cyanic-selkie/wikianc huggingface dataset:
Ιστορία της χημείας
Ο Βέλερ και η συζήτηση για τη ζωτική δύναμη (Vis vitalis)
Αυτό άνοιξε ένα νέο πεδίο έρευνας στη χημεία, και μέχρι το τέλος του 19ου αιώνα, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να συνθέσουν εκατοντάδες των οργανικών ενώσεων. Οι πιο σημαντικές από αυτές είναι το μωβ, η ματζέντα και άλλες συνθετικές χρωστικές ουσίες, καθώς και το ευρέως χρησιμοποιούμενο φάρμακο ασπιρίνη. Η ανακάλυψη της τεχνητής σύνθεσης της ουρίας συνέβαλε σε μεγάλο βαθμό στη θεωρία της ισομέρειας, καθώς οι εμπειρικοί χημικοί τύποι, για την ουρία και το κυανικού αμμωνίου είναι ίδιες (βλ. σύνθεση Βέλερ). Το 1832, ο Φρήντριχ Βέλερ και ο Γιούστους φον Λήμπιχ ανακάλυψαν και εξήγησαν τις χαρακτηριστικές ομάδες και τις ρίζες σε σχέση με την οργανική χημεία, καθώς και τη πρώτη σύνθεση της βενζαλδεΰδη. Ο Λήμπιχ, ένας Γερμανός χημικός, έκανε σημαντικές συνεισφορές στη γεωργία και της βιολογικής χημείας, και εργάστηκε για την οργάνωση της οργανικής χημείας. Ο Λήμπιχ θεωρείται ο "πατέρας του κλάδου των λιπασμάτων" για την ανακάλυψη του αζώτου ως απαραίτητο θρεπτικό συστατικό των φυτών, και τη διατύπωση του νόμου του Ελαχίστου οποία περιγράφει το αποτέλεσμα των μεμονωμένων θρεπτικών συστατικών στις καλλιέργειες.
Στα μέσα του 1800
Το 1840, ο Germain Hess πρότεινε το νόμο του Hess, μια πρώιμη δήλωση του νόμου της διατήρησης της ενέργειας, η οποία ορίζει ότι η ενεργειακή μεταβολή σε μία χημική διεργασία εξαρτάται μόνο από την αρχική και τελική κατάσταση και όχι από το συγκεκριμένο μονοπάτι που ακολούθησαν τα αντιδρώντα για να μεταβούν από την αρχική στην τελική κατάσταση. Το 1847, Hermann Kolbe παρασκεύασε οξικό οξύ από εντελώς ανόργανες πρώτες ύλες, αποδομώντας περαιτέρω τον βιταλισμό (ζωτικότητα). Το 1848, ο Ουίλιαμ Τόμσον (William Thomson), ο 1ος βαρώνος του Kelvin (κοινώς γνωστός ως Λόρδος Κέλβιν) καθιέρωσε την έννοια του απόλυτου μηδέν, η θερμοκρασία στην οποία παύει όλη η μοριακή κίνηση. Το 1849, ο Λουί Παστέρ (Louis Pasteur) ανακάλυψε ότι η ρακεμική μορφή του τρυγικού οξέος είναι ένα μείγμα της αριστερόστροφης και δεξιόστροφης μορφής, διευκρινίζοντας έτσι τη φύση της οπτικής στροφικής ικανότητας και ανοίγοντας έτσι το πεδίο της στερεοχημείας. Το 1852, Αύγουστος Beer πρότεινε το νόμο του Beer, ο οποίος εξηγεί τη σχέση μεταξύ της περιεκτικότητας ενός μείγματος και της ποσότητας του φωτός που θα απορροφήσει. Βασίστηκε εν μέρει σε προηγούμενες εργασίες των Pierre Bouguer και Γιόχαν Χάινριχ Λάμπερτ (Johann Heinrich Lambert), και καθιέρωσε την αναλυτική τεχνική γνωστή ως φασματομετρία. Το 1855, ο Benjamin Silliman Jr, πρωτοστάτησε στις μεθόδους πυρόλυσης του πετρελαίου, η οποία έκανε δυνατόν να αναπτυχθεί το σύνολο της σύγχρονης βιομηχανίας πετροχημικών.
Ο Στανισλάο Κανιτζάρο και η σύσκεψη της Καρλσρούης
thumb|right|Formulas of acetic acid given by [[August Kekulé in 1861.]] Η υπόθεση Αβογκάντρο άρχισε να κερδίζει ευρεία αποδοχή μεταξύ των χημικών μόνο μετά το 1858 όταν ο συμπατριώτης και συνάδελφος του Αβογκάντρο, Στανισλάο Κανιτζάρο (Stanislao Cannizzaro) κατάφερε να αποδείξει την αξία της, δύο χρόνια μετά το θάνατο του Αβογκάντρο. Τα χημικά ενδιαφέροντα του Κανιτζάρο αρχικά ήταν σε φυσικά προϊόντα και στις αντιδράσεις των αρωματικών ενώσεων. Το 1853 ανακάλυψε ότι όταν κατεργάζεται τη βενζαλδεΰδη με πυκνή βάση, παράγονται βενζοϊκό οξύ και βενζυλική αλκοόλη, ένα φαινόμενο που είναι γνωστό σήμερα ως αντίδραση Κανιτζάρο (Cannizzaro). Σε ένα φυλλάδιο του 1858, ο Κανιτζάρο έδειξε ότι η πλήρης αποδοχή των ιδεών του Αβογκάντρο θα μπορούσε να χρησιμεύσει στην κατασκευή μιας συνεπούς και ισχυρής θεωρητικής δομής για τη Χημεία όπου να ταιριάζουν σχεδόν όλα τα διαθέσιμα εμπειρικά δεδομένα. Για παράδειγμα, τόνισε την σημασία των δεδομένων που υποδηλώνουν ότι δεν είναι διατομικά όλα τα αέρια στοιχεία άλλα αντίθετα σε ορισμένες περιπτώσεις ήταν μονοατομικά, τα περισσότερα ήταν διατομικά, και λίγα ήταν πιο περίπλοκα.
Ένα άλλο σημείο διαφωνίας ήταν οι χημικοί τύποι για τις ενώσεις των αλκαλίων (όπως το νάτριο) και των αλκαλικών γαιών (όπως το ασβέστιο), οι οποίοι, κατά την άποψη των περισσότερων χημικών που ακολουθούσαν αυστηρά το νόμο των χημικών αναλογιών, θα έπρεπε να έχουν την ίδια μορφή. Ο Κανιτζάρο υποστήριξε ότι η τοποθέτηση αυτών των μετάλλων σε διάφορες κατηγορίες θα είχε ευεργετικό αποτέλεσμα, επειδή απαλείφονται κάποιες ανωμαλίες που παρατηρούνται κατά τη χρήση των φυσικών τους ιδιοτήτων για τον υπολογισμό των ατομικών βαρών. Δυστυχώς, το φυλλάδιο του 1858 του Κανιτζάρο δημοσιεύθηκε αρχικά μόνο στην ιταλική γλώσσα και είχε μικρή άμεση επίπτωση.
Η πραγματική επανάσταση ήρθε με ένα διεθνές χημικό συνέδριο που πραγματοποιήθηκε στη γερμανική πόλη της Καρλσρούης το Σεπτέμβριο του 1860, οπου ήταν παρόντες οι περισσότεροι από τους κορυφαίους χημικούς της Ευρώπης. Η σύσκεψη της Καρλσρούης οργανώθηκε από τον Κεκουλέ, τον Wurtz, και μερικούς άλλους που μοιράστηκαν την αίσθηση του Κανιτζάρο σχετικά με την κατεύθυνση που πρέπει να ακολουθήσει η χημεία. Μιλώντας στα γαλλικά (όπως έκαναν και όλοι εκεί), ο Κανιτζάρο με την ευγλωττία του και τη λογική του άφησε μια ανεξίτηλη εντύπωση στους παρόντες. Επιπλέον, ο φίλος του Angelo Pavesi διένειμε στους συμμετέχοντες το φυλλάδιο του Κανιτζάρο στο τέλος της συνάντησης. Περισσότεροι από ένας χημικοί έγραψαν αργότερα για την αποφασιστική εντύπωση που τους έκανε η ανάγνωση του εγγράφου. Για παράδειγμα, ο Γιούλιους Λόταρ Μέγιερ έγραψε αργότερα ότι κατά την ανάγνωση του εγγράφου του Κανιτζάρο, «Η ζυγαριά φαίνεται να πέφτει από τα μάτια μου». Έτσι ο Κανιτζάρο έπαιξε καθοριστικό ρόλο στο να κερδιθεί η μάχη για τη μεταρρύθμιση. Το σύστημα που υποστηρίχθηκε από αυτόν, και σύντομα έκτοτε υιοθετήθηκε από τους περισσότερους κορυφαίους χημικούς, είναι ουσιαστικά ταυτόσημο με αυτό που χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα.
