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

Rozvoj chemie a jednotlivých chemických disciplín

Klasifikace chemických prvků

Pokroky v chemii, zejména v analytických metodách a v instrumentaci (elektrochemie, spektroskopie), vedly od poloviny 18. století do poloviny 19. století k neustálému objevování nových prvků. To přispělo ke zkomplikování chemie a stimulovalo snahy objevit vztahy mezi prvky.

Již první snahy o klasifikaci chemických prvků byly založeny na jejich atomových hmotnostech, ale žádné z navržených schémat nebylo dostatečně dobré, aby bylo všeobecně přijato. Částečně to bylo způsobeno nepřesným určením atomových hmotností, částečně tím, že hodně prvků ještě nebylo známo. Teprve po roce 1860, kdy Cannizzaro poukázal na správnou metodu stanovování atomových hmotností, bylo možno vytvořit vyhovující klasifikační systém.

D. I. Mendělejev a J. L. Meyer, za použití odlišných přístupů, nalezli cestu k získání užitečné klasifikační metody. Mendělejevovo schéma bylo natolik dobré, že mu umožnilo předpovědět vlastosti několika dosud neobjevených prvků. Ještě za jeho života bylo několik z nich objeveno a jeho předpovědi se ukázaly být pozoruhodně přesné. Jeho systém byl také natolik univerzální, že umožnil včlenění celé "rodiny" prvků po objevu vzácných plynů.

Periodický systém klasifikace prvků, který byl odvozen na empirických základech, navrhl systematické vztahy mezi různými prvky, ale vysvětlit, proč tomu tak je, se nepodařilo ještě téměř celých následujících 50 let.

Klasifikace chemických prvků podrobněji

Objev mnoha nových chemických prvků (jejich počet od konce 18. století do první poloviny 19. století vzrostl z asi 25 na počet 55) vedl ke snaze je logicky uspořádat. Při pozorování jejich vlastností začalo být brzo zřejmé, že některé z nich se svými vlastnostmi podobají a tvoří tak přirozené skupiny, jiné jsou navzájem zcela odlišné.

O uspořádání chemických prvků se snažili např. A. L. Lavoisier, J. W. Döbereiner, A. E. Béguyer de Chancourtois , J. L. Meyer, Dumas a jiní. Problém systematizace prvků nejlépe vyřešil D. I. Mendělejev (1869).

A. L. Lavoisier již na konci 18. století ve své učebnici Traité élementaire de chimie člení tehdy známých 33 prvků na čtyři skupiny:

1. 
   prvky obsažené ve všech přírodních říších: teplo, světlo, kyslík, dusík, vodík;
   
2. 
   prvky, od nichž lze odvodit kyseliny: síra, fosfor, uhlík, chlor, fluor, bor;
   
3. 
   kovové prvky: všechny tehdy známé kovy;
   
4. 
   zeminy, které tehdy byly považovány za prvky: oxid vápenatý, oxid hořečnatý, oxid barnatý, oxid hlinitý a oxid křemičitý
   

Roku 1829 profesor chemie J. W. Döbereiner zformuloval tzv. zákon triád. Podle tohoto zákona měl být u tří sobě podobných prvků průměr atomových hmotností lehčího a těžšího prvku roven atomové hmotnosti středního prvku. Příkladem jeho triád byly skupiny Cl, Br, I; S, Se, Te nebo Li, Na, K..

Francouzský mineralog a geolog A. E. Béguyer de Chancourtois (1802-1886) seřadil (1862) všech 62 tehdy známých chemických prvků podle stoupající „atomové váhy“ a svému návrhu dal podobu trojrozměrného šroubu. Sice pouze malou část prvků zařadil správně, zavedl však jako první pojem perioda.

W. Odling se pokusil sestavit prvky podle chemické příbuznosti do skupin. První skupinou byly (z hlediska dnešní nomenklatury) halogeny, druhou podskupina kyslíku: O, S, Se, Te, třetí podskupina dusíku: N, P, As, Sb, Bi. Ze svých skupin však Odling nedokázal vyvodit v podstatě žádné závěry.

