ИСТОРИЯ ХИМИИ

В основу настоящей программы положена дисциплина «История химии».

Программа отражает общую картину развития химии, показывает формирование единых для всей химии представлений о веществах, их химических превращениях, химических взаимодействиях, о системах и их общих законах; эволюцию наиболее важных химических дисциплин и представлений со времени их зарождения до конца XX в.; развитие основных методов исследования в химии. Естественная логическая и историческая взаимосвязь развертывания отдельных направлений (например, химического строения и химической связи, химической термодинамики и химической кинетики и др.) лредставлена в их сближении или даже скрещивании.

Программа разработана Институтом истории естествознания и техники им. СИ. Вавилова РАН и Московским химико-технологическим университетом им. Д.И. Менделеева и одобрена экспертными советами по истории и по химии Высшей аттестационной комиссии Минобразования России.

Цели и задачи истории химии как неотъемлемой части самой химии и как ее самокритического инструмента. Объекты, предметы и методы истории химии. Закономерности развития химии. Система химических наук и ее развитие. Историческая периодизация как промежуточный результат и как инструмент исторического исследования. Историография химии и химическое источниковедение. История химической литературы (историческое значение рукописи и книги, основные общехимические и специализированные журналы, реферативные журналы и справочники). История химической символики, терминологии и номенклатуры. Традиционная периодизация развития химии (ремесленная химия древности, алхимия, ятрохимия, аналитический период развития химии, открытие основных законов классической химии в XIX в.; основные черты развития химии в XX в.).

2.1. Химические знания в Древнем мире до конца эллинистического периода. Истоки химической практики. Горение топлива. Термические превращения минеральных тел, органических материалов и продуктов питания. Минеральные и растительные краски. Начало металлургии и керамического ремесла. Зарождение стеклоделия как первого процесса химического синтеза. Освоение в Древнем мире химических методов и процессов. Корни представлений о трансмутации металлов и ритуальных процедур египетской химии. Зарождение алхимических традиций.

Общая характеристика античных натурфилософских учений. Учение Аристотеля об элементах-качествах и происхождении металлов и минералов. Идея дискретности материи и ее отражение у Лукреция. Химическая наука в Александрийской академии.

2.2. Химия в арабско-мусульманском мире в VII—XII вв. Арабские алхимики как наследники эллинистической науки. Техника химического эксперимента. Абу-ар-Рази и Авиценна. Рациональная сущность рецептур. Рациональная химия и алхимия у Джабира ибн Хайана.

2.3. Средневековая европейская алхимия (XI—XVII вв.). Проникновение алхимических идей в средневековую Европу. Причины их укоренения и распространения. Сущность европейской алхимической идеологии и традиций. Четыре типа алхимиков. Виднейшие алхимики Средневековья (Альберт Великий, Роджер Бэкон, Раймунд Луллий, Арнальдо де Виланова, Никола Фламель, Василий Валентин). Экспериментальная техника, аппаратура, методы и приемы алхимиков. Рациональное в деятельности и результатах алхимиков. Жизнь алхимических идей в XVII—XVIII вв. X. Бранд, И. Бехер, И. Кункель, И. Беттгер.

2.4. Ятрохимия как рациональное продолжение алхимии (XV—XVII вв.). Парацельс, его учение и его последователи. Либавий.Сильвий. Тахений. Ван Гельмонт, его новые идеи, количественный химический эксперимент, зарождение химии газов.

2.5. Практическая химия эпохи европейского Средневековья и Возрождения (XI—XVII вв.). Добыча руд и выплавка металлов. Стеклоделие. Крашение. Получение солей, кислот и щелочей. Накопление арсенала индивидуальных веществ. Керамика. Плавкие эмали.Минеральные удобрения. Бумага. Выдающиеся химики-практики (В. Бирингуччо, Г. Агрикола, Б. Палисси, Л. Эркер, Р. Глаубер). Алхимия, ятрохимия и практическая химия в допетровской Руси.

2.6. Становление химии как науки Нового времени (XVII—XVIII вв.). Р. Бойль, его исследования растворов и газов и основание научного подхода к анализу. Критика алхимических воззрений и представлений о химических элементах. Н. Лемери и его «Курс химии». Г. Шталь и его теория флогистона. Г. Бургаве и его «Основы химии». Совершенствование химического анализа. Развитие исследований природных вод, минеральных, растительных и животных объектов. Открытие новых металлов и газов. Промышленное производство соды и селитры. М.В. Ломоносов и его роль в развитии химии и химической технологии в России. Другие химические исследования в России в XVIII в. (И.А. Шлаттер, И.Л. Леман, Т.Е. Ловиц, К.Г. Лаксман).

2.7. «Кислородная революция» в химии (конец XVIII в.). Накопление противоречий теории флогистона. Открытие кислорода. А.Л. Лавуазье, его кислородная теория и представление о химических элементах.

2.8. Возникновение химической атомистики (конец XVIII — начало XIX в.). Идея и закон постоянства состава. Рождение стехиометрии и понятия эквивалента. Химическая атомистика Д. Дальтона и закон простых кратных отношений. Закон объемных отношений Ж. Гей-Люссака. Стехиометрические таблицы И. Берцелиуса и его атомные веса. Кризис понятия атомных весов и концепция эквивалентов У. Волластона.

2.9. Рождение первой научной гипотезы химической связи (начало XIX в.). Открытие химического действия электрического тока. Работы Дэви и Берцелиуса. Выделение и открытие новых металлов. Дуалистическая теория Берцелиуса.

2.10. Становление аналитической химии как особого направления (конец XVIII — середина XIX в.). Аналитические схемы Т Бергмана. Аналитические разработки И. Берцелиуса и Ж. Гей-Люссака. Система Г. Розе. Метод Ю. Либиха. Методы Ж. Дюма. Система К.Р. Фрезениуса, его учебники и его школа. Ф. Мор и обобщение отдельных методик в систему объемного анализа. Развитие аналитической химии как основа успехов химии XIX в.

