kemi

Verificeret
Artiklens indhold er godkendt af redaktionen.

Kemi. G. Agricolas De re metallica (1556) er den første samlede fremstilling af kemisk teknik. Billedet viser, hvorledes en ovn til fremstilling af glas og keramik bygges. Så sent som omkring 1800 byggedes ovne efter denne konstruktionstegning i Danmark.

kemi, videnskaben om stoffernes indre opbygning og de deraf betingede egenskaber samt om de stofforandringer, som kan blive følgen af ændrede ydre betingelser, fx kontakt med andre stoffer eller ændret tryk og temperatur.

Kemi er en omfattende videnskab, og en udpræget specialisering er nødvendig. Den rene kemi er den erkendelsesmæssige søgen efter viden om stoffer, og i den anvendte kemi benyttes kemisk viden som hjælpevidenskab. Grænsen mellem kemi og andre videnskaber har været og er stadig flydende.

Oprindelig omfattede fysik alle naturvidenskaber, herunder kemi. Nutidens forfattere skelner oftest mellem fysik og kemi, men store områder opfattes af nogle som fysik, af andre som kemi. En række forskere har beskrevet fysisk kemi som en del af kemien og kemisk fysik som en del af fysikken. Ordet naturlære har været benyttet som navn for foreningen af fysik og kemi; i naturfag er matematik også inkluderet.

Ordet kemi kommer af græsk chemeia eller chymeia, vist påvirket af arab. al-kīmiya, enten efter Chemia 'Egypten', af koptisk khemi 'sort', om jorden, dvs. 'den egyptiske kunst', eller af chymos 'saft' eller chyma 'ophældning', om metalblanding, farvefremstilling o.l.; chemeia og chymeia blev i middelalderen udtalt ens.

Biokemi er kemi med vægten lagt på viden, der kan anvendes til forståelse af biologiske processer; molekylærbiologi er biologi med vægten lagt på viden om de molekyler, hvoraf de levende organismer er opbygget. I biouorganisk kemi og bioorganisk kemi benyttes principper, der er kendt fra hhv. uorganisk og organisk kemi i biokemien.

I grænseområdet mellem teknik og kemi er teknisk kemi et kemispeciale, mens kemiteknik er et teknologispeciale.

Kemi. Den første beskrivelse af fremstilling, opsamling og egenskaber af ilt findes i J. Priestleys Experiments and Observations in Different Kinds of Air (1774).

I mineralogi benyttes kemiske (og fysiske) metoder ved beskrivelsen af de naturligt forekommende stoffer; geokemi er et kemispeciale.

Inden for miljølæren indgår kemi som et væsentligt hjælpefag, og kemien er blevet beriget med endnu et speciale, miljøkemi.

I den klassiske kemi skelnedes mellem fire hovedområder: organisk kemi (carbonforbindelsernes kemi), uorganisk kemi (alle andre grundstoffers kemi), fysisk kemi (fysiske undersøgelser benyttet til opklaring af stoffers egenskaber) og analytisk kemi (bestemmelse af materialers sammensætning). Som nævnt er fagets struktur dog langt mere kompliceret. Situationen er nu den, at en forskergruppe, der beskæftiger sig med et problem, vil inddrage alle til rådighed stående metoder til belysning af det.

Den kemiske litteratur

Antallet af registrerede kemiske forbindelser er stort - der findes mange millioner - og øges hele tiden. Ny viden om allerede registrerede stoffer eller helt nye stoffer meddeles oftest af forskerne i artikler i de internationale tidsskrifter. Efter afslutningen af 2. Verdenskrig grundlagdes Acta Chemica Scandinavia for at lette de skandinaviske kemikeres publikationsmuligheder. Tidsskriftet eksisterer fortsat og bringer artiklerne på engelsk.

I 1920 grundlagdes Nordisk Handelsblad for kemisk Industri; i 1927 blev bladet til Kemisk Maanedsblad, og fra 1962 til Dansk Kemi. I redaktionskomitéen findes repræsentanter for Foreningen af Danske Kemiske Industrier, Kemiingeniørgruppen, Kemisk Forening og Levnedsmiddelselskabet.

Den enorme strøm af informationer om stoffer og deres egenskaber samles af Chemical Abstracts (grdl. 1907), som dels udgiver et tidsskrift med korte referater af artikler og bøger om kemi, dels gør oplysningerne tilgængelige i elektronisk form.

Den kemiske nomenklatur

Oplysninger om de kemiske forbindelser og deres egenskaber formidles i et særligt fagsprog, den kemiske nomenklatur. Den internationale kemikersammenslutning, IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), fastsætter navne, som de enkelte lande herefter tillemper deres eget sprog; i Danmark gøres dette af Kemisk Forening. Der opstår her af og til uoverensstemmelse mellem kemikernes fagsprog og landets officielle dagligsprog.

Den kemiske nomenklatur bygger på, at en række stoffer betragtes som stamforbindelser, og at andre stoffer tillægges navne, der er afledt af stamforbindelsernes. Et eksempel er methan, CH4, der kendes fra naturgas og betragtes som en stamforbindelse. En række stoffer har en sammensætning, der leder tanken hen på methan. De får systematiske navne, fx NaCH3: natriummethanid, CH3Br: brommethan, CH3OH: methanol, HCHO: methanal, HCOOH: methansyre og Na(HCOO): natriummethanoat. De fire sidstnævnte stoffer har imidlertid vel indarbejdede trivialnavne (hhv. træsprit, formaldehyd, myresyre og natriumformiat), som man fortsat kan møde i litteraturen.

Lægemidler, pesticider og mineraler har deres egen systematik, som kemikerne har taget til efterretning. Systematiske navne på disse stoffer ud fra stamforbindelser vil blive meget komplicerede og ulæselige for ikke-kemikere.