Současně s Odligem se pokusil o systematizaci prvků angličan J. A. R. Newlands (1864). Zavedl pojem "pořadová čísla prvků"

Definitivní řešení problému systematizace prvků čekalo až na D. I. Mendělejeva (1834-1907), který roku 1869 zveřejnil v časopise Ruské chemické společnosti článek Vztah mezi vlastnostmi prvků a jejich atomovými hmotnostmi. Mendělejev si plně uvědomil význam periodického zákona a možnosti jeho využití pro systematizaci prvků. Ve své tabulce nejen nechal prázdná místa pro dosud neobjevené prvky, jejichž existenci předpovídal, ale jejich vlastnosti také s velkou přesností určil. Periodický zákon se stal mezníkem ve vývoji anorganické chemie.

Atomová teorie

První představy o atomu vyslovil již starověký řecký filozof Démokritos.

Dlouho byl obecně přijímán názor, že složení sloučeniny je definitivní a neměnné, ale uplatnění kvantitativních metod zkoumání koncem 18. století tuto domněnku zpochybnilo.

Francouzský chemik Claude Louis Berthollet dospěl na základě pokusů s roztoky k názoru, že složení látek se může spojitě měnit; poměr hmotností prvků ve sloučenině závisí jednak na vzájemných poměrech reaktantů, jednak na podmínkách reakce. Jeho názorům ale oponoval Joseph Louis Proust, který na základě pokusů tvrdil, že složení sloučeniny je stálé a nemění se, ať látka vzniká jakýmkoliv způsobem.

Teprve ve 30. letech 20. století bylo při studiu intermetalických látek dokázáno, že obě zdánlivě protichůdné teorie jsou v určitých případech správné. Dnes rozlišujeme sloučeniny s konstantním stechiometrickým poměrem hmotností složek (daltonidy) a sloučeniny s variabilním složením (bertholidy).

Vědeckou formu atomové teorii poskytl na začátku 19. století John Dalton, podle kterého se každý chemický prvek skládá ze stejných atomů, které nelze měnit ani ničit, ale lze je skládat do složitějších struktur (sloučenin).

I když fyzika 20. století vyvrátila Daltonovu představu o nedělitelných atomech a objev izotopů vyvrátil i tvrzení o identitě atomů téhož prvku, sehrála atomová teorie při rozvoji chemie významnou roli.

Relativní atomová hmotnost

Nejdůležitějším pokrokem atomové teorie bylo zavedení tzv. atomové váhy, dnes označované jako relativní atomová hmotnost, která se stala jednou z nejstěžejnějších veličin používaných v chemii vůbec.

Protože skutečné hmotnosti atomů byly v 19. století experimentálně nedostupné, začali chemikové odvozovat tzv. atomové váhy z hmotnostních poměrů prvků ve sloučenině.

Jako první uveřejnil tabulku atomových vah běžných prvků J. Dalton. Za základ pro stanovení atomových vah si Dalton zvolil vodík – nejlehčí prvek. Atomová váha jiných prvků pak udávala, kolikrát je hmotnost atomu prvku větší, než hmotnost atomu vodíku.

Problém byl, že Dalton neměl možnost experimentálně zjistit skutečné poměry počtu atomů prvků ve sloučeninách. Domníval se tedy například, že v H₂O, NH₃ i C₂H₄ jsou poměry počtu atomů prvků 1:1. Z těchto chybných předpokladů vyplývaly i chybné hodnoty atomových vah a celkově to zpochybňovalo platnost atomové teorie.

Mezi horlivé zastánce atomové teorie patřil především vynikající švédský chemik J. J. Berzelius. Velkým počtem analýz, které provedl a správně interpretoval, učinil pro zavedení přesných atomových vah více než kdokoliv jiný. Při určování atomových vah se na rozdíl od Daltona mohl opírat i o nově objevené vztahy a zákonitosti*. Za základ stanovení hodnot atomových vah zvolil kyslík.

J. J. Berzelius vydal roku 1826 tabulku atomových vah prvků, které až na několik výjimek odpovídají hodnotám dnešním.

Jednoznačně byl kyslíkový standard zavedený Berzeliem schválen teprve na kongresu v Paříži v roce 1901.

