 n.l., v Evropě 1295), výroba alkoholu destilaci Zápisky historika (š-ti) - zmínka o 3 císařích, kteří dosáhli s pomocí alchymistů nesmrtelnosti ARABSKÝ (ISLÁMSKÝ) SVĚT (okolo 6. století n. l.) - velké území, jednotný jazyk (arabština) a náboženství (islám - více podporoval vědu a vzdělání než křesťané) - centrem vzdělanosti byl Damašek (dnešní Sýrie) a Bagdád přínos - zkoušky ryzosti zlata a stříbra - zdokonalení laboratorních technik - zavedli opakování experimentu - rozvoj medicíny, anatomie, léčba duševních nemocí, zubní můstky, narkózy AVICENA (Abú Alí al-husajn ibn Abdulláh ibn Síná) - žil 980-1037 n.l., pocházel z dnešního Uzbekistánu - velký a uznávaný lékař, využíval rostlinné preparáty, popřel transmutaci ABU-L-ABBÀS AN-NABATÍ - zakladatel toxikologie Kniha jedů - soubor knih, dělení a popis všech známých jedů (asi 800, také černá magie)
EVROPSKÁ ALCHYMIE - existence 7 kovů = 7 nebeských těles - zhruba období od 300 PNL do konce 30-ti leté války v 17. století díky válkám a epidemiím moru se přestalo hledat zlato a kámen mudrců a objevovaly se praktičtější věci velký rozmach ve 13. století (informace z arabské alchymie) a pak za vlády Rudolfa II., kdy byla v Praze největší alchymistická laboratoř HERMES TRISMEGISTOS - Hermes Třikrátpřeveliký, zakladatel alchymie Smaragdová deska - nejposvátnější text (původ života, transmutace kovů, kámen mudrců) GEBER (Jabir ibn Haiyan, čti Džabír) - základem alchymie je síra a rtuť => sulfomerkuriová nauka - S (oheň, vzduch, hořlavost) a Hg (voda, země, kovovost, těkavost) nevnímány jako prvky, ale nahradili 4 pralátky (živly, elementy) VYBAVENÍ ALCHYMISTICKÉ LABORATOŘE Pec (athanor) - centrální objekt laboratoře, zahřívání nádobí v horkém písku (oheň by rozbil) - teploměry až od 17. století, takže používali přirovnání (teplo horečky, teplo slepice na vejcích) nebo podle počtu kusů dřeva v ohni Lahve (ampule) - různé baňky, nádoby, hrnce, destilační a sublimační nástavce Kovářské a sklářské náčiní - kleště, měchy, tavící kelímky alembicus (alembik, destilační nástavec) cucurbita ("tykev") sublimační nádoba a aludel (poklop na zachycování sublimované látky) pelicanus (pelikán, vývody alembiku, tj. kondenzát, zavedeny zpět do destilační nádoby)
Přínos alchymie pro moderní chemii praktická alchymie - předchůdce moderní chemie chemické přístroje - dodnes destilační aparatury, kelímky, třecí misky, baňky vypracování základních technik a experimentálních postupů objev řady chemických sloučenin a prvků - anorganické kyseliny, různé soli, alkohol, kovy a jejich slitiny, objev nových prvků (As, Sb, Bi, P) VÝZNAMNÍ ALCHYMISTÉ - alchymisté v mnoha zemích považováni za podvodníky a podivíny ROGER BACON - Františkánský mnich, předpověděl některé chemické zákony - objevil složení střelného prachu (S, C, KNO 3), ale neznal správné poměry a tak neuspěl Spekulum alchymie - tělo (sloučeniny) jsou spojení více těl určujících jeho vlastnosti (zákon stálých poměrů slučovacích) ANDREAS LIBAVIUS - v 16. století dílo Alchymia, kde popisuje laboratorní postupy, pomůcky, JAN TĚŠÍNSKÝ - první doložený alchymista, kněz na počátku 15. století Laboratoř Rudolfa II. - jako konkurence byli bohatí šlechtici a mecenáši (Vilém z Rožmberka a jeho bratr Petr Vok, rybníkář Jakub Krčín z Jelčan a Jan Jesenský TADEÁŠ HÁJEK Z HÁJKU - lékař krále českého, přijímal a odmítal alchymisty do laboratoře HIERONYMUS ALESSANDRO SCOTTA - dvorní alchymista, ale spíše astrolog EDWARD KELLEY - původně anglický notář, významný alchymista i podvodník JOHN DEE - přítel E. Kelleyho, společně pracovali pro Viléma z Rožmberka MICHAEL SENDIVOJ - polský právník, spisovatel a alchymista - objevil (tušil) kyslík ve vzduchu, ale neuměl to dokázat TYCHO DE BRAHE - spíše alchymista než astronom - připravoval Rudlofu II. oblíbený lék (elixír života, perlová tinktura)
IATROCHEMIE - 15. až 16 století, iatros = lékař - příprava léků a léčivých přípravků (zprvu odmítány, léčilo se lektvary a zaříkáváním) - lékaři pracovali alchymistickými metodami, ale alchymie postupně ztrácela magičnost a touhu po zlatě - použití KCl na horečky, FeCl 3 na chudokrevnost, Na 2SO 4 jako projímadlo, éter jako anestetikum, opium na tišení bolesti PHILLIPUS AUREOLUS THEOPHRASTUS BOMBASTUS VON HOHENHEIM - PARACELSUS (1493-1541) - narodil se ve Švýcarsku, - používal jako první alkohol jako extrakční činidlo, léčil panovníky solemi rtuti - definoval jedy (jedem je každá látka, záleží na jejím množství) - zakladatel toxikologie - rozšířil sulfomerkuriovou teorii o další element - sůl GEORGIUS AGRICOLA (1493-1541) - vynikající lékař, zabýval se mineralogií, hutnictvím a metalurgií - působil nějakou dobu i v Jáchymově, napsal uznávanou knihu o hutnictví Otázky a úkoly: Vyhledejte původ (význam) slova alchymie. Popište jednotlivé chemické techniky, které používali alchymisté podle znamení zvěrokruhu. Uveďte přehled kovů s jejich odpovídajícími hvězdnými tělesy podle alchymistických představ. Vyhledejte v literatuře a dalších zdrojích moderní pohled na transmutaci prvků. Vyhledejte složení, přípravu a použití tzv. řeckého ohně a černého střelného brachu Uveďte s použitím literatury, co alchymisté hledali, pokud se snažili najít univerzální rozpouštědlo, kámen mudrců, palingenezi a homunkulus?