Det kemiske symbolsprog

Atomtegn er et stort bogstav evt. efterfulgt af et lille og er symbol for ét atom af et grundstof, fx C (carbon), Ca (calcium), Cr (chrom). De samme tegn benyttes som grundstofsymboler, dvs. en forkortelse for en eller anden mængde af det pågældende grundstof. H betyder således dels ét hydrogenatom, dels hydrogen i almindelighed.

kemi (Det kemiske symbolsprog)
tal navn
1 mono
2 di
3 tri
4 tetra
5 penta
6 hexa
7 hepta
8 octa
9 nona
10 deca
11 undeca
12 dodeca
13 trideca
14 tetradeca
15 pentadeca
16 hexadeca
17 heptadeca
18 octadeca
19 nonadeca
20 icosa

Grundstofnummer (d.s.s. atomnummer) er det samme som protontal for det pågældende grundstofs atomer. Det er egentlig overflødigt at angive protontallet i en formel, da det fremgår af atomsymbolet, men det kan fremme læseligheden; symbolet 6C skal læses som et carbonatom, som jo har protontallet 6.

Ikke alle atomer af samme grundstof indeholder i deres kerne det samme antal nukleoner (dvs. protoner og neutroner); de er isotoper. Vil man i en formel angive nukleontal, anføres det med hævet skrift før atomtegnet. Fx betyder 35Cl og 37Cl kloratomer med hhv. 35 og 37 nukleoner i atomkernen (dvs. 17 protoner + hhv. 18 og 20 neutroner).

Atomer kan få fraspaltet eller tilført en eller flere elektroner, så der dannes ioner; ladningen anføres efter formlen med hævet skrift, fx Fe2+, Fe3+, Cl-, S2-.

Kemiske formler viser sammensætningen af entiteter opbygget af mere end ét atom (molekyler, komplekse ioner, atomgrupper etc.), fx H2O, SO42-, Fe0,91S.

De kemiske formler kan også bruges som stofsymboler. H2O kan dels betyde ét vandmolekyle (sammensat af to hydrogenatomer og et oxygenatom), dels vand i almindelighed.

Kemiske formler kan skrives på flere måder afhængigt af den mængde oplysninger, de skal videregive. En empirisk formel angiver, hvilke grundstoffer der er til stede, og deres mængdeforhold på enklest mulig måde. Dioxidan (hydrogenperoxid, brintoverilte) er opbygget af hydrogen og oxygen i atomforholdet 1:1; derfor er stoffets empiriske formel HO. En molekylformel (bruttoformel) angiver antal atomer af hver slags i stoffets molekyler. I tilfældet dioxidan er molekylformlen H2O2. En strukturformel (konstitutionsformel) angiver, hvorledes molekylernes atomer er bundet til hinanden. I dioxidan er sammenknytningen HOOH. En afbildningsformel (displayed formula) er en afbildning af et stofs rumlige struktur med dets atomer og bindinger på en plan, her vist for dioxidan:

61125.401.jpg


En stereoformel angiver molekylernes rumlige opbygning, her igen dioxidan, idet de røde kugler repræsenterer oxygen, de grå hydrogen.

61125.402.jpg


Molekylerne i dioxidan er ikke retlinjede, og atomerne ligger end ikke i samme plan.

Når man skriver formlen for en ionforbindelse som fx calciumsulfat som CaSO4, er det egentlig misvisende; calciumsulfat består ikke af seksatomige molekyler, men ioner, der er anbragt skiftevis i et gitter. Man burde skrive {Ca2+,SO42-}, evt. Ca[SO4], men de fleste nøjes med den empiriske formel CaSO4, der oplyser om mængdeforhold. Eksemplerne viser, at man ved anvendelse af kemiske symboler kan videregive megen information på lidt plads.

Tal benyttes i kemiens sprog ved konstruktioner af systematiske navne ud fra kemiske formler for stofferne. Farvestoffet med trivialnavnet mønje har den empiriske formel Pb3O4; det har derfor det systematiske navn triblytetraoxid.

Oxidationstal angives med romertal og udtales som almindelige tal. Stoffet med formlen Pb3O4 kan også kaldes dibly(II)bly(IV)oxid, der udtales "diblytoblyfireoxid". I kemiske formler kan oxidationstal angives med positive eller negative romertal eller ved nul som i eksemplet PbII2PbIVO-II4.

Tilstandsformen anføres i parentes med anvendelse af forkortelserne

kemi (Det kemiske symbolsprog)
g gas eller damp
l væske
s faststof
cd kondenseret fase
fl flydende fase
cr krystallinsk
lc flydende krystal
am amorft faststof
vit glas
a, ads adsorberet
mon monomer form
pol polymer form
sln opløsning
aq vandig opløsning
aq,∞ vandig opløsning ved uendelig fortynding

H2O(g) skal læses som et molekyle gasformigt dihydrogenoxid (vand) bestående af to H-atomer og et O-atom.

Stofforandringer symboliseres ved en pil. H2O(s) → H2O(l) er kemikerens måde at skrive, at is smelter til vand. Et reaktionsskema som 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) udsiger ikke blot, at brint reagerer med ilt under dannelse af vand, men forklarer også, at der er tale om to brintmolekyler, hvert med to H-atomer, og et iltmolekyle med to O-atomer, og at de to gasser ved reaktionen omdannes til to vandmolekyler hver bestående af to H-atomer og et O-atom, og at det dannede vand er flydende. H2O(s) ⇄ H2O(l) angiver, at stofomdannelsen kan forløbe i begge retninger. Ved ligevægt forløber begge reaktioner med samme hastighed, og man skriver H2O(s) ⇌ H2O(l).

Hvis man udtrykkeligt kun ønsker at angive de stofmængder, der omsættes ved en stofomdannelse, kan man skrive fx 2 H2 + O2 = 2 H2O eller H2 + 1/2O2 = H2O, altså benytte et lighedstegn i stedet for en pil.

Kemiens historie

Kemi. Libavius' Alchymia (1606) giver en beskrivelse af kemiske laboratoriemetoder. Her ses en primitiv opstilling til destillation. Ved destillation blev stoffernes spiritus (ånd) udvundet. Det gælder salpeterspiritus (salpetersyre), salmiakspiritus (ammoniak) og vinspiritus (alkohol).