K dalším změnám v otázce standardu atomových vah došlo v polovině 20. století, když se za pomoci hmotnostní spektrografie zjistilo, že izotopické složení kyslíku v přírodě kolísá a že se pro přesná fyzikální měření nehodí. Proto byl od roku 1961 na základě doporučení IUPAC (Mezinárodní unie pro čistou a užitou chemii) přijat nový společný základ – uhlík. Atomovou hmotnostní jednotkou se stala 1/12 hmostnosti atomu uhlíku ¹²C. Současně bylo doporučeno změnit název veličiny na "relativní atomová hmotnost".

---------

* Zákon izomorfie (E. Mitscherlich, 1819): Látky podobného chemické složení mají i podobnou krystalickou strukturu a naopak)

* Pravidlo o konstantnosti atomového tepla (P. L. Dulong, A. T. Petit): Součin měrného tepla prvku a jeho atomové váhy je konstantní a rovná se 26,75 J.mol-1).

Vývoj názorů na slučování atomů v 19. století

Inspirací k prvním teoriím, vysvětlujícím podstatu slučování atomů, byly elektrochemické pokusy H. Davyho, J. J. Berzelia a jiných po roce 1800.

H. Davy publikoval svoji elektrochemickou teorii roku 1807. Podle ní se chemické prvky při kontaktu elektricky nabíjejí opačnými náboji a chemické slučování je pak kompenzací těchto elektrických nábojů; reakce probíhá tím snáze, čím větší náboj částice nesou. Mezi chemickými a elektrickými vlastnostmi látek existuje podle Davyho úzká souvislost. Tato teorie obrátila pozornost chemiků i fyziků na elektrické vlastnosti látek.

Novější teorie J. J. Berzelia, tzv. dualistická, vychází z představ H. Davyho. Zatímco však Davy předpokládal, že atomy se elektrizují při kontaktu, Berzelius zastával názor, že elektrické náboje jsou charakteristickou vlastností atomů. Tvrdil, že chemické prvky lze podle znaménka jejich náboje rozdělit na elektropozitivní (při elektrolýze putují k záporné elektrodě) a elektronegativní (při elektrolýze putují ke kladné elektrodě).

Dualistická teorie Berzeliova výrazně ovlivnila vývoj chemie v první třetině 19. století a podnítila i rozvoj elektrochemie. Při její aplikaci na organické sloučeniny se však objevily problémy, na které dualistická teorie nedovedla odpovědět. Některé myšlenky dualistické teorie se však i přesto objevují v moderních teoriích chemické vazby dodnes.

Vývoj chemické symboliky

Ještě v 18. století se používaly v chemii staré alchymistické symboly, kreslené značky, které symbolizovaly jak jednotlivé prvky, tak sloučeniny a dokonce i pracovní postupy. Znaků bylo přes 4000 a navíc se u jednotlivých autorů od sebe lišily.

Pokus o vytvoření jednoduššího systému symbolů provedli francouzští chemici J. H. Hassenfratz a P. Auguste v roce 1787 poté, co A. L. Lavoisier zavedl svou klasifikaci chemických látek. Základem jejich návrhu byly kombinace obrazových symbolů a písmen. Nekovy označovali různě položenými čárkami a obloučky a kovy pomocí kroužků, do nichž zapisovali začáteční písmena latinských názvů, sloučeniny zapisovali kombinací symbolů.

Podobný zjednodušený návrh pochází od J. Daltona z roku 1808. Pro každý z tehdy známých prvků zavedl zvláštní úpravu kroužku. Sloučeninu označoval takovým počtem kroužků daného prvku, kolik atomů tohoto prvku podle tehdejších znalostí sloučenina obsahovala ve své nejmenší částici. I tak ale byly symboly složité.

Již roku 1811 je nahradil J. J. Berzelius začátečními písmeny latinského názvu prvku. V této formě jsou v podstatě chemické značky používány dodnes. Proti dnešním zvyklostem používal Berzelius jiný způsob vyjádření většího počtu atomů ve vzorci. Poslední změnu, která upravila způsob zápisu chemických vzorců do podoby, jak ji známe dnes, zavedli roku 1826 J. Liebig a J. Ch. Poggendorf. Ve stejné době se na návrh francouzského chemika J. B. A. Dumase začalo používal i zápisu chemických dějů pomocí chemických rovnic v podobě používané dodnes.

