Příloha č. 2 Studijní materiál Historie chemie – kompletní text Text zpracovaný autorem této závěrečné práce je zobrazen černou barvou písma, text který byl již součástí diplomové práce Petry Křivánkové1 je zobrazen šedou barvou písma

19. století

Přelom a prvních patnáct let 19. století jsou poznamenány koaličními válkami hlavních evropských velmocí (Anglie, Rusko, Rakousko, Prusko) s napoleonskou Francií. V době Napoleonova pádu (1815) již byla Británie považována za „dílnu světa“, když britská těžba uhlí, textilní výroba a výroba železa předstihly objem výroby celé ostatní Evropy. Od 20. let 19. století však těžební a výrobní postupy průmyslové revoluce, byť se zpožděním, pevně zapustily své kořeny i ve většině zemí kontinentální Evropy. Vzápětí (po roce 1830) došlo k explozívnímu rozvoji železniční dopravní sítě, která následně umožnila převoz surovin a výrobků ve velkém. Zatímco svět již byl prakticky rozdělen mezi koloniální velmoci, v průběhu století se postupně potvrdilo, že na tomto poli vyrostl roku 1871 ještě jeden nový a ambiciózní hráč - sjednocené Německo. Po roce 1870 přichází tentokrát už nejen v Evropě, ale i v zámoří druhá vlna industrializace založená především na využití elektřiny a spalovacího motoru. Jsou pro ni však typické i takové prvky, jako změna organizace výroby (její zefektivnění – pásová výroba apod.) a nástup vědy v roli výrobní síly. Právě Německá říše přichází k územnímu dělení světa sice mezi posledními a nevlastní tedy žádné významnější kolonie, nicméně zachytí novou vlnu průmyslové revoluce a s mohutnou koncentrací nabytého kapitálu, surovinových zdrojů i nejmodernějších technologií se během třiceti let umístí podobně jako USA mezi nejvýkonnějšími ekonomikami světa. O to bude v následujícím století její nespokojenost s rozdělením světa, vyjádřená hrozivým zbrojením, nebezpečnější.

Zatímco 17. a 18. století lze charakterizovat jako období vědecké revoluce (konstituovaly se jednotlivé přírodní vědy a formulovaly se základní teoretické představy), je 19. století obdobím průmyslové revoluce. Jejími představiteli byli především vynálezci z řad řemeslníků (Newcomen – parní čerpadlo; Watt – parní stroj; Stephenson – parní lokomotiva).

Průmyslová revoluce zasáhla nejdříve textilní výrobu. Objev mechanických spřádacích a tkacích strojů poháněných parními stroji umožnil prudké zvýšení výroby. Poptávka po textilních výrobcích stimulovala rozvoj železářského a chemického průmyslu (barviva, bělicí prostředky) což vyžadovalo zvýšení těžby uhlí a výroby koksu i dokonalejší dopravu.

Chemii jako hlavní pomocnou vědu textilního průmyslu můžeme nazvat vědou 19. století. Následně začala pronikat i do jiných odvětví, např. zemědělství a lékařství.

Chemie se v této době nesmírně rozrostla a začala se rozčleňovat na jednotlivé obory. Koncem 19. století byl chemický výzkum plně zakotven jako podstatná část nového chemického průmyslu.

Díky postupnému objevování nových zákonitostí, které byly v tomto období ještě protknuty filozofickým duchem převládajícím z předchozích století, neměly jednotlivé přírodovědné vědy (v nichž měla chemie své plné nebo alespoň částečné postavení) mezi sebou v 19. století ještě jasně definované hranice. Vývoj chemie v 19. století začleníme do následujících čtyř základních oblastí:

