История химии как науки охватывает несколько ключевых этапов, каждый из которых ознаменован значительными изменениями в понимании вещества и его свойств.
Предалхимический период (до III в. н. э.)
В этот период теоретический и практический аспекты знаний о веществе развивались независимо друг от друга. Практические операции с веществом были прерогативой ремесленной химии, связанной с металлургией, производством керамики и стекла, крашением тканей, дублением кож, изготовлением лекарств и косметики. На основе успехов в этих областях происходило развитие химических знаний в последующие эпохи.
В античной греческой натурфилософии предпринимались попытки теоретического осмысления происхождения свойств вещества. Сформировалось учение об элементах-стихиях (земле, воде, воздухе и огне), согласно которому все вещества образованы их сочетанием. Наибольшее влияние на дальнейшее развитие науки оказали учения Эмпедокла, Платона и Аристотеля. Аристотель считал, что каждый из элементов представляет собой одно из состояний единой первоматерии — определённое сочетание качеств. Это позднее стало основой алхимической идеи о возможности взаимных превращений металлов (трансмутации).
Практически одновременно с учением об элементах-стихиях в Греции возник атомизм, основателями которого стали Левкипп и Демокрит.
Алхимический период (III–XVII вв.)
Алхимия — это время поисков философского камня, который, как считалось, позволял превращать металлы в золото и даровать вечную молодость. Алхимическая теория базировалась на античных представлениях о четырёх элементах и была тесно переплетена с астрологией и мистикой.
Алхимический период делится на три подпериода:
- Александрийский (греко-египетский). В Александрии произошло соединение теории (натурфилософии Платона и Аристотеля) и практических знаний о веществах, их свойствах и превращениях. Само название «химия» обычно считается происходящим от древнего названия Египта — Кеме или Хем.
- Арабский. После падения Римской империи центр алхимических исследований переместился на Арабский Восток. В конце VIII века персидский алхимик Джабир ибн Хайян развил теорию Аристотеля о первоначальных свойствах веществ (тепле, холоде, сухости, влажности), добавив ещё два: горючесть и «металличность». Он предположил, что внутреннюю сущность каждого металла всегда раскрывают два из шести свойств.
- Европейский. В XIII веке в Европе начали переводить арабские трактаты и сочинения античных авторов. Крестовые походы способствовали знакомству европейцев с традицией восточного христианства, арабского Востока и сохранённой в этих цивилизациях античной мудростью.
Среди достижений алхимиков — создание печей, реторт, колб, аппаратов для перегонки жидкостей, получение важнейших кислот, солей и оксидов, описание способов разложения руд и минералов.
Период становления химии как науки (XVII–XVIII вв.)
Вторая половина XVII века ознаменовалась первой научной революцией, результатом которой стало новое естествознание, основанное на экспериментальных данных. Химия освободилась от натурфилософских и алхимических взглядов на элементы как на носители определённых качеств.
Одним из основоположников научной химии считается Роберт Бойль. В книге «Химик-скептик» (1661) он предложил новую систему химической философии. Его заслуги включают:
- формулировку новой цели химии — изучения состава веществ и зависимости их свойств от состава;
- программу поиска и изучения реальных химических элементов;
- введение в химию индуктивного метода.
Бойль определил элемент как практически неразложимое вещество.
В последней четверти XVII века появились эклектические воззрения, создатели которых пытались увязать алхимические традиции и новые представления о химических элементах. Большое влияние на современников оказали взгляды французского химика Николя Лемери, автора учебника «Курс химии».
В конце XVII — начале XVIII веков появилась теория флогистона немецкого химика Э. Г. Шталя, объясняющая явления горения, окисления и восстановления металлов. Она была признана ошибочной в середине XVIII века французским физиком Антуаном Лавуазье, установившим роль кислорода в этих процессах. Лавуазье также сформулировал закон сохранения массы.
Химическая революция окончательно придала химии вид самостоятельной науки, занимающейся экспериментальным изучением состава тел.
Период количественных законов (атомно-молекулярной теории) (1789–1860 гг.)
На этом этапе химия превратилась в точную науку, основанную не только на наблюдении, но и на измерении. Были открыты главные количественные закономерности — стехиометрические законы, сформировалась атомно-молекулярная теория. Среди открытых законов — закон Авогадро, законы сохранения массы, эквивалентов, постоянства состава, объёмных отношений, кратных отношений.
Эти законы позволили создать правила составления химических уравнений и формул.
Период классической химии (1860 г. — конец XIX в.)
В этот период были окончательно сформированы атомно-молекулярная теория и учение о химических элементах, разработан периодический закон, созданы две новые концептуальные системы химии — структурная химия и учение о химическом процессе.
Среди достижений — создание периодической системы элементов Д. И. Менделеевым, разработка теории химического строения молекул А. М. Бутлеровым, развитие стереохимии, химической термодинамики и кинетики. Началась дифференциация химии на отдельные ветви, которые стали приобретать черты самостоятельных наук.
Современный период (с начала XX века)
Успехи физики позволили выяснить причины периодичности свойств элементов и их соединений, объяснить природу валентных сил и разработать теорию химической связи между атомами. Появление новых физических методов исследования дало химикам инструменты для изучения состава, структуры и реакционной способности вещества. В XX веке благодаря достижениям химической науки стало возможным получение веществ с заданными свойствами: синтетических антибиотиков, полимеров, пластмасс, строительных материалов, тканей и т. п. Появились новые разделы химии: биохимия, геохимия, коллоидная химия, кристаллохимия, электрохимия, химия высокомолекулярных соединений и другие.