Perkin, Κρουκς, και Νόμπελ
Το 1856, ο Sir William Henry Perkin, ηλικίας 18, αποδεχόμενος μια πρόκληση από τον καθηγητή του, August Wilhelm von Hofmann, προσπάθησε να συνθέσει την κινίνη, που είναι ένα φάρμακο για την καταπολέμηση της ελονοσίας, από λιθανθρακόπισσα. Σε μία προσπάθεια, ο Perkin οξείδωσε ανιλίνη χρησιμοποιώντας διχρωμικό κάλιο, το οποίο περιείχε ακαθαρσίες τουλουϊδίνης που αντέδρασαν με την ανιλίνη και έδωσαν ένα μαύρο στερεό, ένδειξη ότι μια οργανική σύνθεση "απέτυχε". Κατά τον καθαρισμό της φιάλης με αλκοόλη, ο Perkin παρατήρησε μωβ χρώμα στο διάλυμα και έτσι ανακαλύφθηκε ότι ένα υποπροϊόν της αποτυχημένης προσπάθειας ήταν η πρώτη συνθετική βαφή, γνωστή ως μωβεΐνη ή μωβ του Perkin. Η ανακάλυψη του Perkin είναι το θεμέλιο της βιομηχανικής σύνθεσης χρωστικών, που είναι μια από τις πρώτες επιτυχημένες χημικές βιομηχανίες.
Η σημαντικότερη μεμονωμένη συμβολή του γερμανού χημικού Άουγκουστ Κεκουλέ (August Kekulévon Stradonitz) ήταν δομική θεωρία του για την οργανική σύνθεση, που αναπτύσσεται σε δύο άρθρα που δημοσιεύτηκαν το 1857 και το 1858. Αναπτύσσονται κατόπιν με μεγάλη λεπτομέρεια στις σελίδες του εξαιρετικά δημοφιλούς «Εγχειρίδιο Οργανικής Χημείας" (Lehrbuch der organischen Chemie), του οποίου ο πρώτος τόμος εμφανίστηκε το 1859 και σταδιακά επεκτάθηκε σε τέσσερις τόμους. Ο Κεκουλέ υποστήριξε ότι τα άτομα του τετρασθενούς άνθρακα - ο οποίος σχηματίζει ακριβώς τέσσερις χημικούς δεσμούς - θα μπορούσαν να συνδεθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν αυτό που αποκάλεσε «ανθρακική αλυσίδα » ή «ανθρακικό σκελετό», και στον οποίο θα μπορούσαν να συνδεθούν άλλα άτομα με άλλα σθένη (όπως το υδρογόνο, το οξυγόνο, το άζωτο και το χλώριο). Ήταν πεπεισμένος ότι ήταν δυνατό για το χημικό να προσδιορίσει αυτή τη λεπτομερή μοριακή αρχιτεκτονική τουλάχιστον για τις απλούστερες οργανικές ενώσεις που ήταν γνωστές στην εποχή του. Ο Κεκουλέ δεν ήταν ο μόνος χημικός που έκανε τέτοιους ισχυρισμούς εκείνη την εποχή. Η σκωτσέζος χημικός Archibald Couper Scott δημοσίευσε μια ουσιαστικά παρόμοια θεωρία σχεδόν ταυτόχρονα, και ο Ρώσος χημικός Aleksandr Butlerov έκανε πολλά για να αποσαφηνίσει και να επεκτείνει τη δομική θεωρία. Ωστόσο, κατά κύριο λόγο οι ιδέες του Κεκουλέ ήταν εκείνες που επικρατούσαν στην κοινότητα χημικών.
thumb|left|240px|A [[Crookes tube (2 views): light and dark. Electrons travel in straight lines from the cathode (left), as evidenced by the shadow cast from the Maltese cross on the fluorescence of the righthand end. The anode is at the bottom wire.]] Ο Βρετανός χημικός και φυσικός Ουίλιαμ Κρουκς (William Crookes) είναι γνωστός για τις μελέτες των καθοδικών ακτίνων, το θεμέλιο της ανάπτυξης της ατομικής φυσικής. Οι έρευνές του στις ηλεκτρικές εκκενώσεις μέσα από ένα αραιό αέριο τον οδήγησε να παρατηρήσει τη σκοτεινό χώρο γύρω από την κάθοδο, που σήμερα ονομάζεται σκοτεινός χώρος Κρουκς. Απέδειξε ότι οι καθοδικές ακτίνες ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές και παράγουν φωσφορισμός και θερμότητα όταν χτυπήσουν ορισμένα υλικά. Όντας πρωτοπόρος των σωλήνων κενού, ο Κρουκς εφηύρε το σωλήνα Κρουκς - ένα πρώτο πειραματικό σωλήνα εκκένωσης, με μερικό κενό με τον οποίο μελέτησαν τη συμπεριφορά των καθοδικών ακτίνων. Με την εισαγωγή της ανάλυσης του φάσματος από τους Ρόμπερτ Μπούνσεν (Robert Bunsen) και Γκούσταβ Κίρχοφ (Gustav Kirchhoff 1859-1860), ο Κρουκς εφάρμοσε τη νέα τεχνική για τη μελέτη των ενώσεων του σεληνίου. Οι Μπούνσεν και Κίρχοφ είχαν χρησιμοποιήσει προηγουμένως τη φασματοσκοπία ως μέσο χημικής ανάλυσης για να ανακαλύψουν το καίσιο και το ρουβίδιο. Το 1861, ο Κρουκς χρησιμοποιώντας αυτή τη διαδικασία ανακάλυψε το θάλλιο σε ορισμένα ιζήματα σεληνίου. Συνέχισε την εργασία του σε αυτό το νέο στοιχείο, το απομόνωσε, μελέτησε τις ιδιότητες του, και το 1873 καθορίζει το ατομικό του βάρος. Κατά τη διάρκεια των σπουδών του στο θάλλιο, ο Κρουκς ανακάλυψε την αρχή του ραδιόμετρου Κρουκς, μια συσκευή που μετατρέπει τη φωτεινή ακτινοβολία σε περιστροφική κίνηση. Η αρχή αυτού του ραδιόμετρου έχει βρει πολλές εφαρμογές στην ανάπτυξη ευαίσθητων οργάνων μέτρησης.
Το 1862, ο Αλέξανδρος Parkes παρουσίασε την παρκεζίνη (Parkesine), ένα από τα πρώτα συνθετικά πολυμερή, στη Διεθνή Έκθεση στο Λονδίνο. Αυτή η ανακάλυψη αποτέλεσε το θεμέλιο της σύγχρονης βιομηχανίας πλαστικών. Το 1864, Cato Maximilian Guldberg και Peter Waage, με βάση τις ιδέες του Κλωντ Λουί Μπερτολέ, πρότειναν το νόμο δράσης των μαζών. Το 1865, ο Johann Josef Loschmidt προσδιορίζει τον ακριβή αριθμό των μορίων σε ένα mole, που αργότερα ονομάστηκε Αριθμός Αβογκάντρο.
Το 1865, ο Αύγουστος Κεκουλέ, βασιζόμενος εν μέρει στο έργο του Loschmidt και άλλων, εδραίωσε τη δομή του βενζολίου ως ένα δαχτυλίδι με έξι άτομα άνθρακα με εναλλασσόμενους απλούς και διπλούς δεσμούς. Η νέα αυτή πρόταση του Κεκουλέ για κυκλική δομή του βενζολίου αμφισβητήθηκε πολύ, αλλά ποτέ δεν αντικαταστάθηκε από μια ανώτερη θεωρία. Αυτή η θεωρία παρείχε την επιστημονική βάση για τη δραματική επέκταση της γερμανικής χημικής βιομηχανίας κατά το τελευταίο τρίτο του 19ου αιώνα. Σήμερα, η μεγάλη πλειοψηφία των γνωστών οργανικών ενώσεων είναι αρωματικές, και όλες τους περιέχουν τουλάχιστον ένα εξαγωνικό βενζολικό δακτύλιο του είδους που υποστήριξε ο Κεκουλέ. Ο Κεκουλέ λοιπόν είναι γνωστός γιατί διευκρίνισε τη φύση των αρωματικών ενώσεων, οι οποίες είναι ενώσεις που βασίζονται στο μόριο του βενζολίου. Το 1865, ο Αδόλφος φον Μπάιερ (Adolf von Baeyer) άρχισε την εργασία του για το χρώμα ίντιγκο (λουλακί), ένα ορόσημο στην σύγχρονη βιομηχανική οργανική χημεία που έφερε επανάσταση στη βιομηχανία των χρωμάτων.
Ο σουηδός χημικός και εφευρέτης Άλφρεντ Νόμπελ διαπίστωσε ότι όταν η νιτρογλυκερίνη ενσωματώθηκε σε ένα απορροφητικό αδρανές υλικό όπως το πυριτικό άλευρο (γη των διατόμων) έγινε ασφαλέστερο και πιο βολικό να την χειριστεί, και κατοχύρωσε αυτό το μείγμα ως δυναμίτη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1867. Ο Νόμπελ αργότερα συνδύασε την νιτρογλυκερίνη με διάφορες ενώσεις νιτροκυτταρίνης, παρόμοιες με το κολλόδιο, αλλά κατέληξε σε μια πιο αποτελεσματική συνταγή που χρησιμοποιεί ένα άλλο εκρηκτικό το νιτρικό νάτριο ή κάλιο (Νίτρο της Χιλής), και έλαβε μια διαφανή ουσία σαν ζελέ, η οποία ήταν μια πιο ισχυρή εκρηκτική ύλη από τον δυναμίτη. Η ζελατοδυναμίτιδα ή εκρηκτική ζελατίνη, όπως ονομάστηκε, είχε πατέντα το 1876, και ακολουθήθηκε από ένα πλήθος παρόμοιων συνδυασμών.