Oldtidens kemi begyndte som anvendt kemi. De ældste kemiske erfaringer er vel opdagelsen af ilden med erfaringer om antændelse, forbrænding og slukning. Kemi omtales i mange håndskrifter som pyroteknik, dvs. kunsten at anvende ild. Ved ildens hjælp kunne oldtidens kemikere udvinde metaller som kobber og jern af mineraler, og de kunne fremstille farvestoffer som egyptisk blåt. Den aristoteliske kemi, som opstod ca. 300 f.Kr., var den første sammenfattende kemiske teori. Dens grundlag var læren om de fire jordiske elementer (ild, jord, vand og luft) og det femte element, den himmelske æter. Elementerne havde forskelligt indhold af kvaliteterne tør, kold, fugtig og varm og medbragte disse, når de forbandt sig til stoffer. Den aristoteliske kemi betragtede altså vore dages grundstoffer som sammensatte, og det var efter denne teori muligt at ændre elementsammensætningen i fx sølv og derved omdanne det til guld.

Oldtidens læger benyttede naturstoffer som medicin. Det blev nærmest betragtet som et oprør, da iatrokemien opstod i begyndelsen af 1500-t. (Paracelsus). Nu blev der fremstillet nye stoffer, fx kviksølvforbindelser, som med succes kunne anvendes som lægemidler. Iatrokemikere (J.R. Glauber, A. Libavius) blev eksponenter for kemiens fornyelse.

I begyndelsen af 1700-t. skabtes en sammenfattende teori, flogistonteorien (G.E. Stahl), inden for rammerne af den aristoteliske kemi. Flogiston var et brændbart princip, som i større eller mindre grad fandtes i forskellige stoffer. Når et stof brænder, afgiver det ifølge teorien flogiston, og samtidig mister det sin brændbarhed. Et bål kunne efter teorien gå ud af to grunde: Brændslet kunne have afgivet alt sit flogiston, eller luften kunne være blevet mættet med flogiston. De fleste af kemikerne tilsluttede sig flogistonteorien, som i den franske encyklopædi i 1753 (Venel) blev jævnført med Newtons love. Blandt de senere tilhængere af den flogistiske kemi skal nævnes svenskeren C.W. Scheele, som opdagede klor og en række syrer og andre forbindelser.

I 1727 fandt S. Hales en metode til opsamling og håndtering af gasser. Herved var grundlaget for pneumatisk kemi skabt. Det var Hales, der fremstillede og opsamlede nitrøs gas (nitrogenoxid) og viste, at det kunne reagere med atmosfærisk luft under volumenformindskelse. En række kemikere gav sig til at studere pneumatisk kemi: J. Black opdagede carbondioxid (1754), H. Cavendish brint (1766), D. Rutherford kvælstof (1772); den berømteste repræsentant for denne kemiretning er J. Priestley, som opdagede ilt (1774) og en lang række andre gasser. Priestley og Scheele var fremragende til at udføre kemiske forsøg, men de forblev tilhængere af den flogistiske kemi til deres død.

Den kemiske revolution (1772-89)

Den kemiske revolution indledtes af Guyton de Morveau (1737-1816), som i 1772 opdagede, at alle metaller bliver tungere, når de opvarmes i atmosfærisk luft. I 1776 viste A.L. Lavoisier, at kombinerede man denne iagttagelse med Priestleys opdagelse af ilt, måtte forbrændingsprocessen forklares på en ny måde. Der findes ikke noget flogiston, og når stoffer brænder, forbinder de sig med ilt.

Den kemiske revolution var andet og mere end en omvæltning af forbrændingsteorien. Den var også skabelsen af det moderne grundstofbegreb og en fastslåen af lovene om massens konstans og grundstoffernes bevarelse ved kemiske reaktioner.

Kemi. I A.L. Lavoisiers Traité élémentaire de chimie (1789) fuldendes den kemiske revolution. Figuren viser en forsøgsopstilling, hvor vanddamp ledes gennem et glødende jernrør fyldt med findelt jern, hvorved der dannes brint. Forsøget viser, at vand ikke er et element, men er sammensat af grundstofferne ilt og brint. Den aristoteliske kemi med dens lære om de fire elementer, ild, jord, vand og luft, måtte definitivt forlades.

Kemi blev en videnskab baseret på målinger og efterfølgende matematisk behandling og fortolkning. Klarest opstilledes kravet om en matematisk korrekt behandling af Immanuel Kant (1787). Hans elev J.B. Richter opfandt (1793) kunstordet støkiometri (af gr. stoicheion 'element' og metron 'mål'). På dansk blev ordet først til kemisk målekunst (Ole Jeronimus Mynster, 1772-1818); nu bruges ordet støkiometri.

Den kemiske revolution krævede et nyt kemisk sprog, og de franske kemikere (de Morveau, Lavoisier, C.L. Berthollet og A.F. de Fourcroy) skabte i 1787 et sådant. I løbet af det følgende tiår bredte det sig over Europa tillempet de enkelte nationalsprog; en dansk version kom i 1794 ved A.W. Hauch.

I 1789 udgav Lavoisier Traité élémentaire de chimie. Présenté dans un ordre nouveau et d'après les découvertes modernes (Afhandling om kemiens grundlag. Forelagt på en ny måde og efter de seneste opdagelser), der var den første samlede fremstilling af kemi efter den nye antiflogistiske opfattelse.

