Масштабы влияния хозяйственной деятельности человека на природу

В 1928 П. А. М. Дирак получил  квантовое релятивистское уравнение  движения электрона (см. Дирака уравнение), из которого естественно вытекало наличие  у электрона спина. На основании  этого уравнения Дирак в 1931 предсказал существование позитрона (первой античастицы), в 1932 открытого К. Д. Андерсоном в  космических лучах. [Античастицы  других структурных единиц вещества (протона и нейтрона) – антипротон и антинейтрон были экспериментально открыты соответственно в 1955 и 1956.]

Параллельно с развитием  квантовой механики шло развитие квантовой статистики – квантовой  теории поведения физических систем (в частности, макроскопических тел), состоящих из огромного числа  микрочастиц. В 1924 Ш. Бозе, применив принципы квантовой статистики к фотонам – частицам со спином 1, вывел формулу Планка распределения энергии в спектре равновесного излучения, а Эйнштейн получил формулу распределения энергии для идеального газа молекул (Бозе – Эйнштейна статистика). В 1926 П. А. М. Дирак и Э. Ферми показали, что совокупность электронов (и др. одинаковых частиц со спином 1/2), для которых справедлив принцип Паули, подчиняется др. статистике – Ферми – Дирака статистике. В 1940 Паули установил связь спина со статистикой.

Квантовая статистика сыграла  важнейшую роль в развитии Ф. конденсированных сред и в первую очередь в построении Ф. твёрдого тела. На квантовом языке  тепловые колебания атомов кристалла  можно рассматривать как совокупность своего рода «частиц», точнее квазичастиц, – фононов (введены И. Е. Таммом в 1929). Такой подход объяснил, в частности, спад теплоёмкости металлов (по закону T3) c понижением температуры Т в области низких температур, а также показал, что причина электрического сопротивления металлов – рассеяние электронов не на ионах, а в основном на фононах. Позднее были введены др. квазичастицы. Метод квазичастиц оказался весьма эффективным для исследования свойств сложных макроскопических систем в конденсированном состоянии.

В 1928 А. Зоммерфельд применил функцию распределения Ферми  – Дирака для описания процессов  переноса в металлах. Это разрешило  ряд трудностей классической теории и создало основу для дальнейшего  развития квантовой теории кинетических явлений (электро- и теплопроводности, термоэлектрических, гальваномагнитных  и др. эффектов) в твёрдых телах, особенно в металлах и полупроводниках. 
Согласно принципу Паули, энергия всей совокупности свободных электронов металла даже при абсолютном нуле отлична от нуля. В невозбуждённом состоянии все уровни энергии, начиная с нулевого и кончая некоторым максимальным уровнем (уровнем Ферми), оказываются занятыми электронами. Эта картина позволила Зоммерфельду объяснить малость вклада электронов в теплоёмкость металлов: при нагревании возбуждаются только электроны вблизи уровня Ферми.

В работах Ф. Блоха, Х. А. Бете и Л. Бриллюэна (1928–34) была разработана теория зонной энергетической структуры кристаллов, которая дала естественное объяснение различиям в электрических свойствах диэлектриков и металлов. Описанный подход, получивший название одноэлектронного приближения, имел дальнейшее развитие и широкое применение, особенно в Ф. полупроводников.

В 1928 Я. И. Френкель и Гейзенберг показали, что в основе ферромагнетизма  лежит квантовое обменное взаимодействие (которое на примере атома гелия  было в 1926 рассмотрено Гейзенбергом); в 1932–33 Л. Неель и независимо Л. Д. Ландау предсказали антиферромагнетизм. 
Открытия сверхпроводимости Камерлинг-Оннесом (1911) и сверхтекучести жидкого гелия П. Л. Капицей (1938) стимулировали развитие новых методов в квантовой статистике. Феноменология. теория сверхтекучести была построена Ландау (1941); дальнейшим шагом явилась феноменология, теория сверхпроводимости Ландау и В. Л. Гинзбурга (1950).

В 50-х гг. были развиты  новые мощные методы расчётов в статистической квантовой теории многочастичных систем, одним из наиболее ярких достижений которых явилось создание Дж. Бардином, Л. Купером, Дж. Шриффером (США) и Н. Н. Боголюбовым (СССР) микроскопической теории сверхпроводимости.