Vývoj chemického názvosloví

Názvosloví anorganických sloučenin

Na reformě chemické nomenklatury pracovala např. francouzská pracovní skupina vedená A. L. Lavoisierem. Základem jejich názvoslovného systému je podvojné názvosloví chemických sloučenin, vycházející ze stejných zásad jako názvoslovné systémy botanický a zoologický. Při tvorbě názvů vycházeli autoři z francouzských názvů chemických prvků.

Na návrh J. J. Berzelia bylo názvosloví chemických sloučenin založeno na latinských názvech prvků a k odlišení různých sloučenin téhož prvku byly použity odlišné přípony, eventuálně předpony.

Na rozdíl od českého názvosloví nepoužívá mezinárodní názvosloví pro anorganické sloučeniny charakteristický název pro jednotlivá oxidační čísla, rozlišuje pouze nižší a vyšší hodnotu oxidačního čísla daného prvku.

Při tvorbě jednotlivých národních názvosloví anorganických sloučenin bylo doporučeno přizpůsobovat tato názvosloví mezinárodnímu názvosloví. Pokud jde o české názvosloví anorganických sloučenin, nezapomenutelná je zásluha profesora Emila Votočka ve spolupráci s A. Sommerem - Baťkem. Je považováno za nejdokonalejší a nejdůmyslnější chemické názvosloví v národním jazyce vůbec.

Názvosloví organických sloučenin

První názvy organických sloučenin byly zavedeny dříve, než začalo být cokoli známo o struktuře látek. Byly proto používány tzv. triviální názvy (močovina, olejová kyselina, citronová kyselina, vinná kyselina, chlorofyl,...).

Radikálová teorie, formulovaná v 1. pol. 19. stol., vedla k zavedení tzv. radikálových názvů (methylalkohol, methylethylketon, etylchlorid aj.). Pro složitější molekuly ale tento systém nestačil.

Proto byl na Mezinárodním kongresu pro reformu chemické nomenklatury v Ženevě roku 1892 přijat nový systém – systematické názvosloví, založený na substitučním principu (základ většiny dnes používaných národních názvoslových systémů). Nový návrh nebyl zpočátku obecně přijatý – námitky byly kvůli délkám názvů a nejednotnosti v pořadí zápisu funkčních skupin. O prosazení tohoto názvoslovného systému se zasazoval i E. Votoček na 2. konferenci IUPAC v Bruselu v roce 1921.

Objev elektronu a radioaktivity

Objev elektronu

Elektrický výboj v plynech pozoroval již M. Faraday (1838) a o vysvětlení tohoto jevu se pokusili v polovině 19. století mnozí chemici. O povaze světélkujících paprsků byly vedeny spory. Teprve roku 1895 prokázal J. Perrkin, že tyto paprsky mají negativní elektrický náboj a J. J. Thomson změřil roku 1897 jejich rychlost i poměrnou hmotnost vzhledem k hmotnosti atomu vodíku a vysvětlil jejich původ.

Název elektron použil poprvé roku 1891 J. Stoney pro vyjádření nejmenšího elektrického množství přenášeného iontem o jednotkovém náboji a teprve po objevech J. J. Thomsona (1897) byl tento název přenesen na elementární částice obsažené v atomu.

Objev radioaktivity

Koncem 19. století byly uskutečněny dva významné objevy německým fyzikem W. C. Roentgenem, který objevil nový druh záření, které se dnes označuje jako rentgenové. Jeho objev byl dále zdokonalován dalšími poznatky jiných fyziků, jako například francouzský fyzik H. Becquerel, který objevil roku 1896 u uranu nový druh záření, který se choval podobně jako rentgenové paprsky, či jeho spolupracovník, francouzský fyzik P. Curie a jeho pozdější žena, polská fyzička Marie Sklodowska-Curie, kteří prokázali stejné vlastnosti i u jiných prvků, než je uran a podařilo se jim izolovat z jáchymovského smolince dva nové chemické prvky – polonium a radium (1898) – jejichž schopnost vysílat záření byla mnohem větší než u uranu a pro nový druh záření navrhli označení radioaktivita. Ale ani oni nedokázali vysvětlit podstatu tohoto záření.