2.11. Становление органической химии (первая половина XIX в.). Этилен и его производные. Выделение первых алкалоидов. Изучение жиров. Идеи витализма, особенности отношения к органическим веществам и органический синтез. Исследования бензальдегидаи продуктов его превращений. Хлорирование. Развитие представлений о внутренней природе органических объектов (теории радикалов, ядер, сложных радикалов, типов). Органические соединения мышьяка, серы и фосфора. Открытие и пополнение классов органических веществ. Унитарная теория типов Жерара и его система. Конгресс в Карлсруэ, укрепление представлений об атомах и молекулах как необходимая основа развития теории химического строения. Фактическая специализация химиков как следствие увеличения числа и специфики свойств органических веществ. Казанская школа химиков-органиков и ее влияние на развитие органической химии в России в XIX в.

2.12. Рождение классической теории химического строения (середина — вторая половина XIX в.). Четырехвалентность углерода.А. Купер, Э. Франкланд, А. Кекуле, А.М. Бутлеров. Переход от пространственного представления о строении молекул к топологическому. Э. Эрленмейер и новые формулы, отражающие новые взгляды. Л. Пастер: идея молекулярной асимметрии. Я. Вант-Гофф: возвращение к пространственным представлениям на новом уровне — концепция тетраэдричности атома углерода, завершающая классическую теорию строения.

2.13. Открытие периодического закона (вторая половина XIX в.). Открытие химических элементов до 1870-х гг. Идеи систематики элементов до Д.И. Менделеева. Естественные аналитические группы элементов. Сочетание естественных групп с параметрической систематикой. Исправление атомных весов. Сущность и оригинальность теории Менделеева и ее предсказательная сила. Постепенность осознания фундаментальной значимости периодического закона и системы Менделеева.

2.14. Развитие неорганической химии во второй половине XIX в. Спектроскопическое открытие новых химических элементов. Завершение исследования группы редкоземельных элементов. Промышленное получение алюминия. Создание специальных сплавов. Связывание молекулярного азота. Химия минеральных удобрений и вяжущих. Координационная теория А. Вернера. Открытие радиоактивности.

2.15. Основные направления развития органической химии во второй половине XIX в. Бертло и его идеи тотального синтеза. Развитие синтетических методов, основанных на восстановлении, окислении и конденсации (Г. Кольбе, А. Вюрц, А. Байер, Ш. Фридель, Л. Клайзен). Синтез и свойства гетероциклов. Изучение компонентов нефти (В.В. Марковников и его школа). Изучение химического строения природных красителей и их синтез (А. Байер и его школа). Синтез красителей нового типа (А. Гофман и его школа).Изучение строения и синтез важных природных объектов: моносахаридов, пуринов, аминокислот, пептидов (Э. Фишер и его школа);терпенов (О. Баллах, Е.Е. Вагнер); гемоглобина (Ф. Хоппе-Зейлер,Л. Мархлевский и М. Ненцкий). Синтез и изучение свойств органических соединений мышьяка и фосфора (А. Михаэлис и его школа). Поиск и синтез взрывчатых веществ.

2.16. Формирование теории химических равновесий во второй половине XIX в. Открытие коллоидных систем и явлений осмоса. Термохимия. Адсорбция и экстракция. Объяснение Вант-Гоффом явлений осмоса и закона Рауля. Изучение скоростей реакции. Закон действующих масс и представление о порядке реакции. Химическая динамика Вант-Гоффа и В. Оствальда. Электропроводность растворов. Теория электролитической диссоциации. Принцип Ле Шателье. Термодинамические идеи Дж. Гиббса и Г. Гельмгольца. Правило фаз.В. Оствальд и теоретические основы химического анализа.

2.17. Актуальные химические проблемы конца XIX в. Химическое связывание азота. Поиск и синтез лекарственных препаратов. Химия важных природных веществ. Химическая переработка природных веществ и материалов. Получение синтетических химических материалов, аналогичных природным. Объяснение радиоактивности. Природа химической связи и механизмы химических реакций.

3.1 Неорганическая химия. Промышленный синтез аммиака и его каталитическое окисление. Физическое обоснование, осмысление значения и использование периодического закона. Химия комплексных соединений. Кристаллохимия и структурная неорганическая химия. Геохимия. Радиохимия. Обнаружение, выделение и синтез новых химических элементов. Новая металлургия. Особо чистые вещества. Химия полупроводников и сверхпроводников. Химия силикатов. Химия благородных газов.

3.2. Органическая химия. Синтетическая химия (металлоорганический синтез, каталитические превращения углеводородов и жиров, каталитическое гидрирование, диеновый синтез, синтезы с участием монооксида углерода, электрохимические, фотохимические и плазмохимические превращения, асимметрический синтез). Развитие представлений о строении органических соединений и характере химических связей в них. Открытие, синтез и исследование пи-комплексных соединений; ферроцен. Доказательство строения и синтез сложных природных соединений (Р. Робинсон, Р. Вудворд). Новые химические формы углерода (карбины и фуллерены). Развитие представлений о механизмах органических реакций. Химия элементоорганических соединений (металлы, бор, фтор, кремний, фосфор). Развитие химии нефти и угля. Создание сильнейших отравляющих веществ и осознание экологической опасности химического загрязнения природной среды.

3.3. Биоорганическая химия и молекулярная биология. Исследования витаминов и их влияние на развитие различных областей органической химии. Химия стероидов. Химия терпенов и каротиноидов. Химия порфиринов. Химия углеводов и белков. Исследование ферментов и молекулярного механизма их действия. Вклад Ф. Сенгера. Установление строения нуклеиновых кислот. Синтез генов. Международная программа «Геном человека».

3.4. Химия высокомолекулярных соединений. Получение бакелита и развитие химии и технологии фенолальдегидных смол. Развитие представлений о полимерной макромолекулярной природе целлюлозы, крахмала, каучука, коллагена и других веществ, относившихся к лиофильным коллоидам (Г. Штаудингер, Г. Марк).Развитие синтеза каучуков (И.Л. Кондаков, И.И. Остромысленский, СВ. Лебедев, К. Циглер). Полимеризация винильных соединений. Сополимеризация. Линейная поликонденсация и получение волокнообразующих полимеров (У. Карозерс). Полиэтилен. Полиуретаны. Кинетика полимеризации (С.С. Медведев). Стереорегулярная полимеризация (К. Циглер, Дж. Натта, А.А. Короткое, Б.А. Долгоплоск). Общая теория полимеризации (П. Флори). Теория поликонденсации (В.В. Коршак). Теория стеклообразного и эластического состояний полимеров (А.П. Александров, П.Л. Кобеко, В.А. Каргин, М.В. Волькенштейн). Олигомерные технологии (А.А. Берлин). Синтез материалов в форме изделий.