Ο Περιοδικός πίνακας του Μεντελέγιεφ
thumb|250px|right|[[Ντμίτρι Μεντελέγιεφ, responsible for organizing the known chemical elements in a periodic table.]] Κύρια άρθρα: Ντμίτρι Μεντελέγιεφ, Περιοδικός Πίνακας, και η Ιστορία του περιοδικού πίνακα
Μια σημαντική εξέλιξη στην κατανόηση της λίστας των γνωστών χημικών στοιχείων (καθώς και στην κατανόηση της εσωτερικής δομής των ατόμων), ήταν η ανάπτυξη από τον Ντμίτρι Μεντελέγιεφ του πρώτου σύγχρονου περιοδικού πίνακα, ή περιοδική κατάταξη των στοιχείων. Ο Μεντελέγιεφ, ένας Ρώσος χημικός, θεώρησε ότι υπήρχε κάποιο είδος τάξης με τα στοιχεία και ξόδεψε περισσότερα από δεκατρία χρόνια της ζωής του, για τη συλλογή δεδομένων και τη συναρμολόγηση της ιδέας του, ξεκινώντας με την επίλυση κάποιας από την αταξία που υπήρχε στον τομέα για χάρη των μαθητών του. Ο Μεντελέγιεφ διαπίστωσε ότι, όταν όλα τα γνωστά χημικά στοιχεία ήταν τοποθετημένα κατά σειρά αυξανόμενου ατομικού βάρους, ο πίνακας που προκύπτει εμφανίζει ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο, ή μια περιοδικότητα ιδιοτήτων μεταξύ των στοιχείων. Ο νόμος του Μεντελέγιεφ, του επέτρεψε να δημιουργήσει ένα συστηματικό περιοδικό πίνακα όλων των 66 στοιχείων που ήταν τότε γνωστά, στηριζόμενος στην ατομική μάζα, και τον δημοσίευσε στο Αρχές της Χημείας το 1869. Ο πρώτος Περιοδικός Πίνακας του συντάχθηκε με βάση την διάταξη των στοιχείων σε αύξουσα σειρά ατομικού βάρους και την ομαδοποίησή τους με βάση την ομοιότητα των ιδιοτήτων.
Ο Μεντελέγιεφ είχε τέτοια πίστη στην εγκυρότητα του περιοδικού νόμου του ώστε πρότεινε αλλαγές στις γενικά αποδεκτές τιμές για το ατομικό βάρος κάποιων στοιχείων, και στην έκδοση του περιοδικού πίνακα του 1871, προέβλεψε τις θέσεις στον πίνακα αγνώστων μέχρι τότε στοιχείων μαζί με τις ιδιότητές τους. Προέβλεψε τις πιθανές ιδιότητες των τριών ακόμη μη ανακαλυφθέντων στοιχείων, τα οποία ονόμασε εκαβόριο (Eb), εκααλουμίνιο (Ea) και εκαπιρίτιο (Es), η οποία αποδείχθηκε ότι είναι μια καλή πρόβλεψη των ιδιοτήτων του σκανδίου, γαλλίου, και γερμανίου, αντίστοιχα, και που το καθένα ήρθε να γεμίσει εκείνο το σημείο στον περιοδικό πίνακα που είχε μείνει κενό από τον Mendeleev.
Κατά την πρώτη του το περιοδικό σύστημα δεν κεντρίζει το ενδιαφέρον μεταξύ των χημικών. Ωστόσο, με την ανακάλυψη των προβλεπόμενων στοιχείων, γάλλιο το 1875, σκάνδιο το 1879, και γερμάνιο το 1886, άρχισε να κερδίζει ευρεία αποδοχή. Η επακόλουθη απόδειξη πολλών από τις προβλέψεις του κατά τη διάρκεια της ζωής του έφερε φήμη ως ιδρυτή του περιοδικού νόμου. Η οργάνωση αυτή ξεπέρασε τις προηγούμενες απόπειρες ταξινόμησης όπως αυτή του Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois, ο οποίος δημοσίευσε το τελλουρικό έλικα, μια πρώιμη, τρισδιάστατη έκδοση του περιοδικού πίνακα των στοιχείων το 1862, ή την άλλη του Τζων Νιούλαντς (John Newlands), ο οποίος πρότεινε τον νόμο των οκτάβων (πρόδρομος του περιοδικού νόμου) το 1864, ή αυτή του Γιούλιους Λόταρ Μέγιερ το 1864, ο οποίος επίσης ανέπτυξε μια πρώιμη έκδοση του περιοδικού πίνακα με 28 στοιχεία που διατάχθηκαν με βάση το σθένους. Ο Πίνακας του Μεντελέγιεφ δεν περιλαμβάνει κανένα από τα ευγενή αέρια, όμως, η οποία δεν είχε ακόμη ανακαλυφθεί. Σταδιακά ο περιοδικός νόμος και ο πίνακας έγιναν το πλαίσιο για ένα μεγάλο μέρος της θεωρίας της χημείας. Μέχρι τη στιγμή που ο Μεντελέγιεφ πέθανε το 1907, απολαμβάνει διεθνούς αναγνώρισης και έχει λάβει διακρίσεις και βραβεία από πολλές χώρες.
Το 1873, ο Ιάκωβος Ερρίκος βαν'τ Χοφ (Jacobus Henricus van 't Hoff) και ο Ζοζέφ λε Μπελ (Joseph Achille Le Bel), που εργάζονταν ανεξάρτητα, ανέπτυξαν ένα μοντέλο για τους χημικούς δεσμούς που εξηγεί τα πειράματα χειρομορφισμού (ασυμμετρία) του Παστέρ και παρείχε το φυσικό αίτιο για την οπτική δραστικότητα των χειραλικών ενώσεων. Η δημοσίευση του βαν'τ Χοφ, που ονομάζεται "Voorstel tot Uitbreiding der Tegenwoordige σε de Scheikunde gebruikte Structuurformules in de Ruimte", (Πρόταση για την ανάπτυξη των 3 διαστατών χημικών συντακτικών τύπων) και αποτελείται από δώδεκα σελίδες κειμένου και μια σελίδα με διαγράμματα, έδωσε την ώθηση για την ανάπτυξη της στερεοχημείας. Η έννοια των «ασύμμετρων ατόμων άνθρακα", που αναπτύσσεται στην παρούσα έκδοση, παρείχε μια εξήγηση για την εμφάνιση των πολυάριθμων ισομερών, που ήταν ανεξήγητη μέσω των μέχρι τότε συντακτικών τύπων. Ταυτόχρονα επεσήμανε την ύπαρξη σχέσης μεταξύ της οπτικής δραστικότητας και της παρουσίας ενός ασύμμετρου ατόμου άνθρακα.
Τζοσάια Γουίλαρντ Γκιμπς
thumb|250px|[[Τζοσάια Γουίλαρντ Γκιμπς formulated a concept of thermodynamic equilibrium of a system in terms of energy and entropy. He also did extensive work on chemical equilibrium, and equilibria between phases.]] Κύρια άρθρα: Τζοσάια Γουίλαρντ Γκιμπς και η Στατιστική μηχανική
Η εργασία του Αμερικανού μαθηματικού και φυσικού Τζοσάια Γουίλαρντ Γκιμπς (Josiah Willard Gibbs) σχετικά με τις εφαρμογές της θερμοδυναμικής έπαιξε σημαντικό ρόλο στην μετατροπή της φυσικής χημείας σε μια αυστηρή επαγωγική επιστήμη. Κατά τη διάρκεια των ετών 1876-1878, ο Γκιμπς εργάστηκε στις αρχές της θερμοδυναμικής, εφαρμόζοντάς τες στις πολύπλοκες διαδικασίες που εμπλέκονται στις χημικές αντιδράσεις. Ανακάλυψε την έννοια του χημικού δυναμικού, ή αλιώς το "καύσιμο" που κινεί τις χημικές αντιδράσεις. Το 1876 δημοσίευσε τη πιο διάσημη συμβολή του, "Πάνω στην ισορροπία των ετερογενών ουσιών», μια συλλογή από το έργο του στην θερμοδυναμική και τη φυσικοχημεία όπου έθεσε την έννοια της ελεύθερης ενέργειας για να εξηγήσει τη φυσική βάση της χημικής ισορροπίας. Σε αυτά τα δοκίμια ήταν η εκκίνηση των θεωριών Γκιμπς για τις φάσεις της ύλης, που θεωρείται ότι κάθε κατάσταση της ύλης είναι μια φάση, και κάθε ουσία ένα συστατικό. Ο Γκιμπς πήρε όλες τις μεταβλητές που εμπλέκονται σε μια χημική αντίδραση - θερμοκρασία, πίεση, ενέργεια, όγκος και εντροπία - και τις συμπεριέλαβε σε μία απλή εξίσωση που είναι γνωστή ως ο κανόνας των φάσεων του Γκιμπς.