Попытки построения последовательной квантовой теории излучения света  атомами привели к новому этапу  развития квантовой теории – созданию квантовой электродинамики (Дирак, 1929).

Во 2-й четверти 20 в. происходило  дальнейшее революционное преобразование Ф., связанное с познанием структуры  атомного ядра и совершающихся в  нём процессов и с созданием  Ф. элементарных частиц. Упомянутое выше открытие Резерфордом атомного ядра было подготовлено открытием радиоактивности  и радиоактивных превращений  тяжёлых атомов ещё в конце 19 в. (А. Беккерель, П. и М. Кюри). В начале 20 в. были открыты изотопы. Первые попытки непосредственного исследования строения атомного ядра относятся к 1919, когда Резерфорд путём обстрела стабильных ядер азота ?-частицами добился их искусственного превращения в ядра кислорода. Открытие нейтрона в 1932 Дж. Чедвиком привело к созданию современной протонно-нейтронной модели ядра (Д. Д. Иваненко, Гейзенберг). В 1934 супруги И. и Ф. Жолио-Кюри открыли искусственную радиоактивность.

Создание ускорителей  заряженных частиц позволило изучать  различные ядерные реакции. Важнейшим  результатом этого этапа Ф. явилось  открытие деления атомного ядра.

В 1939–45 была впервые освобождена  ядерная энергия с помощью  цепной реакции деления 235U и создана  атомная бомба. Заслуга использования  управляемой ядерной реакции  деления 235U в мирных, промышленных целях  принадлежит СССР. В 1954 в СССР была построена первая атомная электростанция (г. Обнинск). Позже рентабельные атомные  электростанции были созданы во многих странах.

В 1952 была осуществлена реакция  термоядерного синтеза (взорвано ядерное  устройство), и в 1953 создана водородная бомба. 
Одновременно с Ф. атомного ядра в 20 в. начала быстро развиваться Ф. элементарных частиц. Первые большие успехи в этой области связаны с исследованием космических лучей. Были открыты мюоны, пи-мезоны, К-мезоны, первые гипероны. После создания ускорителей заряженных частиц на высокие энергии началось планомерное изучение элементарных частиц, их свойств и взаимодействий; было экспериментально доказано существование двух типов нейтрино и открыто много новых элементарных частиц, в том числе крайне нестабильные частицы – резонансы, среднее время жизни которых составляет всего 10-22–10-24 сек. Обнаруженная универсальная взаимопревращаемость элементарных частиц указывала на то, что эти частицы не элементарны в абсолютном смысле этого слова, а имеют сложную внутреннюю структуру, которую ещё предстоит открыть. Теория элементарных частиц и их взаимодействий (сильных, электромагнитных и слабых) составляет предмет квантовой теории поля – теории, ещё далёкой от завершения.

ого, что все взаимодействия во Вселенной являются

ИСТОКИ  ХИМИЧЕСКИХ  ЗНАНИЙ 

2500 - 2000 гг до н.э. 
Проникновение меди с Востока в Европу. В Вавилоне изобретены весы - орудие для измерения количества золота и др. материалов. Прообразом для них послужило коромысло носильщика тяжестей. 
  
2000 - 1500 гг до н.э. 
В египетских пирамидах найдены образцы стекла и ковкого железа. 
  
1300 - 1000 гг до н.э. 
В Древней Греции известны медь, железо, олово, свинец, закаливание стали и действие навоза как удобрения. 
  
1 в. до н.э. 
В поэме Лукреция Кара "О природе вещей" несуществующим богам противопоставляются невидимые атомы, с помощью которых объясняется все многообразие явлений окружающего мира, в том числе ветры и бури, распространение запахов, испарение и конденсация воды. 
  
700 - 1000 гг 
Арабский алхимик Джабир ибн Хайян и его последователи в результате безуспешных попыток превратить неблагородные металлы в золото применили кристаллизацию и фильтрование при очистке химических веществ; описали получение серной, азотной, уксусной кислот и царской водки (указали на ее способность растворять золото); приготовили нитрат серебра, сулему, нашатырь и белый мышьяк (мышьяковистую кислоту). 
  