3.5. Фармацевтическая химия и химическая фармакология. П. Эрлих и возникновение научной основы химиотерапии. Появление сульфамидных препаратов (Г. Домагк). Концепция антиметаболитов (Д. Вулли). Появление антибиотиков и развитие современной химической биотехнологии (А. Флеминг). Развитие молекулярно-биологических представлений и новые подходы к созданию лекарственных средств. Фармакокинетика и фармакодинамика. Проблемы транспорта, распределения, проникновения через мембраны, инактивации и выведения лекарственных препаратов из организма. Аналогия и теория в создании новых лекарств. Молекулярный дизайн в фармакохимии.

3.6. Развитие аналитической химии и методов исследования в XX в.

Общеаналитическая методология. Повышение чувствительности, избирательности и точности аналитических и исследовательских методов и качества аналитических результатов. Снижение порога обнаружения. Снижение величины аналитических проб (полумикро-, микро- и ультрамикроанализ). Применение органических реактивов. Комплексоны. Акваметрия как аналитическая стратегия. Тест-методы. Появление и развитие химических сенсоров. Развитие способов аналитического разделения (ультрацентрифугирование, ультрафильтрация, мембранные методы, аналитическая экстракция, хроматография). Совершенствование методов оценки аналитических результатов (развитие химической метрологии). Использование в аналитических и исследовательских целях различных физических явлений — электрохимических, оптических, взаимодействия с электрическим, магнитным, электромагнитным полем и жесткими излучениями, наведения радиоактивности. Сочетание модифицирующих, «разрушающих» и «неразрушающих» методов. Сочетание и «гибридизация» различных методов в комплексных приборах и системах приборов. Автоматизация аналитических и исследовательских процедур. Развитие аналитических подходов и технологий с использованием ЭВМ и «искусственного интеллекта». Сенсорное моделирование биологических анализаторов.

Развитие объектов и предметов исследования и аналитических задач. Индивидуальное вещество, промежуточный продукт, технологическая среда. Биологическое вещество — биологическая ткань — организм — среда обитания. Общехимическая природа вещества — химическое строение — кристаллическая структура — природа поверхности. Состояние объекта и процесс изменения, химическая история объекта (радиационные, химические и иные загрязнения природной среды, фармакодинамика, допинг-контроль). Анализ сверхчистых веществ. Определение веществ и примесей в концентрациях ниже 10^-12

Общая характеристика возникновения и развития основных исследовательских и аналитических методов XX в. Оптическая спектроскопия (спектроскопия атомов и молекул; эмиссионная и атомно-абсорбци-онная спектроскопия; видимый свет; УФ, ИК. КР-диапазоны; лазерная КР и дистанционная спектроскопия; математическая обработка физического сигнала — дифференциальная и Фурье-спектроскопия; квантово-механическая интерпретация спектральных сигналов и математический синтез модельных структур). Фемтосекундная лазерная спектроскопия и фемтохимия. Рентгеновская и гамма-спектроскопия и дифрактометрия (рентгеноструктурный, фазовый и флуоресцентный анализ; эффект Мессбауэра). Электронная микроскопия и зондовые методы. Электронография. Масс-спектрометрия (атомов и молекул; изотопный анализ; гибридизация МС с хроматографией). Радиоспектроскопия (ЭПР, ПМР, ЯМР других ядер, импульсная ЯМР-спектроскопия). Хроматография. Операции на твердых и растворимых матрицах (секвинация, синтез по Мерифидду и др.). Электрохимические методы (кулонометрия; кондуктометрия; потенциометрия со стандартными и специальными электродами, ион-селективные и ферментные электроды; вольт-амперометрия — полярография). Нейтронно-актива-ционный анализ. Методология меченых атомов и радиохимические методы анализа. Оптически детектируемый магнитный резонанс. Магнитно-резонансная и магнитно-силовая микроскопия.

4.1. Дискретная природа материи. Атомистические концепции древности. Алхимия и атомизм. Корпускулярные воззрения XVII в. Физический атомизм XVIII в. Химический атомизм Д. Дальтона и его экспериментальные подтверждения. Газовые реакции, закон объемных отношений Гей-Люссака и закон Авогадро. Судьба закона Авогадро. Атомные веса Дальтона и эквиваленты У. Волластона. История и развитие понятия эквивалента: конфликт теории и практических потребностей. Работы Ш. Жерара и С. Канниццаро; конгресс в Карлсруэ и утверждение позиций атомно-молекулярной теории. Радиоактивность и ее объяснение. Молекулярное строение вещества и статистическая термодинамика. Энергетизм В. Оствальда и его падение; экспериментальное подтверждение существования молекул. Визуализация частиц по их следам. Рентгеновская визуализация атомов. Открытие изотопии и возрождение гипотезы У. Праута. Открытие элементарных частиц, их теоретическое предсказание и экспериментальное доказательство существования. Ядерные реакции. Выделение, подсчет и характеристика отдельных атомов при синтезе новых элементов. Современные возможности визуализации атомов и молекул.

4.2. Химические элементы. Античные представления об элементах природы. Элементы-стихии, элементы-качества и элементы-сущности. Элементы природы и элементы вещества. Алхимические представления о химических элементах и их эволюция. Р. Бойль: критика традиционных понятий. Концепция химических элементов у А. Лавуазье. Понятие элемента и атомизм Дальтона. Развитие идеи систематики химических элементов. Концепция химических элементов Д.И. Менделеева; элемент и «простое тело». Система элементов, периодический закон, его систематизирующая роль в химии. Развитие понятия «химический элемент» в связи с изучением радиоактивности и развитием представлений о строении атомов вначале XX в. Элемент и атомный номер. Изотопия. Поиск и синтез новых элементов. Система элементов как форма развития материи; история представлений о пределе периодической системы. Развитие геохимии и космических представлений об элементах. Последовательность и обстоятельства открытия основных групп химических элементов; понятие открытия в химии.