De kemiske grundlove (1770-1809)

I årene under og umiddelbart efter den kemiske revolution blev en række lovmæssigheder, de kemiske grundlove, opstillet. Ingen af dem gælder eksakt, men de har alle deres anvendelsesområde, og deres opstilling har spillet en afgørende rolle for kemiens udvikling. 1) Loven om massens bevarelse: Den samlede masse af de stoffer, der dannes ved en kemisk reaktion, er lig med den samlede masse af de stoffer, der var til stede før reaktionen og omdannes ved denne. En af de første kemikere, der konsekvent benyttede denne lov fra sine første undersøgelser, var Lavoisier (1770). Den nyere fysik har godtgjort, at loven kun gælder, når energi tillægges en ækvivalent masse. 2) Loven om grundstoffernes bevarelse: Mængden og arten af de kemiske grundstoffer ændres ikke ved en omsætning mellem stoffer (Lavoisier ca. 1783). Da atomkerneomdannelser og dermed grundstofændringer kan finde sted, er det vigtigt at pointere, at der er tale om kemiske reaktioner. 3) Loven om de konstante proportioner: En kemisk forbindelse indeholder grundstofferne i et konstant, for forbindelsen karakteristisk masseforhold (J.L. Proust 1799). Fx indeholder den kemiske forbindelse vand grundstofferne hydrogen og oxygen i masseforholdet 2 til 16, og dette forhold er efter loven konstant og karakteristisk for stoffet. Berthollet tænkte især på mineraler, når han bestred rigtigheden af loven. I første omgang sejrede Proust, men fra 1935 har kemikere kendt til "berthollider" med varierende sammensætning. Proust kunne ikke ane, at såvel hydrogen som oxygen i naturen forekommer som blandinger af isotoper; med et ændret isotopblandingsforhold bliver masseforholdet et andet. 4) Loven om de multiple proportioner: Når to grundstoffer danner flere forbindelser indbyrdes, vil de vægtmængder af det ene grundstof, som forener sig med samme vægtmængde af det andet grundstof, forholde sig som hele tal — ofte som små hele tal (J. Dalton 1803).

Tænker man fx på carbonhydriderne methan, CH4, og ethen, C2H4, så er 4 g hydrogen i det første forbundet med 12 g carbon og i det andet med 24 g, altså som 2 til 1. 5) Loven om de ækvivalente proportioner: Forholdet mellem de vægtmængder af to forskellige grundstoffer, der forener sig med samme vægtmængde af et tredje grundstof, genfindes, når de to grundstoffer forener sig med et fjerde eller et femte osv. eller evt. indbyrdes (Richter 1793). 6) Loven om reagerende gassers volumenforhold: Gasser reagerer med hinanden i simple volumenforhold (J.L. Gay-Lussac 1809). Fx reagerer 2 l carbonoxid med 1 l ilt (dioxygen) under dannelse af 2 l carbondioxid (2 CO + O2 = 2 CO2).

Den klassiske kemi (1800-97)

Opfindelsen i 1800 af den stationære elektricitetskilde, voltasøjlen, skabte et nyt forskningsfelt, elektrokemi, med uvurderlige landvindinger for såvel den rene som den anvendte kemi. Allerede samme år spaltedes vand i grundstofferne brint og ilt ved elektrolyse (W. Nicholson og Anthony Carlisle, 1768-1840), og 1807-08 blev metallerne kalium, natrium, calcium, barium, strontium og magnesium fremstillet (H. Davy). I 1832-33 blev lovene for mængdeforhold ved elektrolyse fundet (M. Faraday).

Kemi. I 1808 udkom J. Daltons A New System of Chemical Philosophy. Det blev indledningen til den klassiske kemi baseret på, at grundstoffer er opbygget af ens atomer og kemiske forbindelser af molekyler sammensat af atomer. Øverst ses symbolerne for grundstofferne. Nr. 1 er hydrogen, nr. 3 er carbon og nr. 4 er oxygen. Herunder symboler for forskellige sammensatte forbindelser. Dalton regnede vand (nr. 21) for en binær forbindelse, og svovlsyre (nr. 31) og alkohol (nr. 33) for tertiære forbindelser. Nr. 37 viser i følge Dalton sammensætningen af sukker.

Atomteori eksisterede som forklaringsmodel allerede i oldtiden omkring 460 f.Kr. (Leukippos). I 1808 fremsatte Dalton med klarhed og styrke i A New System of Chemical Philosophy en kvantitativ atomteori: Atomer er evige og udelelige. Alle et grundstofs atomer er ens, forskellen mellem forskellige grundstoffer beror på forskellen mellem deres atomer, først og fremmest deres relative atommasse. Massen af et hydrogenatom sattes til 1 atommasseenhed. Ikke alle blev overbevist om atomers eksistens; helt mod slutningen af 1800-t. var der skeptikere blandt fremstående kemikere, fx M. Berthelot og W. Ostwald.

Dalton indførte et kemisk symbolsprog, hvor hvert atom havde sit symbol; det blev i 1813 afløst af det nuværende mere bekvemme, hvor atomsymbolerne er taget fra det almindelige alfabet (J. Berzelius).

Loven om reagerende gassers volumenforhold blev i 1811 forklaret (A. Avogadro), ved at lige store volumener af forskellige gasser ved samme temperatur og tryk indeholder lige mange molekyler (Avogadros lov). Loven har som konsekvens, at et iltmolekyle består af to ens oxygenatomer; det havde datiden svært ved at acceptere.

Det periodiske system blev opstillet i 1869 (D.I. Mendelejev). Denne bedrift fik mange konsekvenser. En af dem var den endelige accept af Avogadros lov og de af denne følgende relative atommasser.

Antallet af andre atomer, som et atom kan binde sig til, kaldes atomets valens. En valensteori blev opstillet i 1853 (E. Frankland) og 1858-64 udviklet til opstilling af strukturformler (F.A. Kekulé, A.S. Couper, A.M. Butlerov, E. Erlenmeyer, J. Loschmidt). Det var hermed accepteret, at molekyler har en indre struktur.

Kemi. Tetraedermodellen (øverst) viser et carbonatom, der sidder i centrum af en firesidet regulær pyramide, i hvis fire hjørner andre atomer er placeret. Oktaedermodellen (nederst) viser et metalatom, der sidder i centrum af en regulær dobbeltpyramide, i hvis seks hjørner andre atomer er placeret.

