chèmija (arab. al‑kimiyā – alchemija), mokslas, tiriantis medžiagas, jų sudėtį, savybes ir kitimus, kurių metu persigrupuojant atomams, kintant ryšiams tarp jų vienos molekulės virsta kitomis.
Šakos ir tyrimų objektai
Chemijos objektas yra cheminiai elementai (atomai arba molekulės, sudarytos iš vienodų atomų) ir cheminiai junginiai (molekulės, sudarytos iš skirtingų atomų). Ji tiria atomų ir molekulių sandarą, su ja susijusias elementų ir jų junginių savybes; nustato atomų jungimosi tvarką ir išsidėstymą molekulėje; tiria chemines reakcijas, cheminių ir fizikinių virsmų tarpusavio ryšius. Chemija visų pirma yra eksperimentinis mokslas. Pagrindiniai eksperimentiniai metodai yra cheminė analizė (medžiagų kiekybinės ir kokybinės sudėties nustatymas) ir cheminė sintezė (medžiagų gavimas cheminėmis reakcijomis). Žinant bendruosius cheminius kitimų dėsnius galima pagaminti medžiagas su iš anksto žinomomis savybėmis. Chemijos skirstymas į šakas gali būti įvairus, jis ilgainiui kinta. Pagal nagrinėjamus cheminius objektus skiriamos šios chemijos šakos: neorganinė chemija, organinė chemija, fizikinė chemija, analizinė chemija. Bendroji chemija – mokomoji chemijos šaka – apima pagrindinius chemijos dėsningumus ir principus. Iš organinės chemijos išsiskyrė ir dabar laikoma atskira chemijos šaka stambiamolekulių junginių, arba polimerų chemija, ir organinė metalų chemija (metalų organiniai junginiai). Nuo fizikinės chemijos atsiskyrė struktūrinė chemija, nagrinėjanti atomų išsidėstymą ir cheminių junginių ryšius, elektrochemija, fotochemija ir kvantinė chemija. Koloidų chemija, kurios objektas – dispersinės sistemos, seniai atsiskyrė nuo fizikinės chemijos. Kartais chemijos šaka laikoma paviršiaus ir ribinių sluoksnių chemija, nagrinėjanti panašias problemas kaip ir koloidų chemija, tik šiek tiek plačiau ir išsamiau. Branduolinė chemija (radiochemija) yra radioaktyviųjų elementų ir jų junginių chemija. Cheminius procesus, vykstančius gamtoje, mūsų aplinkoje, tiria atmosferos chemija, dirvožemio chemija (agrochemija) ir hidrochemija, kurias kartu galima vadinti aplinkos chemija. Kosmoso chemijos objektas – kosminiuose kūnuose esantys cheminiai elementai ir jų junginiai, jų susidarymas ir vienų elementų virtimas kitais. Biochemija, nagrinėjanti cheminius procesus gyvuose organizmuose ir artimai susijusi su organine chemija, tapo atskiru mokslu. Cheminius procesus, susijusius su žmogaus sveikata, gydymu, vaistais, nagrinėja farmacinė ir medicininė chemija. Pagal nagrinėjamąjį objektą chemijos negalima griežtai atskirti nuo fizikos. Chemijos žinios apie vienų medžiagų virtimą kitomis naudojamos pramonėje gamtinėms žaliavoms perdirbti į pramonei reikalingas medžiagas ir vartojimo produktus (cheminė technologija, arba chemijos inžinerija). Chemija šiuolaikiniame pasaulyje yra labai svarbi. Gamtinių žaliavų (naftos, akmens anglių, gamtinių dujų, rūdų, biomasės) perdirbimas, mineralinių trąšų, plastikų, cheminio pluošto, kaučiuko, vaistinių medžiagų ir kitų farmacinių preparatų gamyba, pramonės, aplinkos ir gyvų organizmų įvairių procesų kontrolė cheminiais analizės metodais – tai chemijos praktinio taikymo sritys.