4.3. Развитие представлений о химической связи. Связи атомов у античных атомистов. Концепция связующего начала. Концепция общих и избирательных сил тяготения. Идея «химического сродства», попытки его оценки и измерения в XVIII в. Химические связи в системе нового атомизма. Развитие электрохимии и дуалистическая теория И. Берцелиуса; ее противоречивость и крах. «Локализованные валентные связи» в теории строения органических соединений (А. Купер, А. Кекуле, А.М. Бутлеров). Проблема кратных связей. Теория И. Тиле. Открытие электрона, электролитическая диссоциацияи возрождение идеи электростатической связи (Дж. Дж. Томсон,И. Штарк). Комплексные соединения и проблема побочных валентностей. Способность к ионизации и сродство к электрону. Теория атома Н. Бора и основывающиеся на ней теории химической связиА. Косселя и Дж. Льюиса (1916). Понятие ковалентной связи (И. Лэнгмюр, 1919). Квантово-механическое описание химической связи; метод валентных схем и метод молекулярных орбиталей. Описание кратных связей. Идея образования пи-комплексов (Р. Тафт, 1950). Открытие ферроцена и других пи-комплексных соединений. Комплексообразование, поверхностные соединения и катализ. Формирование современной координационной химии.

4.4. Химическое строение. Развитие идеи структуры в рамках представлений о корпускулярной природе вещества до XVIII в., представлений А. Лавуазье, нового атомизма Д. Дальтона. Формирование представлений о структуре в органической химии от Дальтона до Жерара. Открытие изоморфизма и полиморфизма и аналогии химического строения и форм кристаллов от Т. Бергмана до Э. Мичерлиха. Открытие изомерии — актуализация проблемы структуры. Идеи Л. Пастера о молекулярной диссимметрии. Нечеткость понятий атомов и молекул как препятствие формированию структурных представлений. Идеи А. Купера и А. Кекуле; А.М. Бутлеров: расположение атомов или последовательность связей; переход от пространственных представлений к топологическим. Представление о кратных связях. Я. Вант-Гофф: возвращение к пространственным представлениям на новом уровне. Пространственные формы алициклических соединений (А. Байер). Координационная теория А. Вернера и развитие неорганической стереохимии. Развитие представлений о конформационных превращениях органических молекул (Г. Заксе, К. Мор, Г. Бишоф). Открытие таутомерии, динамической изомеризации и переходного состояния молекул. Обнаружение «молекул-процессов». Рентгеноструктурный анализ; атомные и молекулярные кристаллы (У.Г. и У.Л. Брэгги). Пространственные взаимодействия атомов и групп (К. Питцер). Асимметрический синтез. Конформационный анализ (Д. Бартон, В. Прелог). Стереорегулярная полимеризация (К. Циглер, Дж. Натта, А.А. Короткое, Б.А. Долгоплоск). Представления о внутреннем строении, форме и физической «упаковке» полимерных молекул (Г. Штаудингер, М. Кац, Г. Марк). Регулярность надмолекулярных структур; белки и нуклеиновые кислоты (В. Астбери, Л. Полинг, Д. Уотсон и Ф. Крик). Прямое определение геометрии молекул (электронография и туннельная микроскопия). Развитие теории от способа объяснения к руководству деятельностью: квантово-химические представления и расчеты как теоретическая основа представлений о химическом строении, как средство предсказания строения, как инструмент молекулярного дизайна и планирования эксперимента и как способ пространственной интерпретации электронных, молекулярных и резонансных спектров. «Квантовые точки» и понятия структуры в современных нанотехнологиях. Развитие проблемы структуры применительно к жидкому и стеклообразному состояниям; понятия кластеров и фракталов; развитие общих представлений о химической организации вещества.

4.5. Термохимия и химическая термодинамика. Термохимия. Наблюдение положительных и отрицательных тепловых эффектов химического взаимодействия. Калориметр, понятие теплоемкости и теплоты плавления (Дж. Блэк). Обратимость теплового эффекта (А. Лавуазье и П. Лаплас, XVIII в.). Закон атомной теплоемкости (П. Дюлонг и А. Пти, 1819). Формирование термохимии как самостоятельного научного направления (Г. Гесс, 1830—1850). Тепловые эффекты как мера химического сродства. Связь теплового эффекта и суммы энергий химических связей (А.М. Бутлеров). Принцип максимальной работы (Ю. Томсен, М. Бертло, 1854—1869) и его критика. Термохимические законы Бертло (1879). Совершенствование калориметров как основа прогресса термохимии. Работы В.В. Свентославского по корреляции тепловых эффектов и характера С-С- и С-О-связей. Термохимия и третий закон термодинамики; работы школы В. Нернста. Термохимия как экспериментальная база термодинамики. Квантово-механическая теория теплоемкости твердого тела и ее термохимическая проверка. Современная термохимия. Четыре периода развития термохимии.

Химическая термодинамика. Основание физической термодинамики (С. Карно, Р. Клаузиус, В. Томсон). Развитие представлений о химическом сродстве в XVIII в. (Э. Жоффруа, Т. Бергман, А. Лавуазье). Представление о тепловыделении химической реакции как мере химического сродства (К. Бертолле, Г. Гесс, Ю. Томсен, М. Бертло). Развитие представлений о химических равновесиях (А. Вильямсон, Л. Вильгельми, К. Гульдберги П. Вааге). Молекулярно-кинетическое учение как модельное представление о химическом взаимодействии. Рождение химической термодинамики как количественной теории химического сродства. Представление о свободной и связанной химической энергии (Г. Гельмгольц, 1882). Метод круговых процессов и работа как мера сродства; объединение на базе термодинамики термохимии, электрохимии, теории химических равновесий и химического сродства (Я. Вант-Гофф, 1884—1887). Термодинамическая система Дж. Гиббса (1876—1878). Понятие химического потенциала и правило фаз. Причины задержки освоения идей Гиббса в Европе; развитие и пропаганда этих идей (П. Дюэм, Я. Ван-дер-Ваальс, В. Оствальд, Ле Шателье). Учебники П. Дюэма, В. Оствальда, В. Нернста (1880-е гг.). Развитие термодинамики растворов и электрохимической термодинамики (Г. Гельмгольц, М. Планк, П. Дюэм, В. Нернст, 1878—1904). Термодинамика фазовых равновесий. Термодинамика неидеальных систем (Я. Ван-дер-Ваальс, X. Розебом, 1900—1918). Понятие активности и коэффициента активности (Дж. Льюис, 1907; Я. Бьеррум, 1918; П. Дебай, 1924). «Тепловая теорема» Нернста (1906). Формулировка М. Планка (1911). Становление статистической термодинамики (Л. Больцман, А. Эйнштейн, М. Смолуховский). Переход от термодинамики равновесных процессов к термодинамике необратимых (А.В. Раковский, 1911); подход Л. Онзагера (1931). Подход И.Р. Пригожина («производство энтропии», 1950-е гг.). Неравновесная термодинамика.