I 1874 viste Joseph Achille Le Bel (1847-1930) og J.H. van't Hoff uafhængigt af hinanden, at en række egenskaber ved carbonforbindelser kan forklares, når man antager, at de fra et carbonatom udgående fire bindinger danner en vinkel på 109° med hinanden, altså er rettede mod hjørnerne af et tetraeder med carbonatomet i centrum (tetraedermodellen). Med stereoformler kan forklares, at visse carbonforbindelser er optisk aktive og andre ikke. Modellen kan også forklare, at nogle stoffer optræder i to former (cis og trans). I 1888 indførtes (V. Meyer) navnet stereokemi for studiet af den rumlige opbygning af stoffer (se isomeri).

Organisk kemi var før den kemiske revolution noget helt andet end uorganisk kemi. Det vakte opsigt, da vegetabilsk alkali (kalium) i 1797 blev påvist i et mineral (M.H. Klaproth), og adskillige udtalte den mening, at det sikkert ville vise sig, at der gjaldt de samme kemiske love i den organiske som i den uorganiske kemi. Et afgørende gennembrud fandt sted i 1828, da F. Wöhler fremstillede urinstof af ammoniumcyanat "uden medvirken af en nyre, eller overhovedet et dyr", som han skrev til Berzelius. Fra da af fandt der en rivende udvikling af den organiske kemi sted. Flere og flere nye stoffer blev fremstillet (A. von Baeyer, A.W. von Hofmann, A.W.H. Kolbe, Albert Ladenburg (1842-1911), A. Laurent, J. von Liebig, W.H. Perkin og O. Wallach); der blev fremstillet farvestoffer, lægemidler og eksplosivstoffer, og biokemi blev et særligt forskningsområde (E. Buchner).

Uorganisk kemi var noget stillestående i 1800-t. Der var et udestående problem med de komplekse metalforbindelser, hvor fx en tilsyneladende mættet forbindelse som chrom(III)klorid kunne optage et vekslende antal ammoniakentiteter og danne stabile og meget forskellige stoffer. I en skelsættende afhandling fra 1893 forklarede A. Werner disse stoffer med oktaedermodellen. Metalatomet er centralatom og omgivet af seks ligander. Forklaringen førte til den uorganiske kemis renæssance i den nyere kemi.

Spektralanalyse som arbejdsredskab i kemi blev indført i 1859-60 (R.W. Bunsen og G.R. Kirchhoff) og førte til opdagelsen af grundstofferne cæsium og rubidium. Ved samme teknik opdagedes thallium i 1861 (W.J. Crookes) og i 1863 indium (F. Reich og H.T. Richter). I 1868 påviste P.J.C. Janssen og J.N. Lockyer spektroskopisk, at der på Solen måtte være et fra Jorden hidtil ukendt stof, helium.

Berthollet lagde i 1803 grunden til fysisk kemi, men det kom til at vare et halvt århundrede, før udviklingen fortsatte. Reaktionshastigheden og dens afhængighed af det reagerende stofs koncentration blev matematisk beskrevet i 1850 (Ludwig Ferdinand Wilhelmy, 1812-64), massevirkningsloven blev opstillet i 1864-79 (C.M. Guldberg og Peter Waage, 1833-1900). Systematisk kalorimetrisk bestemmelse af varmetoning ved kemiske reaktioner gennemførtes i årene 1852-84 (M. Berthelot og J. Thomsen). I 1874-78 blev det vist (J.W. Gibbs, J.H. van 't Hoff), at det er ændringerne i en størrelse, som nu kaldes Gibbs' fri energi, der er afgørende ved kemiske reaktioner, og ikke varmetoningen.

Kemi. Tidsskriftet Philosophical Magazine bragte i 1897 J.J. Thomsons artikel Cathode Rays. Denne betegner overgangen fra den klassiske kemi til den nyere kemi. Forsøgene viste, at det, der var blevet kaldt katodestråler, i virkeligheden var en strøm af negativt ladede elektriske partikler, elektroner. Ved at bestemme afbøjningen af partikelstrømmen i kendte elektriske og magnetiske felter kunne Thomson bestemme forholdet mellem deres ladning og masse. Alle de undersøgte stoffer indeholdt de samme elektroner, og efter 1897 kunne atomer ikke længere betragtes som evige og udelelige.

I 1869 indledtes en systematisk måling af elektrisk konduktans og frysepunkt af vandige opløsninger (Friedrich Wilhelm Georg Kohlrausch (1840-1910), F.M. Raoult); resultaterne kaldte på en forklaring, og i 1883 fremsatte S.A. Arrhenius den elektrolytiske dissociationsteori; det var hydrogenionen, der gav syrer deres særlige karakter. I 1887 indførte han størrelsen dissociationsgrad, der angiver den del af et stof, der dissocieres i ioner ved dets opløsning. Umiddelbart efter blev det vist, at massevirkningsloven gjaldt for den elektrolytiske dissociation af svage elektrolytter, Ostwalds fortyndingslov. I 1888-89 blev sammenhængen mellem et elements hvilespænding og koncentrationerne i væsken opdaget (Nernsts lov). Det var også H.W. Nernst, der indførte navnet elektron for den negative elektriske elementarladning.

Den nyere kemi (1897-1945)

Opdagelsen af elektronen i 1897 (J.J. Thomson) var et afgørende brud med Lavoisiers grundstofbegreb og Daltons atomteori. Atomer var ikke evige og udelelige. Opdagelsen af radioaktivitet (H. Becquerel 1895, M. og P. Curie 1898), der i 1902 blev forklaret som grundstofforvandling (E. Rutherford), og isotopi (T.W. Richards ca. 1910) rokkede yderligere ved forestillingen. I 1919 bombarderede Rutherford nitrogen med heliumatomkerner og fik dannet oxygen og hydrogen, og hermed var guldmagernes gamle drøm om kunstig grundstofforvandling realiseret. I 1939 opdagedes uranfissionen (O. Hahn).