Istorija iki 18 amžiaus pabaigos
Nuo seniausių laikų žmonės naudojo gamtines medžiagas, žinojo kai kuriuos cheminius procesus – degimą, rūgimą. Su chemija susijęs metalų gavimas iš rūdų – metalurgija. Ketvirtame tūkstantmetyje prieš Kristų pradėta iš rūdos lydyti varį, gaminti bronzą, antrame tūkstantmetyje prieš Kristų – lydyti geležį. Senovės Egipte mokėta gaminti stiklą. Iš gamtinių medžiagų gaminti dažai, vaistai, actas, vynas. Nemaža empirinių žinių apie chemijos gamybos būdus turėta ir jomis plačiai naudotasi senovės Egipte, Mesopotamijoje, Kinijoje, Indijoje. Atsirado filosofinių, dar gana tolimų nuo praktikos, sampratų apie materiją ir jos kitimus (atomistinės idėjos, elementų sąvokos senovės Graikijoje). 4 a. Aleksandrijoje susiformavo nauja medžiagų kitimų tyrimo kryptis – alchemija, kurios tikslas buvo paversti vienus metalus kitais, dažniausiai tauriaisiais. Alchemija suklestėjo viduriniais amžiais arabų šalyse ir Europoje. Alchemikai sukūrė įvairių medžiagų gavimo būdų, patobulino medžiagų gryninimo metodus, sukonstravo laboratorinių įrenginių ir indų. Renesanso epochoje plėtojosi metalurgija, chemijos žinias pradėta taikyti vaistų gamybai, atsirado medicininė alchemijos kryptis – jatrochemija. 18 a. sukurta tikslių dujų surinkimo, jų tūrio matavimo metodų, atrasti pirmieji dujų dėsniai. 1661 R. Boyle’is apibrėžė cheminį elementą kaip sudėtinę medžiagos dalį, nebesuskaidomą į paprastesnes dalis. 1697 E. G. Stahlis sukūrė teoriją, pagal kurią, visi kūnai turi ypatingą degumo pradą – flogistoną, išlekiantį kūnams degant. Ši teorija buvo pirmasis racionalus kai kurių cheminių procesų (degimo, metalų oksidacijos ore) aiškinimas, skatinantis tolesnius eksperimentinius tyrimus.
Istorija nuo 18 amžiaus pabaigos
Šiuolaikinės chemijos pagrindai sukurti 18 a. antroje pusėje–19 a. pradžioje. Tuo metu išplėtoti dujų tyrimai (pneumatinės chemijos laikotarpis); 1772 C. W. Scheele ir 1774 J. Priestley atrado deguonį, 1772 Danielis Rutherfordas (Škotija) išskyrė iš oro azotą, 1766 H. Cavendishas išskyrė gryną vandenilį. 1777 A. L. de Lavoisier sugriovė flogistono teoriją įrodydamas, kad degant medžiagai su ja jungiasi tik dalis oro – deguonis. A. L. de Lavoisier bandymais įrodė masės tvermės dėsnį (1774; nuo to laiko chemijoje įsigalėjo kiekybiniai tyrimo metodai); sukūrė vieninės medžiagos ir patikslino cheminio elemento sąvoką, pradėjo sisteminti cheminių medžiagų pavadinimus. J. Daltonas 19 a. pradžioje suformulavo atomo teoriją, pagal kurią kiekvieno cheminio elemento atomai yra vienodi, bet nuo kitų elementų atomų skiriasi mase (svoriu), ir siūlė jos vienetu laikyti lengviausio elemento – vandenilio – atomo masę; nustatė kartotinių santykių dėsnį (1803). L. J. Gay‑Lussacas 1808 atrado reaguojančiųjų dujų tūrių, o J. L. Proustas – sudėties pastovumo dėsnius. A. Avogadro atskyrė atomo ir molekulės sąvokas ir iškėlė (1811) vėliau bandymais patvirtintą hipotezę, kad vienoduose dujų tūriuose vienodomis sąlygomis yra vienodas molekulių skaičius. Dabartinės atomo, molekulės, ekvivalento sąvokos chemijoje įsitvirtino jas tiksliai apibrėžus 1860 I tarptautiniame chemikų kongrese. 19 a. atrasta ir ištirta dauguma cheminių elementų, bandant juos klasifikuoti suformuluotas periodinis dėsnis. 