4.6. Химическая кинетика. Развитие представлений о скоростях химических реакций. Скорость растворения металлов (К. Венцель, 1777). Представление о прямых и обратных реакциях (К. Бертолле, 1803). Равновесие как динамический процесс (А. Вильямсон, 1850; И. Мала-гути, 1857; Р. Клаузиус, 1857). Математическое выражение скорости химической реакции (Л. Вильгельми, 1850). Диссоциация как обратная реакция (А. Сент-Клер Девилль, 1857). Стадийность химических реакций (А. Кекуле, 1858). Скорости реакций этерификации (М. Бертло, 1862; Н.А. Меншуткин, 1877—1878). Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов (К. Гульдберг, П. Вааге, 1867, 1879). Понятие скорости химических реакций и обратных реакций у Д.И. Менделеева (1869). Понятие константы скорости реакции; химическая динамика (Я. Вант-Гофф, 1884). Математическое описание химических процессов (В. Оствальд, 1883, 1887; Д.П. Коновалов, 1887). Температурная зависимость скорости реакции (С. Аррениус, 1889).

Развитие представлений об элементарных актах химических взаимодействий. Теория соударений (В. Мак-Льюис, 1918). Расхождение теории и экспериментов. Теория абсолютных скоростей реакций; понятие активированного комплекса (Г. Эйринг, 1935; М. Эванс, М. Поляни, 1935). Корреляционные подходы к химическим процессам; правило и уравнение Л. Гамета (1929—1938). Константа Р. Тафта (1952). Современная критика теории абсолютных скоростей реакций. Развитие учения о цепных процессах. Обнаружение критических параметров химических реакций в XIX в. Обнаружение активирования хлора и особенностей реакций хлорирования; ингибирование кислородом. Перекисная теория окисления (А.Н. Бах, 1894; Г. Энглер, 1904). Критика теории «ложных равновесий» и представление об атомах как активных частицах в газовых реакциях; недостаточность формальной кинетики (М. Боденштейн, 1899—1907). Фотохимический закон Штарка—Эйнштейна (1908—1912). Понятие квантового выхода. Цепная теория скоростей фотохимических реакций (М. Боденштейн, 1913). Концепция «энергетических цепей». Три типа бимолекулярных газовых реакций (К. Герцфельд, 1919—1922). Понятия зарождения, развития и обрыва цепей. Объяснение явления ингибирования; идея участия радикалов в цепных процессах (И. Христиансен, 1921 —1928). Скорость и механизм активации молекул (И. Христиансен, 1924). Обнаружение разветвленных цепных реакций, выявление и объяснение роли стенки реактора в развитии газофазного процесса (Н.Н. Семенов, 1926—1928; С. Хиншелвуд, 1928). Экспериментальное доказательство возникновения и роли свободных радикалов (М. Поляни, Ф. Панет, 1928—1933). Развитие теории разветвленных цепных реакций школой Н.Н. Семенова (В.Н. Кондратьев, Ю.Б. Харитон, Я.Б. Зельдович, Д.А. Франк-Каменецкий, В.В. Воеводский, Н.М. Эммануэль, М.Б. Нейман). Роль изучения реакции окисления водорода в развитии теории кинетики химических процессов. Цепная теория радикальной полимеризации (С.С. Медведев). Цепные процессы в реакциях окисления (Н.Н. Денисов, Г.Е. Заиков). Представление о цепных процессах как парадигма теории кинетики. Теория взрывных процессов. Скорости химических реакций и рециркуляционные технологические процессы. Роль свободных радикалов в биологических процессах; новая концепция патогенеза и химиотерапии (Н.М. Эммануэль). Открытие колебательных химических процессов (Б.П. Белоусов) и их кинетическое объяснение (А.М. Жаботинский); рождение когерентной химии. Изучение макрокинетики и создание методов математического моделирования реальных химических процессов.

4.7. Катализ. Исторические корни учения о катализе; первые описания каталитических явлений (К.С. Кирхгоф, Л. Тенар, Г. Дэви,И. Деберейнер). Первые обобщения и терминология (И. Берцелиус, Э. Мичерлих). Нитрозный процесс окисления диоксида серы. Открытие кислотного катализа в органических реакциях. Систематические исследования каталитических превращений органических соединений (П. Сабатье, В.Н. Ипатьев, Н.Д. Зелинский, СВ. Лебедев) и их практические результаты. Гетерогенный катализ в получении серной кислоты и аммиака. Каталитический крекинг и синтез Фишера—Тропша. Теория адсорбции и теория катализа. Развитие теории гетерогенного катализа, вклад А.А. Баландина, Н.И. Кобозева, Я.З. Рогинского, Г.К. Борескова. Попытки моделирования биологическихкатализаторов. Стереорегулярный и асимметрический катализ.