Τα τέλη του 19ου αιώνα
Ο Γερμανός μηχανικός Carl von Linde εφηύρε μια διαδικασία υγροποίησης αερίων σε μεγάλες ποσότητες και με συνεχή ροή. Έτσι σχηματίζεται η βάση για τη σύγχρονη τεχνολογία της ψύξης και παρέχεται η κινητήρια δύναμη και τα μέσα για τη διεξαγωγή επιστημονικής έρευνας σε χαμηλές θερμοκρασίες και πολύ υψηλό κενό. Ανέπτυξε ένα ψυγείο που λειτουργούσε με μεθυλαιθέρα (1874) και ένα ψυγείο αμμωνίας (1876). Αν και άλλες μονάδες ψύξης είχαν αναπτυχθεί νωρίτερα, αυτή του Linde ήταν η πρώτη που σχεδιάστηκε με στόχο τους ακριβείς υπολογισμούς της απόδοσης. Το 1895 ίδρυσε ένα εργοστάσιο για την παραγωγή υγρού αέρα σε μεγάλη κλίμακα. Έξι χρόνια αργότερα ανέπτυξε μια μέθοδο για το διαχωρισμό καθαρού υγρού οξυγόνου από το υγρό αέρα που οδήγησε σε μεγάλη αλλαγή των βιομηχανικών διεργασιών που χρησιμοποιούν οξυγόνο (π.χ., στην κατασκευή χάλυβα).
Το 1883, ο Σβάντε Αρρένιους (Svante Arrhenius) ανέπτυξε μια ιοντική θεωρία για να εξηγήσει την αγωγιμότητα στους ηλεκτρολύτες. Το 1884, ο Ιάκωβος Ερρίκος βαν'τ Χοφ δημοσίευσε το "Études de Dynamique chimique" (Μελέτες στη Δυναμική Χημεία), μια δημιουργική μελέτη για τη χημική κινητική. Με αυτό το έργο, ο βαν'τ Χοφ εισέρχεται για πρώτη φορά στο πεδίο της φυσικοχημείας. Ο ίδιος επίσης έδωσε την μεγάλης σημασίας σχέση της γενικής θερμοδυναμικής μεταξύ της θερμότητας της αντίδρασης και της μετατόπισης της θέσης της χημικής ισορροπίας, όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία. Σε σταθερό όγκο, η ισορροπία σε ένα σύστημα τείνει να μετατοπιστεί προς εκείνη τη κατεύθυνση που αναιρεί τη μεταβολή της θερμοκρασίας η οποία εφαρμόστηκε από το σύστημα. Έτσι, η μείωση της θερμοκρασίας οδηγεί στην έκλυση θερμότητας, ενώ αύξηση της θερμοκρασίας στην απορρόφηση θερμότητας. Αυτή η αρχή της δυναμικής ισορροπίας στη συνέχεια (1885), ετέθει σε μία πιο γενική μορφή από τον Henry Louis Le Chatelier, ο οποίος επέκτεινε την αρχή να καλύπτει την μεταβολή που θα προκύψει, από την αλλαγή του όγκου, η οποία επιβάλλεται από αλλαγή της πίεσης. Η αρχή van 't Hoff-Le Chatelier, ή απλά αρχή του Le Chatelier, εξηγεί την απόκριση της δυναμικής χημικής ισορροπίας στις εξωτερικές μεταβολές.
Το 1884, Εμίλ Φίσερ (Hermann Emil Fischer) βρήκε τη δομή των πουρινών (αρωματικές ετεροκυκλικές ενώσεις όπως η αδενίνη και γουανίνη στο DNA), που αποτελούν τη βασική δομή πολλών βιομορίων, και το 1899 συνέθεσε την πρώτη πουρίνη. Άρχισε επίσης τις εργασίες για τη χημεία της γλυκόζης και των συναφών σακχάρων. Το 1885, ο Ευγένιος Γκολντστάιν (Eugene Goldstein) ονόμασε τις καθοδικές ακτίνες που αργότερα ανακαλύφθηκε ότι αποτελούνται από ηλεκτρόνια, και τις ανοδικές ακτίνες ή θετική ακτίνα ή ακτίνες καναλιού, που αργότερα ανακαλύφθηκε ότι είναι τα θετικά ιόντα υδρογόνου που έχουν απογυμνωθεί από τα ηλεκτρόνια τους. Οι θετικές ακτίνες ανακαλύφθηκαν σε λαμπτήρα αερίου, ανάλογο με τον σωλήνα Κρουκς, όπου η κάθοδος ήταν διάτρητη (είχε κανάλια) και αργότερα θα ονομαστούν πρωτόνια. Το έτος 1885 χαρακτηρίστηκε επίσης από την δημοσίευση του βαν'τ Χοφ με τίτλο "L'Equilibre chimique dans les Systèmes gazeux ou à dissous I'État dilué" (Χημική ισορροπία σε αέρια συστήματα ή πολύ αραιωμένα διαλύματα), όπου ασχολήθηκε με χημική ισορροπία αραιών διαλυμάτων. Εδώ αποδεικνύεται ότι η «οσμωτική πίεση" σε διαλύματα τα οποία είναι επαρκώς αραιά είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση και την απόλυτη θερμοκρασία, έτσι ώστε αυτή η πίεση μπορεί να βρεθεί από τον τύπο της καταστατικής εξίσωσης των αερίων με μόνο μια διαφορά κατά ένα συντελεστή i. Προσδιορίστηκε επίσης την τιμή του i με διάφορες μεθόδους, για παράδειγμα μέσω της πίεσης των ατμών (τάση ατμών) και των αποτελεσμάτων του Φρανσουά - Μαρί Ραούλ (François-Marie Raoult) για την ελάττωση του σημείου πήξης. Έτσι ο βαν'τ Χοφ μπόρεσε να αποδείξει ότι οι θερμοδυναμικοί νόμοι δεν ισχύουν μόνο για τα αέρια, αλλά και για αραιά διαλύματα. Οι νόμοι του για την πίεση, που πήραν γενικευμένη ισχύ με την θεωρία ηλεκτρολυτικής διάστασης του Αρρένιους (1884-1887) - ο πρώτος ξένος που ήρθε να δουλέψει μαζί του στο Άμστερνταμ (1888) - θεωρούνται οι πιο ολοκληρωμένοι και σημαντικοί στο χώρο των φυσικών επιστημών. Το 1893, ο Alfred Werner ανακάλυψε την οκταεδρική δομή των συμπλόκων του κοβαλτίου, καθιερώνοντας έτσι το πεδίο της χημείας των συμπλόκων.
Η ανακάλυψη των ευγενών αερίων από τον Ουίλιαμ Ράμσεϊ
Οι πιο γνωστές ανακαλύψεις του Σκώτου χημικού Ουίλιαμ Ράμσεϊ (William Ramsay) έγιναν στην ανόργανη χημεία. Ο Ράμσεϊ το 1892 ξεσηκώθηκε από την ανακάλυψη του Βρετανού φυσικού Τζον Ουίλιαμ Στρατ (John Strutt, 3ου Βαρώνος του Ρέιλι) που δήλωσε ότι το ατομικό βάρος του αζώτου στις χημικές ενώσεις ήταν χαμηλότερο από εκείνο του αζώτου που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα. Ο Ρέιλι απέδωσε αυτή την διαφορά σε ένα ελαφρύ αέριο που υπέθεσε ότι υπήρχε στις χημικές ενώσεις του αζώτου, ενώ ο Ράμσεϊ εξέφρασε υπόνοιες για ένα μέχρι στιγμής άγνωστο βαρύ αέριο στον ατμοσφαιρικό αέρα. Χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικές μεθόδους για να απομακρύνει όλα τα γνωστά αέρια από τον αέρα, ο Ράμσεϊ και ο Λόρδος Ρέιλι ανακοίνωσαν το 1894 ότι είχαν βρει ένα μονοατομικό, χημικά αδρανές αέριο στοιχείο που αποτελούσε σχεδόν το 1 τοις εκατό της ατμόσφαιρας. Το ονόμασαν αργό.
Το 1897, ο Τζόζεφ Τζον Τόμσον (J.J. Thomson) ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο χρησιμοποιώντας το σωλήνα καθοδικών ακτίνων. Το 1898, Βίλχελμ Βίεν (Wilhelm Wien) απέδειξε ότι οι ακτίνες καναλιού (θετικές ακτίνες δηλ. ροές θετικών ιόντων που ανακάλυψε ο Ευγένιος Γκολντστάιν το 1885) μπορεί να εκτρέπονται από το μαγνητικό πεδίο, και ότι η εκτροπή είναι ανάλογη προς το λόγο μάζας προς φορτίο. Αυτή η ανακάλυψη θα οδηγήσει στην σημερινή αναλυτική τεχνική γνωστή ως φασματομετρία μάζας.
