Příloha č. 4 Vytvořený studijní materiál („verze pro tisk“) masarykova univerzita

Fyzikální chemie

Fyzikální chemie byla první mezioborovou vědou a jako taková se později stala prototypem dalších „mostů" mezi vědami. Zahrnula elektrochemii, chemickou termodynamiku a termochemii, stala se základem pro nová odvětví chemického průmyslu

Fyzikální chemikové byli od roku 1900 velmi úspěšní jak v teoretických, tak i v praktických směrech. Zvláště významnou pozici měla termodynamika, zejména během prvních desetiletí 20. století. Kvantová mechanika obrovsky získala na významu v souvislosti s problematikou atomové struktury a chemické vazby.

Rozvoj přístrojové techniky otevřel nové cesty získávání informací o molekulách. Difrakce rentgenového záření se ukázala být mocným prostředkem studia struktury krystalů, zvláště po nástupu rychlých počítačů. Spektroskopie také získala nově na významu poté, co rozvoj instrumentace vedl k rutinnímu využívání infračervené, mikrovlnné a Ramanovy techniky.

Teorie roztoků podlehla řadě velkých změn poté, co začaly být zřejmé nedostatky Arrheniovy teorie, avšak až do roku 1950 neexistovala vhodná teorie pro popis vlastností koncentrovaných roztoků. Další oblastí studia je chemická kinetika. Významný pokrok nastává v chemii makromolekul. Staudingerův koncept makromolekul poskytl užitečný teoretický základ problémům koloidní chemie. Úspěchy této části chemie se odrážejí v posunu průmyslu polymerů od převážně empirického stadia k důmyslnému vědecky podloženému odvětví.

Teorie elektrolytické disociace

K významným fyzikálním chemikům 19. století patří S. A. Arrhenius, který roku 1887 vyslovil předpoklad, že se elektrolyty v roztoku štěpí na elektricky nabité částice - ionty, které přenášejí elektrický náboj roztokem. Arrhenius ve své teorii elektrolytické disociace vysvětlil i vztah mezi disociací a koncentrací roztoku. I když názor na existenci iontů v roztoku vyslovili již před Arrheniem jiní, teprve Arrheniova disertační práce „Výzkum galvanické vodivosti elektrolytů" znamenala převrat v dosavadních názorech na vlastnosti roztoků. Byla s nadšením přijata W. Ostwaldem a J. H. van't Hoffem, kteří se podíleli na jejím rozpracování. Arrheniova teorie umožnila vysvětlit mnohé vlastnosti roztoků elektrolytů, platila však jen pro slabé elektrolyty a zředěné roztoky. Nedostatek se podařilo vysvětlit teprve mnohem později především G. N. Lewisovi a P. J. W. Debyeovi.

Teorie kyselin a zásad

Arrheniova teorie elektrolytické disociace vedla k definici kyselin a zásad založené na povaze iontů, vznikajících při autoprotolýze vody (H⁺, OH^-). Umožnila kvalitativně vyjádřit kyselost a zásaditost vodných roztoků (zejména poté, co byl zaveden pojem pH S. P. L. Sörensenem roku 1909), počítat hodnoty disociačních konstant, vysvětlit hydrolytické děje a byla jako jediná teorie uznávána až do dvacátých let 20. století. Studium nevodných roztoků kapalných systémů, se kterým se začalo začátkem 20. století, však vedlo k poznání, že acidobazické vlastnosti látek nejsou vázány jen na vodu a vodné roztoky, ale lze je dokonce studovat i u aprotických rozpouštědel.

Nově vyslovené teorie kyselin a zásad vycházejí ze snahy po obecnějším chápání těchto pojmů, než to umožňovala Arrheniova teorie.

V roce 1923 formuloval dánský fyzikální chemik J. N. Brônsted a nezávisle na něm i Angličan T. M. Lowry tzv. protolytickou teorii, podle níž je kyselinou látka uvolňující proton, a zásadou látka, která tento proton váže. Kyselina a z ní vzniklá zásada tvoří tzv. konjugovaný pár. Kyselinami a zásadami mohou být jak neutrální molekuly, tak i kladné nebo záporné ionty. Protolytická teorie rozšířila aplikovatelnost pojmů kyselina a zásada na všechna protogenní rozpouštědla.

Obecnější teorie je teorie rozpouštědlová, jejíž základy položil roku 1924 Franklin a rozpracovali ji Američané H. P. Cady a H. M. Elsey v roce 1928. Podle této teorie je kyselinou látka zvyšující koncentraci kationtů, charakteristických pro čisté rozpouštědlo; zásadou je látka, zvyšující koncentraci aniontů, charakteristických pro čisté rozpouštědlo.

Jiný typ obecných teorií kyselin a zásad představují teorie elektronové, vycházející z donor-akceptorních vlastností látek. Podle G. N. Lewise je možno kyselinu považovat za látku přijímající elektronový pár, zásadou je látka, která elektronový pár dodává.

Analytická chemie

Po třech neúspěšných desetiletích pokročila analytická chemie rázně kupředu. Rychlost, citlivost i selektivita analytických metod byly zlepšeny díky většímu využití teoretických základů, přístrojové techniky a dostupnosti radioaktivních izotopů jako prostředků chemické analýzy. Nastal zřetelný trend k obecnému používání mikrotechnik, v případě radiochemie pak ultramikrotechnik.

Zvláště významná se ukázala být chromatografie. Ve svých počátcích byla využívána převážně jako separační metoda, ale časem se prosadila v kvalitativních a dokonce i kvantitativních metodách. Zavedení plynové chromatografie v 50. letech 20. století umožnilo rychlé analýzy směsí, které dříve byly analyzovány jen s největšími obtížemi (např. látky způsobující vůni ovoce a zeleniny). Studia přírodních látek se díky chromatografii stala běžnou záležitostí.

Anorganická chemie

Moderní anorganická chemie prošla svou renesancí po zavedení kvantové chemie do teorie chemické vazby. Díky aplikaci těchto myšlenek je možné zkoumat strukturu nejen klasických anorganických sloučenin, ale i například koordinační sloučeniny, cheláty, klathráty a π-komplexy. Dvacáté století zbořilo hranici mezi anorganickou a organickou chemií, protože řada zajímavých sloučenin obsahuje atomy kovu vázané na organické skupiny.

Od roku 1900 byla periodická tabulka nejen doplněna, ale také rozšířena. Došlo k tomu částečně v důsledku usilovných snah o doplnění chybějících prvků, ale hlavně díky úspěšným jaderným přeměnám vyvolaným bombardováním vysokoenergetickými částicemi. Pozice v periodické tabulce odpovídající prvkům s protonovým číslem 43, 61, 85 a 87 byly totiž podle přírodních zákonitostí odsouzeny zůstat prázdné až do té doby, než mohly být nalezeny produkty jaderných přeměn, které tato prázdná místa zaplnily. Poločasy rozpadů těchto prvků jsou totiž příliš krátké, než aby se uvedené prvky mohly ve větší míře nacházet v přírodě.

Od roku 1900 prošla vývojem chemie všech prvků, ale zvláštní pokrok byl dosažen zejména v porozumění vzácným zeminám, vzácným plynům, křemíku, boru, fluoru a méně známým přechodným prvkům, jako je např. zirkonium nebo hafnium.