4.8. Электрохимия. Первоначальные наблюдения электрохимических эффектов. Создание гальванического элемента. Открытие химического действия электрического тока. Роль электролиза в открытии химических элементов; работы Г. Дэви и И. Берцелиуса. Теория электропроводности растворов. Начальные контактная, механическая и химическая теории гальванического элемента. Электрохимический понятийный аппарат, теория и терминология М. Фарадея. Электрохимический эквивалент. Открытие электроосаждения металлов; гальванопластика и гальваностегия. Подходы к теории электролитов и создание теории электролитической диссоциации. Различия слабых и сильных электролитов. Коэффициент активности Дж. Льюиса и объяснение явления активности в теории Дебая—Хюккеля. Теориякислот и оснований Я. Бьеррума. Развитие теории гальванического элемента: теория электродных потенциалов; проблема поляризации электродов. Разработка различных видов невосстановимых и восстановимых гальванических элементов. Учение о двойном электрическом слое. Изучение кинетики электродных процессов (совершенствование экспериментальных методов; диффузионная и электрохимическая кинетика); становление современной теории электродных процессов. Электрохимия полупроводников. Твердые электролиты. Фотоэлектрохимия и квантово-химическая интерпретация явлений. Развитие электрохимической теории коррозии металлов. Развитие теории и практики электрохимической пассивации поверхностей (пленочной, адсорбционной и поляризационной). Развитие теории и практики электроосаждения металлов; проблема наводороживания и ее решения. Электрохимия в металлопереработке и в электрометаллургии. Электроокисление и электровосстановление органических соединений. Проблема топливных элементов. Развитие представлений об электрохимии биологических систем.

4.9. Фотохимия. Истоки становления фотохимии как науки. Первый закон фотохимии (Т. Гротгус, М. Малагути, Дж. Дрейпер) и его количественная трактовка (Р. Бунзен и Г. Роско). Второй закон фотохимии (И. Штарк, А. Эйнштейн). Развитие представлений о природе первичных фотохимических процессов в первой трети XX в.(М. Боденштейн, Р. Лютер, И.С. Плотников, П.П. Лазарев). Диаграмма А. Яблонского и история индентификации метастабильного состояния. Работы А.Н. Теренина. Третий и четвертый законы фотохимии. Изучение излучения при химических реакциях и создание химических лазеров. Фотовозбуждение и фотолиз; импульсный и селективный лазерный фотолиз. Создание фотохромных материалов и несеребряных систем записи и хранения информации. Фотохимические подходы к решению проблемы преобразования и хранения солнечной энергии. Фотосинтез в живых организмах и исследования по его моделированию; фотоэлектрохимическое использование живых и искусственных фотосинтезирующих систем (М. Келвин, Р. Малкин, А.Е. Шилов, И.В. Березин).

4.10. Коллоидная химия. Открытие и научное описание коллоидных систем и диализа (Т. Грэм, 1861). Разделение на лиофильные и лиофобные системы. Опалесценция (М. Фарадей, 1857). Открытие электрофореза коллоидных частиц (Ф. Рейсе, 1809; И. Линдер, 1895).Обнаружение электрокинетического потенциала. Ультрамикроскоп (Р. Зигмонди, 1903). Научная теория броуновского движения и диффузии; их математическое описание (А. Эйнштейн, М. Смолуховский, 1905). Явления осмоса в коллоидных системах. Создание науки«Коллоидная химия» (В. Оствальд, 1907). Выявление двух типов устойчивости коллоидных систем — кинетической и агрегативной (Н.П. Песков, 1922). Мицеллярная природа лиофобных коллоидов. Поверхностная активность. Становление теории адсорбции. Уравнение Дж. Гиббса и модель И. Лэнгмюра. Расхождения между теорией и практикой адсорбции. Теория БЭТ. Развитие коллоидной химии в науку о дисперсных системах, а затем — в науку о поверхностных явлениях. Расширение круга дисперсных систем в область пен и аэрозолей. Поверхностные явления, адгезия, расклинивающее давление Б.В. Дерягина и эффект П.А. Ребиндера. Явления дифференциации и интеграции в науке на примере развития коллоидной химии.

4.11. Развитие кристаллохимии. Возникновение термина «кристаллохимия» и эволюция взглядов на ее предмет. Историческое место кристаллохимии в системе естественных наук, в частности в химии. Периодизация развития кристаллохимии.

Доструктурный период в развитии кристаллохимии. Первые гипотезы о внутреннем строении кристаллов на основании кристаллографических, химико-минералогических и фармакологических исследований. Открытие изоморфизма и полиморфизма, химико-минералогическое и термодинамическое направление их исследований: открытие изоморфных рядов (А. Арцруни, В.И. Вернадский) и жидких кристаллов (О. Леман); идея В.И. Вернадского о полиморфизме как общем свойстве химических соединений. Открытие молекулярной диссимметрии (Л. Пастер) и твердых растворов (Я. Вант-Гофф). Открытие 230 пространственных групп симметрии (Е.С. Федоров, А. Шенфлис) и создание геометрической теории кристалла; основополагающая роль этого открытия в развитии рентгеноструктурного анализа.

Структурный период развития кристаллохимии. Создание главного метода структурной кристаллохимии — рентгеноструктурного анализа (У.Г. Брэгг, УЛ. Брэгг). Исследование простейших химических веществ и открытие фундаментальных принципов построения их структуры. Вывод об отсутствии молекул в ряде изученных неорганических кристаллов, различия между твердыми растворами и химическими соединениями (У.Л. Брэгг, А. Вестгрен, Г. Фрагмен). Систематическое измерение межатомных расстояний в кристаллах; введение представлений об ионных радиусах как третьего, после заряда ядра и массы атома, важнейшего параметра менделеевской системы (У.Л. Брэгг, В.М. Гольдшмидт). Открытие политипии (Г. Баумгауэр). Классические исследования Гольдшмидта по общей и систематической кристаллохимии. Структурная интерпретация изоморфизма и полиморфизма; осознание роли изоморфизма в геохимических процессах; рождение геокристаллохимии (Н.В. Белов). Особое значение полиморфных модификаций в современной фармакологии. Роль «первой» и «второй» глав кристаллохимии силикатов в развитии неорганической кристаллохимии (У.Л. Брэгг, Н.В. Белов и их школы). Создание органической кристаллохимии (А.И. Китайгородский и его школа). Компьютеризация структурных исследований в 1970-х гг. и вызванная ею революция в кристаллохимии. Возникновение и развитие «электронной кристаллохимии» (1980-е гг.), усовершенствование дифракционных методов, сочетаемых с оптической спектроскопией. Новейшие аспекты прикладной кристаллохимии: программированное выращивание заданных кристаллических структур; выращивание изделий в форме кристаллических пленок и нитей; изучение и создание планируемых наноструктур.

Основные способы определения строения веществ и отдельных молекул.

