가론에 대한 전기화학적 이중성: 화학적 결합과 구조의 진화

베르셀리우스는 또한 전지의 발명(1800)이 낳은 전기화학적 연구를 바탕으로 화학결합의 이론을 발전시켰습니다. 그는 모든 분자가 서로 반대로 대전된 물체 사이의 정전기적 인력인 쿨롱 힘에 의해 결합되어 있다고 확신하게 되었습니다. (베르셀리우스는 분자의 구성 원자나 원자 무리가 중성이 아니라고 가정하고, 이러한 대전된 성분을 라디칼이라고 불렀습니다.) 이 전기화학적 이원론은 무기 화합물에도 잘 적용되었지만 유기물은 변칙적으로 보였습니다. 특히 1830년대에 화학자들이 유기 화합물의 수소를 염소 원자로 대체하는 방법을 알게 되면서 베르셀리우스의 이론은 위협을 받는 듯 보였지만, 결국 수소와 염소는 전기화학적 성질이 반대였지만, 그 대체는 화합물의 성질에 별 차이가 없어 보였습니다. 1840년대와 50년대에 화학적 원자론과 전기화학적 이원론의 경쟁 체계에 대한 광범위한 논쟁이 저널 문헌에 활기를 불어넣었습니다. 유기 라디칼과 화학구조론: 두 가지 문제 모두 유기화학의 발전을 통해 마침내 해결되었습니다. 당시 최고의 유기화학자는 독일의 쥐스투스 폰 리비히와 프랑스의 장 밥티스트 앙드레 뒤마였습니다. 1830년 리비히는 유기분석을 빠르고 편리하며 정확하게 만드는 장치를 발명했고, 헤세에 있는 작은 기센 대학에 있는 그의 실험실은 세계에서 가장 유명한 화학학교가 되었습니다. 리비히는 엄청난 수의 화학자들을 가르쳤고, 그의 학생들은 그의 연구 프로그램을 도왔습니다. 그는 연구 대학의 발전과 연구 그룹 아이디어의 선두적인 인물이었습니다. 기센 대학의 교수로, 그리고 나중에 뮌헨 대학에서 그는 화학, 특히 생리학, 농업, 소비재의 실용적인 적용에 많은 중점을 두었습니다. 뒤마는 프랑스에서 비슷한 영향력을 행사했는데, 파리의 개인 실험실에서 학생들을 훈련시키고 연구를 추구했습니다. 리비히와 뒤마는 처음에 베르셀리안의 계획을 받아들였고, 유기 분자를 전기화학적으로 서로 결합된 식별 가능한 라디칼로 구성된 것으로 이해하려고 했습니다. 젊은 프랑스 화학자 오귀스트 로랑과 샤를 게르하르트는 염소 치환 반응을 추구했고, 이 단순한 모델에 의문을 제기했습니다. 1840년 이후 언젠가 리비히와 뒤마는 모두 실증주의로 후퇴했습니다. 1852년에 리비히의 영국인 박사 후 조수였던 에드워드 프랑크랜드는 특정 금속과 반금속의 원자 결합 능력에 규칙성이 있음을 발견했습니다. 비슷한 시기에 리비히와 뒤마의 두 전직 제자인 런던의 알렉산더 윌리엄슨과 파리의 샤를 아돌프 뷔르츠는 독립적으로 다른 방향에서 같은 아이디어에 접근하고 있었습니다. 그들은 아보가드로의 아이디어를 보다 일관되게 통합한 베르셀리우스의 체계를 수정한 버전인 게르하르트와 로랑이 개발한 원자량과 공식으로 이루어진 체계를 사용하여 산소 원자가 수소와 같은 다른 두 개의 단순한 원자 또는 두 개의 유기 라디칼과 결합할 수 있고 질소 원자가 세 개와 결합할 수 있다고 제안했습니다. 이것이 원자가의 개념의 시작이었습니다. 1858년 독일의 젊은 이론가 아우구스트 케쿨레는 탄소로 이 개념을 확장하여 탄소 원자가 4가라는 것을 제안했을 뿐만 아니라 서로 결합하여 사슬을 형성할 수 있으며 다른 원자가 달라붙을 수 있는 분자 "골격"을 포함한다는 아이디어를 추가했습니다. 케쿨레의 화학 구조 이론은 수백 가지 유기 화합물의 구성을 명확히 했고 수천 개를 더 합성하는 데 지침이 되었습니다. (탄소 원자의 자가 사슬은 스코틀랜드의 화학자 아치볼드 스콧 쿠퍼에 의해 독립적으로 개발되었습니다.) 이 이론은 케쿨레가 방향족 화합물에 성공적으로 적용했을 때(1865년 이후) 극적인 확장을 경험했고 네덜란드의 야코부스 헨리쿠스 판트 호프와 프랑스의 조셉 르벨이 독립적으로 3차원 분자 구조를 연구하기 시작한 후 나중에 입체 화학이라고 불리게 되었습니다. 멘델레예프 주기율법: 케쿨레의 혁신은 1850년대 원자량 체계의 다원성을 게르하르트와 로랑의 제안으로 대체하려는 개혁 운동과 밀접하게 관련되어 있었습니다. 사실 케쿨레가 개혁된 원자량으로 시작하지 않았다면 구조 이론으로 성공할 수 없었을 것입니다. 1860년 9월 독일 남서부의 카를스루에에서 열린 첫 번째 국제 화학 회의는 케쿨레와 뷔르츠, 독일의 화학자 카를 벨치엔이 주최한 것으로, 유럽 화학계의 화합과 이해를 도모하기 위한 것이었습니다. 아마도 이 회의에서 가장 중요한 역할을 한 사람은 이탈리아의 화학자 스타니슬라오 카니차로였을 것입니다. 개혁가들의 성공은 불완전했지만, 카를스루에 회의는 화학이 현대적인 모습을 갖추게 된 시대의 적절한 상징으로 서 있을 수 있습니다. 60여 개의 알려진 원소들에 대해 원자량을 한 세트로 재구성한 것이 널리 채택되면서 원소들이 서로 관계를 맺는 것에 대한 새로운 추측이 촉발된 것으로 보이며, 1860년대에 분류 체계에 대한 다양한 제안이 개발되었습니다. 이 체계들 중 단연코 가장 성공적인 것은 러시아의 화학자 드미트리 멘델레예프의 것이었습니다. 1869년 그는 원소들이 증가하는 원자량에 따라 수평으로 배열되고 원소들의 유사한 성질들이 다시 나타날 때마다 첫 번째 아래에서 새로운 수평행이 시작되었을 때, 그 결과 생성된 반직각표는 일관된 주기성을 나타냈다고 발표했습니다. 유사한 원소들의 수직 열을 그룹 또는 가족이라고 불렀고, 전체 배열을 원소들의 주기율표라고 불렀습니다. 멘델레예프는 1870년대와 80년대에 발견된 나중에 갈륨, 스칸듐, 게르마늄으로 명명된 세 개의 새로운 원소의 존재를 자신의 주기율법을 사용하여 예측할 수 있었을 때 원소들을 보는 이러한 방식이 단순한 우연 이상이라는 것을 보여주었습니다.