1000 - 1200 гг 
В "Книге о весах мудрости" арабский ученый Алказини приводит удельные веса 50 различных веществ. В "Книге тайн" Абу-ар-Рази впервые классифицируются все вещества на землистые (минеральные), растительные и животные; описаны кальцинация (обжиг) металлов и других веществ, растворение, возгонка, плавление, дистилляция, альгамирование, сгущение и т.п. 
  
1280 
Арнальдо Вилланованский описал приготовление эфирных масел. 
  
1300 - 1400 гг 
Монаху Бертольду Шварцу приписывают изобретение пороха (в Европе). (В Китае порох был известен еще в начале нашей эры). 
  
1452 - 1519 гг 
Великий итальянский художник Леонардо да Винчи путем сжигания свечи под опрокинутым над водой сосудом доказывает, что при сгорании воздух расходуется, но не весь. 
  
XVI в. 
Алхимиком Василием Валентином в трактате "Триумфальная колесница антимония" описана соляная кислота, сурьма, висмут (получение и свойства); развиты представления о том, что металлы состоят из трех "начал": ртути, серы и соли. 
  
1493 - 1541 гг 
Парацельс преобразует алхимию в ятрохимию, считая, что главная задача химии - служить медицине изготовлением лекарственных средств. От него идет первое, многократно повторяющееся наблюдение, что для горения нужен воздух, а металлы при обращении в окалины увеличивают свой вес. 
  
1556 
В сочинении Г. Агриколы "12 книг о металлах" обобщены сведения о рудах, минералах и металлах; детально описаны металлургические процессы и тонкости горнорудного дела; приведена систематика металлов по внешним признакам. 
  
1586 - 1592 гг 
Г. Галилей сконструировал гидростатические весы для определения плотности твердых тел (1586), изобрел термометр (1592).

ЗАРОЖДЕНИЕ  НАУЧНОЙ ХИМИИ 

1660 - 65 гг 
Р. Бойль в книге "Химик-скептик" сформулировал основную задачу химии (исследование состава различных тел, поиск новых элементов), развил представление о понятии "химический элемент" и подчеркнул важность экспериментального метода в химии. Он ввел термин "анализ" применительно к химическим исследованиям, установил обратную пропорциональность объема воздуха величине давления, применил индикаторы для определения кислот и оснований. 
  
1668 
О. Тахений ввел понятие о соли как продукте взаимодействия кислоты со щелочью. 
  
1669 
Х. Брандт выделил фосфор как продукт перегонки мочи (первое датированное открытие элемента). 
  
1675 
Н. Лемери дал определение химии как искусства "разделять различные вещества, содержащиеся в смешанных телах" (минеральных, растительных и животных). 
  
1676 
Э. Мариотт выразил зависимость объема воздуха от давления. 
  
1707 
И. Бетгер получил белый фосфор. 
  
1721 
И. Генкель получил металлический цинк. 
  
1722 
Ф. Гоффман описал получение сероводорода. 
  
1723 
Г. Шталь предложил теорию о флогистоне, как о материальном начале горючести. 
  
1724 
Д.Фаренгейт открыл зависимость точки кипения воды от давления и явление переохлаждения воды. 
  
1730 - 33 гг 
Р. Реомюр изобрел спиртовой термометр (1730). Он показал,что разные по составу растворы имеют различные плотности (1733). 
  
1735 
Г. Брандт открыл кобальт. 
  
1741 - 50 гг 
М.В. Ломоносов дал определение элемента (атома), корпускулы (молекулы), простых и смешанных веществ и начал разработку своей корпускулярной теории (1741). Сформулировал основные положения молекулярно-кинетической теории теплоты (1744).Открыл закон сохранения массы веществ (1745). Наблюдал явление пассивации металлов в конц. HNO₃ 
  
1751 
А. Кронстедт открыл никель. 
  
1757 
Д. Блек показал, что при брожении выделяется углекислый газ. 
  
1763 
М.В. Ломоносов изложил основы горного дела и пробирного искусства, описал способы получения металлов из руд. 
  
1766 
Г. Кавендиш открыл водород. 
  