19 a. susiformavo ir intensyviai plėtotos stambios chemijos šakos – fizikinė ir organinė chemija. A. G. Voltai 1799 sukūrus pirmąjį elektrocheminį elektros srovės šaltinį (Voltos lanką) prasidėjo cheminės energijos vertimo elektros energija ir atvirkštinio proceso – elektrolizės (cheminių reakcijų, vykstančių tirpalu ar lydalu tekant elektros srovei) – tyrimai; 1805 Th. von Grotthussas paskelbė pirmąją elektrolizės teoriją, M. Faraday 1834 atrado elektrolizės dėsnius; 1869 sukonstruotas švino akumuliatorius; S. A. Arrhenius 1887 sukūrė elektrolitinės disociacijos teoriją. Paskutiniais 19 a. dešimtmečiais J. W. Gibbsas, J. H. van’t Hoffas, W. H. Nernstas ir kiti nustatė cheminės termodinamikos – bendriausių cheminių procesų principus, jų pusiausvyros dėsnius; tai leido tiksliai numatyti cheminių procesų kryptį žinant procese dalyvaujančių medžiagų charakteristikas. Veikiančiųjų masių dėsnis (Catas Maximilianas Guldbergas ir Peteris Waage, Norvegija, 1863) tapo pagrindiniu cheminių reakcijų greičių dėsningumus nusakančiu dėsniu. J. H. van’t Hoffas 1884 išvedė įvairių cheminių reakcijų greičio lygtis ir sukūrė formaliosios cheminės kinetikos sistemą. J. J. Berzelius 1836 pirmasis pradėjo vartoti katalizės sąvoką, reakcijoms spartinti vis plačiau imta naudoti katalizatorius. Atskirai pradėtos nagrinėti sistemos, sudarytos iš mažų dalelių, kurias Th. Grahamas 1861 pavadino koloidinėmis. 19 a. imta plačiai tyrinėti organinius junginius – ir gamtinius, ir sukurtus laboratorijoje. 1828 F. Wöhleris pirmasis susintetino organinę medžiagą (karbamidą) iš paprastų neorganinių junginių. J. von Liebigas, J.-B. A. Dumas sukūrė organinių junginių analizės metodų, tobulino jų sintezės būdus. 1852 Edwardui Franklandui (Didžioji Britanija) pasiūlius valentingumo sąvoką, F. A. Kekulé von Stradonitzui nustačius anglies valentingumą ir anglies atomų jungimosi tvarką benzeno molekulėje, atsirado teorinė galimybė nagrinėti organinių junginių sandarą. Tolesniems organinių junginių tyrimams didelį postūmį davė J. H. van’t Hoffo ir Josepho Achilleʼo Le Belio (Prancūzija) 1874 sukurti stereochemijos – mokslo apie atomų išsidėstymą erdvėje – pagrindai. 19 a. antroje pusėje Charlesʼis Friedelis (Prancūzija), F. A. V. Grignard’as, W. H. Perkinas, J. M. Craftsas, Johannas Peteris Griessas (Vokietija) sukūrė efektyvių sintezės būdų ir susintetino daug naujų junginių, H. E. Fischeris išaiškino baltymų sudėtį. Sintetiniai dažikliai, sudėtimi artimi gamtiniams, 1856 pradėti gaminti pramoniniu būdu. 20 a. pradžioje fizikos laimėjimai (elektrono, rentgeno spindulių, radioaktyvumo atradimas), atomo sandaros nustatymas, vėliau kvantinės mechanikos sukūrimas leido patikslinti chemijos pagrindus – paaiškino periodinį dėsnį siejant jį su elektronų išsidėstymu atome, patikslino elemento sąvoką, pagrindė cheminio ryšio teoriją. Branduolinėmis reakcijomis laboratorijoje buvo gauti transuraniniai elementai (G. Th. Seaborgas ir kiti; Jungtinės Amerikos Valstijos). 20 a. pradžioje, remdamasis cheminės termodinamikos, cheminės kinetikos ir katalizės principais, F. Haberis sukūrė amoniako sintezės iš vandenilio ir azoto technologinį procesą, kuris buvo labai efektyviai panaudotas pramonėje. Vėliau sukurta daug įvairių medžiagų, ypač organinių ir polimerinių, gamybos būdų, kurių taikymas pramonėje vis labiau plėtėsi. Kiekvienoje šalyje ir tarptautiniu mastu chemikai yra susibūrę į draugijas. Didžiausia tarptautinė organizacija Tarptautinė teorinės ir taikomosios chemijos sąjunga (IUPAC).