PŘECHODNÉ OBDOBÍ VZNIKU CHEMIE - 16. až 18. století - po 30-ti leté válce epidemie moru, války, emigrace a popravy mecenášů a vědců => úpadek alchymie - rozvoj vědy a chemie až za Marie Terezie a Josefa II. v 18 století (matematika, biologie, chemie, anatomie) ISAAC NEWTON - napsal 6krát více děl o alchymii než o fyzice JEAN B. VAN HELMONT (1577-1644) - základ chemie plynů, termín gas pro plyny (na základě zpopelnění rostlin), pokus s vrbou (základ zákona zachování hmotnosti) FLOGISTONOVÁ TEORIE - 17. až 18. století, z řečtiny phlox = plamen, flogiston = princip hořlavosti, při unikání se projevuje jako plamen - vysvětlení teorie hoření, žíhání, dýchání (v podstatě oxidace, ale neznali kyslík) JOHANNES BECHER - hlavní představitel JOHN MAYOW - teorie, že vzduch a KNO 3 obsahuje část podporující hoření JOHN PRIESTLEY - člen Lunar Society (Měsíční společnost, jelikož se scházeli za svitu Měsíce) - studuje vlastnosti plynů PNEUMATICKÁ CHEMIE ROBERT BOYLE (1627-1691) - 14. syn hraběte z Irska, zakladatel Royal Society - zabýval se teorií plynů (vztah objemu a tlaku), oživení představ o atomech The sceptical chemist (Pochybovačný chemik) - vyvrácení tezí alchymie a vytvoření základu chemie - určení času reakce pomocí počtu slov odříkané modlitby Otázky a úkoly: Vysvětlete rozdílnost v představách a přístupech alchymie a pneumatické chemie, popř. flogistonové teorie. Které další významné osobnosti, které se zabývaly plyny, znáte z dalších oborů (fyzika, matematika apod.)? Podrobněji popište život a přínos Isaaca Newtona. Pokuste se vysvětlit, v čem byla flogistonová teorie mylná a v čem měla pravdivý základ?
ZÁKLADY VĚDECKÉ CHEMIE - konec 18. století až do konce 19. století) LOMONOSOV (1711-1765) - popřel flogistonovou teorii a vysvětlil hoření - objev zákona zachování hmotnosti a energie - založil první univerzitu v Rusku ANTOINE LAVOISIER (1743-1794) - vysvětlil hoření jako slučování s kyslíkem - rozdělil látky na prvky a sloučeniny - zavedl kvantitativní přístup do chemie JOHN DALTON (1766-1844) - autor Daltonovy atomové teorie, spoluautor slučovacích zákonů: 1. Daltonův zákon = zákon stálých poměrů slučovacích (Proust, Dalton) 2. Daltonův zákon = zákon násobných poměrů slučovacích (Richter, Dalton) AMEDEO AVOGADRO (1776-1856) - Avogadrův zákon (stejné objemy plynů za stejných podmínek obsahují stejný počet molekul) JÖNS JACOB BERZELIUS (1779-1848) - zavedl termín organická chemie a další moderní značky a názvy prvků (Fe železo, O kyslík) DMITRIJ IVANOVIČ MENDĚLEJEV (1834-1907) - autor periodického zákona a tabulky (1869) ALFRED BERNHARD NOBEL (1833-1896) - švédský chemik, vynálezce dynamitu - od roku 1901 se uděluje Nobelova cena
VÝZNAMNÉ OSOBNOSTI MODERNÍ CHEMIE Friedrich August Kekulé von Stradonitz Friedrich Wöhler Joseph John Thomson Ernst Rutherford Niels Bohr Louis de Broglie Werner Karl Heisenberg Ervin Schrödinger Henry Becquerel Marie Curie-Sklodowska Jaroslav Heyrovský Otto Wichterle Antonín Holý Otázky a úkoly: Sestavte chronologický přehled vývoje představ o stavbě atomu od starověku po současné pojetí. Popište podrobně vývoj vzniku českého chemického názvosloví (prvky, chemické sloučeniny). Charakterizujte historický vývoj snahy o uspořádání chemických látek a prvků do systému. Sestavte stručný přehled historie objevů základních plastů (PE, PP, PVC, PS, PET, kaučuk, bakelit, nylon, silon, popř. i další). Vyhledejte v literatuře historii technologických procesů (ve světě a v Čechách): o Výroba potravinářských surovin (mýdla, oleje, apod.) o Výroba základních anorganických chemikálií (kyselina sírová, dusičná, chlorovodíková, amoniak, hydroxid sodný, soda). o Výroba základních organických chemikálií a petrochemie (uhlovodíky, aromatické látky).