I 1940 fremstillede E.M. McMillan og P.H. Abelson grundstof nr. 93 ved bestråling af uran med neutroner, og fremstilling af helt nye grundstoffer, transuranerne, med atomnumre over 92 begyndte. G.T. Seaborg har været en ledende skikkelse i denne forskning, som er fortsat i den nyeste kemi i Rusland (Dubna) og i Darmstadt (Hessen), hvor man i 1997 meddelte fremstilling af grundstof nr. 112.

Arbejdet med de radioaktive stoffer førte til udvikling af radiokemi med en helt ny teknik til sikker håndtering og til udvikling af sporanalyse, hvor små mængder radioaktivt stofs transport følges.

Allerede i 1902 blev G.N. Lewis klar over, at den kemiske binding mellem atomerne i et molekyle har noget at gøre med molekylets elektroner. 1916-23 udviklede Lewis og I. Langmuir en enkel beskrivelse (oktetreglen) af den kemiske binding. I 1921 forklarede Charles Bury (1890-1968) og Niels Bohr det periodiske system vha. den nye kvanteteori. Studiet af den kemiske bindings natur videreførtes i de følgende år (G. Herzberg, F.H. Hund, R.S. Mulliken, J.H. van Vleck mfl.) med benyttelse af data om stoffernes spektroskopiske og magnetiske egenskaber. Det var først og fremmest L.C. Pauling, som skabte den almene kemi, der prægede kemikeres tænkemåde i det følgende halve århundrede.

I organisk kemi indførtes i 1901 anvendelse af metalorganiske forbindelser i den organiske syntese (V. Grignard) og i 1930 stereokemiske betragtninger (G. Wittig).

Teknisk kemi har været dyrket siden oldtiden, og allerede ved begyndelsen af den klassiske kemi eksisterede anlæg til metaludvinding og fremstilling af alkohol, svolvsyre, soda og bygas. I tiden efter 1900 udviklede den kemiske industri sig med stormskridt. Ikke mindst fremstillingen af syntetisk ammoniak i 1913 (F. Haber og C. Bosch) fik enorm samfundsmæssig betydning.

I biokemien udførtes grundlæggende undersøgelser af klorofyl fra 1902 (Richard Wilstätter (1875-1942), H. Fischer).

Polymerkemi. Det første helsyntetiske plaststof blev fremstillet i 1907 (L.H. Baekeland) af fenol og formaldehyd og fik navnet bakelit. I 1938 annoncerede firmaet DuPont "for morgendagens verden ... et nyt ord og et nyt stof — nylon", der var fremstillet under ledelse af W.H. Carothers. Det er nok de færreste muligt i dag at forestille sig et dagligliv uden plast. Polyester, polyethylen, polystyren, polyvinylklorid er blevet ord i hverdagssproget sammen med silikone og Teflon®.

Den nyeste kemi (efter 1945)

Den nyeste kemi er præget af udviklingen af elektronikken, der benyttes i computere, spektrometre og andre hjælpemidler til måling og regulering. Man har benyttet betegnelsen kemiens instrumentelle revolution for den indførelse af røntgenanalyse, molekylspektroskopi og kromatografi i laboratorierne, der fandt sted i årene efter 1945. De spektroskopiske metoder blev faste værktøjer i de kemiske laboratorier. Kernemagnetisk resonans (NMR), elektronspinresonans (ESR) og massespektrometri (MS) benyttes nu rutinemæssigt.

Kemi. Efter 2. Verdenskrig er højteknologisk udstyr i høj grad rykket ind i laboratoriet. Her ses et NMR-spektrometer; den hvide dåse indeholder bl.a. en superledende magnet. Meget eksperimentelt arbejde foregår i dag foran en computerskærm.

Kemometri er blevet et vigtigt værktøj til dels at optimere metoder, dels at udtrække et resultat af et tilsyneladende uoverskueligt antal data.

Der gøres dog fortsat opdagelser, hvor hjælpemidlerne kun er ganske enkelt udstyr. Fremstilling af forbindelser af en ædelgas (N. Bartlett 1962) og højtemperatur-superledere (G. Bednorz og K.A. Müller 1986) er eksempler på sådanne opdagelser.

I analytisk kemi er adskillelsesteknologi (separationsteknologi) fortsat et centralt emne, og flere forskere har fået nobelprisen for deres arbejde inden for dette område. Deres arbejde har været en væsentlig forudsætning for udviklingen af det bioteknologiske område.

Elektrontilstandene i molekyler kan nu beregnes (C.A. Coulson), elektronoverførsler følges beregningsmæssigt (R.A. Marcus), og modeller til forudsigelse af, hvilke reaktioner der er mulige, er blevet udviklet (D.R. Herschbach, R. Hoffmann, K. Fukui).

Elektronstruktur i de komplekse metalforbindelser er genstand for mange forskningsprojekter. Forbindelsen herfra til stoffernes reaktivitet blev påvist i 1952 (H. Taube). En helt ny type metalorganiske forbindelser blev opdaget i 1952 (E.O. Fischer og G. Wilkinson); i disse sidder et metalatom mellem to ringformede entiteter; en struktur, der har givet stofferne navnet sandwichforbindelser.

Boraner er forbindelser mellem bor og hydrogen. De første undersøgelser af disse eksplosionsfarlige stoffer blev udført allerede i 1909 (A. Stock); i 1950'erne blev et meget stort antal fremstillet, og det lykkedes at give en forklaring på deres struktur (W.N. Lipscomb).

Faststofkemi er et aktuelt forskningsfelt med undersøgelser af reaktionerne mellem forskellige metaloxider, hvorved der dannes keramiske materialer med ofte overraskende fysiske og kemiske egenskaber.

Den nyeste kemi indledtes med bestemmelsen i 1945 af strukturen af penicillin (D.C. Hodgkin), hvorved stereokemi placerede sig centralt i kemien. Komplicerede strukturer er opklaret (H.A. Hauptman, J. Karle), og mange forskere har haft tilknytning til biokemi (C.B. Anfinsen, R. Huber, R.B. Merrifield, H. Michel, S. Moore, W.H. Stein). Kendskabet til de afgørende stoffer DNA og RNA er efterhånden betydeligt takket være en grundig forskning (F. Crick, J. Watson, S. Altman, P. Berg, T.R. Cech, W. Gilbert og F. Sanger).