• Průmyslová chemie

- Textilní průmysl

- Průmysl barviv

- Kaučuk

- Plastické hmoty

- Metalurgie

- Ropný průmysl

- Zemědělství

- Potravinářský průmysl

• Rozvoj chemie a jednotlivých chemických disciplín

- Klasifikace chemických prvků

- Atomová teorie

- Relativní atomová hmotnost

- Vývoj názorů na slučování atomů

- Vývoj chemické symboliky a názvosloví

- Objev elektronu a radioaktivity

- Organická chemie

- Analytická chemie

- Anorganická chemie

- Elektrochemie

• Rozvoj oborů souvisejících s chemií

- Krystalografie

- Lékařství

• Rozvoj interdisciplinárních věd

- Fyzikální chemie

- Biochemie

Průmyslová chemie

Textilní průmysl

Po roce 1800 rychlý růst textilního průmyslu přinesl zvýšení poptávky po pracích a bělicích prostředcích, takže bylo nutno podstatně zvýšit produkci kyseliny sírové, která byla využívána především ke karbonizaci textilií (z vlny jsou odstraňovány nečistoty rostlinného původu a textilie jsou takto upravovány před barvením nebo valchováním tkanin) a bělení, produkci sloučenin chloru (bělicí účinky), sody (k výrobě pracích prostředků a barviv), apod.

Nedostatek surovin pro rozvíjející se textilní průmysl (projevující se obzvlášť silně od občanské války v USA roku 1866) vedl v 2. pol. 19. stol. ke snahám o výrobu syntetických vláken. Ta se ale objevila až po roce 1929, kdy byl připraven vláknotvorný polyester.

Průmysl barviv

V 19. století se začala příliš drahá a vzácná přírodní barviva (používaná od pravěku až do téměř konce 18. století – indigo získávané z rostlin, purpur získávaný z mořských plžů) nahrazovat výrobou levnějších a dostupnějších barviv syntetických.

Prudký rozvoj barvářské chemie a technologie se datuje od roku 1856 do roku 1900.

Za určitou předzvěst nového období produkce barviv a barvení můžeme považovat přípravu pikrové kyseliny (2,4,6-trinitrofenol) roku 1771, která je schopna vybarvovat živočišná vlákna, ale pro výbušnost zůstala její příprava obtížná a nebezpečná.

Základní předpoklad k rozvoji výroby jedné skupiny syntetických barviv dala syntéza anilinu roku 1836 ruským chemikem N. N. Zininem, který jej připravil redukcí nitrobenzenu. Tím byly umožněny reálné pokusy o přípravu syntetických – anilinových – barviv, avšak až teprve roku 1856 připravil W. H. Perkin první takové anilinové barvivo (purpur), které mělo využitelné vlastnosti. Následovaly syntézy methylvioleti (1861), methylenové modři (1876), malachitové zeleně (1877) a dalších.

Syntézám prvních azobarviv, velmi stálých barviv, předcházely objevy diazotace (Griess, 1858) a kopulace (Kekulé, Hidegh, 1870). Barviva se připravovala diazotací anilinu a kopulací s fenoly a tím nastal jejich široký rozvoj.

V 80. letech začal být v barvářství využíván také benzidin na syntézu bisazobarviv.

Kaučuk

Kaučuk je v Evropě znám už od roku 1496, kdy jej přivezl Kryštof Kolumbus (1451 - 1506) ze své druhé cesty do Nového světa (k břehům Ameriky). Pružné kaučukové míče zde používali Indiáni ke hrám. Trvalo však dalších téměř tři sta let, než exotická látka našla první uplatnění.

V polovině 18. století se začaly kostičky kaučuku používat ke gumování písma třením papíru. Významnější používání pak bylo použití přírodního kaučuku po rozpuštění v terpentinu jako lepidla. K prvnímu komerčnímu využití kaučuku došlo až ke konci 18. století, kdy se začal používat k impregnaci textilu. Vulkanizace přírodního kaučuku sírou, tedy výroba pryže, byla zveřejněna v roce 1844.

Kaučukovníky, z nich se získávala kapalina, která se vyschnutím přeměnila na pevný kaučuk (tzv. latex), se až do 2. pol. 19. stol. pěstovaly jen v Jižní Americe, později i Jihovýchodní Asii.

