Kjemihistorie

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Kjemiens historie omfatter den analytiske okkupasjonen av mennesker med strukturen, egenskapene og transformasjonen av kjemiske stoffer fra forhistorie til nåtid. I tillegg til de praktiske aspektene har kjemi siden starten, sammen med sin søstervitenskap, fysikk , forsøkt å belyse materiens indre natur.

I begynnelsen av moderne tid ble gammel kjemisk praksis kombinert med middelaldersk alkymi, som ble formidlet til Europa av lærde som skrev på arabisk. Fra slutten av 1700 -tallet utviklet kjemi seg til en eksakt naturvitenskap , som deretter begynte på 1800 -tallet for å gi en enorm mengde praktisk talt brukbare resultater, noe som førte til etableringen av en kjemisk industri .

Den industrielle anvendelsen av kjemi forårsaket også stadig større miljøskader , noe som førte til fremveksten av en miljøbevegelse fra rundt 1970 som søker å få den kjemiske industrien så vel som samfunnet som helhet til å handle bærekraftig uten miljøforurensning .

Kjemi er en differensiert vitenskap som har et bredt spekter av forskningsmål i sine mange grener og bruker en rekke teknologier for å konvertere stoffer av alle slag i kjemiske reaksjoner .

Kjemiens røtter

antikken

Rundt 1000 f.Kr. I mange områder i Midtøsten, Egypt og Hellas var metallutvinning fra malm kjent. Gull , sølv , jern (500 f.Kr. i Europa, 4000 f.Kr. i Egypt), kobber (4000 f.Kr.), tinn (legering med kobber 3000 f.Kr.), bly (500 f.Kr.) ble brukt Brukes til vannrør, skrivebrett, mynter, matlaging fartøyer i Roma), kvikksølv (300 f.Kr., Theophrast og Dioscorides, flytende sølv , hentet fra cinnabar ved bruk av kobber og eddik), samt stoffer som svovel , saltpeter eller kull. Metallnavnene var knyttet til ukedager og planeter. Metodene for å lage leire (for keramikk ), fajanse , glass (1500 f.Kr., Egypt, blåst glass, Roma 30 f.Kr. [1] ) og porselen (Kina) var også kjent.

Videre var salver , såper , oljer, melk og ost, vin , ølbrygging , eddik , papyri, lærproduksjon og fargestoffer (fargestoffer: henna , indigo , madder , safran, pigmenter (f.eks. Rødt bly , hvitt bly , cinnabar , okre , blåstein, verdigris , galena , arsenikksulfid og antimonsulfid), eteriske oljer, salter ( alun , bordsalt ) (fra fordampning av sjøvann, for å bevare mat). Svoveldamp ( svoveldioksid , sulfitter i vann) var brukes til røyking, til rengjøring av stoffer, til konservering av vin, til destruksjon av fargestoffer, til produksjon av alun. Egypterne, grekerne og romerne var allerede kjent med forskjellige medisiner som vitriol ( kobbersulfat , emetikk), alun (for gargling), jernrust, blyglette , valmuefrø ekstrakt, henbane , mandragora rot, hyoscyamin , skopolamin (for berusende, lammende).

Kjemi i antikken skilte seg fra dagens produksjonsprosesser innen teknisk kjemi hovedsakelig ved at disse prosessene ikke var veldig kompliserte og derfor kunne praktiseres i mange kulturer.

Utvinning av metaller var av betydelig betydning i tidligere tider. Fra metaller - i henhold til retningslinjene for det menneskelige sinn - kan skjemaer for verktøy, daglig bruk, mynter, rustning skapes først i tanken, deretter materielt, som deretter hadde en betydelig innvirkning på det sosiale livet. Ideen - ifølge Platon verdens sjel - forvandles gjennom metallproduksjonen til objekter som oppfinnelsen og verktøyet kan overleve utover oppfinnerens død. Til og med grekerne overførte samfunnets tilstand til metaller ( jernalder , sølvalder, gullalder ) og myntmetall (gull, sølv, jern) kan gjøre samfunnets medlemmer mer likestilt (myntmetall: jern i Sparta) eller spesielle prestasjoner og høy sanksjonsinntekt med verdifulle mynter (myntmetaller: gull, sølv).

Mange greske filosofer trodde på en eneste urstoff i verden. Thales of Miletus (originalt stoff: vann), Anaximenes of Miletus (originalt stoff: luft), Heraklit (originalt stoff: brann). Empedokles i Agrigento så de fire primære stoffene forent: jord, vann, luft og ild. Han tenkte på et drivstoff i luften (grunnlaget for den senere phlogiston -teorien ifølge Stahl) og antok at de fire primære stoffene blandes tilfeldig, hvor kjærlighet og strid mellom de primære stoffene spiller en rolle. Alle ting i verden stammer fra blandingen av disse fire elementene. Empedokles mistenkte også at luft består av materie og at det ikke kan være vakuum, siden han hadde undersøkt prinsippet om en pipette . Democritus of Abdera ( Democritus ) og Leucippus trodde på udelelige minuttpartikler av et stoff de kalte atom .

Platon og Aristoteles omhandlet også naturfilosofi . Aristoteles trodde på de fire opprinnelige elementene i Empedokles, men han trodde også på fire originale egenskaper (varm-kald, tørr-fuktig). Hvert element har to originale egenskaper (f.eks. Vann: fuktig, kaldt). Stoffer skal kunne transformere ved å utveksle eiendommer. Et annet primærelement ble lagt til av Aristoteles - eteren. Dette stoffet bør gjennomsyre alt for alltid og uforanderlig, være inneholdt i alle stoffer. Aristoteles erkjente også at det er et forhold mellom metallene i smelting, det avhenger av riktig blandingsforhold. Han overførte også disse tankene til humoren til syke mennesker (se humoristisk patologi ). Den syke kan muligens bli frisk ved hjelp av grønnsaksjuice eller salter, dette var grunnlaget for senere medisinske eksperimenter ( Galenos ) og for senere medisiner. Aristoteles så på alle jordiske prosesser som en refleksjon av de himmelske prosessene. Metalltypene ble senere tildelt individuelle planeter.

Alkymi utviklet seg senere fra naturfilosofi. I de tidlige dagene kombinerte alkymi magi og mystikk med prosessen med metallkonvertering, kjemisk-fysiske rengjøringsprosesser og produksjon av fargestoffer.

I hellenismens tidsalder, på grunn av markedets ekspansjon, vokste prosesser i betydning der billige imitasjoner av dyre naturmaterialer og andre varer (edelstener, lilla og andre fargestoffer, etc.) kunne produseres: syntetisk "gull", farget glass, imitert perler, etc. [2]

I Egypt ble religion , astrologi og magi blandet sammen i det 2. århundre e.Kr. I den religiøse retningen til Gnosis , som hadde en annen orientering enn senere kristendom mot det onde i verden ( teodis ), spilte indre opplysning gjennom alkymi en viktig rolle. I skapelseshistorien til gnostikerne ble det brukt kjemiske termer som sublimering og destillasjon (spiritualisering) eller blandinger ( rensing ). De første detaljerte tegningene og beskrivelsene av mange kjemiske prosesser i Egypt rundt 400 e.Kr. kommer fra Zosimus fra Panopolis . Eldre kilder (f.eks. Fra Bolos von Mendes 250–200 f.Kr.) er også kjent. I stedet for de fire urelementene ble to grunnstoffer av materie unnfanget i denne fasen. Kvikksølv og svovel . Det førstnevnte stoffet er et flytende metall som størkner når det virker på andre metaller (sammensmeltning). Det andre stoffet brenner lett med dannelse av flammer og produserer gasser. Videre ble kvikksølv og arsen sett på som det maskuline prinsippet, og svovel som det feminine prinsippet.

middelalderen

Med utbredelsen av islam ble gammel gresk kunnskap gitt videre til islamske lærde. En viktig islamsk alkymist var for eksempel Jabir ibn Hayyān .