Erfaringer fra studiet af naturens store molekyler kan ofte overføres til de syntetiske makromolekyler og omvendt. Det udnyttes naturligt nok såvel ved teoretiske studier (P.J. Flory) som ved fremstilling af fx plast (K. Ziegler og G. Natta).

Fremstilling af kemiske forbindelser i organisk kemi er blevet sammenlignet med kunsthåndværk og har tiltrukket mange brillante forskere. R.B. Woodward er nok den største på dette felt i den nyeste kemi; 1944-65 syntetiserede han bl.a. kinin, kolesterol, kortison, klorofyl og cefalosporin C. Med mekanistisk og biosyntetisk viden om sekundær metabolisme er det lykkedes in vitro at fremstille meget komplicerede naturstoffer med biologisk effekt forbavsende simpelt. Med samme mekanistiske viden er der udviklet simple synteseveje for organiske molekyler.

Det er nu muligt at måle reaktionshastighed af hurtige kemiske reaktioner, også når reaktionen forløber inden for en billiontedel sekund (M. Eigen), og der er udviklet teorier for mellemprodukterne undervejs (Y.T. Lee, J.C. Polanyi). Med studiet af termodynamik i biologiske systemer, der ikke er i ligevægt (P. Mitchell), er der blevet etableret en forbindelse mellem kaosteori og kemi (I. Prigogine).

Kemiens historie i Danmark

Peder Sørensen, der var hoflæge hos Frederik 2., er den første dansker, der kan siges at have beskæftiget sig med kemi. Han var iatrokemiker og anvendte kviksølvpræparater, han selv havde fremstillet, som medicin. Hofkemikeren hos Christian 4., Peter Payngk, fremstillede glas, eliksirer, kosmetik, likører, marmelader, parfumer, salver og sæber i et laboratorium, som kongen havde ladet indrette ved Rosenborg Slot.

Den eksperimentelle kemi fik en god periode i 1600-t., og den kulminerede ved århundredets slutning med universitetsprofessoren Ole Borch, som i sit eget laboratorium gjorde mange vigtige iagttagelser, bl.a. at salpeter i sig selv ikke er brændbart. På teoretisk plan herskede den aristoteliske kemi. Troen på muligheden af guldmageri blomstrede på herregårdene på Christian 4.s tid og holdt sig til den kemiske revolution. Universitetsprofessoren C.G. Kratzenstein offentliggjorde således i 1783 en beretning om omdannelse af sølv til guld. Den flogistiske kemi kom aldrig til at spille den store rolle i Danmark. Hans von Aphelen udarbejdede i 1771 en dansk flogistisk nomenklatur, som måtte vige en snes år senere.

Den kemiske revolution i Danmark

Den nye kemi kom til Danmark via Tyskland. Den kun 20-årige lægestuderende O.J. Mynster grundlagde i 1794 sammen med vennerne J.D. Herholdt, C.G. Rafn og E. Viborg tidsskriftet Det physiske Bibliothek, der var talerør for den nye antiflogistiske kemi. Blandt forfatterne findes H. Steffens, som i et brillant sprog hudflettede den aristoteliske og den flogistiske lære. A.W. Hauch fremlagde den første moderne danske kemiske nomenklatur. Englænderkrigenes ødelæggelser satte dog et brat punktum for denne udvikling.

Den klassiske kemi (1800-97)

Da Danmark begyndte at rejse sig efter krigenes ødelæggelser, kom der atter gang i den kemiske forskning. H.C. Ørsted, der var den ledende skikkelse i første halvdel af 1800-t., fremkom allerede i 1814 med et forslag til en ny dansk kemisk nomenklatur, i 1824 fremstillede han grundstoffet aluminium, og i 1829 grundlagde han sammen med G.F. Ursin Polyteknisk Læreanstalt (nu Danmarks Tekniske Universitet), som siden da har været et af centrene for dansk kemi. Hans yngre kollega W.C. Zeise fremstillede organiske svovlforbindelser (1822) og organiske platinforbindelser (1831) og var således grundlægger af to væsentlige forskningsområder.

Fra midten af 1800-t. udviklede kemien sig fra at være en lille akademisk disciplin i skyggen af farmaci og medicin til en selvstændig profession med ansættelsesmuligheder i den opvoksende kemiske industri. Julius Thomsen blev verdensberømt på sine bestemmelser af varmeudvikling ved kemiske reaktioner (påbegyndt 1852), men samtidig med disse undersøgelser var han engageret i udvikling af en kemisk industri, bl.a. fremstilling af soda ud fra kryolit. Den kemiske industri fik i G.A. Hagemann en fuldgyldig repræsentant. Han var involveret i Kryolitfabriken Øresund og De Danske Sukkerfabrikker (nu en del af Danisco). 1902-12 var han direktør for Polyteknisk Læreanstalt.

J.C. Jacobsen grundlagde i 1875 Carlsberg Laboratorium, og her færdedes fra begyndelsen en række af de førende forskere, blandt andre J. Kjeldahl, som i 1883 opfandt en standardmetode til bestemmelse af nitrogen og dermed mængden af protein i en given prøve.

Inden for den rene kemi var S.M. Jørgensen nok den betydeligste. Hans studier over de komplekse metalforbindelser, der indledtes i 1878, er blandt de væsentligste bidrag fra dansk side til udviklingen af kemien.