Masivní využití kaučuku je připisováno vynálezu pneumatik (1888), kdy začalo být přírodního kaučuku nedostatek, což podnítilo přípravu umělého kaučuku.

Plastické hmoty

Prvním plastem, který byl obchodně využíván od roku 1843, byla gutačerpa, pryskyřice vytékající z naříznuté kůry stromů, kterou využívali malajští domorodci k výrobě rukojetí k nožům a bičům. Známý fyzik M. Faraday zjistil, že je tato látka výborným izolantem elektrického proudu, a to i v prostředí kapalné vody. V 60. letech 19. století byl tento objev využit k propojení Evropy s Amerikou transatlantickým kabelem.

Již v roce 1835 připravil francouzský chemik a fyzik H. V. Regnault (zavedl také termín polymer) první syntetický plast – polyvinylchlorid (PVC). Průmyslově ho však začala vyrábět až roku 1925 německá společnost IG Farben, z jejíhož názvu bylo také odvozeno komerční označení Igelit.

Je zajímavé, že u zrodu průmyslu plastů byl kulečník. Jelikož tato hra dosáhla v druhé polovině 19. století nesmírné popularity a nedostatek slonoviny na výrobu kulečníkových koulí byl v Americe v roce 1863 kritický, vypsali newyorští výrobci kulečníku soutěž na dokonalou náhradu slonoviny. J.  W. Hyatt spolu se svým bratrem tak připravil materiál, který při pokojové teplotě opravdu připomínal slonovinu. V rámci této soutěže bratři Hyattové připravili celuloid. Ten však není považován za plně syntetický materiál, protože je založen na přírodní makromolekulární látce, celulose.

V roce 1897 izoloval W. Krische z mléka bílkovinu kasein, na jejímž základě začal v Bavorsku vyrábět plasty A. Spittler. Objevil, že hnětením kaseinu s formaldehydem vzniká ve vodě nerozpustná hmota zajímavých užitečných vlastností – galalit.

V roce 1909 připravil americký chemik narozený v Belgii, L. Baekeland, první čistě syntetický plast, bakelit (fenolformaldehodová pryskyřice).

Jiný plast, ebonit, byl připraven už roku 1839 jako silně vulkanizovaný a plněný kaučuk.

Mezi nejstarší plasty patří také aminoplasty (základem jsou polykondenzační produkty vhodné aminosloučeniny, např. močoviny nebo thiomočoviny, s aldehydem, nejčastěji formaldehydem). Močovinoformaldehydové sloučeniny byly poprvé připraveny již roku 1884, průmyslově byly však aminoplasty využity až kolem roku 1920.

Metalurgie železa

R. W. Bunsen provedl roku 1838 analýzu plynů z vysoké pece a popsal chemismus příslušných dějů. C. Winkler a Hempel pak optimalizovali práci vysoké pece a snížili spotřebu paliva. Roku 1856 navrhnul Bessemer konvertory pro zkujňování roztaveného železa vzduchem. Thomas roku 1877 použil vápennou vyzdívku konvertorů a tím umožnil práci zpracování železných rud obsahujících fosfor (do té doby netěžených). Od 80. let se postupně zavádí legování oceli.

Ropný průmysl

Významný je v tomto období také rozvoj ropného průmyslu. Roku 1859 sestavil Drake první vrtací ropnou věž (do této doby se ropa těžila vědry z ropných studní) a tím se řádově zvýšila dostupnost této suroviny. Ropa byla používána již od počátku 18. století bez další úpravy na svícení v lampách. Od 90. let 19. století se stala motorová nafta (petrolej) palivem do vznětových motorů. Do začátku 20. století se vyvíjely principy technologie primárního zpracování ropy a postupně se získávaly další nové frakce.

