Kjemiens historie

«Alkymisten», maleri av William Fettes Douglas.

Smelting av jern i middelalderen

Kjemiens historie kan sies å begynne med Robert Boyles fraskilling av kjemien fra alkymien i verket The Sceptical Chymist (1661). Både kjemien og alkymien handler om materiens natur og dets transformasjoner, men i motsetning til alkymistene tillemper kjemikerne vitenskapelig metode. Kjemiens historie er nært beslektet med termodynamikkens historie, spesielt gjennom Willard Gibbs' arbeid.

Metallurgiens barndom

Historien til jernmetallurgi begynte i forhistorisk tid, sannsynligvis ved bruk av jern fra meteorer. Smelting av jern i jernvinne begynte i 12. århundre f.Kr. i India, Anatolia eller Kaukasus. Bruk av jern til støping og smiing av verktøy oppsto i Sub-Sahara Afrika 1200 f.Kr.. Bruken av støpjern ble kjent i det siste årtusenet f.kr. I middelalderen ble metoder anvendt i Europa for å produsere smidd jern fra støpjern. For alle disse prosesser var trekull nødvendig som brensel.

Stål (med lavere karboninnhold enn støpjern, men mer enn smidd jern) ble først fremstilt i antikken. Nye metoder for å fremstille det ved karburisering av jernstenger i støping ble anvendt i det 17. århundre. Under den industrielle revolusjon ble nye metoder anvendt for å fremstille jern med koks og disse ble senere anvendt for å fremstille stål. På slutten av 1850-tallet, fant Henry Bessemer opp en ny metode for å fremstille stål.

Alkymi

Utdypende artikkel: Alkymi

Alkymi, (arabisk الكمياء al-kimia, ’kjemien’, kalles eldre tiders vitenskap som var forstadium, en protovitenskap, som den moderne vitenskapelige kjemien vokste fram fra. De som holdt på med alkymi kaltes «alkymister». I dag betraktes alkymi som en pseudovitenskap, og praktiseres ikke av meritterede kjemikere, men forekommer innen esoteriske bevegelser, samt som symbolspråk innen for eksempel den teoretiske psykologien.

Muslimske kjemikere og alkymister var de første til å anvende eksperimentell vitenskapelig metode, og muslimske alkymister utviklet også teorier for muting av metaller, filosofstein og Takwin (Kunstig liv i laboratoriet), tilsvarende som i middelalderens Europas alkymi, selv om disse alkymiske teorier ble avvist av praktiske muslimske kjemikere fra det 9. århundre.

Den islamske verden var en smeltedigel for alkymi. Islamske alkymister som Jabir Ibn Hayyan (latinsk som Geber) og al-Razi (latinsk som Rasis eller Rhazes) bidro til nøkkelkjemiske oppdagelser som:

• Destillasjon apparat (som alembic, still og retort) som var i stand til å totalt rense kjemisk stoffer.
• Ordene eliksir, alembic og alkohol er av arabisk opprinnelse.
• muriatic (saltsyre), svovelsyre, salpetersyre og eddiksyre.
• Soda og pottaske.
• Destillert vann og renset alkohol.
• Parfyme.
• Mange kjemisk stoffer og apparatur.
• Fra arabisk navn på al-natrun og al-qalīy, latinisert til Natrium og Kalium, kom moderne symboler for natrium og kalium.
• Oppdagelsen at kongevann, en blanding av nitrogenhydrid- og hydrogenklor- syrer, kunne løse opp de nobleste metaller som gull.

Forhistorie til moderne kjemi

Robert Boyle, en av pionerene til moderne kjemi ved sine avanserte eksperimenter, som klart skilte kjemi fra alkymi

Portrett av Monsieur Lavoisier og hans kone, av Jacques-Louis David

Robert Boyle (1627–1692) utviklet moderne vitenskapelig metode og skilte dermed kjemi klart fra alkymi. Robert Boyle var en atomist, men foretrakk ordet corpuscle fremfor atomer. Boyle utformet Boyles lov som sier at for gasser er volumet omvendt proporsjonalt med trykket. I 1661 ga Boyle ut boken The Sceptical Chymist, hvor han forsøker å utvikle en atomteori.

Antoine Lavoisier utformet sin lov om massens bevarelse. I 1787 ga han og tre kolleger ut boken Méthode de nomenclature chimique - eller Kjemiens nomenklatur-metodikk - retningslinjer som fremdeles (2018) er i bruk. I 1789 ga Lavoisier ut boken Traité élémentaire de chimie - eller Avhandling om kjemiske elementer. I denne boken forsøkte han å sette opp en liste over kjente grunnstoff, og han navnga over 30. Han definerte et grunnstoff som en substans som ikke kan brytes ned eller reduseres i vekt av noen kjente kjemiske reaksjoner. Lavoisier blir omtalt som den moderne kjemiens far.

Atomdebatten

På 1800-tallet var det to kjemiske leire: John Daltons atomteori og bl.a. Wilhelm Ostwald og Ernst Mach. Selv om Amedeo Avogadro og Ludwig Boltzmann gjorde store framskritt i forklaringen av gassenes natur med hjelp av atomteorien, opphørte ikke debatten før Jean Perrin eksperimentelt bekreftet Albert Einsteins atomiske forklaring til den brownske bevegelsen tidig på 1900-tallet.