Lietuvoje
Chemija dėstoma ir tyrimai atliekami Vilniaus universitete nuo 18 a. pabaigos (Juozapas Sartorijus, A. Sniadeckis, I. Fonbergas). 19 a. pradžioje Gedučiuose (Linkuvos vlsč.) dirbo Th. von Grotthussas, vienas fizikinės chemijos pradininkų, kuris nustatė pirmąjį fotochemijos dėsnį (1818). Chemijos studijos ir tyrimai vyko Vilniaus universitete (Marianas Hłasko, K. Sławińskis, E. Beckeris, Witoldas Kraszewskis) ir 1922 įsteigtame Lietuvos universitete Kaune (nuo 1930 Vytauto Didžiojo universitetas). Buvo sukurta lietuviška chemijos terminija, išleista analizinės, fizikinės, organinės chemijos vadovėlių. Chemijos plėtote, jos populiarinimu ypač rūpinosi V. Čepinskis, A. Purėnas, F. Butkevičius, P. Jodelė, J. Šimkus. Pirmaisiais dešimtmečiais po II pasaulinio karo pagrindiniai cheminių tyrimų organizatoriai, be A. Purėno, buvo talentingi jaunesnės kartos Vytauto Didžiojo universiteto chemikai, įgiję patirties ir Vakarų Europos laboratorijose – J. Matulis, J. Janickis, K. Daukšas. Tuomet susiformavo trys dideli chemijos mokslo ir studijų centrai: Lietuvos mokslų akademijos Chemijos ir cheminės technologijos institutas (nuo 2010 Fizinių ir technologijos mokslų centras), Vilniaus universiteto Chemijos fakultetas (nuo 2016 Chemijos ir geomokslų fakultetas) ir Kauno politechnikos instituto (nuo 1990 – Kauno technologijos universitetas) Cheminės technologijos fakultetas. Cheminiai tyrimai atliekami Vilniaus universiteto Biochemijos, Biotechnologijos institutuose, chemijos katedros yra Vilniaus Gedimino technikos universitete, Vytauto Didžiojo universiteto Žemės ūkio akademijoje, Lietuvos sveikatos mokslų universitete. 20 a. antroje pusėje Lietuvoje atlikta daug svarbių įvairių chemijos sričių tyrimų, susikūrė chemijos šakų mokyklų. Svarbių tyrimų elektrochemijos srityje atliko J. Matulis ir jo mokiniai (R. Višomirskis ir kiti), susiklostė mokslinės mokyklos Chemijos institute ir Vilniaus universiteto Chemijos fakultete. Įvairiais aspektais (ir fundamentiniu, ir taikomuoju) ištirta daug metalų ir jų lydinių elektrocheminio nusodinimo procesų, patobulinta ir sukurta keliasdešimt metalų elektrocheminio nusodinimo bei kitų paviršiaus apdorojimo technologijų, kurių daugelis buvo įdiegta pramonėje (ypač SSRS). Per 20 a. paskutinį dešimtmetį atlikta naujų darbų taikant modernius metodus ir naujesnį požiūrį į kai kuriuos tiriamus procesus, išplėtotas metalų korozijos tyrimas, atlikta darbų iš spektroelektrochemijos ir elektrai laidžių polimerų chemijos. Elektrocheminiais ir kitais fizikinės chemijos metodais Vilniaus universiteto Biochemijos institute paskutinius tris 20 a. dešimtmečius tirtos fermentų katalizinamos reakcijos, fermentiniai elektrodai panaudoti kurti biologiniams