Teoriene til alkymistene i kjemi i middelalderen stammer ikke bare fra deres eksperimentelle erfaringer, men også fra astrologiens lære og forståelse av verden som i dag ville bli kalt esoterisk , men som faktisk var et tidlig forsøk på en fenomenologisk teori innenfor rammen av datidens aksiomatikk .

Albertus Magnus ; Fresco (1352), Treviso, Italia

Fra 1100 -tallet - takket være kontaktene med de arabiske alkymistene - brøt "alkymi -boom" ut over Europa: I 1085 skrev eller oversatte Gerhard von Cremona i Toledo den "første kjemiboken" i Europa basert på Rhazes [3] : " Das Book of alums and salts ”, Albertus Magnus forsket i Köln fra 1193–1280, og til og med kirkeforskeren Thomas Aquinas drev“ studiae alchymicae ”med henvisning til Aristoteles og Bibelen.

Målet med alkymi var å gjøre basismetaller til gull ved hjelp av transmutasjon og å finne filosofens stein i det store verket gjennom rensing. Imidlertid ble alkymi integrert i kunnskapen om naturen med magiske, helhetlige bestrebelser på å bringe stoffene og sjelen til eksperimentatoren til en renset tilstand.

Roger Bacon (1210–1292) introduserte eksperimentet som den viktigste arbeidsmetoden for alkymistene ("Sine experientia nihil sufficienter sciri potest": ingenting kan være tilstrekkelig kjent uten et eksperiment) - skalaene forble imidlertid en enhet for måling av utgangsstoffer. Det var først i Lavoisier - fra 1775 - at det ble et middel til å måle forskning.

Albertus Magnus var likevel en viktig alkymist og kjemiker i middelalderen, men som dominikaner holdt han sine teorier innenfor grensene som kirken satte. Han var den første som isolerte elementet arsen .

Alkymisten leter etter Philosopher's Stone av Joseph Wright fra Derby , som illustrerer oppdagelsen av fosfor av Hennig Brand

Alkymisten i middelalderen var stort sett en prest med en viss utdannelse, det var ikke før slutten av middelalderen at alkymi dukket opp i bredere lag. Det ble generelt akseptert og fremmet eller til og med praktisert av høye prinser og geistlige. Viktige alkymister var z. B. Vannoccio Biringuccio , Paracelsus , Libavius , Basilius Valentinus , Johann Rudolph Glauber . Kritikk ble rettet mot overdrev og svindel, det samme var dekreter som oksen til pave Johannes XXII. av 1317 ikke rettet mot alkymi, men mot uredelige alkymister, når det gjelder oksen mot myntfalsere. [4] Troen på muligheten for gullproduksjon gjennom alkymi eller muligheten for en livsforlengende eliksir var utbredt i alle klasser. Martin Luther lastet noen ganger mot alkymistene og alkymisten Süple ved bordtaler , men på grunn av den åndelige bakgrunnen for allegorier, transmutasjoner og de dødes oppstandelse den siste dagen fant han den faktiske kunsten i prisverdig enighet med kristendommen. [5]

Siden 1000 -tallet har alkohol blitt produsert i stor skala ved å destillere vin. På 1200 -tallet ble svovelsyre (eller vitriolic acid, royal acid ) og salpetersyre (eller septinsyre) ekstrahert. For disse områdene i økonomien var det også behov for mennesker som kunne utvinne stoffene. På 1300 -tallet økte behovet for krutt , en blanding av svovel, saltpeter og kull, for de nye skytevåpnene . Spesielt kruttproduksjonen i pulverfabrikker krevde en viss grunnleggende kunnskap om kjemikalier og arbeidsteknikker som skulle brukes for å muliggjøre sikkert arbeid. Fra 1420 ble de første papirfabrikkene bygget på Rhinen; Behovet for papir økte snart med oppfinnelsen av trykkpressen av Gutenberg. Rundt 1520 var rundt 100 000 mennesker ansatt i gruve- og stålindustrien i Det hellige romerske riket i den tyske nasjonen. Viktige bøker ble nå også utgitt om gruvedrift og metallurgi (f.eks. Av Georgius Agricola , Bermanus sive de re metallica (1530), De Re Metallica, libri XII (1546)). Alkymi har blitt diskreditert siden 1300-tallet, filosofens stein ble ikke funnet, og gullfremstilling var også mislykket. Pavelige forbud mot alkymi og trusselen om ekskommunikasjon fulgte.

Fra 1500- til 1700 -tallet brukte prinsene noen ganger alkymister. Til tross for det lille antallet alkymister, var det også viktige funn. I 1669 oppdaget Hennig Brand , en tysk farmasøyt og alkymist, det kjemiske elementet fosfor i søket etter filosofens stein mens han destillerte urin og glødet resten. Alkymisten og kjemikeren Johann Friedrich Böttger , sammen med Ehrenfried Walther von Tschirnhaus, fant til og med den europeiske motparten til kinesisk porselen i 1708, men "Philosopher's Stone" forble en fantasi .

Begynnelsen på en systematisk praktisk kjemi

De sosiale endringene i renessansens alder: oppfinnelsen av trykkpressen av Gutenberg (1450), oppdagelsen av Amerika (1492), reformasjonen av Martin Luther brakte også innovasjoner til alkymi. Viktige alkymister på denne tiden var Paracelsus (1493–1541), Faust (1480–1540), Vanoccio Biringucci (1480–1539) og Georgius Agricola (1494–1555). Alkymistenes bøker utvidet den eksakte kunnskapen i den alkymistiske applikasjonen.

metallurgi

Så tidlig som 1500 var det første skrifter om metallutvinning i Tyskland. [6] [7]

Vannoccio Biringuccio skrev Pirotechnica -verket i 1540 og ga dermed en omfattende oversikt over metallvitenskap, våpenproduksjon og maskiner.

På 1500-tallet skrev den saksiske lærde Georgius Agricola sitt tolv-binders verk om metallurgi , De re metallica libri XII (Basel 1556), bind sju som lenge var et standardverk for tidlig analytisk kjemi , dvs. for deteksjonsreaksjoner og testing av metaller , ble. Noen deler av arbeidet hans var basert på verket Pirotechnica av Vannoccio Biringuccio. For første gang ble metaller som vismut og sink beskrevet i arbeidet. Imidlertid ble andre navn brukt for disse metallene ( Kobelt eller Cadmia metallica ); Det var først i 1617 at ordet sink ble brukt i Löhneyss -verket ( Das Buch vom Bergwerk ). De re metallica representerer den første omfattende og systematiske samlingen av den metallurgiske kunnskapen fra den tidlige moderne perioden. Den inneholder også en oppsummering av tidens kunnskap fra smaken for analyse av metallmalm og legeringer.

Legemiddelproduksjon

I tillegg til metallurgi var apotek av spesiell betydning i praktisk kjemi på 1500 -tallet. Den sveitsisk-østerrikske legen og naturvitenskapsmannen Paracelsus (født 1493/94, død 1541) grunnla kjemisk forskning for å bekjempe sykdommer ( iatrokjemi ). Han prøvde å tolke livsprosesser kjemisk og sette kjemi til medisinens tjeneste. Han er overbevist om at sykdommer kommer utenfra og derfor kan behandles med kjemikalier utenfra.

Paracelsus beskrev også symptomer på forgiftning gjennom skadelige stoffer (blysalter) og anses derfor å være en av grunnleggerne av toksikologi. Han introduserte også først ordet alkohol og foreslo behovet for å isolere medisinske ingredienser fra planter ( quintia essentia ).