1768 
А. Боме изобрел прибор для определения плотностей жидкостей - ареометр. 
  
1772 
Д. Резерфорд открыл азот. 
  
1772 - 73 гг 
Дж. Пристли открыл хлористый водород, веселящий газ (N₂O) (1772), кислород ("дефлогистированный воздух"), описал свойства аммиака (1773). 
  
1774 
А. Лавуазье предположил, что атмосферный воздух имеет сложный состав. К. Шееле открыл марганец, барий, описал свойства хлора. 
  
1775 - 77 гг 
А. Лавуазье (независимо от Дж. Пристли) открыл кислород, описал его свойства, сформулировал основы кислородной теории горения. 
  
1778 - 81 гг 
К. Шееле открыл молибден, вольфрам; получил глицерин, молочную кислоту, синильную кислоту и уксусный альдегид. 
  
1781 
Г. Кавендиш показал, что при сгорании водорода образуется вода. 
  
1782 
И. Мюллер фон Райхенштейн открыл теллур. 
  
1785 
Т. Е. Ловиц открыл явление адсорбции древесным углем из растворов. 
  
1787 
А. Кроуфорд и У. Круикшанк открыли стронций. Ж. Шарль установил уравнение зависимости давления газа от температуры. 
  
1789 
М. Клапрот открыл цирконий и уран. 
И. Рихтер сформулировал закон эквивалентов. 
  
1794 
Ю.Гадолин открыл иттрий, что положило начало химии редкоземельных элементов. 
  
1796 
С. Теннарт и У. Волластон доказали, что алмаз состоит из углерода. 
  
1797 
Л. Воклен открыл хром. 
  
1798 
Т. Е. Ловиц ввел понятие о перенасыщенном растворе. 
  
1800 
У. Никольсон и А. Карлейль осуществили электролиз воды.

УТВЕРЖДЕНИЕ В ХИМИИ АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОГО  УЧЕНИЯ 

1801 
Ж.Пруст сформулировал закон постоянства состава. 
Ч.Хатчетт открыл ниобий. 
  
1802 
Ж. Гей-Люссак нашел зависимость объема газа от температуры и ввел коэффициент термического объемного расширения. 
Дж. Дальтон сформулировал закон парциальных давлений газов. 
А. Экеберг открыл тантал. 
  
1803 
У. Волластон открыл палладий. 
Й. Берцелиус и В. Хизингер (и независимо от них М. Клапрот) открыли цезий. 
Дж. Дальтон сформулировал основные положения атомной теории, ввел понятие атомного веса (массы), приняв атомную массу водорода за единицу; составил таблицу атомных масс. 
Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар создали прибор для сжигания органических веществ с целью их анализа. 
У. Генри установил зависимость количества газа, поглощенного жидкостью, от его давления. 
  
1804 
У. Волластон открыл родий. 
С. Теннарт открыл осмий и иридий. 
Дж. Дальтон сформулировал закон простых кратных отношений. 
  
1806 
Й. Берцелиус впервые употребил термин "органическая химия". 
  
1807 - 08 гг 
Г. Дэви выделил натрий, калий, кальций и магний путем электролиза расплавов их солей; выдвинул электрохимическую теорию химического сродства. 
  
1808 
Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар открыли бор. 
Ж. Гей-Люссак сформулировал закон газовых объемов. 
  
1809 
Г. Дэви получил фтористый водород. 
  
1811 
Б. Куртуа открыл йод. 
А. Авогадро ди Кваренья установил, что одинаковые объемы всех газов при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое число частиц. 
  
1813 
Г. Дэви открыл электрохимическую коррозию металлов. 
  
1814 
У. Волластон развил понятие о химических эквивалентах и составил таблицу эквивалентов. 
Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар ввели понятие об амфотерности. 
  
1815 
Г. Дэви выдвинул водородную теорию кислот. 
Ф. Штромейер открыл качественную реакцию на крахмал (посинение при добавлении йода). 
  
1817 
Ф. Штромейер открыл кадмий. 
Й. Арфведсон (Г. Дэви, 1818) открыл литий. 
Й. Берцелиус открыл селен; предложил ввести существующую и поныне систему символов и обозначений элементов и их соединений. 
Ж.Каванту и П.Пельтье выделили хлорофилл из зеленого пигмента листьев. 
  