Klíčem k řešení byl výzkum vlastností radioaktivního záření – jednotlivé druhy paprsků se lišily pronikavostí, chováním v magnetickém poli i hmotností a k odlišení proto bylo použito označení paprsků alfa, beta, gama.

Další poznání podstaty radioaktivního záření spadá do 20. století a je spojeno např. se jmény E. Rutheforda, F. Soddyho, K. Fajanse, A. S. Russela aj.

Objev radioaktivity v 19. století a její podstaty na začátku 20. století si vynutily změnu v nazírání na atom. Bylo třeba opustit představu o neměnném a nezničitelném atomu, na němž byla postavena fyzika i chemie 19. století.

Organická chemie

Organická chemie byla v 1. pol. 19. stol. odsouzena projít obdobím chaosu. Dokud jiná odvětví chemie tápala v nejistotách, mohla být organické chemii v její složité cestě k objasnění podstaty organických látek jen velmi chabou oporou.

V tomto období byly úspěchy organické chemie především empirického druhu (objevy nových sloučenin a nových chemických reakcí). Vylepšení metod elementární analýzy umožnilo pozvednout výzkum na novou úroveň, avšak pokrok v tomto směru byl bržděn nedostatečně přesně určenými relativními atomovými hmotnostmi látek, což se negativně odrazilo na výsledcích snah o tvorbu chemických vzorců organických látek. K vyjasnění základních problémů organické chemie byla potřebná ještě celá dvě další desetiletí.

Přestože v letech 1840-1850 pokračoval chaos předcházejících desetiletí, bylo přece jen dosaženo určitých pokroků, které následně vedly k vyjasnění základních problémů. Tyto pokroky, zejména práce Laurenta a Gerhadrta, se však zpočátku obtížně prosazovaly, protože uvedení vědci se ve svých teoriích částečně mýlili a ostatní jejich myšlenkám jen málokdy rozuměli.

Narůstající znalosti o experimentální organické chemii (Wurtz a Hofmann: aminy, Williamson: ethery, Kolbe: produkty elektrolýzy kyselin,...) vedly k rozlišení skupin (typů) sloučenin. Koncept valence (vaznosti) také vznikl z experimentálních základů a vyvrcholil v myšlenkách F. A. Kekulého a Coupera o čtyřvaznosti uhlíku a o schopnosti atomů uhlíku vzájemně se spojovat (řetězit).

O posledním nezbytném výzkumném nástroji (metoda stanovení molární hmotnosti) ukázal v 60. letech 19. stol. Cannizzaro, že byla k dispozici již předchozích 50 let jakožto hypotézy Avogadrovy (šlo o stanovení molární hmotnosti z hustoty plynné fáze zkoumané látky nebo jejích sloučenin).

Po vyřešení problematiky molekulových vzorců vstoupila organická chemie do velmi plodného období. Strukturální koncepty, které úspěšně započali A. M. Butlerov a F. A. Kekulé, byly dále rozvíjeny a do konce století mohly významně přispět k úspěšnému rozvoji průmyslu syntetických barviv a k pochopení chemie přírodních látek (např. uhlovodíky, terpeny, puriny, proteiny).

Období mezi léty 1860 - 1900 bylo také obdobím obrovského rozvoje metod syntézy široké řady organických látek. V důsledku toho bylo možno připravit i značně složité molekuly z jednoduchých a snadno dostupných výchozích materiálů. Úspěchy v této oblasti byly zvláště zřejmé v oblasti práce s organickými látkami pocházejícími z kamenouhleného dehtu.

Výsledný nárůst počtu známých sloučenin se stal těžkým břemenem pro ty, kdo se zabývali chemickou literaturou, protože problémem klíčového významu se stalo jednoznačné chemické názvosloví.