Imidlertid brukte Paracelsus også giftige stoffer for å bekjempe sykdommer, i håp om at riktig dose av et stoff ville være avgjørende for utvinning. Imidlertid ble medisinen hans bekjempet av mange kritikere, antimonpreparatene fra Paracelsus ble forbudt i Frankrike ved en parlamentarisk avgjørelse i 1566. Mange senere alkymister var imidlertid tilhengere av læren til Paracelsus, somJohann Baptista van Helmont , Andreas Libavius ,Johannes Hartmann . Sistnevnte fikk en stol for iatrokjemi i Marburg for første gang i 1609.

I løpet av tiden har mange enheter og prosesser blitt utviklet, spesielt innen farmasøytisk produksjon, hvorav noen fremdeles brukes i kjemiske laboratorier i dag: mørtel for finpussing, glassflasker, retorts , spatler, presise skalaer , stillbilder, etc. .

Begynnelsen på måling av forskning og tidlige teorier

Fra Glauber til Lavoisier

Renessansens tid ga kjemikere som ikke stolte på blind tro på gamle myndigheter, men utviklet sine egne ideer. Utviklingen av bokføring i Italia førte til økt handel og bedre tilgjengelighet til varer og råvarer, noe som også forbedret mulighetene for kjemikere. Johann Rudolph Glauber var den første kjemikeren i Tyskland som var uavhengig av fyrstelige donasjoner og kunne kombinere forskning og en mindre uavhengig kjemisk produksjon.

Tidligere forskere, inkludert alkymister, var lærde hvis grunnlag lå i eldgamle språk og religion. Det var bare forsiktig - og noen ganger også i frykt for teologiske konsekvenser - at nye teorier og ny innsikt rådet i vitenskapen. Antallet forskere som ble betalt av prinser var fremdeles veldig lite i Europa mellom 1600- og 1700 -tallet. I England interesserte noen velstående adelsmenn seg for kjemi.

Den engelske adelsmannen Robert Boyle , som undersøkte mangfoldet av stoffer og deres omdannelse til andre stoffer, kritiserte begrepet elementer i alkymi i sitt innflytelsesrike verk "The Skeptical Chymist" i 1661 og utarbeidet det moderne konseptet: et kjemisk element er et eksperiment materiale som ikke kan demonteres ytterligere. Boyle innså at pusting og oppvarming av metaller med brann forbrukte noe av luften og gjorde metallet tyngre. Boyle grunnla også det første vitenskapelige samfunnet, Royal Society .

Georg Ernst Stahl satte opp phlogiston -teorien (1697) for å beskrive prosessene som er involvert i forbrenning, gjæring, forrådnelse, oksidasjon og reduksjon. Mange viktige kjemikere mellom 1700 og 1787 trodde på phlogiston -teorien: Joseph Black , Henry Cavendish , Joseph Priestley , Carl Wilhelm Scheele , Andreas Sigismund Marggraf , Lorenz Friedrich von Crell , Anders Jahan Retzius . Denne teorien ble holdt på i nesten hundre år til Antoine Laurent de Lavoisier og andre avklarte oksidasjon . Ved å erstatte phlogiston -teorien med oksidasjonsteorien, ble broen til teologi, troen på kropp, sjel og ild, rystet.

Phlogiston -teorien måtte forlates da Antoine Laurent de Lavoisier , støttet i eksperimentene av kona Marie , som var en av de første viktige kjemikerne, beviste ved nøye å følge forbrenningsprosesser ved å veie mot slutten av 1700 -tallet at teorien var stemmer ikke. I stedet skapte han teorien om oksidasjon og grunnlaget for ytterligere oppdagelse av kjemiens grunnleggende lover. For første gang ble forbrenningsprosessen etablert ved å absorbere en gass fra luften, Oxygène. Lavoisier og andre spesifiserte også de første rene elementene og presenterte dem eksperimentelt: oksygen , karbon , hydrogen , svovel , fosfor , en rekke metaller. Lavoisier var i stand til å vise at hydrogen og oksygen kombineres for å danne vann. Så vann var ikke, så lenge den generelle troen var, et kjemisk element, men et sammensatt stoff. Syrer ble ansett for å være ikke-metalliske stoffer med oksygen. Lavoisier formulerte også loven om bevaring av masse i kjemiske reaksjoner: I tilfelle av materielle konverteringer blir ingen masse generert eller ødelagt . Han opprettet en ny kjemisk nomenklatur som raskt spredte seg. Gamle og vanskelig å forstå kjemiske navn har blitt erstattet av moderne navn (f.eks. Svovellever av kaliumpolysulfid). Funnene til Lavoisier representerer en viktig milepæl i kjemihistorien ( første kjemiske revolusjon ), nå kan forbindelser av stoffer undersøkes for de forskjellige elementene. Så du måtte finne elementene i en forbindelse og bestemme andelen av hvert element i en forbindelse med en skala.

I perioden som fulgte førte de kvantitative bestemmelsene av reaksjoner til loven om konstante proporsjoner ( Joseph-Louis Proust , 1794) og forslagene fra den svenske kjemikeren Jöns Jakob Berzelius til utviklingen av en internasjonalt forståelig symbolnotasjon for kjemiske forbindelser ( empirisk formler og strukturformler ) og oppfinnelsen av prøverøret .

Fra Dalton til Mendeleev

Den engelske naturforskeren John Dalton la grunnlaget for en moderne atomteori med sin bok A new System of Chemical Philosophy i 1808. Han beskrev elementene og deres minste udelelige enhet, atomet, ved å spesifisere vekt. John Dalton utarbeidet en første tabell om atomvektene til grunnstoffene (1805).

Joseph Louis Gay-Lussac var i stand til å utføre de første atomiske (molekylære) vektbestemmelsene av organiske gasser ved å bestemme damptettheten. Han utviklet også de første metodene for organisk elementær analyse og for kvantitativ analyse av stoffer ved titrering . Sammen med Alexander von Humboldt fant Gay-Lussac gassmengder av hydrogen og oksygen på 2: 1 ved nedbrytning av vann med elektrisitet. De to gassene kan kombineres igjen for å danne vann i akkurat dette forholdet.

Humphry Davy var i stand til å ekstrahere natrium og kalium (1807) som nye kjemiske elementer gjennom en voltaisk kolonne ved hjelp av smeltet saltelektrolyse. Davy har også bevist at saltsyre ikke inneholder oksygen, og derfor er tilstedeværelsen av oksygen ikke karakteristisk for syrer. Justus von Liebig formulerte senere hydrogen som grunnlag for den sure egenskapen.

Jöns Jakob Berzelius hadde utviklet en metode for å bestemme atomvektene til metallatomer i salter. Da han stolte på forarbeid av Jeremias Benjamin Richter . Ved å felle ut og veie salter, kunne Berzelius bestemme atomvektene til rundt 40 grunnstoffer. Berzelius utpekte atomer med den ene eller to bokstavene i de tilsvarende latinske ordene, som vanligvis brukes i dag i formler (f.eks. H for hydrogenium, Fe for ferrum). Berzelius presenterte også en første teori om formen på atomer etter eksperimenter med Voltash -kolonnen. Han antok at atomer alltid må være sammensatt av en positiv og en negativ del av ladningen.

I lang tid var det fortsatt mangel på klarhet om atomet og dets tilsvarende vekt. Dalton ga etanol som et atom i sin atomvekttabell. Først mye senere ble det skilt mellom atom og molekyl etter å ha vurdert begrepet ekvivalent. I 1811 la Amedeo Avogadro frem tesen om at det samme volumet av gass inneholder samme antall partikler. Auguste Laurent og Charles Frédéric Gerhardt var i stand til å bruke denne lenge glemte formuleringen for å bestemme molekylvektene til organiske stoffer ved å bestemme gasstettheten. Den eksakte formuleringen av skillet mellom atom og molekyl ble ikke gjort før i 1858 av Stanislao Cannizzaro .

I 1869 viste den russiske kjemikeren Dmitri Mendeleev og den tyske legen og kjemikeren Lothar Meyer at elementenes egenskaper gjentar seg periodisk hvis de er ordnet etter økende atommasse - periodisk system . Med sin teori klarte de å forutsi egenskapene til ennå ukjente elementer .