1823 
Й. Берцелиус открыл кремний. 
Й. Деберейнер впервые записал уравнения реакций, используя символы химических элементов. 
Ю. Либих и Ф. Велер открыли явление изомерии. 
  
1825 
Г. Эрстед открыл алюминий. 
М. Фарадей выделил бензол из отстоев светильного газа и определил его элементный состав. 
  
1826 
Ж. Дюма предложил способ определения плотности паров веществ и разработал метод определения атомных и молекулярных масс по плотности пара. 
  
1827 
Р. Броун открыл хаотическое движение мелких взвешенных частиц в растворе ("броуновское движение"). 
  
1828 
Й.Берцелиус открыл торий. 
Ф.Велер получил мочевину изомеризацией цианата аммония (первый синтез природного органического соединения из неорганических веществ). 
  
1829 
Расположение химических элементов в триады Й. Деберейнером. 
  
1830 
Ф. Сефтрем открыл ванадий. 
Ж. Дюма разработал метод количественного анализа азота в органических соединениях. 
  
1834 
М. Фарадей сформулировал законы электролиза и ввел термины "электрод", "катод", "анод", "ион", "катион", "анион", "электролиз", "электрохимический эквивалент". 
Ж. Гей-Люссак развил терию радикалов строения органических соединений. 
  
1835 
Й. Берцелиус ввел понятие "катализ". 
  
1837 
Ю. Либих и Ж. Дюма высказали идею, что органическая химия - химия сложных радикалов и имеет свои “элементы” (циан, амид, бензоил и др.), которые играют роль обычных элементов в минеральной химии. 
  
1839 
К. Мосандер открыл редкоземельный элемент лантан. 
Ж. Дюма ввел представление о типах органических соединений; показал, что жиры - сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот. 
  
1840 
Х. Шенбейн открыл озон. 
Г.Гесс сформулировал основной закон термохимии. 
Ю. Либих предложил теорию минерального питания растений. 
  
1841 
Й. Берцелиус ввел понятие "аллотропия". 
К.Фразениус предложил схему качественного анализа катионов металлов с помощью сероводорода. 
Т. Кларк разработал современный метод определения жесткости воды и выявил различие между временной и постоянной жесткостью. 
  
1842 
Н.Н.Зинин разработал способ восстановления нитро- соединений ароматического ряда в амины. 
  
1843 
К. Мосандер открыл эрбий и тербий. 
Ш. Жерар ввел представление о гомологических рядах органических соединений. 
  
1844 
К.К.Клаус открыл рутений. 
  
1845 
Ш.Мариньяк получил озон пропусканием электрической искры через кислород. 
  
1846 
О. Лоран дал определение эквивалента как "количества простого вещества, которое при замещении другого простого вещества играет его роль". 
  
1848 
В. Томпсон (Келвин) предложил "абсолютную шкалу температур". 
  
1850 
Л. Вильгельми положил начало количественному изучению скоростей протекания химических реакций и показал зависимость скорости от количества реагентов и их природы. 
  
1857 
Р. Бунзен сконструировал лабораторную газовую горелку. 
  
1858 
А. Кекуле обосновал представление о 4-валентности углерода и предложил общую формулу для гомологического ряда алканов С_nH_2n+2. 
  
1859 
Н.Н.Бекетов заложил основы металлотермии. 
  
1860 
Ж.Стас опубликовал результаты работ по определению атомных масс многих элементов. 
  
1861 
А.М. Бутлеров сформулировал основные положения теории строения органических соединений. 
Г. Кирхгофф и Р.Бунзен спектроскопическим методом открыли цезий и рубидий. 
У. Крукс открыл таллий. 
  
1863 
Ф.Райх и Т. Рихтер открыли спектроскопическим методом индий. 
А.М. Бутлеров объяснил явление изомерии на основе теории химического строения органических веществ. 
  
1864 
П. Мартен изобрел новый способ выплавки стали. 
  
1865 
Дж. Ньюлендс предложил систематику химических элементов ("закон октав"), впервые подметив явление периодического изменения свойств элементов в их естественном ряду. 
А. Кекуле предложил циклическую структуру бензола. 
  