Během poslední čtvrtiny 19. století byla objasněna struktura různých látek přítomných v přírodních materiálech (např. E. H. Fischer: cukry, puriny, proteiny, O. Wallach: terpeny, A. Baeyer: alizarin, indigo,...).

Přírodní látky vyvolaly další hluboké strukturální, analytické i syntetické problémy. Skutečnost, že vědci jako Fischer a Wallach byli schopní dosahovat rychlých pokroků, odráží nejen jejich genialitu, ale i fakt, že chemie se již rozvinula na tu úroveň, že teorie začala být schopná převzít vedení nad experimenty.

Organická chemie - podrobněji

Počátky vědeckého přístupu ke zkoumání struktury organických látek můžeme nalézt u Lavoisiera, který je též zakladatelem elementární organické analýzy. Na Lavoisierův pojem složeného radikálu navázal v 19. století J. J. Berzelius s tzv. radikálovou teorií.

Označení organická chemie užil poprvé roku 1806 J. J. Berzelius v přesvědčení, že organické sloučeniny vznikají pouze v organismech působením životní síly , tzv. vis vitalis (vitalistická teorie).

Teprve F. A. Kekulé ve své učebnici organické chemie z let 1859-1861 ohraničil oblast zájmu organické chemie na chemii sloučenin uhlíku. „Není žádných podstatných rozdílů mezi sloučeninami organickými a anorganickými.“ Existovaly však i odlišné definice vytvořené jinými vědci.

Ani v dnešní době nelze organickou chemii zcela jednoznačně definovat. V podstatě platí definice Kekulého, avšak z oblasti zájmu organické chemie jsou vyjímány oxidy uhlíku, karbidy, uhličitany apod.)

Boj proti vitalistické teorii

Zdrcující většina chemiků na počátku 19. století byla přesvědčena o správnosti vitalistické teorie. Hlavními argumenty proti ní byly úspěchy syntézy organických látek z anorganických. K vyvrácení vitalistické teorie bylo však třeba uskutečnit celou řadu takových syntéz.

První takovou syntézou byla roku 1824 Wöhlerova příprava šťavelové kyseliny, ta však zůstala řadu let nepovšimnuta. Roku 1828 pak Wöhler připravil z čistě anorganických látek pouhým zahříváním kyanatanu amonného močovinu, typický metabolit savců vyskytující se v moči, v té době považovaný za prototyp organické látky. Tato syntéza sehrála největší úlohu v boji proti vitalistické teorii, ale až v polovině 19. století.

Z dalších syntéz byla významná např. Kolbeho příprava octové kyseliny z anorganických látek (1845) a Berthelotova syntéza ethynu (1859). Tyto syntézy postavily všechny chemické sloučeniny na stejnou úroveň.

Počátky strukturní teorie

Roku 1823 objevil J. von Liebig isomerismus, což jasně ukazovalo na určitý rozdíl ve vnitřním uspořádání molekul. Tako myšlenka se však setkala ze strany vědců nejprve s rozhodným odporem.

Významný přínos pro rozvoj organické chemie měli především A. M. Butlerov, F. A. Kekulé a A. S. Couper, kteří jsou považováni za zakladatele strukturní teorie organických látek.

Za počátek rozvoje strukturní teorie v organické chemii lze pokládat Kekulého článek z roku 1858, ve kterém jasně formuloval čtyřvaznost uhlíku a vyslovil své názory o řetězení uhlíkových atomů. Jeho představa, že molekuly lze znázornit jako systémy atomů v prostoru, vedla později až ke vzniku strukturních vzorců. Dokázal, že různé druhy atomů jsou charakterizovány počtem vazeb, kterými se mohou spojovat s jinými atomy. Vodík má jednu vazbu, kyslík dvě, dusík tři a uhlík čtyři takové vazby. Položil tím základy strukturní teorii. Použil také poprvé termín radikál.

A. Couper vyslovil roku 1858, téměř ve stejné době jako Kekulé, předpoklad čtyřvaznosti uhlíku a vysvětlil řetězení uhlíkových atomů. Ve své práci také podrobil přísné kritice teorii typů. Byl také první, kdo pro znázornění chemické vazby použil dnes běžný symbol – čárku.