Μαρία και Πιερ Κιουρί
thumb|185px|right|Η Μαρία Κιουρί, πρωτοπόρος στη ραδιενέργεια. Δύο βραβεία Νόμπελ σε δύο διαφορετικές επιστήμες Η Μαρία Κιουρί (Marie Skłodowska-Curie) ήταν πολωνικής καταγωγής Γαλλίδα φυσικός και χημικός η οποία είναι διάσημη για την πρωτοποριακή έρευνά της σχετικά με τη ραδιενέργεια. Αυτή και ο σύζυγός της, θεωρούνται ότι έχουν θέσει τον ακρογωνιαίο λίθο της πυρηνικής εποχής. Η Μαρία Κιουρί ήταν γοητευμένη από το έργο του Ανρί Μπεκερέλ (Henri Becquerel), ενός Γάλλου φυσικού που ανακάλυψε το 1896 ότι το ουράνιο εκπέμπει ακτίνες παρόμοιες με τις ακτίνες Χ που είχαν ανακαλυφθεί από τον Βίλχελμ Κόνραντ Ρέντγκεν (Wilhelm Conrad Röntgen). Η Κιουρί προχώρησε το έργο του Μπεκερέλ μερικά βήματα παραπέρα, εκτελώντας πειράματα για την ακτινοβολία του ουρανίου. Η Μαρία Κιουρί άρχισε να μελετά το ουράνιο στα τέλη του 1897 και διατύπωσε τη θεωρία, σύμφωνα με το άρθρο που έγραψε το 1904 για το περιοδικό Century, "ότι η εκπομπή των ακτίνων από τις ενώσεις του ουρανίου είναι μια ιδιότητα του μετάλλου του ίδιου - δηλ. ότι είναι μια ατομική ιδιότητα του στοιχείου ουρανίου ανεξάρτητη της χημικής ή φυσικής κατάστασης του." Ανακάλυψε ότι η ακτινοβολία παρέμεινε σταθερή. Δηλαδή προέρχεται από την ατομική δομή του στοιχείου. Αυτή η επαναστατική ιδέα δημιούργησε στον τομέα της ατομικής φυσικής και το ζεύγος Κιουρί έπλασαν τη λέξη ραδιενέργεια για να περιγράψουν το φαινόμενο.
thumb|185px|left|Ο Πιερ Κιουρί. Ο Πιερ και η Μαρία Κιουρί διερεύνησαν περαιτέρω τη ραδιενέργεια εργαζόμενοι για το διαχωρισμό των ουσιών από μεταλλεύματα ουρανίου και στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας το ηλεκτρόμετρο για να κάνουν μετρήσεις της ακτινοβολίας ώστε να ανιχνεύσουν το ελάχιστο άγνωστο ραδιενεργό στοιχείο μεταξύ των κλασμάτων που προέκυψαν. Δουλεύοντας με το ορυκτό πισσουρανίτη, το ζευγάρι ανακάλυψε το 1898 ένα νέο ραδιενεργό στοιχείο. Ονόμασαν το στοιχείο αυτό πολώνιο, από την πατρίδα της Μαρίας, την Πολωνία. Στις 21 Δεκεμβρίου 1898, το ζεύγος Κιουρί ανιχνεύουν τη παρουσία ενός άλλου ραδιενεργού υλικού στον πισσουρανίτη. Παρουσίασαν το εύρημα αυτό στην Γαλλική Ακαδημία των Επιστημών στις 26 Δεκεμβρίου, προτείνοντας το νέο στοιχείο να ονομάζεται ράδιο. Το ζεύγος Κιουρί στη συνέχεια πήγαν στη δουλειά απομονώνοντας το πολώνιο και το ράδιο από φυσικά συστατικά για να αποδείξουν ότι επρόκειτο για νέα στοιχεία. Το 1902, το ζεύγος Κιουρί ανακοίνωσαν ότι είχαν συλλέξει ένα δέκατο γραμμαρίου καθαρού ραδίου, αποδεικνύοντας την ύπαρξή του ως ένα ανεξάρτητο χημικό στοιχείο. Αν και χρειάστηκαν τρία χρόνια για να απομονώσουν το ράδιο, δεν μπόρεσαν ποτέ να απομονώσουν το πολώνιο. Μαζί με την ανακάλυψη των δύο νέων στοιχείων και των τεχνικών για την απομόνωση ραδιενεργών ισοτόπων, η Κιουρί επέβλεψε τις πρώτες μελέτες του κόσμου για την θεραπεία των νεοπλασιών, με χρήση ραδιενεργών ισοτόπων. Μαζί με τον Ανρί Μπεκερέλ και τον σύζυγός της, Πιερ Κιουρί, της απονεμήθηκε το 1903 το βραβείο Νόμπελ Φυσικής. Ήταν ο μοναδικός νικητής του 1911 για το βραβείο Νόμπελ για τη Χημεία. Ήταν η πρώτη γυναίκα που κέρδισε ένα βραβείο Νόμπελ, και είναι η μόνη γυναίκα που κέρδισε το βραβείο σε δύο διαφορετικά πεδία.
Παρά την εργασία του με τη Μαρία Κιουρί για να εξαγάγουν καθαρές ουσίες από τα μεταλλεύματα, μια επιχείρηση που πραγματικά απαιτεί βιομηχανικούς πόρους, αλλά αυτοί το επέτυχαν με σχετικά πρωτόγονες συνθήκες, ο ίδιος ο Πιερ Κιουρί επικεντρώθηκε στην φυσική μελέτη των νέων ακτινοβολιών, συμπεριλαμβανομένων των φωτεινών και χημικών επιδράσεων. Μέσω της δράσης των μαγνητικών πεδίων στις ακτίνες που εκπέμπονται από το ράδιο, απέδειξε την ύπαρξη σωματιδίων ηλεκτρικά φορτισμένων θετικά, αρνητικά και ουδέτερα. Αυτά ήταν που Έρνεστ Ράδερφορντ (Ernest Rutherford) αργότερα ονόμασε ακτίνες άλφα, βήτα και γάμμα. Ο Πιερ στη συνέχεια μελέτησε αυτές τις ακτινοβολίες με θερμιδομετρία και παρατήρησε επίσης τις επιδράσεις του ραδίου στη φυσιολογία των οργανισμών, ανοίγοντας έτσι το δρόμο για τη ραδιοθεραπεία. Μεταξύ των ανακαλύψεων του Πιερ Κιουρί ήταν ότι οι σιδηρομαγνητικές ουσίες εμφανίζουν μια κρίσιμη μεταβατική θερμοκρασία, πάνω από την οποία οι ουσίες χάνουν τη σιδηρομαγνητική συμπεριφορά τους - αυτό είναι γνωστό ως το "Σημείο Κιουρί". Εκλέχτηκε στην Ακαδημία των Επιστημών (1905), έχοντας λάβει από κοινού με την Μαρί από τη Royal Society το υψηλού κύρους Μετάλλιο Ντέιβι το 1903 και από κοινού μαζί της και με τον Μπεκερέλ το βραβείο Νόμπελ Φυσικής. Τον χτύπησε μια άμαξα στη λεωφόρο Dauphine στο Παρίσι το 1906 και πέθανε ακαριαία. Ολοκληρωμένα τα έργα του δημοσιεύτηκαν το 1908.
Έρνεστ Ράδερφορντ
thumb|200px|left|Ο Έρνεστ Ράδερφορντ ανακάλυψε τον πυρήνα, θεωρείται ο πατέρας της πυρηνικής φυσικής Γεννημένος στη Νέα Ζηλανδία ο χημικός και φυσικός Έρνεστ Ράδερφορντ (Ernest Rutherford) θεωρείται «ο πατέρας της πυρηνικής φυσικής." Ο Ράδερφορντ είναι γνωστός για την επινόηση των ονομάτων άλφα, βήτα, γάμμα για να ταξινομήσει τις διάφορες μορφές ραδιενεργών «ακτίνων» που ήταν ελάχιστα κατανοητές στην εποχή του. Οι άλφα και βήτα ακτίνες είναι δέσμες σωματιδίων, ενώ οι ακτίνες γάμμα είναι μια μορφή υψηλής ενέργειας ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία). Ο Ράδερφορντ εκτρέπει τις ακτίνες άλφα με ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία το 1903. Σε συνεργασία με τον Φρέντερικ Σόντυ (Frederick Soddy), ο Ράδερφορντ εξήγησε ότι η ραδιενέργεια οφείλεται στη μεταστοιχείωση των στοιχείων, που σήμερα είναι γνωστό ότι οφείλεται σε πυρηνικές αντιδράσεις.