Den nyere kemi (1897-1945)

På Carlsberg Laboratorium var undersøgelser af aminosyrer, enzymer og proteiner det vigtigste forskningsfelt. I forbindelse med disse projekter opfandt S.P.L. Sørensen størrelsen pH til beskrivelse af vandige opløsningers surhedsgrad. Proteinstudierne blev videreført af K.U. Linderstrøm-Lang, og interessen for syrer og baser førtes videre på Landbohøjskolen af Niels Bjerrum, som i 1916 opstillede en ny teori om syrer, baser og salte. På Københavns Universitet fremkom J.N. Brønsted i 1923 med en ny definition af syrer og baser. Såvel Brønsted som J.A. Christiansen foretog grundige studier af kemiske reaktioners hastighed. På Københavns Universitet var Einar Biilmann dominerende. Hans lærebøger var obligatoriske, og pensum var et solidt stofkemisk kursus uden ret megen teori.

Den nyeste kemi (efter 1945)

Efter 2. Verdenskrig indtrådte også i Danmark den instrumentelle revolution. Jannik Bjerrum og hans elever gik i front med måling af fysiske størrelser til belysning af de komplekse metalforbindelser. Det blev også muligt at måle stoffers absorption af elektromagnetisk stråling, og fra midten af 1950'erne var der i Danmark en stor interesse for elektrontilstande i molekyler; en række danske forskere opnåede verdensry på deres arbejder.

Faststofkemi og røntgenundersøgelser blev tidligt taget op af A. Tovborg Jensen på Landbohøjskolen, videreført bl.a. på Aarhus Universitet og Forskningscenter Risø og har siden bredt sig til næsten alle danske forskningslaboratorier.

På mange måder overtog K.A. Jensen den ledende rolle. Hans lærebogssystem i almen kemi revolutionerede den indledende undervisning på landets universiteter. Det kemiske sprog, han konsekvent anvendte fra ca. 1950, blev efterhånden almindeligt accepteret.

Dansk kemi var ved slutningen af 1900-t. præget af diversitet. Der forskes ikke alene på universiteterne, men også i industrien. Nye områder som bioteknologi er blevet centrale. Mens der i midten af 1900-t. var stor prestige forbundet med at beskæftige sig med kemi, var opfattelsen af faget ved slutningen af 1900-t. ikke udelukkende positiv. Ikke mindst de mange miljøskader har medvirket til at påvirke opinionen.

Læs også om undervisning i kemi.

Vind tre bøger i Den Store Danskes quiz.

Gå til quiz.

Underemner

 

Find bøger

   
   Find Lydbøger
hos Storytel
   Find bøger
bogpriser.dk
   Studiebøger
pensum.dk
   Læs e-bøger
hos Ready

 

© Dette billede må du ...

Kemi. G. Agricolas De re metallica (1556) er den første samlede fremstilling af kemisk teknik. Billedet viser, hvorledes en ovn til fremstilling af glas og keramik bygges. Så sent som omkring 1800 byggedes ovne efter denne konstruktionstegning i Danmark.

© Dette billede må du ...

Kemi. Tetraedermodellen (øverst) viser et carbonatom, der sidder i centrum af en firesidet regulær pyramide, i hvis fire hjørner andre atomer er placeret. Oktaedermodellen (nederst) viser et metalatom, der sidder i centrum af en regulær dobbeltpyramide, i hvis seks hjørner andre atomer er placeret.

© Dette billede må du ...

Kemi. Efter 2. Verdenskrig er højteknologisk udstyr i høj grad rykket ind i laboratoriet. Her ses et NMR-spektrometer; den hvide dåse indeholder bl.a. en superledende magnet. Meget eksperimentelt arbejde foregår i dag foran en computerskærm.

© Dette billede må du ...

Kemi. Tidsskriftet Philosophical Magazine bragte i 1897 J.J. Thomsons artikel Cathode Rays. Denne betegner overgangen fra den klassiske kemi til den nyere kemi. Forsøgene viste, at det, der var blevet kaldt katodestråler, i virkeligheden var en strøm af negativt ladede elektriske partikler, elektroner. Ved at bestemme afbøjningen af partikelstrømmen i kendte elektriske og magnetiske felter kunne Thomson bestemme forholdet mellem deres ladning og masse. Alle de undersøgte stoffer indeholdt de samme elektroner, og efter 1897 kunne atomer ikke længere betragtes som evige og udelelige.

© Dette billede må du ...

Kemi. I 1808 udkom J. Daltons A New System of Chemical Philosophy. Det blev indledningen til den klassiske kemi baseret på, at grundstoffer er opbygget af ens atomer og kemiske forbindelser af molekyler sammensat af atomer. Øverst ses symbolerne for grundstofferne. Nr. 1 er hydrogen, nr. 3 er carbon og nr. 4 er oxygen. Herunder symboler for forskellige sammensatte forbindelser. Dalton regnede vand (nr. 21) for en binær forbindelse, og svovlsyre (nr. 31) og alkohol (nr. 33) for tertiære forbindelser. Nr. 37 viser i følge Dalton sammensætningen af sukker.

© Dette billede må du ...

Kemi. I A.L. Lavoisiers Traité élémentaire de chimie (1789) fuldendes den kemiske revolution. Figuren viser en forsøgsopstilling, hvor vanddamp ledes gennem et glødende jernrør fyldt med findelt jern, hvorved der dannes brint. Forsøget viser, at vand ikke er et element, men er sammensat af grundstofferne ilt og brint. Den aristoteliske kemi med dens lære om de fire elementer, ild, jord, vand og luft, måtte definitivt forlades.

Viser 1-6 af 10 billeder | Se alle

Filer

FilTilføjet af 
[+393658.801.svg (7.15 kB)

Kemi. Tetraedermodellen (øverst) viser et carbonatom, der sidder i centrum af en firesidet regulær pyramide, i hvis fire hjørner andre atomer er placeret. Oktaedermodellen (nederst) viser et metalatom, der sidder i centrum af en regulær dobbeltpyramide, i hvis seks hjørner andre atomer er placeret.

Admin

05/02/2009

Nyhedsbrev

Om artiklen

Seneste 3 forfattere
MHansen
09/07/2013
Marie-Louise Hammer
11/03/2012
Redaktionen
29/08/2011
Oprindelig forfatter
Bos
31/01/2009

© Gyldendal 2009-2014 - Powered by MindTouch Deki