A. M. Butlerov poprvé použil termín chemická struktura ve své přednášce na 36. sjezdu německých přírodovědců a lékařů ve Speieru (1861). Značný význam pro rozvoj strukturní teorie mělo vydání Butlerovovy učebnice organické chemie v letech 1864-1866.

Ve stejném roce jako první sešit Butlerovovy učebnice vyšla práce skotského chemika A. Crum-Browna, který začal používat grafické vzorce. Těmi bylo možno zřetelně znázorňovat také izomerii.

Teorie chemické struktury se koncem 60. let 19. století stala základem většiny teoretických i experimentálních prací v organické chemii.

Teorie aromatických látek

Poměrně dlouho se nedařilo určit obecnou strukturu aromatických látek, přestože na sebe tento problém soustřeďoval velkou pozornost chemiků. Pravděpodobně první, kdo přemýšlel o modelovém vyjádření struktury benzenu, byl J. Loschmidt, který ve své studii z roku 1861 bez konkrétních představ o struktuře benzenového jádra znázornil benzen jako kruh.

Roku 1865 pak A. Kekulé vyslovil názor, že základem všech aromatických sloučenin, z nichž nejjednodušší je benzen, je jádro skládající se ze šesti uhlíkových atomů spojených do kruhu (vzorec a) a o rok později zakreslil benzen prostorovým vzorcem s jednoduchými a dvojnými vazbami (vzorec b). Kekulého teorie benzenového jádra probudila zájem chemiků o aromatické sloučeniny a dala podnět k četným experimentálním pracem.

Jedním z nejdůležitějších problémů, které vyvstaly po vytvoření vzorce benzenu, bylo určení vzájemné polohy substituentů na benzenovém jádře. Začala se řešit otázka skutečného uspořádání uhlíkových vazeb v benzenu. Bylo provedeno mnoho experimentů a byly navrženy nové chemické vzorce benzenu. Žádný z klasických vzorců nevysvětloval uspokojivě stabilitu a chemické přeměny aromatických sloučenin. Splňovaly pouze podmínky symetrie. Určitý pokrok přinesla až elektronová teorie. Ale ani další vývoj kvantové chemie nevymýtil používání Kekulého vzorců benzenu. Moderními metodami bylo zjištěno, že benzenová molekula je přesně rovinná a tvoří pravidelný šestiúhelník. I dnešní kvantová chemie používá většinou Kekulého vzorců (vzorec c).

Kekulého návrhy vzorce benzenu. Symboly a, b, c viz text výše.

Řešení nomenklaturních otázek a definice termínů

Roku 1860 byl svolán do Karlsruhe mezinárodní sjezd chemiků. Na programu bylo řešení nomenklaturních otázek a definice termínů. Výsledkem sjezdu bylo, že se prosadil Cannizzarův návrh termínu „molekula“ proti termínu „částečka“, byla konečně přijata Avogadrova teorie a nové hodnoty „atomových vah“ prvků (dnes "relativní atomová hmotnost").

Analytická chemie

Tak jako řada dalších chemických disciplín, měla i analytická chemie vytvořenou soustavu poznatků a laboratorních postupů dříve, než se oddělila jako samostatná vědní disciplína. Některé byly dokonce převzaty již ze starověku a z období alchymie.

Devatenácté století bylo na poli analytické chemie obdobím konsolidace. Díky Klaprothovým pracem v oblasti kvantitativní analýzy z počátku stolení začala mít disciplína pevné empirické základy. Díky tomu se podařilo porozumět hmotnostním vztahům v chemických kombinacích a zjištěné informace využít ve vývoji atomové teorie. Ta pak následně zase pomohla analytické chemii dosáhnout pokroků při řešení problému atomových hmotností a vzorců. Brzy začala být zřejmá nezbytnost zpřesňování atomových hmotností a k velkému užitku přišly práce Cannizzara.

Gravimetrická metoda byla během 19. století neustále vylepšována, ale práce v této oblasti byly převážně empirické. Pokrok fyzikální chemie totiž přišel příliš pozdě, než aby mohl vývoj gravimetrické analýzy významně ovlivnit.