Liebig, Wöhler, Dumas og organisk kjemi

Justus von Liebig studerte hos Gay-Lussac som student, og ble senere professor i kjemi i Giessen og München. Justus von Liebig grunnla kjemistudier i Tyskland med forelesninger og internship -kurs; han banet vei for interessen for moderne kjemi i Tyskland. Han hadde også en betydelig innflytelse på de som var interessert i kjemi i Tyskland som redaktør for tidsskriftet Annalen der Pharmazie , senere omdøpt til Liebigs Annalen . Liebig forbedret metoden for elementær analyse slik at elementærsammensetningen av organiske forbindelser kunne spesifiseres på kort tid. For første gang var han i stand til å gi molekylformelen for mange organiske stoffer (kloroform, kloral, benzoesyre).

Han regnes som en pioner innen landbrukskjemi. Liebig var kjent at karbondioksidet kommer inn i plantene via luften. På grunnlag av askeanalyser av plantemateriale fant han ut at kalium , fosfor og nitrogen stadig ble trukket ut av jorda. Han tok til orde for bruk av naturlig gjødsel og mineralsk, kunstig produsert gjødsel for å oppnå bærekraftig høy jordbruksutbytte.

Liebig og Friedrich Wöhler oppdaget isomerisme . Så langt mistenkte kjemikerne at stoffet i en identisk elementæranalyse også skulle være identisk. Ved å analysere sølvcyanater kunne Wöhler og Liebig vise at en identisk elementæranalyse er mulig selv med to kjemisk forskjellige stoffer. Wöhler var også den første som produserte organisk urea fra en uorganisk forbindelse, ammoniumcyanat, ved oppvarming. Dette forfalsket teorien til Berzelius, som antok at organiske stoffer bare kan produseres av en levende organisme. Denne syntesen av stoffer gjorde Wöhler grunnleggeren av organisk kjemi.

Jean Baptiste Dumas oppdaget en annen organisk reaksjon, substitusjon, som var i strid med Berzelius radikale teori. I følge Berzelius kan bare én elektropositiv partikkel i et organisk molekyl forskyves av en annen elektropositiv partikkel i et molekyl. Dumas hadde funnet ut at det elektropositive hydrogenatomet i eddiksyre kunne erstattes av det elektronegative kloratomet. Die Verschiedenartigkeit bei Reaktionen zwischen anorganischen und organischen Stoffen führte in der Folge zu einer verstärkten Aufklärung von Reaktionen in der organischen Chemie.

Chemische Entdeckungen im 19. Jahrhundert

Der Chemiker Robert Bunsen entwickelte zusammen mit Gustav Robert Kirchhoff die Spektralanalyse. Mit dieser analytischen Methode konnten anhand des sehr charakteristischen Spektrums viele neue chemische Elemente entdeckt oder in Mineralproben nachgewiesen werden. Bunsen hat auch eine erste preiswerte Batterie entwickelt, die bis zur Entwicklung des Elektrodynamos durch Werner von Siemens die wichtigste Art der Stromerzeugung blieb.

Hermann Kolbe erkannte das Kohlendioxid bzw. die Kohlensäure als Grundbaustein von vielen organischen Verbindungen. Durch Ersatz einer Hydroxygruppe der Kohlensäure durch Wasserstoff oder Alkylreste entstehen Carbonsäuren, durch den Ersatz zweier Hydroxygruppen entstehen Ketone oder Aldehyde. Kolbe entwickelte auch eine Synthese von Salicylsäure. August Wilhelm von Hofmann analysierte Produkte des Steinkohleteers und ermittelte die Summenformel von Anilin , dem Ausgangsprodukt vieler späterer synthetischer Farbstoffe. Auch eine synthetische Methode zur Darstellung von Anilin aus Benzol wurde von ihm entwickelt. Der Schüler von Hofmanns, William Henry Perkin , entwickelte den ersten synthetischen Farbstoff, das Mauvein .

Friedrich August Kekulé von Stradonitz erkannte, dass das Kohlenstoffatom vier Bindungsvalenzen zu Nachbaratomen aufwies. Chemische Strukturformeln fanden nun Eingang in die Chemie, für die Planung von Synthesen und Analysen von organischen Verbindungen war dieses Wissen sehr wichtig. Besonders bedeutsam war auch Kekulés Strukturaufklärung von Benzol . Aufgrund der Kenntnis von chemischen Strukturen entwickelte der Chemiker Adolf von Baeyer Synthesen der Farbstoffe Indigo und Phenolphthalein . Industriechemiker wie Heinrich von Brunck setzten die Entdeckungen der Chemiker in der Großindustrie um. Wirtschaftlich wichtige Industrieproduktionen waren die Herstellung von Indigo , Kalziumcyanamid , das Kontaktverfahren zur Gewinnung von Schwefelsäure nach Rudolf Knietsch , die elektrolytische Darstellung von Chlor und Natronlauge .

Eugène Chevreul untersuchte die Fette und Fettsäuren , Emil Fischer klärte die Strukturen von Zuckern und Kohlenhydraten , Aminosäuren und Peptiden auf.

In der chemischen Forschung zur Gesundheitsverbesserung ragten Arbeiten von Louis Pasteur , die Untersuchungen zur Gärung und die Abtötung von mikrobiellen Krankheitserregern durch Kochen ( Pasteurisieren ); Paul Ehrlich , die Entdeckung von Färbereagenzien in der Medizin (z. B. Methylenblau zur Anfärbung von Zellkernen und Mikroorganismen und die Diazoreaktion im Harn bei Typhuserkrankungen) sowie der Entdeckung des Salvarsans , Hermann Kolbes Synthese der Salicylsäure (deren acetylierter Abkömmling Acetylsalicylsäure später als „Aspirin“ breite Anwendung fand), Emil Fischers Synthese von Veronal heraus.

Physikalische Methoden erlangten in der Chemie größere Bedeutung. Thomas Graham untersuchte Diffusionsvorgänge bei Gasen und Flüssigkeiten, Jacobus Henricus van 't Hoff , Svante Arrhenius und Wilhelm Ostwald entdeckten die Dissoziation von Salzen und Säuren in Wasser. Diese Entdeckungen förderten die Entwicklung in der Elektrochemie und Titrimetrie , pH -Indikation. Auch die Forschung nach Katalysatoren wurde zu einem wichtigen Teilbereich der physikalischen Chemie;, der besonders wichtige Eisen-Katalysator zur Ammoniaksynthese wurde von Fritz Haber entdeckt, Wilhelm Ostwald entdeckte den Platinkatalysator für die Salpetersäureherstellung nach dem Ostwaldverfahren .

Die chemische Industrie bis zum Ersten Weltkrieg

Farbenchemie

Mit der Synthese von Alizarin 1869, dem bis dahin aus großflächig angebautem Färberkrapp gewonnenen roten Farbstoff, durch Carl Graebe und Carl Liebermann begann der Siegeszug synthetischer Farbstoffe und der Niedergang des Anbaus von Pflanzen zur Farbstoffgewinnung. Rotes Fuchsin , erstmals synthetisiert 1858, bildete die wirtschaftliche Basis für die späteren Farbwerke Hoechst AG . Als weiterer wichtiger synthetischer Farbstoff folgte unter anderem Indigo , synthetisiert 1878 von Adolf von Baeyer .

Bis zum Ersten Weltkrieg war Deutschland führend insbesondere in der Farbstoffchemie. Es verlor seine Vormachtstellung, da die Patente und Markenzeichen während des Ersten Weltkriegs in den Ländern der Kriegsgegner enteignet wurden und dort eine eigene chemische Industrie nach Wegfall von Deutschland als Handelspartner aufgebaut wurde. Durch den Friedensvertrag von Versailles gab es außerdem Handelsrestriktionen.