1867 
К. Гульдберг и П. Вааге сформулировали закон действующих масс для равновесных реакций. 
  
1868 
Г. Вихельхаус ввел термин "валентность". 
  
1869 
Д.И.Менделеев разработал основные положения учения о периодичности, сформулировал периодический закон и предложил короткую форму периодической системы элементов. 
Систематизация химических элементов на основе их атомных масс Л.Мейером. 
В. В. Марковников развил представления о взаимном влиянии атомов в органических соединениях, сформулировал правило присоединения несимметричных реагентов к несимметричным алкенам (правило Марковникова). 
  
1870 
Д. И. Менделеев изменил величины атомных масс некоторых элементов (например, урана); предсказал существование и свойства нескольких неизвестных элементов, в том числе "экаалюминия", "экабора", и "экасилиция". 
  
1874 
Д.И.Менделеев вывел обобщенное уравнение состояния идеального газа (уравнение Клайперона- Менделеева). 
  
1875 
П. Лекок де Буабодран открыл галлий (предсказанный Д. И. Менделеевым "экаалюминий"). 
  
1878 
Ш. Мариньяк открыл редкоземельный элемент иттербий. 
  
1879 
Л. Нильсен открыл скандий (предсказанный Д. И. Менделеевым "экабор"). 
П. Клеве открыл редкоземельные элементы тулий и гольмий. 
П. Лекок де Буабодран открыл редкоземельный элемент самарий. 
М. Бертло ввел термины "экзотермическая" и "эндотермическая" реакции. 
  
1883 
И. Кьельдаль предложил метод определения % азота в органических соединениях. 
С. Аррениус (лауреат Нобелевской премии 1903 г.) открыл явление электропроводности водных растворов кислот и оснований. 
Я. Г. Вант-Гофф (лауреат Нобелевской премии 1901 г) разработал учение о скоростях химических реакций. 
  
1884 
А. Ле Шателье сформулировал общий закон смещения химического равновесия. 
  
1885 
К. Ауэр фон Вельсбах открыл редкоземельные элементы празеодим и неодим. 
  
1886 
К. Винклер открыл германий (предсказанный Д.И. Менделеевым "экасилиций"). 
П. Лекок де Буабодран открыл редкоземельные элементы гадолиний и диспрозий. 
А. Муассан получил фтор в свободном виде. 
У.Крукс высказал идею, что у каждого элемента могут быть разновидности атомов, различающиеся по атомным массам (изотопы). 
  
1887 
С. Аррениус (лауреат Нобелевской премии 1903 г.) сформулировал основные положения теории электролитической диссоциации; рассчитал константу диссоциации воды. 
Д.И. Менделеев разработал гидратную теорию растворов. 
  
1888 
В. Оствальд (лауреат Нобелевской премии 1909 г.) сформулировал закон разбавления. 
  
1889 
В. Нернст заложил основы электрохимической термодинамики; вывел уравнения для электродных потенциалов и ЭДС гальванических элементов. 
С. Аррениус (лауреат Нобелевской премии 1903 г.) выдвинул представление об активных молекулах, число которых возрастает с температурой; вывел уравнение зависимости константы скорости реакции от частоты столкновения молекул, энергии активации и температуры. 
  
1892 
Дж. Дьюар изобрел сосуд (термос), позволяющий длительное время хранить сжиженные газы. 
Э. Фишер получил моносахариды с 7-9 атомами углерода. 
На Международном конгрессе химиков в Женеве принята номенклатура органических соединений. 
  
1894 
У. Рамзай и У. Релей открыли аргон. 
В.Оствальд (лауреат Нобелевской премии 1909 г.) дал определение катализа; обосновал механизм действия кислотно-основных индикаторов. 
  
1895 
В. Рентген открыл Х-лучи. 
  
1896 
А. Беккерель открыл явление радиоактивности. 
  
1897 
Дж. Томпсон (и независимо Э. Вихерт) открыли электрон. 
  
1898 
У. Рамзай и М.Траверс открыли криптон, неон и ксенон. 
П. и М. Кюри открыли полоний и радий. 
  
1899 
А.Дебьерн открыл актиний.