5.1. Рентгеноструктурный анализ (РСА), за разработку, развитие методики и применение которого для определения сложных структур присуждено более 15 Нобелевских премий. Огромное воздействие на развитие многих химических направлений «революции в кристаллографии» (Гамильтон) в 1970-е гг., связанной с компьютеризацией исследований (сопряженная работа дифрактометра с компьютером).

5.1.1. РСА порошков, недавно переживший «локальную революцию» (расшифровка более 100 структур).

5.1.2. РСА на основе синхротронного излучения (РСА СИ). Развитие этого метода, свободного от ограничений для традиционного РСА, и его влияние на прогресс кристаллохимии белков, вирусов и др.

5.1.3. «Связанные» методы РСА (EXAFS, XANES и др.) для исследования аморфных веществ.

5.2. Ядерно-магнитный резонанс (ЯМР).

5.2.1. Классический ЯМР.

5.2.2. Двумерный ЯМР.

5.2.3. ЯМР ориентированных молекул.

5.3. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).

5.4. Масс-спектроскопия.

5.5. Электронография и нейтронография.

5.6. Оптическая спектроскопия.

5.7. Микроволновая спектроскопия.

5.8. Радиоспектроскопия.

5.9. R-спектроскопия с использованием лазеров в качестве источника света.

5.10. Фурье-спектроскопия.

5.11. Новейшие методы, используемые в химии для ограниченного круга объектов, но имеющие большую перспективу.

5.11.1. Магнитно-резонансная силовая микроскопия (МРСМ).Достижение последнего десятилетия, открывающее уникальные возможности при совмещении этого способа с традиционными ЭПР и ЯМР. Новейшая история и будущее развитие нанохимии (в особенности нанокомпозитов с магнитными включениями).

5.11.2. Комбинированный способ — сопряжение зондовых методов с фемтосекундной лазерной спектроскопией — и его стремительная эволюция, стимулирующая развитие фемтохимии.

Древняя металлургия золота, серебра, свинца и сурьмы, меди и ее сплавов. Металлургия железа. Керамика и стекло. Минеральные пигменты и органические красители. Технологии выпаривания, экстракции и крашения. Производство соли и поташа. Производство папирусной бумаги. Едкое кали, нашатырь, мыло. Химические производства раннего Средневековья (сахар, спирт, листовое стекло, живопись по стеклу). Химическая техника позднего европейского Средневековья (выплавка железа через передельный чугун, изготовление пороха, получение сильных кислот, закладка селитрянец и выщелачивание селитры, купоросы и квасцы, цветные эмали и стекла). Химическая техника эпохи европейского Возрождения (промышленное мыловарение, получение эфирных масел, усовершенствование металлургии меди).

Химическая промышленность начала Нового времени. Потребности стеклоделия, мыловарения, текстильной промышленности и производство соды по Леблану. Производство серной кислоты для сульфирования индиго. Беление хлором и производство «белильной извести». Производство кокса для металлургии, газа для освещения и накопление каменноугольной смолы.

Химическая промышленность XIX в. Проблемы использования каменноугольной смолы, исследования ее состава и возможности применения. Потребности в красителях для тканей и синтез ализарина и фуксина. Развитие промышленности органических красителей. Потребность во взрывчатых веществах, создание динамитов и бездымных порохов. Создание производства целлулоида. Развитие строительства и развертывание производства цементов. Появление двигателей внутреннего сгорания, проблема моторного топлива и смазочных масел.

Химическая промышленность XX в. Потребность во взрывчатых веществах и промышленный синтез аммиака. Увеличение плотности населения, распространение эпидемических заболеваний и развитие фармацевтической промышленности. Развитие электротехники, потребность в электроизоляции и развитие фенолформальдегидных полимерных материалов, полиорганосилоксанов и термостойких полимеров. Коррозия металлов и поиск химических средств и методов борьбы с ней. Недостаток природных материалов, синтез каучука и полимеризационных пластмасс. Развитие товарного сельского хозяйства и потребность в минеральных удобрениях, уничтожение межей и проблема борьбы с сельскохозяйственными вредителями. Прямая связь химической науки и промышленности. Развитие химической науки, опережающее запросы практики.

7.1. Химия и философия. «Предхимия» в рамках синкретической преднауки Древнего мира. Взаимосвязь этики, геометрии и превращения элементов у Платона. Химический аспект философии Аристотеля. Роль идеологии и ритуалов ранней алхимии в возникновении герметической философии, а также обрядов и символики масонства. Развитие органической химии и метаморфозы витализма. Химический состав Вселенной и представления о ее целостности.

7.2. Химия и математика. Количественные меры в химии. Химическая метрология. Кристаллохимия и теория групп. Математический аппарат в физико-химических расчетах. Химическая интерпретация физического сигнала с помощью математического анализа и превращение математического аппарата в непосредственный инструмент физико-химического измерения. Место и роль математики в квантовой химии. Химия и теория графов. Проблемы макрокинетики и математического моделирования химических процессов и аппаратов. Математическое планирование и математическая оценка химического эксперимента. Математика и молекулярный дизайн.

7.3. Химия и физика. «Физическая химия» у М.В. Ломоносова. Физическое измерение в химии. Физическая химия XIX в. Химическое состояние, химическое превращение и физический сигнал, «физикализация» химии в XX в. Физические явления и физические воздействия как факторы возникновения химических направлений и дисциплин. Радиохимия как фактор развития физики. Физические теории строения материи и интерпретация химической связи. Физическое объяснение химических явлений и проблема сведения химии к физике, физико-математическая интерпретация периодического закона и ее неполнота.

7.4. Химия, биология и медицина. Ятрохимия как медицинская ипостась алхимии. Химико-медицинская философия Парацельса. Развитие представлений о химической сущности базовых биологических процессов. Исследование брожения и других биохимических процессов. Химия и учение о ферментативных процессах. Изучение и постижение молекулярной природы наследственности. Лекарства и яды. Химическая структура и биологическая активность. Молекулярная биология и проблема сведения биологических процессов к химическим. Проблема функционирования живого как центральная проблема науки.

7.5. Химия и науки о Земле. Геохимия как история распределения химических элементов и их соединений в оболочках Земли. Минералогия как химия земной коры. Биогеохимия В.И. Вернадского. Возникновение геокристаллохимии. Происхождение нефти.