Ideer om atomene hadde før dette også blitt presentert av f. eks. Svante Arrhenius ionteori. Michael Faraday bidro med elektrokjemien der man observerte at utfellte metallmengder alltid forekom i visse mengder, som også var indisier på atomer.

Det periodiske system

Utdypende artikkel: Periodesystemet

Dmitrij Mendelejev og Lothar Meyer utviklet det periodiske system. I 1870 forutsa Mendelejev eksistensen av og de kjemiske egenskapene hos gallium, germanium og scandium ved hjelp av dette systemet. Gallium ble oppdaget 1875, og dets kjemiske egenskaper viste seg å ha samme kjemiske egenskaper som Mendelejev hadde forutsagt.

Atommodeller

Utdypende artikkel: Skallmodellen

Ernest Rutherfords og Niels Bohrs utforsket atomens struktur 1912, og Marie og Pierre Curie forsket omkring radioaktivitet. Elektronskyetn rundt atomkjernen og elektronskyens bevegelser i atomkjernens elektriske felt ble også presentert matematisk ved Born-Oppenheimertransformasjonen.

Kvantekjemi

Utdypende artikkel: Kvantekjemi

Schrödingligningen og dens tilnærming til hydrogenatomet i 1926 kan anses som kvantkjemiens fødsel. Walter Heitlers og Fritz Londons artikkel fra 1927 var den første tilnærmingen til kvantemekanikken på det toatomige hydrogenmolekylet. De følgende årene ble det gjort store fremskritt av blant annet Edward Teller, Robert Mulliken, Max Born, Robert Oppenheimer, Linus Pauling, Erich Hückel, Douglas Hartree og Vladimir Fock. Disse kvantemekaniske modellene på 1930- og 1940-tallet tilhører fagområdet teoretisk molekyl- eller atomfysikk, siden de ikke gav noen svar på kjemiens problemstillinger men snarere var matematiske tilnærminger til modeller av enkle strukturer.

Clemens C.J. Roothaan skrev 1951 en grunnleggende artikkel om Roothaanligningene. Den muliggjorde løsningen av kvantemekaniske ligningerer for små system som hydrogen eller karbon. Disse beregninger ble gjot med hjelp av integraltabeller som framstiltes med avanserte computere.

Molekylærbiologi og biokjemi

På 1950-tallet var kjemi og fysikk förente vitenskaper. Kjemiske egenskaper ble forklart på grunnlag av elektronstrukturen rundt atomene. Linus Paulings bok The Nature of the Chemical Bond (Den kjemiske bindingens natur) anvendte kvantmekaniske prinsipper for å beregne bindingsvinkler i stadig mer kompliserte molekyler. Denne empiriske metoden fikk sin anvendelse i 1953 når James Watson og Francis Crick utledet den doble spiralstrukturen hos DNA ved å bygge modeller med veiledning av kunnskapen om de kjemiske byggestenene og røntgenbilder som var tatt av Rosalind Franklin. Oppdagelsen førte til en eksplosjon av forskning omkring livets kjemi, biokjemien.

Samme år viste Miller-Urey-eksperimentet at de grunnleggende byggestenene i proteiner, enkle aminosyrer, selv kunne bygges opp fra enklere molekyler i en simulering av forholdene på Jorden for milliarder av år siden. Kary Mullis fant i 1983 en metode for duplisering av DNA, kjent som polymeraskedjrereaksjonen (PCR), som revolusjonerte de kjemiske prosessene som ble anvendt i laboratorier for å manipulere DNA. PCR kunne anvendes for å syntetisere spesifikke deler av DNA og muliggjorde DNA-sekvenseringen av organismer; dette kulminerte i det enorme Human Genome Project-samarbeidet.

Kjemisk industri

Utdypende artikkel: Kjemisk industri

På slutten av 1800-tallet økte utvinningen av steinolje. Den anvendtes for tilvirkningen av en stor mengde kjemikalier og erstattet til stor del hvalolje, steinkullstjære og tretjære. Fra den storskala framstillingen og raffinering av olje utvanns flytende brensler som bensin og dieselolje, løsningsmiddel, smøremiddel, asfalt og voks. Andre vanlige moderne materialer som kunstfibrer, plaster, fargepigment, vaskemiddel, legemiddel fremstiltes også av den petrokjemiske industrien. Ammoniakk kunne fremstilles fra nitrogengassen i atmosfæren gjennom Haberprosessen og foredles til gjødsel. Mange av disse synteser krevde nye katalysatorer og utviklingen av kjemiteknikk for kostnadseffektiv produksjon.

På midten av 1900-tallet kunne store mengder ekstremt rene halvlederkrystaller i silisium og germanium fremstilles. Nøyaktig tilsetning med spormengder av andre stoffer ledet til fremstillingen av halvlederdioden og framfor alt transistoren i 1951. Transistoren og integrerte kretser bestående av flere transistorer gjorde det mulig å fremstille pålitelig og effektive elektronisk utstyr, framfor alt computere, som revolusjonerte verden.

Eksterne lenker

• Artikkel i Store norske leksikon