Dnes se z ropy vyrábí zejména automobilové benziny, motorové nafty, suroviny pro petrochemický průmysl, letecká paliva (topné plyny, propan-butan), mazací oleje, topné oleje, asfalty a ropný koks.

Zemědělství

Živit početné obyvatelstvo v průmyslových městech 19. století by nebylo možné bez aplikace nových chemických poznatků na výživu rostlin a tím zvýšené produkce v zemědělství.

Od konce 18. století stoupá zájem o systematické zušlechťování plodin a domácího zvířectva výběrem a křížením. Významně do šlechtitelství zasáhl J. G. Mendel s jeho pokusy s křížením odrůd hrachu (1865). I chov zvířat byl výrazně poznamenán šlechtitelstvím, které vyvrcholilo v polovině 19. století.

Spíše než tehdejší poznatky mechanické nebo biologické, měla však na zemědělství velký vliv právě chemie.

Do začátku 19. století nebyla známa funkce půdy – vědělo se jen, že půda vyživuje rostliny, ale nebylo známo, jak se to přesně odehrává. Proto se předpokládalo, že prvek vody se přeměňuje v prvek dřeva nebo země. Po roce bylo 1790 dokázáno, že tento předpoklad je mylný.

Koncem 18. století se začala šířit myšlenka, že půda potřebuje kromě organického hnojiva i hnojivo neorganického původu. Hlavním organickým hnojivem zůstávala chlévská mrva, zatímco mezi minerální hnojiva patřily odedávna dřevěný popel, vápno, sádra, slín a později i kostní drť. Velký vliv na rozšíření názoru, že zemědělské výnosy mohou být zvyšovány přidáváním anorganických solí do půdy, měl německý chemik J. von Liebig.

Liebigova zpráva, vypracovaná na žádost Britského sdružení, zavedla rozdělení živé tkáně včetně potravin do skupin sacharidů, tuků a bílkovin. Ukázal, že sacharidy a tuky se tvoří v rostlinách z oxidu uhličitého obsaženého ve vzduchu, a že pouze bílkoviny obsahují dusík, který rostliny získávají čerpáním dusičnanů z půdy spolu s jinými základními prvky, např. fosforem a draslíkem. Liebig navrhnul jako první používání určitých hnojiv, zdůraznil význam jednotlivých prvků pro výživu rostlin (minerální teorie) a stal se tak zakladatelem agrochemie (věda zabývající se chemickými problémy zemědělské výroby).

Z objasnění chemické funkce půdy vyplynulo zároveň vysvětlení, jak působí stájová mrva. Šlechtic s vědeckými sklony, sir John Lawes, udělal ze svého statku první zemědělskou výzkumnou laboratoř, ve které prováděl pokusy s dusičnany, fosfáty a potaší (K₂CO₃) různého původu. Z těchto pokusů, a jim obdobných v jiných zemích, se zrodil velký průmysl strojených fosfátových hnojiv - superfosfátů. Použití fosfátových a dusíkatých hnojiv bylo hlavním činitelem, jímž se zvýšila produktivita v zemědělství a rozšířila orná půda.

Potravinářský průmysl

Tradiční způsoby konzervování existovaly již v době kamenné – sušení, nasolení, vaření a mrazení – ale nikdy by se jich nedalo použít tak široce, aby potraviny stačily pro desetimiliony lidí, jako tomu bylo v 19. století. L. Pasteur v 2. pol. 19. stol. ukázal, že vyloučíme-li ze vzduchu neviditelné mikroby, je možné neomezeně dlouho udržovat rostlinné a živočišné látky, aniž shnijí. Tím teoreticky vysvětlil zkušenosti slavného kuchaře Apperta (1810), který zavařoval potraviny do zapečetěných skleněných nádob, což se později stalo základem konzervárenského průmyslu.

Mladá termodynamika otevřela cestu k využití tepelného stroje i k výrobě umělého chladu. Konzervování a mrazení zajistily, že potraviny byly všude tam, kde se mohly dostatečně zaplatit.