In dieser Zeit war die Arzneimittelentwicklung eng mit den Farbstoffwerken verbunden und in Deutschland sehr erfolgreich. Ein Verkaufsschlager über viele Jahre war das von der Firma Hoechst seit 1910 vertriebene Salvarsan® , entwickelt von Paul Ehrlich und Sahachiro Hata .

Elektrochemie

Mit der revolutionären Idee, chemische Elemente lägen in Lösung in Form von elektrisch geladenen Ionen vor, legte der englische Physiker und Chemiker Michael Faraday die Grundlage für die Elektrochemie und formulierte 1832 seine Theorie der Elektrolyse in seinen Faradayschen Gesetzen .

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurden an vielen Stellen, wo Elektrizität durch billige Wasserkraft reichlich zur Verfügung stand, elektrochemische Werke errichtet. Ein Beispiel dafür ist die Wacker-Chemie im bayerischen Burghausen. Damit wurde die großtechnische Herstellung von Aluminium , Magnesium , Natrium , Kalium , Silicium , Chlor , Calciumcarbid usw. ermöglicht, was zu weiteren Impulsen zur Errichtung von großen Chemiewerken führte (vgl. unter Chemie in der Neuzeit ).

Sprengstoffe und Düngemittel

Die großtechnische Einführung des Haber-Bosch-Verfahrens zur katalytischen Gewinnung von Ammoniak aus Luftstickstoff im Jahre 1910 sowie anderer Redoxreaktionen hatte nicht nur eine große wissenschaftliche sowie wirtschaftliche, sondern auch eine enorme strategische Bedeutung. Damit war die Herstellung der für die Produktion von Sprengstoffen , Düngemitteln und Farbstoffen unerlässlichen Salpetersäure in Deutschland möglich, ohne auf Salpeterimporte aus Übersee angewiesen zu sein.

Die Modifizierung von Naturstoffen

Etwa seit Mitte des 19. Jahrhunderts hatten Chemiker begonnen, Naturstoffe durch chemische Prozesse abzuwandeln, um so kostengünstige Werkstoffe als Ersatz für teure zu gewinnen. Vor allem wird Zellulose modifiziert: Es entsteht zunächst Nitrozellulose , die in Form von Zelluloid Fischbein von Bartenwalen ersetzt und als Zellseide eine billige, wenn auch extrem feuergefährliche Alternative zu Naturseide bot. Weitere Entwicklungen führen zu weniger gefährlichen Zelluloseprodukten, z. B. Viskose . 1897 wird aus Milcheiweiß als Ersatz für Horn der Stoff Galalith erzeugt.

Viele dieser Entwicklungen jener Zeit fanden in Deutschland statt.

Chemie im Ersten Weltkrieg

Besonders auf deutscher Seite übte der Krieg einen großen Einfluss auf die Entwicklung der Chemie und der chemischen Industrie aus. Zum einen verloren deutsche Unternehmen (vor allem nach dem Kriegseintritt der USA 1917) die Verbindung zu ihren ausländischen Zweigwerken. Aus diesem Grund teilten sich einige renommierte Unternehmen in ein deutsches und ein amerikanisches Unternehmen. Dies traf auf den traditionellen Händler und Hersteller von Chemikalien, Merck in Darmstadt zu oder auf den Spezialisten für Gerbereichemikalien Röhm , der später das Plexiglas entwickelt hatte.

Auf der anderen Seite zwang der Mangel aufgrund der Blockade und der Umstellung auf Kriegsproduktion Deutschland, für viele Zwecke auf synthetische Ersatzprodukte zurückzugreifen. Das gilt etwa für Gewürze, die durch von der chemischen Industrie hergestellte Aromastoffe auf geeignetem Trägermaterial ersetzt wurden. So gab es Ersatzpfeffer, der synthetisches Piperin auf gemahlenen Haselnussschalen war.

Der Krieg veranlasste Chemiker auch dazu, sogenannte Kampfgase zu entwickeln und einzusetzen. Führend dabei war Fritz Haber .

Teilweise profitierte die chemische Industrie stark von der Produktion kriegswichtiger Materialien wie Salpetersäure und Sprengstoffen sowie Kampfgasen und Filter für Gasmasken.

Chemische Industrie seit dem Ersten Weltkrieg

Nach dem Ersten Weltkrieg verlagerte sich der Schwerpunkt der industriellen chemischen Entwicklung aus Deutschland mehr nach Frankreich und in die USA.

Polymerchemie

Ein Pionier der Polymerchemie , von damaligen Chemikern oft geringschätzig als "Schmierenchemie" bezeichnet, ist Hermann Staudinger , der die theoretische Grundlage für diesen Zweig legte. In den 1930er-Jahren wurden die ersten vollsynthetischen Kunststoffe entwickelt und in die industrielle Produktion gebracht: PVC , Polyvinylacetat , Nylon , Perlon und dazu kautschukartige Massen ( Buna ).

Den ganz großen Aufschwung erlebte die Herstellung und Verwendung von Polymeren (Kunststoffen) bald nach dem Zweiten Weltkrieg , als im Laufe der Jahre eine unübersehbare Vielfalt von Kunststoffen mit unterschiedlichsten Eigenschaften und für die unterschiedlichsten Anwendungen geschaffen wurden.

Synthetischer Treibstoff

Besonders das aufrüstende nationalsozialistische Deutschland hatte großes Interesse an synthetischem Motortreibstoff für seine Armee. Da Deutschland nur geringe Erdölvorkommen aufzuweisen hatte, hingegen riesige Mengen Kohle , wurde die Erzeugung von Motortreibstoff aus Steinkohle vorangetrieben. Das Ergebnis sind die Fischer-Tropsch-Synthese und das Bergius-Pier-Verfahren . Damit erlangt die Chemie am Vorabend eines weiteren Krieges wieder strategische Bedeutung, was auch auf den synthetischen Kautschuk zutrifft, der zunächst vor allem für Reifen von Militärfahrzeugen gebraucht wurde.

Insektizide und Bakterizide

Ganz besondere Bedeutung nimmt der Kampf gegen krankheitsverursachende Mikroben und gegen Schädlinge an, da er sowohl die Landwirtschaft als auch die Medizin tiefgreifend und nachhaltig beeinflusst. Gerade auf diesem Gebiet betreibt die chemische Industrie einen enormen Aufwand in der Entwicklung, fährt aber auch die höchsten Gewinne ein.

Mit der Entwicklung und Produktion von DDT Dichlordiphenyltrichlorethan ab Anfang der 1940er Jahre träumte man von einer völligen Beseitigung der Malaria durch totale Ausrottung der sie übertragenden Mücken . Im Laufe der folgenden 20 bis 30 Jahre werden immer neue, noch speziellere Insektizide entwickelt und auf den Markt gebracht. Ab etwa 1970 kommt die Ernüchterung: Die Schädlinge entwickeln Resistenzen, die schwer abbaubaren Insektengifte reichern sich in der Nahrungskette an und bringen die Lebewesen am Ende der Kette wie Greifvögel in die Gefahr der Ausrottung. Neben der Umweltverschmutzung durch Chemiewerke sind die Nebenwirkungen der Insektizide und anderer Landwirtschaftschemikalien ein wesentlicher Grund für das Erstarken einer gegen die Anwendung von synthetischen Chemikalien gerichteten Umweltbewegung und den Erlass eines DDT-Gesetzes , das Produktion, Handel und Anwendung von DDT verbietet.

Mit den Sulfonamiden kommt aus den Laboratorien der Arzneimittelentwickler eine Gruppe von potenten Medikamenten gegen Bakterieninfektionen verschiedener Art. Der erste Vertreter dieser Gruppe war 1935 Prontosil , das ursprünglich als Textilfärbemittel verwendet wurde. Auch hier wird den Mitteln aus der Retorte mehr zugetraut, als sie schließlich halten können. Es sind zwar wirksame Medikamente, aber alles können auch sie nicht leisten, vor allem gegen Vireninfektionen sind sie wirkungslos.