7.6. Химия, общественные науки и общество. Химические методы в истории и археологии. Химия и криминалистика. Химическая экология. Развитие цивилизации, химические загрязнения и проблема «самоубийственных» химических технологий. Социальные проблемы, общественные отношения и химический анализ. Формы собственности и развитие химии.

По рекомендации ВАК приведены только русскоязычные источники

Арбузов А.Е. Избранные работы по истории химии. М, 1975.

Блох М.А. Биографический справочник: Выдающиеся химики и ученые XIX и XX столетий, работавшие в смежных с химией областях Л. 1929—1931 Т. 1, 2.

Блох М.А. Хронология важнейших событий в области химии и смежных дисциплин и библиографии по истории химии. Л.—М., 1940.

Бучаченко A.JI. Химия на рубеже веков: свершения и прогнозы. Успехи химии. 1999. Т. 68.

Быков Г.В. История электронных теорий органической химии. М., 1963.

Быков Г.В. История органической химии: Структурная теория. Физическая органическая химия. Расчетные методы. М., 1976.

Вальден П.И. Очерк истории химии в России. Одесса, 1917.

Вернадский В.И. Труды по истории науки в России. М., 1988.

Волков В.А., Вонский E.B., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. М., 1991.

Всеобщая история химии. Возникновение и развитие химии с древнейших времен до XVII в. М., 1980.

Всеобщая история химии. Становление химии как науки. М., 1983.

Всеобщая история химии. История учения о химическом процессе. М., 1981.

Всеобщая история химии. История классической органической химии. М., 1992.

Дмитриев И.С. Охота на зеленого льва (алхимия в творчестве Исаака Ньютона). ВИЕТ, 1993.

Кедров Б.М. Микроанатомия великого открытия. К 100-летию закона Менделеева. М., 1970.

КипнисА.Я. Развитие химической термодинамики в России. М.—Л., 1964.

КошкинЛ.В., Мусабеков Ю.С. История органического синтеза в России. М., 1967.

Кузнецов В.И. Диалектика развития химии. От истории к теории развития химии. М., 1973.

Кузнецов В.И. Развитие учения о катализе. М., 1964.

Ладенбург А. Лекции по истории развития химии от Лавуазье до нашего времени. Одесса, 1917.

Лукас А. Материалы и ремесленные производства Древнего Египта. М., 1958.

Лукьянов П.М. История химических промыслов и химической промышленности России до конца XIX в. М.—Л., 1948—1965. Т. 1—6.

Меншуткин Б.Н. Химия и пути ее развития. М., 1937.

Морозов Н.А. В поисках философского камня. СПб., 1909.

Мусабеков Ю.С. История органического синтеза в России. М., 1958.

Оствальд В. Эволюция основных проблем химии. М., 1909.

Оствальд В. Великие люди. СПб., 1910.

Печенкин А.А. Методологические проблемы развития квантовой химии. М., 1973.

Рабинович В.Л. Алхимия как феномен средневековой культуры. М., 1979.

Сабадвари Ф., Робинсон А. История аналитической химии. М., 1984.

Смолеговский A.M. Развитие представлений о структуре силикатов. М., 1979.

Смолеговский A.M. К истории кристаллохимии. ВИЕТ, 1986.

Соловьев Ю.И. История химии в России: Научные центры и основные направления исследований. М., 1985.

Фаерштейн М.Г. История учения о молекуле в химии. М., 1961.

Фигуровский Н.А. Открытие химических элементов и происхождение их названий. М., 1970.

Фигуровский Н.А. Очерк общей истории химии. М., 1969, 1979. Ч. 1 и 2.

Шептунова З.И. Историографический анализ работ по истории химии в России. М., 1995.

Быков Г.В. История классической теории химического строения. М., 1960.

Дмитриев И.С. Периодический закон Д.И. Менделеева. История открытия. СПб., 2001.

Трифонов Д.Н. О количественной интерпретации периодичности. М., 1971.

Шептунова З.И. Химическое соединение и химический индивид (Очерк развития представлений). М., 1972.

1. Соотношение истории, социологии, психологии науки и науковедения на примере истории химии.

2. Современные проблемы методологии истории химии.

3. Развитие когнитивной, институциональной структуры и инфраструктуры конкретной области химии за фиксированный период.

4. Эволюция представлений о химическом элементе.

5. Развитие взглядов на понятие химического соединения.

6. История учения о молекуле. Основные моменты.

7. Ретроспективный анализ понятия «валентность».

8. От идей о сродстве до современного понимания химической связи.

9. Алхимия в трудах И. Ньютона.

10. М. Бертло как историк алхимии.

11. Роль алхимии в развитии химического эксперимента.

12. Химическая революция А. Лавуазье.

13. Значение конгресса в Карлсруэ для развития химии.

14. Труды отечественных историков химии по истории химической атомистики.

15. Рождение классической теории химического строения.

16. Три версии открытия периодического закона (Б.М. Кедрова, Д.Н. Трифонова и И.С. Дмитриева).

17. Основные этапы формирования теории химического равновесия.

18. История промышленного синтеза аммиака как фундаментальной проблемы химии и химической технологии.

19. Возникновение кристаллохимии и определяющие события в ее эволюции.

20. Создание хроматографического метода и его роль в истории химии.

21. Краткая история применения в химии физических методов исследования (РСА, электроно- и нейтронография, ЯМР. ЭПР и др.).

22. Революция в РСА и ее последствия для химии.

23. Возникновение нанохимии и фемтохимии как итог применения в химии новейших физических методов исследования.

24. Главные этапы в развитии химии высокомолекулярных соединений.

25. Современная биотехнология в ретроспективном аспекте.

26. Центральные проблемы в развитии химической кинетики и катализа.

27. Определяющие события в эволюции термохимии и химической термодинамики (включая идеи о химической самоорганизации).

28. Возникновение когерентной химии как нового уровня понимания явлений типа «колец Лизеганга», «реакции Белоусова—Жаботинского» и т.п. (т.е.свойства химических систем формировать колебательные режимы реакции).

29. Новейшие подходы к пониманию предмета химии и оценке периодического закона.

30. Новый уровень классификации химии.