jutikliams (J. Kulys ir kiti). Sieros ir seleno polijunginių reakcijų kinetikos ir mechanizmo išsamių tyrimų atlikta Kauno politechnikos instituto Cheminės technologijos fakulteto Fizikinės chemijos katedroje (pradininkas ir ilgametis vadovas J. Janickis). A. Prokopčikas 20 a. 6 dešimtmetyje Chemijos ir cheminės technologijos institute pradėjo tirti neorganinių oksidatorių katalizines reakcijas tirpaluose – jų kinetiką ir mechanizmą; susintetinta ir ištirta trivalenčio vario junginių, kurie naudojami aukštos temperatūros superlaidininkams gaminti. 20 a. 7 dešimtmečio viduryje pradėta tirti metalų jonų redukcijos katalizinius procesus ir jų panaudojimą metalų dangoms gauti, nustatyta daug metalų cheminio nusodinimo dėsningumų, išnagrinėta tų procesų elektrokatalizė ir metalų kompleksų susidarymas tirpaluose (P. A. Vaškelis ir kiti), sukurta naujų cheminės metalizacijos technologijų. Plačiai tyrinėtos plastikų ir kitų dielektrikų metalizavimo specialios problemos – cheminis paviršių modifikavimas, metalinių sluoksnių adhezija. 20 a. 9–10 dešimtmetyje susiformavo nauja plastikų metalizavimo kryptis – elektrai laidžių metalų sulfidų sluoksnių, kuriuos galima metalizuoti elektrochemiškai, sintezė, sukurta naujų metalizavimo technologinių procesų. Svarbūs teoriniai fizikinės dujų adsorbcijos ir eksperimentiniai jonų adsorbcijos elektrocheminėse sistemose tyrimai, tirti adsorbcijos ir kataliziniai procesai, jų taikymas pramonėje. Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakultete tirta (kai kurie darbai tęsiami) aminorūgščių dariniai, heterocikliniai junginiai, augimo stimuliatorių, organinių dažiklių, polimerų stabilizatorių sintezė, šviesai jautrios medžiagos, polimerų destrukcija ir stabilizavimas, polimerinių medžiagų sintezė ir praktinis taikymas, skystųjų azoto trąšų sistemų fizikocheminės savybės, ypač jų taikymas trąšų gamyboje. Vilniaus universitete ir Biochemijos institute sintetinti ir tirti organiniai junginiai, kuriuos galima panaudoti kaip vaistus arba jų sintezės žaliavą (V. Daukšas), stereoselektyviosios organinių junginių reakcijos, heterocikliniai, skystieji kristaliniai junginiai, susintetinta vandenyje tirpių organinių polimerų, fotopuslaidininkių ir sensibilizatorių; sukurta kinetinių ir fotometrinių analizės metodų, kuriuose naudojami organiniai reagentai, ištirti atrankieji jonų elektrodai, atlikta darbų iš chromatografijos, elektrocheminės analizės. Chemijos institute sukurta greitų analizės metodų panaudojant oksidacijos-redukcijos reakcijas. Per paskutinį 20 a. dešimtmetį Vilniaus universiteto Chemijos ir geomokslų fakultete susintetinta naujų neorganinių medžiagų (keramikos su aukštos temperatūros superlaidumu ir kitų), ištirtos jų savybės.
1
248