Die Entwicklung chemischer Theorien

Das Massenwirkungsgesetz

Das Massenwirkungsgesetz , von Cato Maximilian Guldberg und Peter Waage im Jahr 1864 formuliert, beschreibt das Verhältnis von Ausgangsstoffen zu Produkten im chemischen Gleichgewicht. Die Anwendung dieser Gesetzmäßigkeit ermöglichte in vielen technisch genutzten Reaktionen eine bessere Ausnutzung des kostspieligeren Ausgangsstoffes durch Einsatz eines Überschusses des billigeren Ausgangsstoffes.

Chemische Kinetik

In der Kinetik werden die Gesetzmäßigkeiten behandelt, die sich mit der Geschwindigkeit von Reaktionen befassen. Dazu gehört auch das Studium der Wirkung von Katalysatoren, wofür, neben seinen Arbeiten zur Kinetik, Wilhelm Ostwald 1909 den Nobelpreis erhielt.

Bindungstheorien

Walter Kossel (1915) und Gilbert Newton Lewis (1916) formulierten ihre Oktettregel , wonach Atome anstreben, acht Außenelektronen zu erlangen. Bindungen zwischen Ionen wurden auf elektrostatische Anziehung zurückgeführt, Atommodelle flossen in Form von theoretischen Berechnungen von Bindungskräften usw. in die Bindungstheorien ein.

Atommodelle

Eng mit der Chemie verbunden ist die Entwicklung von Atommodellen, welches Sachgebiet streng genommen zur Physik zu rechnen ist. Neue Atommodelle haben jedoch stets der theoretischen Chemie neue Impulse gegeben.

So entwickelte sich aus der Quantenphysik eine eigene chemische Disziplin, die Quantenchemie , die 1927 mit Berechnungen am Wasserstoffatom durch Walter Heitler und Fritz London ihre ersten Schritte unternahm.

Heute sind die Modelle mathematisch so weit entwickelt, dass durch sehr komplexe Berechnungen am Computer die Eigenschaften von Verbindungen über die Verteilung der Elektronendichte sehr genau vorausgesagt werden können.

Die Entwicklung der Analysentechnik

Neue Erkenntnisse und neue Verfahren in der Chemie hängen stets mit Verbesserungen der Analysetechnik zusammen. Darüber hinaus werden chemische Analyseverfahren – nasschemische Nachweisreaktionen sowie später die instrumentelle Analytik – etwa seit Mitte des 19. Jahrhunderts mehr und mehr in anderen Disziplinen von Wissenschaft und Technik eingesetzt. Ein in der ersten Hälfte des 20. Jahrhundert verbreitetes Lehrwerk der analytischen Chemie war das von Frederick Pearson Treadwell [8] Zu Beginn des 21. Jahrhunderts wird chemische Analysentechnik routinemäßig zur Qualitätssicherung in zahlreichen Produktionsverfahren, auch solchen die nicht chemischer Natur sind, eingesetzt. Außerdem spielt die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung in Wissenschaften wie Geologie, Archäologie, Medizin, Biologie und vielen anderen eine bedeutende Rolle zum Erkenntnisgewinn.

Im Bereich der Verbrechensaufklärung begannen chemische Analysen in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts zum Nachweis von Ver giftungen eine Rolle zu spielen. Als Pionierleistung ist diesbezüglich die Marsh'sche Probe als Nachweisreaktion für Arsen zu nennen.

Qualitative Analyse

Die qualitative Analyse soll die Frage beantworten: Was ist drin?. Solche Fragestellungen gibt es vor allem in der Erzverhüttung seit Anbeginn, und dort finden sich auch schon sehr früh Anfänge einer Analysentechnik unter der Bezeichnung "Probierkunst".

Lötrohranalysen

Das Lötrohr wurde seit dem 17. Jahrhundert zunehmend präziser verwendet, um mittels Flammenfärbung und Niederschlägen auf Holzkohle Mineralien zu identifizieren und ihren Metallgehalt abzuschätzen. Hochburg dieser der Metallurgie zuzuordnenden Analysentechnik war Freiberg mit seinem reichen Erzbergbau.

Nasschemische Verfahren

Intensiv in Gang kamen nasschemische Verfahren im Laufe des 19. Jahrhunderts. Dabei werden im Bereich der anorganischen Analyse die in der Probe enthaltenen Elemente durch systematisches Fällen im Kationentrenngang und durch geeignete Farbreaktionen nachgewiesen. Entsprechende Verfahren wurden für Anionen entwickelt.

Die qualitative Analyse von organischen Substanzen erforderte im Bereich der Farbreaktionen besonders viel Erfahrung, da viele Substanzen ähnliche Farbreaktionen ergaben. Die Verfahren konnten durch die Weiterentwicklung der Laborgeräte und durch immer reinere Reagenzien immer empfindlicher gemacht werden, sodass sowohl die Größe der notwendigen Probenmengen immer kleiner wurde, als auch die nachweisbare Konzentration weiter und weiter sank.

Physikalische Verfahren

Schon in den Anfängen der Probierkunst wurden physikalische Verfahren (Flammenfärbung) zur Identifizierung von Elementen eingesetzt. Mit dem Ausbau spektroskopischer Methoden im Bereich der ultravioletten, der sichtbaren, der infraroten und der Röntgenstrahlung wurde die Identifizierung von Substanzen immer sicherer, exakter und auch schneller. Hier lassen sich qualitative und quantitative Bestimmungen sehr gut miteinander kombinieren, ebenso wie bei chromatographischen Verfahren.

Quantitative Analyse

Erst durch den Einsatz präziser Messinstrumente (vor allem Waagen) und quantitativer analytischer Methoden konnte sich seit dem 17. und 18. Jahrhundert aus der Alchemie die Chemie als Naturwissenschaft entwickeln. [9] Fortschritte in der Genauigkeit und Empfindlichkeit von quantitativen Analysen mit dem Ziel genauester Gehaltsangaben sind daher stets mit einer Weiterentwicklung von Geräten zur Messung von Masse und Volumen verbunden. Dies führte oft zu Entdeckungen neuer chemischer Elementen, Verbindungen und Reaktionen.

Gravimetrie

Die Gravimetrie , also die Mengenbestimmung mit einer empfindlichen Waage, kann wohl als die Analysemethode des 19. Jahrhunderts angesprochen werden. Dabei wurde nach zuverlässigen Reaktionen gesucht, in denen die Menge der Produkte nicht nur theoretisch, sondern auch praktisch in einem eindeutigen Verhältnis zum zu bestimmenden Ausgangsstoff steht. Ein klassisches Beispiel für dieses Verfahren ist die Bestimmung des Chloridgehaltes durch Fällen mit Silbernitrat und Wiegen des getrockneten Niederschlages von Silberchlorid . Auch bei der Elementaranalyse spielt Gravimetrie eine wichtige Rolle, z. B. mit Hilfe des von Liebig entwickelten Fünf-Kugel-Apparates .

Gravimetrische Verfahren sind umständlich und langsam, wenn auch sehr genau. Das nach der Fällungsreaktion notwendige Filtrieren, Auswaschen und Trocknen dauerte, je nach Substanz, Stunden bis Tage. Daher suchte man nach schnelleren Verfahren, die besonders in der Qualitätskontrolle einer industriellen Chemieproduktion sehr gesucht sind.

Mit der Elektrogravimetrie wurde das Verfahren der Elektrolyse ab etwa dem Beginn des 20. Jahrhunderts als Verfahren zur sauberen Abtrennung von Metallen aus den Lösungen ihrer Ionen, die anschließend gewogen wurden, eingeführt.

Volumetrie

Die Gravimetrie erlaubte sehr genaue Analyseresultate, war jedoch in der Durchführung zeitraubend und aufwendig. Im Zuge der aufblühenden chemischen Industrie wuchs die Nachfrage nach schnelleren und dennoch genauen Analysemethoden. Die Messung des Volumens einer Reagenzlösung bekannten Gehaltes ( Maßlösung ) konnte vielfach eine gravimetrische Bestimmung ersetzen. Bei einer solchen Titration muss der zu bestimmende Stoff schnell und in eindeutiger Weise mit der Maßlösung reagieren. Das Ende der Reaktion muss erkennbar sein. Hierzu verwendet man häufig Farbindikatoren. Die Waage kam jetzt nur noch bei der Herstellung der Maßlösung zum Einsatz. Solche volumetrischen (titrimetrischen) Verfahren kamen bereits gegen Ende des 18. Jahrhunderts auf. Sie entwickelten sich aus halbquantitativen Probiermethoden beispielsweise zur Gütebestimmung von Weinessig . Hierbei gab man zu einer abgemessenen Essigprobe solange Sodapulver hinzu, bis kein erneutes Aufschäumen (Kohlendioxidbildung) mehr auftrat. Je mehr Soda verbraucht wurde, desto besser war der Essig. Eines der ersten sehr genauen Titrationsverfahren war die Chloridbestimmung nach Gay-Lussac (Klarpunkttitration mit Silbernitratlösung ). Weitere Verbreitung fanden Titrationen, als entscheidende praktische Verbesserungen vorgenommen wurden. So ermöglichte die Bürette mit Quetschhahn nach Mohr eine leichte und genaue Dosierung der Maßlösung. Im Laufe des 19. und 20. Jahrhunderts wurden viele unterschiedliche Reaktionstypen für die Titration nutzbar gemacht. Hierzu gehörten neben den schon länger bekannten Fällungs- und Säure-Base-Titrationen auch Redox- und Komplextitrationen.

Chromatographische Methoden

Der russische Botaniker Michail Semjonowitsch Zwet berichtete 1903, dass sich gelöste Stoffe durch Durchfließen einer mit einem Adsorptionsmittel gefüllten Säule trennen lassen. Das Verfahren fand erst in den 1930er-Jahren vermehrt Beachtung, führte dann aber zu einer großen Zahl von Verfahren, die für qualitative und quantitative Bestimmungen von zahlreichen Substanzen aus Gemischen geeignet sind: Papierchromatographie , Gaschromatographie , Hochdruckflüssigchromatographie , Gelpermeationschromatographie , Dünnschichtchromatographie , Ionenaustauschchromatographie , Elektrophorese .

Solche Verfahren revolutionierten die Analyse von komplexen Gemischen. Oftmals war erst durch eine chromatographische Methode eine umfassende Analyse möglich. In allen Fällen beschleunigte und verbilligte die Chromatographie die Arbeit der analytischen Labors und machte dadurch eine erhebliche Ausweitung von Lebensmittelkontrollen und Dopingkontrollen sowie genauere Prozessüberwachung zahlreicher Produktionsprozesse als Routinemaßnahme erst praktisch möglich.

Einen weiteren Qualitätssprung bedeutete in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts die Kombination chromatographischer Trennverfahren mit spektroskopischen Identifizierungsverfahren wie Massenspektrometrie , Infrarotspektroskopie und anderen.

Automatisierung von Analyseverfahren

Seit der Entwicklung der elektronischen Datenverarbeitung wurden Analyseverfahren mehr und mehr automatisiert. Dazu eigneten sich besonders volumetrische, spektroskopische und chromatographische Verfahren. Die Automatisierung führte zu einer wesentlichen Kapazitätsausweitung der Analysenlabors und zu einer Senkung der Kosten. Dies hatte zur Folge, dass zu Kontroll- und Überwachungszwecken mehr Analysen durchgeführt werden konnten. Die Automatisierung von Analyseverfahren hat sehr wesentlich dazu beigetragen, Lebensmittelkontrollen, Dopingkontrollen, klinische Blut- und Gewebeuntersuchungen usw. auszuweiten und zu einem alltäglichen Kontrollinstrument zu machen. Auch in der Forschung konnten wesentlich größere Probenserien analysiert werden und so sicherere Aussagen, beispielsweise über Abhängigkeiten von Wirkstoffgehalten in Pflanzen oder über mineralogische Zusammenhänge gemacht werden. Außerdem führte die Automatisierung durch präzisere Einhaltung von Bedingungen, besonders bei der Probenahme und Probenaufgabe, zu einer weiteren Verbesserung der Messgenauigkeit.

Die Entwicklung der Laborausstattung

Labor des chemischen Institutes der Uni Leipzig (1906)

Sowohl für die Möglichkeiten der Analytik als auch für die Herstellung von Substanzen im kleinen Maßstab spielte die Ausstattung der Labors eine wichtige Rolle. Zunächst standen zum Erhitzen nur kleine Holzkohleöfen zur Verfügung, die schwierig zu regulieren und umständlich zu handhaben waren. Mit der Einführung von Leuchtgas in den Städten und der Erfindung des Bunsenbrenners stand eine unkomplizierte und leicht zu regulierende Möglichkeit zum Erhitzen zur Verfügung. Dazu spielt die Erfindung der Vulkanisierung von Kautschuk durch Charles Goodyear eine wichtige Rolle, da hierdurch Gummischläuche als flexible Gasleitungen zur Verfügung standen. Immer wieder ermöglichten gerade Entwicklungen der Chemie die Weiterentwicklung der Laborausstattung, was dann wiederum zu einem weiteren Fortschritt der Chemie führte. Einen weiteren Schritt hin zu exakter Temperaturführung sind die elektrischen Heizpilze und thermostatisierte Wasserbäder, die ihren bisherigen Höhepunkt in einer computergesteuerten Reaktionsführung mittels Thermosensoren und gesteuerter elektrischer Heizung finden.

Glasgeräte waren ursprünglich dickwandig und klobig. Dies war ein wesentlicher Grund, warum für Analysen große Materialmengen benötigt wurden. Mit der Einführung der Gasflamme in die Glasbläserei und mit der Weiterentwicklung von Zusammensetzung der Gläser konnten Laborgeräte immer kleiner, dünnwandiger und in komplexeren Formen hergestellt werden. Die so entstehende Vielfalt von aus der Praxis entwickelten Geräten half sehr wesentlich dabei mit, die Analysenmengen zu verringern und für die Herstellung von Substanzen immer komplexere Prozesse praktisch durchführen zu können. Durch Einführung des Normschliffes für Glasgeräte in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden die mittlerweile industriell hergestellten Einzelteile problemlos gegeneinander austauschbar und erlaubten den Aufbau von sehr komplexen, spezialisierten Versuchsanordnungen mit geringem zeitlichen Aufwand.

Immer mehr fanden Kunststoffe Eingang ins chemische Labor und erleichterten die Arbeit. Waren unzerbrechliche, chemikalienbeständige Gefäße im 19. Jahrhundert noch aus mit Paraffin getränkter Pappe, bestehen viele moderne Laborgeräte aus Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polycarbonat und, für besonders gute Beständigkeit gegen Säuren und Laugen sowie mit sehr leicht zu reinigender Oberfläche aus Polytetrafluorethylen ( Teflon ). Die Einführung von leichten, kostengünstig herzustellenden Geräten aus Kunststoff führte zur immer häufigeren Verwendung von Einweg-Geräten. Dadurch wurde die Gefahr der Verunreinigung mit Resten von früherem Arbeiten ausgeschaltet und die Zuverlässigkeit und Empfindlichkeit von Analysen weiter in die Höhe getrieben.

Mit dem Einzug von elektrischen Geräten in die Technik ab dem Beginn des 20. Jahrhunderts profitierte auch das chemische Labor von elektrischen Rührern, Schüttlern, Mühlen, Pumpen usw., die die Arbeit wesentlich erleichterten. Ein nächster Schritt sind gesteuerte Geräte, die im zeitlichen Ablauf programmiert werden können. Dies machte eine persönliche Überwachung, vor allem von lang dauernden Prozessen mit Parameteränderungen, verzichtbar.

Gesellschaftliche Reaktionen gegen das Eindringen der Chemie in jeden Bereich

Beginnend im 19. Jahrhundert wurde die Chemie ein immer bedeutenderer wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Faktor. Die Rolle der Chemie, vor allem der Chemieindustrie, mit ihren Schattenseiten war immer wieder mit unterschiedlichen Schwerpunkten in der Diskussion. Auf der anderen Seite veränderte die Chemie durch neue Substanzen das äußere Erscheinungsbild von Menschen und Gebäuden, man denke etwa an Farben und Kunststoffe.

Arbeitssicherheit

Die erste gesellschaftliche Reaktion betraf die in der Anfangszeit schlimmen Arbeitsbedingungen in der chemischen Industrie, die zu schweren Erkrankungen von Chemiearbeitern und Arbeiterinnen führten. Nicht immer war dies auf Gleichgültigkeit von Unternehmern zurückzuführen, meist waren die Gefahren durch die neuen Stoffe noch unbekannt. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurden Vorschriften zur Arbeitssicherheit erlassen, die die Gefahren verminderten. Dazu gehörten auch regelmäßige ärztliche Untersuchungen. Mit der Einführung immer besser geschlossener Prozesse und immer besserer persönlicher Sicherheitsausrüstung in der Industrie verminderten sich die Risiken durch das Einatmen, Verschlucken oder die Aufnahme durch die Haut erheblich.

Ein zweites Risiko in der chemischen Industrie ist das Unfall- und Brandrisiko, das immer noch gegeben ist. Durch immer besseren vorbeugenden Brandschutz, zu dem das immer tiefere chemische Wissen erheblich beiträgt, durch immer besser ausgebildete und ausgerüstete Werkfeuerwehren mit immer mehr chemischem Wissen konnte das Risiko immer weiter gedrückt, aber nie ganz ausgeschaltet werden, wie spektakuläre Chemieunfälle in den letzten Jahren zeigen. Chemieunfälle wie das durch Cyanid ausgelöste Fischsterben in der Theiß oder der gar die rund 8000 Toten (weitere 20.000 an den Spätfolgen) von Bhopal führten ebenso wie andere Unfälle zu heftigen Diskussionen über die Risiken einer chemischen Industrie.

Emissionen und Abfall

In der Anfangszeit der chemischen Industrie unterschätzte man das Potential der Umweltschädigung durch Abwässer und Emissionen mit der Abluft sehr stark. Der erste Schritt zu einer Verbesserung der Situation bestand in einer Erhöhung der Schornsteine, so dass sich die Schadstoffe über ein weiteres Gebiet in der Erdatmosphäre verteilen und so verdünnen konnten. Erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts begann allmählich ein Umdenken – nicht nur im Hinblick auf landwirtschaftlich ausgetragene Pestizide , privat emittierten Tabakrauch und überschüssige Waschmittel-Phosphate. Eine wachsende Umweltbewegung zwang die Industrie ab etwa 1970 zunehmend, Abwasser und Abluft zu reinigen und so die Schadstoff-Emissionen zu minimieren.

Biobewegung

Nachdem die chemische Industrie als Heilsbringer in der Landwirtschaft bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts hochgelobt wurde und auch beachtliche Erfolge zur Ertragssteigerung vorweisen konnte, bildete sich etwa ab 1970 eine zunächst immer stärker werdende Bewegung, die in der Gründung sogenannter grüner Parteien gipfelte. Diese Bewegung kämpfte gegen den immer stärker werdenden Anteil von synthetischen Substanzen der chemischen Industrie in der Landwirtschaft als Dünger , Wachstumsförderer , Tiermedikament, Schädlingsbekämpfungsmittel usw.

Die grüne Bewegung nahm sich auch der Nahrungsmittelherstellung an und prangerte nicht nur chemisch gestützte Pflanzen- und Tierproduktion an, sondern auch die Verwendung von künstlichen Stoffen als Bestandteile oder Zusatzmittel für Lebensmittel. Als Gegenreaktion großindustrielle Produktion in Landwirtschaft und Nahrungsmittelerzeugung mit starkem Einfluss chemischer Methoden und künstlicher Substanzen fordert die Ökobewegung eine Beachtung natürlicher Kreisläufe mit nur sanftem Eingriff des Menschen und den möglichst vollständigen Verzicht auf die Einbringung von künstlichen Substanzen in den biologischen Kreislauf. Eine entsprechende ressourcen- und umweltschonende Strömung in der Chemie trägt den Namen Grüne Chemie .

Siehe auch

Literatur

Bücher

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Ältere Literatur:

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  • James Campbell Brown : A history of chemistry from the earliest times. 2. Auflage. Churchill, London 1920. (Archive)
  • Eduard Färber : Die geschichtliche Entwicklung der Chemie. Springer, Berlin 1921. (Archive)
  • Carl Graebe : Geschichte der organischen Chemie. Julius Springer, 1920.
  • Hermann Kopp : Geschichte der Chemie. 4 Bände. Braunschweig 1843–1847. (Neudruck Hildesheim 1966)
  • Hermann Kopp: Beiträge zur Geschichte der Chemie. Braunschweig 1869–1875.
  • Edmund Oskar von Lippmann : Zeittafeln zur Geschichte der organischen Chemie. Springer, Berlin 1921.
  • Ernst von Meyer : Die Geschichte der Chemie von den ältesten Zeiten bis zur Gegenwart. 1899. (3. Auflage 1914)
  • Paul Walden : Geschichte der organischen Chemie seit 1880. Julius Springer, Berlin 1941. (Reprint 1990)
  • Paul Walden: Maß, Zahl und Gewicht in der Chemie der Vergangenheit. Ein Kapitel aus der Vorgeschichte des sogenannten quantitativen Zeitalters der Chemie. (= Sammlung chemischer und chemisch-technischer Vorträge. Neue Folge, 8). Stuttgart 1931.
  • Paul Walden: Chronologische Übersichtstabellen zur Geschichte der Chemie von den ältesten Zeiten bis zur Gegenwart. Berlin/ Göttingen/ Heidelberg 1952.
  • H. Valentin: Geschichte der Pharmazie und Chemie in Form von Zeittafeln. Stuttgart 1950.

Zur Literatur über Alchemie siehe dort

Aufsätze

Weblinks

Wikisource: Chemie – Quellen und Volltexte

Einzelnachweise

  1. Zeitschr. Angew. Chem. 1903, S. 267.
  2. Michael Rostovtzeff: Gesellschafts- und Wirtschaftsgeschichte der hellenistischen Welt. Band 2, Darmstadt 1998, S. 984.
  3. Robert Steele: Practical chemistry in the twelfth century: Rasis de aluminibus et salibus. In: Isis. Band 12, 1929, S. 10–46.
  4. Joachim Telle: Alchemie II. In: Theologische Realenzyklopädie. Band 2, de Gruyter, 1978, S. 208.
  5. Berend Strahlmann: Chymisten in der Renaissance. In: Eberhard Schmauderer (Hrsg.): Der Chemiker im Wandel der Zeiten. Verlag Chemie, Weinheim 1973, S. 54.
  6. Ein nutzlich bergbuchleyn, (1500).
  7. Probirbüchlin / vff Golt, Silber / Kupfer / Blei / und allerley ertz gemeynem nutz zu gut geordnet (1518).
  8. FP Treadwell: Kurzes Lehrbuch der analytischen Chemie. 2 Bände. Berlin, 4. und 5. vermehrte und verbesserte Auflage, 1907–1911. Weitere Auflage ( Lehrbuch der analytischen Chemie ) Leipzig/Wien 1935.
  9. Dietlinde Goltz: Versuch einer Grenzziehung zwischen „Chemie“ und „Alchemie“. In: Sudhoffs Archiv. 52, 1968, S. 30–47.