Volumetrické metody si během 19. století získaly velkou oblibu. Zatímco na počátku století bylo používání volumetrických metod v průmyslu spíše výjimkou a ještě v polovině století bylo příznivě přijato jen několik metod, během druhé poloviny 19. století byla již volumetrie všeobecně rozšířená jako spolehlivá a přesná analytická metoda. Dostupnost citlivých indikátorů přijetí titračních metod napomohla, přestože o teorii indikátorů toho bylo známo jen velice málo.

Instrumentální metody se pro analytickou chemii staly důležitými až ke konci 19. století. Spektroskop byl téměř ihned po svém objevu nadšeně přijat jako prostředek kvalitativní analýzy. Důležité postavení měly refraktometr a polarimetr, a to nejen v čistě vědeckých laboratořích, ale také ve vládních laboratořích a v průmyslu, při kontrole potravin a léčiv. Důležitou roli hrál také mikroskop. Rychlost a citlivost instrumentální analýzy zcela jasně oprávnily vysoké finanční náklady na tyto přístroje, zvláště tam, kde se prováděly opakované analýzy.

První učebnici teoretických základů analytické chemie napsal teprve roku 1894 W. Ostwald.

Anorganická chemie

Anorganická chemie nebyla nikdy tak dobře definovaná jako chemie organická, protože mnohé problematiky spojené s anorganickými sloučeninami spadají do oblasti analytické chemie, případně fyzikální chemie nebo fyziky. Nicméně, do anorganické chemie se řadí studie zabývající se přípravou chemických sloučenin kromě uhlovodíků a jejich derivátů a studie jejich vlastností.

Elektrochemie

Nové poznatky z oblasti statické elektřiny byly již v 18. století – odlišení vodičů a nevodičů (1731), objev kondenzátoru (1745), odlišení „kladné a záporné elektřiny“ (1758), objev Coulombova zákona (1785).

Roku 1800 se podařilo fyzikovi A. Voltovi sestrojit galvanický článek zvaný Voltův sloup, který se nadlouho stal nejdůležitějším zdrojem elektrického proudu. Již roku 1800 použil Voltův článek ke svým pokusům, vedoucím k objevu nových chemických prvků, anglický chemik H. Davy. S baterií o 2000 článcích se mu podařilo objevit roku 1811 uhlíkový elektrický oblouk (1811), který pak sloužil jako elektrický zdroj světla až do roku 1879, kdy T. A. Edison sestrojil žárovku.

M. Faraday roku 1834 objevil dva základní zákony elektrolýzy, které nesou jeho jméno.

Studium vodivosti roztoků vedlo v dalších letech k objevům různé pohyblivosti iontů, k poznatku o nezávislé migraci iontů a S. A. Arrhenius formuloval teorii elektrolytické disociace. Arrheniova teorie následně vedla také k jedné z definic kyselin a zásad ve 20. století

Poslední velká oblast elektrochemie je spojena především s pracemi F. W. Ostwalda a jeho žáka W. H. Nernsta – jejich zásluhou se nejen podařilo vysvětlit Faradayovy empirické zákony, ale i vytvořit teorii elektrochemických reakcí (1889) a najít příslušné kvantitativní zákonitosti (Nernstův vztah pro výpočet elektrochemického napětí galvanického článku).

Elektrolýza

První elektrochemické syntézy byly provedeny již počátkem 19. století. Byly to: elektrolýza soli (1803), příprava kovového sodíku a draslíku (1807), kovového hliníku (1827). Technická produkce však byla zahájena až po zajištění dostatečného množství elektrického proudu (Siemens, 1867 dynamo). V 80. letech byla zavedena výroba chloru a hydroxidu sodného diafragmovým (Bauer, 1884) a rtuťovým (Billiter, 1892) způsobem, dále pak výroba jodoformu, manganistanu, kovového hliníku a mědi.

Závěry elektrochemických experimentů již v první polovině 19. století vedly k představě jediné obecné částice elektřiny, dnes známé jako elektron. Ale na přijetí této představy a uznání existence elektronu bylo třeba čekat ještě dalších sedmdesát let (J. J. Thomson, 1897).