thumb|right|150px|Επάνω: Τα προβλεπόμενα αποτελέσματα σύμφωνα με το μοντέλο του σταφιδόψωμου. Κάτω: Τα παρατηρηθέντα αποτελέσματα. Ο Ράδερφορντ συμπέρανε ότι το θετικό φορτίο του ατόμου είναι συγκεντρωμένο σε έναν μικρό πυρήνα στο κέντρο του ατόμου. Παρατήρησε επίσης ότι η ένταση της ραδιενέργειας ενός ραδιενεργού στοιχείου μειώνεται με την πάροδο ενός μοναδικού και κανονικού χρονικού διαστήματος και εισήγαγε το χρόνο "ημιζωής» των ραδιενεργών στοιχείων. Το 1901 και 1902 εργάστηκε με τον Φρέντερικ Σόντυ να αποδείξει ότι το άτομο ενός ραδιενεργού στοιχείου, θα μετατραπεί αυτόματα σε ένα άλλο, αποβάλλοντας ένα κομμάτι του ατόμου με μεγάλη ταχύτητα. Το 1906 στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, ο Ράδερφορντ επέβλεψε ένα πείραμα που πραγματοποιήθηκε από τους μαθητές του Χανς Γκάιγκερ (Hans Geiger) (γνωστό για το μετρητή Γκάιγκερ) και τον Ernest Marsden. Στο πείραμα Geiger-Marsden, μια δέσμη των σωματιδίων άλφα, που παράγεται από τη ραδιενεργό διάσπαση του ραδονίου, κατευθύνθηκε σε ένα πολύ λεπτό φύλλο χρυσού σε ένα κενό θάλαμο. Σύμφωνα με το επικρατούν μοντέλο του σταφιδόψωμου για τη δομή του ατόμου, τα σωματίδια άλφα έπρεπε όλα να έχουν περάσει από το φύλλο και να χτυπήσουν την οθόνη του ανιχνευτή, ή έχουν εκτραπεί από την ευθεία, το πολύ, λίγες μοίρες.
Όμως, τα πραγματικά αποτελέσματα εξέπληξαν τον Rutherford. Παρά το γεγονός ότι πολλά από τα σωματίδια περάσει μέσα από το φύλλο χρυσού, όπως ήταν αναμενόμενο, πολλά άλλα εκτράπηκαν σε μικρές γωνίες, ενώ άλλα αντανακλάστηκαν πίσω στην πηγή άλφα. Παρατήρησαν ότι ένα πολύ μικρό ποσοστό των σωματιδίων εκτράπηκε σε γωνίες πολύ μεγαλύτερες από 90 μοίρες. Το πείραμα του φύλλου χρυσού έδειξε μεγάλες εκτροπές για ένα μικρό κλάσμα των προσπιπτόντων σωματιδίων. Ο Ράδερφορντ συνειδητοποίησε ότι, επειδή ορισμένα από τα σωματίδια άλφα έχουν εκτραπεί ή αντανακλαστεί, το άτομο είχε ένα πυκνό κέντρο θετικού φορτίου και σχετικά μεγάλης μάζας που ο Ράδερφορντ αργότερα ονόμασε "ατομικό πυρήνα". Τα σωματίδια άλφα είτε είχαν χτυπήσει το θετικό κέντρο άμεσα ή είχαν περάσει αρκετά κοντά ώστε να επηρεαστούν από το θετικό φορτίο του. Δεδομένου ότι πολλά άλλα σωματίδια διήλθαν μέσα από το φύλλο χρυσού, το θετικό κέντρο θα πρέπει να έχει σχετικά μικρό μέγεθος σε σύγκριση με το υπόλοιπο του ατόμου - πράγμα που σημαίνει ότι το άτομο είναι ως επί το πλείστον ανοιχτός χώρος. Από τα αποτελέσματά του, ο Ράδερφορντ ανέπτυξε ένα μοντέλο του ατόμου που ήταν παρόμοιο με το ηλιακό σύστημα, γνωστό ως μοντέλο Ράδερφορντ. Όπως οι πλανήτες, έτσι και τα ηλεκτρόνια περιφέρονται σε τροχιά γύρω από ένα κεντρικό πυρήνα, σαν τον ήλιο μας. Για το έργο του με την ακτινοβολία και τον ατομικό πυρήνα, ο Ράδερφορντ έλαβε το βραβείο Νόμπελ Χημείας του 1908.
Ο 20ος αιώνας
thumb|150px|left|Ο Robert A. Millikan, ο οποίος είναι γνωστός για τη μέτρηση του φορτίου του ηλεκτρονίου, κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1923. Το 1905, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν εξήγησε την κίνηση Brown με έναν τρόπο που αποδεικνύει οριστικά την ατομική θεωρία. Ο Leo Baekeland εφηύρε τον βακελίτη, ένα από τα πρώτα εμπορικά επιτυχημένα πλαστικά. Το 1909, Αμερικανός φυσικός Robert Andrews Millikan - που είχε σπουδάσει στην Ευρώπη υπό των Walther Nernst και Max Planck - μετράει το φορτίο των μεμονωμένων ηλεκτρονίων με πρωτοφανή ακρίβεια μέσω του πειράματος της σταγόνας λαδιού, στο οποίο μέτρησε τα ηλεκτρικά φορτία σε μικροσκοπικά σταγονίδια νερού και αργότερα λαδιού. Η μελέτη του διαπίστωσε ότι το ηλεκτρικό φορτίο κάθε συγκεκριμένου σταγονιδίου είναι πολλαπλάσιο μιας συγκεκριμένης, θεμελιώδους τιμής - φορτίο του ηλεκτρονίου - και ως εκ τούτου αποτελεί επιβεβαίωση ότι όλα τα ηλεκτρόνια έχουν το ίδιο φορτίο και τη ίδια μάζα. Αρχίζοντας το 1912, πέρασε αρκετά χρόνια ερευνώντας και τελικά αποδεικνύει τη γραμμική σχέση, που πρότεινε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, μεταξύ της ενέργειας και της συχνότητας, και παρέχει την πρώτη άμεση φωτοηλεκτρική επιβεβαίωση για τη σταθερά του Planck. Το 1923 ο Millikan τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής.
Ο Niels Bohr
thumb|right|200px|Ο Niels Bohr, που ανέπτυξε το μοντέλο του Bohr για το άτομο, και ένας κορυφαίος ιδρυτής της κβαντικής μηχανικής Το 1913, ο Νιλς Μπορ, ένας δανός φυσικός, εισήγαγε τις έννοιες της κβαντικής μηχανικής στην ατομική δομή προτείνοντας αυτό που είναι τώρα γνωστό ως το ατομικό μοντέλο του Bohr, όπου τα ηλεκτρόνια υπάρχουν μόνο σε αυστηρά καθορισμένες κυκλικές τροχιές γύρω από τον πυρήνα όπως τα σκαλοπάτια σε μια σκάλα. Το μοντέλο του Bohr είναι ένα πλανητικό μοντέλο στο οποίο, τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από ένα μικρό, θετικά φορτισμένο πυρήνα παρόμοια με τους πλανήτες που περιστρέφονται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο (εκτός από το ότι οι τροχιές δεν είναι επίπεδες) - η βαρυτική δύναμη του ηλιακού συστήματος είναι μαθηματικά ίδια με την ελκτική ηλεκτρική δύναμη Coulomb μεταξύ του θετικά φορτισμένου πυρήνα και των αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων.
Στο μοντέλο του Bohr όμως, τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε τροχιές που έχουν ένα συγκεκριμένο μέγεθος και ενέργεια - τα ενεργειακά επίπεδα λέγεται ότι είναι κβαντισμένα, πράγμα που σημαίνει ότι επιτρέπονται μόνο ορισμένες τροχιές με ορισμένες ακτίνες. Ενδιάμεσες τροχιές απλά δεν υπάρχουν. Η ενέργεια της τροχιάς σχετίζεται με το μέγεθός της - δηλαδή, η χαμηλότερη ενέργεια βρίσκεται στη μικρότερη τροχιά. Ο Bohr έθεσε επίσης ως αξίωμα, ότι όταν ένα ηλεκτρόνιο μετακινείται από μία τροχιά σε άλλη, απορροφάται ή εκπέμπεται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Επειδή είναι μόνο ορισμένες οι επιτρεπόμενες τροχιές των ηλεκτρονίων η εκπομπή του φωτός που συνοδεύει το άλμα ενός ηλεκτρονίου από μια διεγερμένη ενεργειακή κατάσταση στην θεμελιώδη κατάσταση παράγει ένα μοναδικό φάσμα εκπομπής για κάθε στοιχείο.
Ο Neils Bohr εργάστηκε επίσης πάνω στην αρχή της συμπληρωματικότητας (διυσμός), η οποία αναφέρει ότι ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να ερμηνευθεί με δύο αμοιβαία αλληλοαναιρούμενους και έγκυρους τρόπους. Το ηλεκτρόνιο μπορεί να ερμηνευθεί ως κύμα ή ως σωματίδιο. Διατύπωσε την υπόθεση ήταν ότι ένα εισερχόμενο σωματίδιο θα χτυπήσει τον πυρήνα και να δημιουργήσει έναν διεγερμένο πυρήνα. Έθεσε τη βάση για το μοντέλο υγρής σταγόνας για τον πυρήνα και αργότερα έδωσε την βασική θεωρία για την εξήγηση της πυρηνικής σχάσης.
