Учението за състава на материята
Учението за състава включва проблемите на химичния елемент и химичното съединение. Първият модел на "химичен елемент" е въведен през 17 век. Р. Бойл, като ограничаващо „просто вещество“, получено чрез химическо разлагане на вещества, преминаващи без промяна от състава на едно сложно тяло към състава на друго. Самото откриване на химичните елементи обаче се случи много по-късно (фосфорът е открит едва през 1669 г., кобалтът - през 1735 г., никелът - през 1751 г., водородът - през 1766 г., флуорът - през 1771 г., азотът и кислородът - през 1772 г. и т.н.).
А. А. Лавоазие (в края на 18 век) прави първия опит в историята на химията да систематизира химичните елементи и съединения.
DI. Менделеев открива периодичния закон и разработва Периодичната таблица на химичните елементи (1889 г.). Той изхожда от факта, че основната характеристика на химичните елементи е тяхната атомна маса. Допълнителни уточнения показаха, че мястото на химичния елемент в Периодичната система се определя не от атомната маса, а от заряда на атомното ядро. В тази връзка може да се твърди, че химичният елемент е съвкупност от атоми (изотопи), които имат еднакъв ядрен заряд. Всеки химичен елемент има определена маса, която е средната стойност на масите на всички негови изотопи. Изотопите от гледна точка на радиационната химия са разновидности на атоми на даден химичен елемент, които имат еднакъв ядрен заряд, но се различават по маса. По времето на Д.И. Менделеев са били известни 62 химични елемента, сега са повече от 114.
Периодичният закон се формулира по следния начин: химичните свойства на простите вещества, както и формите и свойствата на съединенията на елементите са в периодична зависимост от заряда на атомното ядро (пореден номер). Изключение правят изотопите на водорода: протий, тритий,деутерий, които имат различни химични свойства.
В периодичната система има седем хоризонтални периода (означени с арабски цифри), от които първият, вторият и третият се наричат малки, а останалите са големи. Всеки период, с изключение на първия, започва с алкален метал и завършва с благороден газ (седмият период е незавършен). В системата има 10 реда (обозначени с римски цифри). Всеки малък период се състои от един ред, всеки голям период се състои от два реда: четен (горен) и нечетен (долен). В четни редове с големи периоди са металите. Осем групи са разположени вертикално (означени с римски цифри). Номерът на групата е свързан със степента на окисление на елементите, които те проявяват в съединения. Всяка група е разделена на две подгрупи, като основната подгрупа започва с елемент от малък период или първия елемент на групата. Вторичната група включва елементи само от големи периоди. Група VIII се различава от останалите: в допълнение към основната хелиева подгрупа, тя съдържа вторична подгрупа, състояща се от триади желязо, осмий рутений.
Понастоящем физикохимичният смисъл на периодичния закон е разкрит и е дадено квантово механично обяснение на структурата на атомите на химичните елементи въз основа на концепцията за електронната обвивка на квантовите числа и принципа на Паули (вижте диаграми 35, 36 в лекция 4).
Всички свойства на елементите на таблицата D.I. Менделеев се обясняват с реда, в който електроните запълват енергийните нива (обвивки) и поднива (подобвивки) на атомите. Всеки период започва с елемент, в чийто атом имаs-електрон на външната електронна обвивка. Периодите завършват с благородни газове, чиито атоми имат напълно запълнена външна обвивка. Номерът на групата обикновено показва броя на електроните, които могат да участват в образуванетохимически връзки.
В началото на XIXв. Дж. Пруст формулира закона за постоянството на състава: всяко отделно химично съединение има строго определен, непроменен състав, силно привличане на неговите съставни части (атоми) и по този начин се различава от смесите. Теоретично законът за постоянството на състава е обоснован от Д. Далтън. Появи се модел на вещества с постоянен състав, далтониди. Въз основа на идеята за атомистичната структура на материята, той твърди, че химичните съединения се състоят от атоми на два или повече елемента, които образуват определени (той счита множество) комбинации помежду си. Възниква стехиометричен модел на химичните съединения, а след това и типология на молекулите.
К.Л. Berthollet, който заедно с A.A. Лавоазие направи значителен принос в номенклатурата на химичните съединения, смятайки, че в химията огромна роля принадлежи на вещества с променлив състав - бертолиди. От края на 19в бяха възобновени изследвания, които поставят под съмнение абсолютизирането на закона за постоянството на състава. Резултатите от изследването показаха, че същността на проблема с химичните съединения се крие не толкова в постоянството на състава, колкото в природата на химичните връзки, които обединяват атомите в една квантово-механична система - молекула. Молекулата е електрически неутрален най-малък набор от атоми, които образуват определена структура чрез химични връзки.
В резултат на откриването на физическата природа на химията, като обменното взаимодействие на електрони, химията започна да решава проблема с химичното съединение по нов начин, което се определя като качествено определено вещество, състоящо се от един или повече химични елементи, чиито атоми, поради обменното взаимодействие (химическа връзка), се комбинират в химично съединение, неорганично или органично, мономери или полимери.
Имаше пресичане („вграждане“ един в друг) на стехиометрични, атомно-молекулярни, геометрични и електронни модели на химията. От съвременна гледна точка стехиометричният модел означава използването на химични формули и уравнения, атомно-молекулният модел описва химичните реакции като вътрешно- и междумолекулни пренареждания на атомите, геометричният модел определя езика на структурните формули и геометричните молекулни параметри, а електронният модел извлича реактивността на веществата от електронната структура на молекулите. Тези модели са „вложени“ един в друг: всеки следващ използва и детайлизира постулатите на предишните.
В рамките на съвременния електронен модел също е възможно да се даде кратко описание на основните видове химични връзки (виж Схема 44).