Το 1913, ο Henry Moseley, εργαζόμενος πάνω στην προηγούμενη ιδέα του Van den Broek, εισάγει την έννοια του ατομικού αριθμού για να διορθώσει τις ανεπάρκειες του περιοδικού πίνακα του Μεντελέγιεφ, η οποία είχε βασιστεί σε ατομικό βάρος. Το απόγειο της καριέρας του Frederick Soddy στην ραδιοχημεία ήταν το 1913 με την σύνθεση της έννοιας των ισοτόπων, η οποία ανέφερε ότι ορισμένα στοιχεία υπάρχουν σε δύο ή περισσότερες μορφές που έχουν διαφορετικό ατομικό βάρος, αλλά οι οποίες μορφές δεν μπορούν να διακριθούν χημικά. Τον θυμόμαστε για την απόδειξη της ύπαρξης των ισοτόπων ορισμένων ραδιενεργών στοιχείων, και επίσης πιστώνεται, μαζί με άλλους, με την ανακάλυψη του στοιχείου πρωτακτίνιο το 1917. Το 1913, ο J.J. Thomson, επεκτείνοντας στις εργασίες που έκανε ο Wien το 1887, έδειξε ότι τα φορτισμένα υποατομικά σωματίδια μπορούν να διαχωριστούν με βάση την μάζα προς φορτίο αναλογία τους, μια τεχνική γνωστή ως φασματομετρία μάζας.
Ο Gilbert Ν. Lewis
thumb|200px|left|Ο ηλεκτρονιακός τύπος του νερού. Ο Gilbert Ν. Lewis, επινόησε τους ηλεκτρονιακούς τύπους Lewis, επίσης ανακάλυψε τον ομοιοπολικό δεσμό, και είναι δημιουργός της έννοιας ζεύγη ηλεκτρονίων. Ο Αμερικανός φυσικός χημικός Gilbert Ν. Lewis έθεσε τα θεμέλια της θεωρίας του δεσμού σθένους. Έπαιξε σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη μιας θεωρίας για την ένωση των ατόμων με βάση τον αριθμό των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας ή της στιβάδας σθένους των ατόμων. Το 1902, ενώ ο Lewis προσπαθούσε να εξηγήσει το σθένος στους μαθητές του, απεικόνισε τα άτομα σαν κύβους με τα ηλεκτρόνια τοποθετημένα στις κορυφές. Αυτό το «κυβικό άτομο», εξηγούσε τις οκτώ ομάδες του περιοδικού πίνακα και αντιπροσωπεύει την ιδέα του Λιούις ότι οι χημικοί δεσμοί σχηματίζονται με μεταβίβαση ηλεκτρονίων από το ένα άτομο του δεσμού στο άλλο. Έτσι κάθε άτομο θα αποκτήσει ένα πλήρες σύνολο οκτώ εξωτερικών ηλεκτρονίων (κανόνας της "οκτάδας").
Η θεωρία των χημικών δεσμών του Lewis συνέχισε να εξελίσσεται και, το 1916,αυτός δημοσίευσε το πολυσυζητημένο άρθρο του «Το Άτομο του Μορίου», όπου πρότεινε ότι ο χημικός δεσμός είναι ένα ζεύγος ηλεκτρονίων που το διαμοιράζονται δύο άτομα. Το μοντέλο του Λιούις ταύτισε τον κλασικό χημικό δεσμό με τη συνιδιοκτησία ενός ζεύγους ηλεκτρονίων μεταξύ των δύο συνδεδεμένων ατόμων. Ο Lewis σε αυτό το άρθρο εισήγαγε τους ηλεκτρονιακούς τύπους Λιούις "electron dot diagrams" για να συμβολίσει τις ηλεκτρονιακές δομές των ατόμων και των μορίων. Τώρα είναι γνωστοί ως δομές Lewis, και συζητούνται σχεδόν σε κάθε εισαγωγικό βιβλίο χημείας.
Λίγο μετά τη δημοσίευση του άρθρου του το 1916, ο Lewis ασχολήθηκε με τη στρατιωτική έρευνα. Δεν επανήλθε στο θέμα των χημικών δεσμών μέχρι το 1923, όταν ο ίδιος εύστοχα συνόψισε το μοντέλο του σε μια σύντομη μονογραφία με τον τίτλο "Σθένος και η δομή των ατόμων και μορίων" ("Valence and the Structure of Atoms and Molecules"). Η ανανέωση του ενδιαφέροντός του για το Σθένος οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στις δραστηριότητες του αμερικανού χημικού και ερευνητή της General Electric, του Irving Langmuir, ο οποίος μεταξύ του 1919 και 1921 διέδωσε και ανέπτυξε περαιτέρω το μοντέλο του Λιούις. Στη συνέχεια ο Langmuir εισήγαγε τον όρο ομοιοπολικός δεσμός. Και το 1921, οι Otto Stern και Walther Gerlach καθιέρωσαν την κβαντομηχανική έννοια του σπιν στα υποατομικά σωματίδια, στα ηλεκτρόνια.
Το 1923 ο Lewis ανέπτυξε τη θεωρία ζεύγους ηλεκτρονίων των οξέων και βάσεων. Επαναπροσδιόρισε ένα οξύ, ως κάθε άτομο ή μόριο με μη συμπληρωμένη οκτάδα εξωτερικών ηλεκτρονίων που έτσι είναι ικανό να δέχεται ηλεκτρόνια από ένα άλλο άτομο. Βάσεις φυσικά είναι οι δότες ηλεκτρονίων. Η θεωρία του είναι γνωστή ως η "θεωρία οξέων βάσεων κατά Lewis". Το 1923, ο G.N. Lewis και ο Merle Randall δημοσίευσαν το "Θερμοδυναμική και η Ελεύθερη Ενέργεια των Χημικών Ουσιών", τη πρώτη σύγχρονη πραγματεία για τη χημική θερμοδυναμική.
Η δεκαετία του 1920 είδε την ταχεία υιοθέτηση και εφαρμογή του μοντέλου του δεσμού ζεύγους ηλεκτρονίων του Λιούις στους τομείς της οργανικής χημείας και της χημείας των συμπλόκων. Στην οργανική χημεία, οφειλόταν κυρίως στις προσπάθειες των βρετανών χημικών Arthur Lapworth, Robert Robinson, Thomas Lowry, και Christopher Ingold. Ενώ στη χημεία των συμπλόκων, το μοντέλο δεσμού του Lewis προωθήθηκε από τις προσπάθειες του αμερικανού χημικού Maurice Huggins και του Βρετανού χημικού Nevil Sidgwick.
Η κβαντομηχανική
Το 1924, ο γάλλος κβαντικός φυσικός Louis de Broglie δημοσίευσε τη διατριβή του, στην οποία εισήγαγε την επαναστατική θεωρία του ηλεκτρονίου-κύματος στηριγμένος στη δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου της διατριβής του. Στην εποχή του, η κυματική και η σωματιδιακή ερμηνεία του φωτός και της ύλης θεωρούνταν ότι βρίσκονται σε αντίθεση μεταξύ τους, αλλά ο de Broglie πρότεινε ότι αυτά τα φαινομενικά διαφορετικά χαρακτηριστικά είναι η ίδια συμπεριφορά που απλά την παρατηρούμε από διαφορετικές οπτικές γωνίες. Συνεπώς κατέληξε ότι τα σωματίδια μπορούν να συμπεριφέρονται σαν κύματα, και τα κύματα (ακτινοβολία) μπορούν να συμπεριφέρονται σαν σωματίδια. Η πρόταση του Broglie προσέφερε μια εξήγηση στο γιατί η κίνηση των ηλεκτρονίων είναι περιορισμένη μέσα στο χώρο του ατόμου. Οι πρώτες δημοσιεύσεις της ιδέας του Broglie για τα "κύματα ύλης" έτυχαν μικρής προσοχής από τους άλλους φυσικούς, αλλά όταν ένα αντίγραφο της διδακτορικής του διατριβής του έτυχε να φτάσει στον Αϊνστάιν, η απόκρισή του ήταν ενθουσιώδης. Ο Αϊνστάιν τόνισε τη σημασία του έργου του Broglie, τόσο ρητά όσο και περαιτέρω οικοδομώντας πάνω σ' αυτήν.
Το 1925, ο γεννημένος στην Αυστρία φυσικός Wolfgang Pauli ανέπτυξε την απαγορευτική αρχή του Pauli, η οποία αναφέρει ότι δεν υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια γύρω από έναν πυρήνα σε ένα άτομο που μπορεί να καταλάβουν ταυτόχρονα την ίδια κβαντική κατάσταση, όπως αυτή περιγράφεται από τους τέσσερις κβαντικούς αριθμούς. Ο Pauli έκανε σημαντικές συνεισφορές στην κβαντική μηχανική και την κβαντική θεωρία πεδίου - του απονεμήθηκε το 1945 το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψη της απαγορευτικής αρχής του Pauli - καθώς και στη φυσική στερεάς κατάστασης, και επίσης υπέθεσε επιτυχώς την ύπαρξη του νετρίνο. Εκτός από το πρωτότυπο έργο του, συνέγραψε αριστοτεχνικές συνθέσεις πολλών τομέων της φυσικής θεωρίας που θεωρούνται κλασικά της επιστημονικής βιβλιογραφίας.
Ο Γερμανός θεωρητικός φυσικός Βέρνερ Χάιζενμπεργκ ήταν ένας από τους βασικούς δημιουργούς της κβαντικής μηχανικής. Το 1925, ο Heisenberg ανακάλυψε έναν τρόπο να μορφοποιήσει την κβαντομηχανική πάνω στη θεωρία πινάκων των μαθηματικών. Για την ανακάλυψη του αυτή, του απονεμήθηκε το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής για το 1932. Το 1927 δημοσίευσε την αρχή της αβεβαιότητας, πάνω στην οποία έχτισε τη φιλοσοφία του και για την οποία είναι κυρίως γνωστός. Ο Heisenberg μπόρεσε να αποδείξει ότι αν μελετούσες ένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο θα μπορούσες να πεις είτε πού ήταν (θέση του ηλεκτρονίου), είτε που πήγαινε (ταχύτητα του ηλεκτρονίου), αλλά είναι αδύνατο να εκφράσεις και τα δύο για την ίδια στιγμή. Έκανε επίσης σημαντικές συνεισφορές στις θεωρίες της υδροδυναμικής για την τυρβώδη ροή, τον ατομικό πυρήνα, το σιδηρομαγνητισμό, τις κοσμικές ακτίνες και τα υποατομικά σωματίδια, και έπαιξε σημαντικό ρόλο στο σχεδιασμό του πρώτου πυρηνικού αντιδραστήρα της Δυτικής Γερμανίας στην Καρλσρούη, μαζί με ένα ερευνητικό αντιδραστήρα στο Μόναχο, το 1957. Σημαντική διαμάχη περιβάλλει το έργο του για την έρευνα της ατομικής ενέργειας κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου.
Υπαίθριο μουσείο
thumb|Τα μουσείο Η παλιά πόλη (Den Gamle By) στο [[Ώρχους της Δανίας]] Ένα υπαίθριο μουσείο παρουσιάζει συνήθως έναν οικισμό η ένα μεγαλύτερο υπαίθριο θέμα.
Ιστορία της χημείας
Κβαντική χημεία
Κάποιοι θεωρούν ότι η γέννηση της κβαντικής χημείας είναι η ανακάλυψη της εξίσωσης του Schrödinger και η εφαρμογή της στο άτομο του υδρογόνου το 1926. Εντούτοις, το άρθρο του Walter Heitler και του Fritz London το 1927, συχνά αναγνωρίζεται ως το πρώτο ορόσημο στην ιστορία της κβαντικής χημείας. Αυτή είναι η πρώτη εφαρμογή της κβαντικής μηχανικής στο διατομικό μόριο υδρογόνου, και συνεπώς και στο φαινόμενο του χημικού δεσμού. Στα επόμενα χρόνια μεγάλη πρόοδος επιτεύχθηκε από τους Edward Teller, Robert S. Mulliken, Max Born, J. Robert Oppenheimer, Linus Pauling, Erich Hückel, Douglas Hartree, Vladimir Aleksandrovich Fock, για να αναφέρουμε μερικούς. Ακόμα, παραμένει ο σκεπτικισμός ως προς τη γενική ισχύ της κβαντικής μηχανικής για πολύπλοκα χημικά συστήματα. Η κατάσταση γύρω στο 1930 περιγράφεται από τον Paul Dirac:.
Ως εκ τούτου, οι κβαντομηχανικές μέθοδοι που αναπτύχθηκαν στη δεκαετία του 1930 και του 1940 αναφέρονται συχνά ως θεωρητική μοριακή ή ατομική φυσική για να υπογραμμιστεί το γεγονός ότι ήταν κυρίως η εφαρμογή της κβαντομηχανικής στη χημεία και φασματοσκοπία και όχι απαντήσεις σε ερωτήσεις χημικού ενδιαφέροντος. Το 1951, ένα άρθρο ορόσημο στην κβαντική χημεία είναι η πρωτοποριακή εργασία του Clemens C.J. Roothaan για εξισώσεις Roothaan στη θεωρία Hartree Fock. [91] Έτσι άνοιξε η λεωφόρος για την επίλυση των εξισώσεων αυτο-συνεπούς πεδίου για μικρά μόρια όπως το υδρογόνο ή άζωτο. Αυτοί οι υπολογισμοί έγιναν με τη βοήθεια αρχείων με ολοκληρώματα που υπολογίστηκαν για τους πιο προηγμένους υπολογιστές της εποχής.
Υπαίθριο μουσείο
Τα πρώτα υπαίθρια μουσεία δημιουργήθηκαν στη Σκανδιναβία, προς τα τέλη του 19ου αιώνα, και η ιδέα διαδόθηκε σύντομα σε όλη την Ευρώπη και τη Βόρεια Αμερική, συνήθως με παραδοσιακά κτίρια. Κοινό στοιχείο σε όλα τα υπαίθρια μουσεία, όπως και στα πρώτα αυτά του 19ου αιώνα, είναι η διδασκαλία της ιστορίας της καθημερινής ζωής από τους ανθρώπους από όλα τα τμήματα της κοινωνίας. Πολλά υπαίθρια μουσεία συνήθως υπάρχουν σε περιοχές με ξύλινα σπίτια η με σπίτια ξυλοδεσιάς, διότι αυτά μετακομίζονται σχετικά εύκολα.
Ιστορία της χημείας
Κβαντική χημεία
Στη δεκαετία του 1940 πολλοί φυσικοί το γύρισαν από τη μοριακή ή ατομική φυσική στην πυρηνική φυσική (όπως ο J. Robert Oppenheimer ή ο Edward Teller). Ο Glenn T. Seaborg ήταν ένας αμερικανός πυρηνικός χημικός γνωστός για τη δουλειά του στην απομόνωση και ταυτοποίηση υπερουράνιων στοιχείων (αυτά που είναι βαρύτερα από το ουράνιο). Μοιράστηκε το 1951 το βραβείο Νόμπελ Χημείας με τον Edwin McMillan Mattison για τις ανεξάρτητες μεταξύ τους ανακαλύψεις τους στα υπερουράνια στοιχεία. Το στοιχείο Seaborgium ονομάστηκε προς τιμήν του, κάνοντας τον το μόνο πρόσωπο, μαζί με τον Albert Einstein, για τους οποίους ένα χημικό στοιχείο ονομάστηκε με το όνομά τους κατά τη διάρκεια της ζωής του
Μοριακή βιολογία και βιοχημεία
Μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνα, η αξιωματική ολοκλήρωση της φυσικής και της χημείας ήταν εκτεταμένη. Οι χημικές ιδιότητες αιτιολογήθηκαν σαν αποτέλεσμα της ηλεκτρονικής δομής του ατόμου. Το βιβλίο του Linus Pauling "Σχετικά με τη φύση του χημικού δεσμού" χρησιμοποίησε τις αρχές της κβαντικής μηχανικής για βρει τις γωνίες των δεσμών σε ολοένα και πιο πολύπλοκα μόρια. Ωστόσο, αν και ορισμένες αρχές που εξάγονται από την κβαντική μηχανική ήταν σε θέση να προβλέψουν ποιοτικά κάποια χημικά χαρακτηριστικά για βιολογικά μόρια, μέχρι το τέλος του 20ου αιώνα, ήταν περισσότερο μια συλλογή κανόνων, παρατηρήσεων και συνταγών παρά αυστηρές ab initio ποσοτικές μέθοδοι.
Υπαίθριο μουσείο
Écomusée
Ιστορία της χημείας
Μοριακή βιολογία και βιοχημεία
thumb|right|200px|Διαγραματική αναπαράσταση του DNA Αυτή η ευριστική προσέγγιση θριάμβευσε το 1953, όταν οι James Watson και Francis Crick συνάγουν τη διπλή ελικοειδή δομή του DNA. Κατασκεύασαν το μοντέλο τους περιοριζόμενοι μεν αλλά και ταυτόχρονα αντλώντας πληροφορίες από την γνώση της χημείας των συστατικών μερών και τα μοτίβα της περίθλασης των ακτίνων-Χ που ελήφθησαν από τον Rosalind Franklin. [92 ] Αυτή η ανακάλυψη οδήγησε σε έκρηξη της έρευνας στην βιοχημεία της ζωής.
Κατά το ίδιο έτος, το πείραμα Miller-Urey απέδειξε ότι τα βασικά συστατικά των πρωτεϊνών, τα απλά αμινοξέα, θα μπορούσαν να σχηματιστούν από απλούστερα μόρια σε μια προσομοίωση των αρχέγονων διαδικασιών στη Γη. Αν και παραμένουν πολλά ερωτήματα σχετικά με την πραγματική φύση της προέλευσης της ζωής, αυτή ήταν η πρώτη απόπειρα από τους χημικούς να μελετήσουν υποθετικές διεργασίες στο εργαστήριο κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες.