化学の歴史

化学の歴史は、古代から現代までの時間範囲を表します。紀元前 1000 年までに、文明は最終的に化学のさまざまな分野の基礎を形成する技術を使用しました。例としては、火の発見、鉱石からの金属の抽出、陶器や釉薬の作成、ビールやワインの発酵、薬や香水用の植物からの化学物質の抽出、脂肪から石鹸の製造、ガラスの製造、青銅などの合金の製造などがあります。

化学の原始科学、そして錬金術は、物質の性質とその変化を説明することに成功しませんでした。しかし、錬金術師は実験を行い、その結果を記録することで、現代化学の基礎を築きました。

化学の歴史は、特にウィラード・ギブスの研究を通じて、熱力学の歴史と絡み合っています。^[1]

おそらく、制御された方法で使用された最初の化学反応は火です。しかし、何千年もの間、火は単に、熱と光を生み出しながら、ある物質を別の物質（燃える木や沸騰する水）に変える神秘的な力であると考えられていました。火は初期の社会の多くの側面に影響を与えました。これらは、調理や住居の暖房や照明などの日常生活の最も単純な側面から、陶器やレンガの製造、金属を溶かして道具を作るなどのより高度な用途にまで及びました。火はガラスの発見と金属の精製につながり、その後に冶金学が勃興しました。^[2]

南アフリカのブロンボス洞窟で10万年前の黄土加工工場が発見された。これは、初期の人類が鉱物加工の基礎知識を持っていたことを示している。洞窟の壁に動物の血を他の液体と混ぜている初期の人類の絵画が発見され、化学に関するわずかな知識も示されている。^{[3] [4]}

人類が使用した金属として記録されている最も古いものは、自由に存在する、または「天然」の金であると思われる。紀元前4万年頃の旧石器時代後期に使用されていたスペインの洞窟で、少量の天然金が発見されている。^[5]最も古い金の冶金は、紀元前4600年頃のブルガリアのヴァルナ文化で知られている。^[6]

銀、銅、錫、隕鉄も天然に存在し、古代文化では限られた範囲で金属加工が可能であった。 ^[7]紀元前3000年頃に隕鉄で作られたエジプトの武器は「天からの短剣」として高く評価されていた。^[8]

冶金学の初期段階では、金属の精製方法が模索され、紀元前 2900 年頃には古代エジプトで知られていた金が貴金属となりました。

特定の金属は、岩を火で熱するだけで鉱石から回収できます。特にスズ、鉛、（高温では）銅がそうです。このプロセスは製錬として知られています。この抽出冶金の最初の証拠は紀元前6千年紀と5千年紀にさかのぼり、セルビアのヴィンチャ文化、マイダンペク、ヤルモヴァツ、プロチニクの遺跡で発見されました。^[9]最も古い銅の製錬はベロヴォデの遺跡で発見されています。^[10]これらの例には、紀元前5500年の銅の斧が含まれています。^[11]その他の初期の金属の痕跡は、紀元前3千年紀のパルメラ（ポルトガル）、ロス・ミラレス（スペイン）、ストーンヘンジ（イギリス）などの場所で見つかっています。しかし、先史時代の研究でよくあることですが、究極の始まりを明確に定義することはできず、新しい発見が続いています。

これらの最初の金属は単一の元素、または自然に発生する組み合わせでした。銅と錫を組み合わせることで、青銅と呼ばれる合金という優れた金属を作ることができました。これは、紀元前3500年頃に青銅器時代の始まりとなった大きな技術的変化でした。青銅器時代は、人類の文化的発展において、銅鉱石の自然発生的な露頭から銅と錫を製錬し、それらの鉱石を製錬して青銅を鋳造する技術など、最も進んだ金属加工技術（少なくとも体系的かつ広範囲に使用されていたもの）が含まれていた時代でした。これらの自然発生的な鉱石には通常、一般的な不純物としてヒ素が含まれていました。銅/錫鉱石は希少であり、紀元前3000年より前の 西アジアには錫青銅がなかったことがそれを反映しています。

青銅器時代以降、冶金学の歴史は軍隊がより優れた武器を求めたことに特徴づけられる。ユーラシア諸国はより優れた合金を作ることで繁栄し、それによってより優れた防具や武器が作られた。^[要出典]

錆び防止にクロムを初めて使用したとされるのは中国人である。現代の考古学者は、秦の始皇帝の墓にあった青銅製のクロスボウの矢が2000年以上経っても腐食の兆候が見られなかったことを発見した。これはクロムでコーティングされていたためである。^{[12] [13]}クロムは、1790年代後半にフランスの薬剤師で化学者のルイ・ニコラ・ヴォークラン（1763-1829）が実験するまで、他の場所では使用されていなかった。 ^[14]戦国時代の複数の墓では、鋭い刀やその他の武器が10〜15マイクロメートルの酸化クロムでコーティングされていたことが発見されており、今日まで新品同様の状態を保っている。^[15]

古代インドでは冶金学と錬金術においても大きな進歩が遂げられた。^[16]

鉄を鉱石から加工可能な金属に抽出するのは、銅や錫よりもはるかに困難です。鉄は青銅よりも道具に適しているわけではありませんが (鋼が発見されるまで)、鉄鉱石は銅や錫よりもはるかに豊富で一般的なため、地元で入手できることが多く、取引する必要はありません。

鉄の加工は、鉄器時代の始まりである紀元前1200年頃にヒッタイト人によって発明されたようです。鉄の抽出と加工の秘密は、ペリシテ人の成功の重要な要因でした。^{[8] [17]}

鋳鉄鍛冶と高炉およびキューポラ炉の革新は、軍隊が国家の武器庫でより優れた武器や防具の開発を模索していた戦国時代の古代中国で発明されました。古代中国では、油圧駆動のトリップハンマーや複動ピストンベローズなどの革新により、冶金学に関連する、または冶金学に関わる他の多くの用途、慣行、装置も確立されました。 [ ^{18] [19]}

鉄器時代は、鉄の加工 (鉄冶金)の出現を指します。鉄冶金の歴史的発展は、過去のさまざまな文化や文明に見ることができます。これらには、中東および近東の古代および中世の王国や帝国、古代イラン、古代エジプト、古代ヌビア、アナトリア(トルコ)、古代ノルウェー、カルタゴ、古代ヨーロッパのギリシャ人とローマ人、中世ヨーロッパ、古代および中世中国、古代および中世インド、古代および中世日本などが含まれます。

異なる物質が異なる特性（色、密度、匂い）を持ち、異なる状態（気体、液体、固体）で存在し、水や火、温度変化などの環境にさらされたときに異なる反応を示す理由を合理的に説明しようとする哲学的試みにより、古代の哲学者は自然と化学に関する最初の理論を提唱しました。化学に関連するこのような哲学的理論の歴史は、おそらくあらゆる古代文明にまで遡ることができます。これらすべての理論に共通する側面は、自然界のさまざまな物質を構成する少数の主要な古典的な要素を特定しようとする試みでした。空気、水、土/地球などの物質、火や光などのエネルギー形態、思考、エーテル、天国などのより抽象的な概念は、古代文明では相互受精がなくても一般的でした。たとえば、古代ギリシャ、インド、マヤ、中国の哲学はすべて、空気、水、土、火を主要な要素と見なしていました。^[要出典]

紀元前420年頃、エンペドクレスはすべての物質は土、火、空気、水の4つの元素物質でできていると述べた。原子論の初期の理論は古代ギリシャにまで遡ることができる。ギリシャの原子論は、紀元前380年頃、物質は「アトモス」と呼ばれる分割も破壊もできない粒子でできていると主張したギリシャの哲学者デモクリトスによって普及した。それより前に、レウキッポスも、原子は物質の中で最も分割できない部分であると主張した。これは、同じ時期にインドの哲学者カナダがヴァイシェー シカ・スートラで同様の宣言をしたのと一致している。 ^[20] アリストテレスは紀元前330年に原子の存在に反対した。医師ポリュボス（紀元前380年頃）に帰せられるギリシャのテキストは、人体は4つの体液でできていると主張した。エピクロス（紀元前 300 年頃活躍）は、破壊不可能な原子の宇宙を仮定し、その中で人間自身がバランスのとれた生活を実現する責任があるとした。

ローマの詩人で哲学者のルクレティウス^[21]は、エピクロスの哲学をローマの聴衆に説明する目的で、紀元前1世紀半ばに『事物の性質について』[22]を著しました。この著作の中で、ルクレティウスは原子論の原理、心^と魂の性質、感覚と思考の説明、世界とその現象の発展を提示し、さまざまな天体と地上の現象を説明しています。

西洋の伝統における最古の錬金術師は、紀元後1世紀にギリシャ・ローマ時代のエジプトから来たと思われる。彼らの多くは、技術的な仕事に加えて、化学装置を発明した。湯船を意味する「バイン・マリー」は、ユダヤ人のマリアにちなんで名付けられた。彼女の著作には、トリビコスとケロタキスの最初の記述もある。^[23] 錬金術師クレオパトラは炉について記述し、蒸留器の発明者とされている。^[24]その後、パノポリスのゾシモスは錬金術に関する本を著し、それを「手で作られたもの」を意味するギリシャ語で「ケイロクメタ」と名付けた。これらの著作には、器具の説明だけでなく、レシピや手順への言及が多数含まれている。精製方法の初期の発展の多くは、大プリニウスの博物誌で以前に記述されている。彼はそれらの方法を説明し、多くの鉱物の状態を鋭く観察した。

中世の錬金術で使われた元素体系は、主にペルシャ人またはアラブ人の錬金術師ジャービル・イブン・ハイヤーンによって開発され、ギリシャの伝統の古典的な要素に根ざしていた。^[25]彼の体系は、空気、土、火、水のアリストテレス的な4元素に加えて、2つの哲学的元素、すなわち可燃性の原理を特徴付ける「燃える石」である硫黄と、金属特性の原理を特徴付ける水銀から構成されていた。これらは、初期の錬金術師によって、宇宙の還元不可能な構成要素の理想的な表現とみなされ^[26]、哲学的錬金術の中ではより重要な考慮の対象となっている^{[説明が必要]}。

金属の三原理（硫黄は可燃性または燃焼、水銀は揮発性と安定性、塩は固体性）は、スイスの錬金術師パラケルススの三原理となった。彼は、アリストテレスの四元素説が三つの原理として物体に現れていると論じた。パラケルススはこれらの原理を基本的なものとみなし、木が火の中でどのように燃えるかという説明に頼って正当化した。水銀には凝集原理が含まれており、水銀が木から離れると（煙として）、木はバラバラになる。煙は揮発性（水銀原理）を、熱を与える炎は可燃性（硫黄）を、残った灰は固体性（塩）を表した。^[27]

錬金術はヘルメス主義による賢者の石の探求によって定義され、その研究は象徴的神秘主義に染まっており、現代科学とは大きく異なります。錬金術師は秘教的（精神的）および/または顕教的（実践的）レベルで変革を起こすために努力しました。^{[28]錬金術の}原科学的、顕教的な側面は、ギリシャ・ローマ時代のエジプト、イスラムの黄金時代、そしてヨーロッパにおける化学の発展に大きく貢献しました。錬金術と化学は物質の構成と特性に関心を抱いており、18世紀まで別々の分野ではありませんでした。それ以前に存在していた錬金術と化学の融合を説明するために、化学学という言葉が使われてきました。^[29]

ルネッサンス期には、顕教錬金術がパラケルススの 医化学の形で人気を保っていた一方、霊的錬金術はプラトン的、ヘルメス的、グノーシス的なルーツに再編されて繁栄した。その結果、賢者の石を求める象徴的な探求は科学の進歩に取って代わられることなく、18世紀初頭まで尊敬される科学者や医師の領域であり続けた。科学的貢献で知られる初期近代の錬金術師には、ヤン・バプティスト・ファン・ヘルモント、ロバート・ボイル、アイザック・ニュートンがいる。

イスラム世界では、イスラム教徒が古代ギリシャやヘレニズム時代の哲学者の著作をアラビア語に翻訳し、科学的アイデアの実験を行っていた。^[30] 8世紀の錬金術師ジャービル・イブン・ハイヤーンに帰せられるアラビア語の著作は、化学物質の体系的な分類を導入し、化学的手段によって有機物質（植物、血液、髪の毛など）から無機化合物（塩化アンモニウムまたは塩化物）を抽出するための指示を提供した。[ 31 ]アラビア語^のジャービル著作（例えば、「慈悲の書」や「七十の書」）の一部は、後にラテン語化された「ゲベル」という名前でラテン語に翻訳され、^{[32] 13世紀のヨーロッパでは、通常}偽ゲベルと呼ばれる匿名の著者が、この名前で錬金術と冶金の著作を書き始めた。^{[33]その後、}アブー・アル・ライハーン・アル・ビールーニー^[34]やアヴィセンナ^[35]などの影響力のあるイスラム哲学者は、錬金術の理論、特に金属の変化の理論に異議を唱えました。

今日の観点から見ると、錬金術にはいくつかの問題がありました。新しい化合物に体系的な命名法はなく、言語は難解で曖昧で、用語の意味が人によって異なるほどで​​した。実際、『フォンタナ化学史』（ブロック、1992 年）によると、

錬金術の言語はすぐに、初心者から情報を隠すために考案された難解で秘密めいた専門用語を発達させた。この言語は、今日の私たちには大部分が理解できないが、ジェフリー・チョーサーの『聖職者のヨーマン物語』の読者やベン・ジョンソンの『錬金術師』の観客は、それを笑えるほど十分に解釈できたことは明らかである。^[36]

チョーサーの物語は、錬金術のより詐欺的な側面、特に安価な物質から偽金を製造することを暴露した。それより 1 世紀も経たないうちに、ダンテ アリギエーリもこの詐欺的側面を認識し、著作の中で錬金術師全員を地獄に送った。その後まもなく、1317 年にアヴィニョン 教皇ヨハネス 22 世は、偽金を作った錬金術師全員にフランスから出国するよう命じた。1403 年にはイギリスで「金属の増殖」を死刑に処する法律が可決された。これらやその他の明らかに極端な措置にもかかわらず、錬金術は消滅しなかった。王族や特権階級は依然として賢者の石や不老不死の薬を自分たちで発見しようとしていた。^[37]

また、実験を再現可能にするための合意された科学的手法も存在しなかった。実際、多くの錬金術師は、潮の満ち引き​​や月の満ち欠けといった無関係な情報を自分たちの手法に取り入れていた。錬金術の難解な性質と体系化された語彙は、錬金術師がほとんど何も確信できないという事実を隠すのに役立ったようだった。14 世紀には早くも錬金術の外観に亀裂が生じ始め、人々は懐疑的になった。^[要出典]明らかに、他の人が実験を再現できる科学的手法が必要であり、結果は、わかっていることとわかっていないことの両方を明示した明確な言語で報告する必要があった。

鉱石の精錬と抽出を改善して金属を精錬する実践的な試みは、16 世紀の初期の化学者にとって重要な情報源でした。その中には、 1556 年に大著『金属論』を出版したゲオルク アグリコラ(1494-1555) もいます。彼の著作は、当時の金属鉱石の採掘、金属抽出、冶金の高度に発達した複雑なプロセスについて説明しています。彼のアプローチは、この主題に関連する神秘主義を取り除き、他の人が構築できる実用的な基盤を作りました。この著作は、鉱石の精錬に使用されるさまざまな種類の炉について説明し、鉱物とその組成への関心を刺激しました。彼が以前の著者である大プリニウスとその『博物誌』に何度も言及しているのは偶然ではありません。アグリコラは「冶金学の父」であり、科学分野としての地質学の創始者と言われています。 ^{[39] [40] [41]}

1605年、フランシス・ベーコン卿は『学問の熟達と進歩』を出版し、そこには後に科学的方法として知られるようになるものの説明が含まれている。^[42] 1605年、ミハル・セジヴォイは錬金術の論文『錬金術の新光』を出版し、空気中に「生命の糧」が存在することを提唱した。これはずっと後に酸素であると認識される。1615年、ジャン・ベガンは初期の化学教科書である『Tyrocinium Chymicum』を出版し、その中で史上初の化学式を描いている。^[43] 1637年、ルネ・デカルトは科学的方法の概要を含む 『方法論』を出版した。

オランダの化学者ヤン・バプティスト・ファン・ヘルモントの著書『医学の原理』は、1648年に死後に出版された。この本は、錬金術と化学の移行期に大きな業績として、またロバート・ボイルに大きな影響を与えたとして引用されている。この本には数多くの実験結果が含まれており、質量保存の法則の初期のバージョンを確立している。パラケルススと医化学の直後の時代に活動していたヤン・バプティスト・ファン・ヘルモントは、空気以外にも実体のない物質が存在することを示唆し、それらの物質にギリシャ語のカオスから「ガス」という名前をつけた。科学者の語彙に「ガス」という言葉を導入したことに加えて、ファン・ヘルモントはガスに関するいくつかの実験を行った。ヤン・バプティスト・ファン・ヘルモントは、今日では自然発生に関するアイデアや5年樹の実験で広く記憶されているほか、気体化学の創始者とも考えられている。

アイルランド系イギリス人の化学者ロバート・ボイル（1627-1691）は、化学と錬金術を徐々に分離させたと考えられている。^[44]元素に懐疑的で錬金術を確信していたにもかかわらず、ボイルは「神聖な芸術」を独立した基本的かつ哲学的な学問として高める上で重要な役割を果たした。彼は1662年に発表したボイルの法則で最もよく知られているが、最初に発見したわけではない。^{[45]この法則は、}密閉系内で温度が一定に保たれている場合、ガスの絶対圧力と体積の間に反比例関係があることを述べている。^{[46] [47]}

ボイルはまた、化学者の間で実験への厳密なアプローチを提唱した画期的な著書『懐疑的な化学者^{』（1661年）でも知られています。この著書でボイルは、一般的に信じられていた錬金術の理論に疑問を呈し、実践者はより「哲学的」で商業的志向を控えるべきであると主張しました。 [48]}彼は、土、火、空気、水の古典的な4元素を否定し、厳密な実験の対象となる可能性のある原子と化学反応の機械論的代替案を提案しました。

ボイルはまた、再現性のある反応を得るために化学物質を精製しようとした。彼は、物質の物理的特性と相互作用を説明し定量化するためにルネ・デカルトが提唱した機械的哲学を声高に支持した。ボイルは原子論者だったが、原子よりも微粒子という言葉を好んだ。彼は、特性が保持される物質の最も微細な区分は微粒子のレベルであると述べた。

ボイルはファン・ヘルモントの樹木の実験を繰り返し、酸性度で色が変わる指示薬を初めて使用した。また、空気ポンプを使った数多くの調査を行い、空気を抜くと水銀が下がることを発見した。また、容器から空気を抜くと炎が消え、中に入れた小動物が死ぬことも観察した。ボイルは彼の研究を通じて、 2世紀後の化学革命の基礎を築くのに貢献した。 ^[49]

1702年、ドイツの化学者ゲオルク・シュタールは、燃焼の過程で放出されると考えられている物質に「フロギストン」という名前をつけた。1735年頃、スウェーデンの化学者ゲオルク・ブラントは銅鉱石で見つかった濃い青色の顔料を分析した。ブラントは、その顔料に後にコバルトと名付けられる新しい元素が含まれていることを実証した。1751年、スウェーデンの化学者でシュタールの弟子であったアクセル・フレドリック・クロンシュテットは、銅鉱石の不純物が別の金属元素であることを確認し、それをニッケルと名付けた。クロンシュテットは近代鉱物学の創始者の一人である。^{[50]クロンシュテットは1751年に}灰重石という鉱物も発見し、それをスウェーデン語で「重い石」を意味するタングステンと名付けた。

1754年、スコットランドの化学者ジョセフ・ブラックは二酸化炭素を単離し、これを「固定空気」と呼んだ。^[51] 1757年、ルイ・クロード・カデ・ド・ガシクールはヒ素化合物を調査しているときにカデの発煙液を作り出した。これは後にカコジルオキシドであることが判明し、最初の合成有機金属化合物と考えられている。^{[52] 1758年、ジョセフ・ブラックは}相変化の熱化学を説明するために潜熱の概念を定式化した。^[53] 1766年、イギリスの化学者ヘンリー・キャベンディッシュは水素を単離し、これを「可燃性空気」と呼んだ。キャベンディッシュは、水素が無色無臭のガスで、燃焼して空気と爆発性の混合物を形成できることを発見し、可燃性の空気（つまり水素）を脱燃性空気（現在では酸素であることが知られている）で燃焼させることで水が生成されるという論文を発表しました。脱燃性空気は大気の成分です（フロギストン説）。

1773年、スウェーデン系ドイツ人^[54]の化学者カール・ヴィルヘルム・シェーレは酸素を発見し、彼はそれを「火の空気」と呼んだが、その業績をすぐには公表しなかった。^[55] 1774年、イギリスの化学者ジョセフ・プリーストリーは独自に酸素を気体状態で単離し、「脱フロジスティケートされた空気」と呼び、シェーレより先にその研究を発表した。^{[56] [57]}プリーストリーの生涯における高い科学的評価は、ソーダ水の発明、電気に関する著作、そしていくつかの「空気」（気体）の発見によってもたらされた。最も有名なのはプリーストリーが「脱フロジスティケートされた空気」（酸素）と名付けたものである。しかし、プリーストリーはフロギストン説を擁護し、後に化学革命となるものを拒絶する決意をしたため、結局科学界で孤立することになった。

1781年、カール・ヴィルヘルム・シェーレは、クロンシュテットの灰重石（当時はタングステンと呼ばれていた）から新しい酸であるタングステン酸を作れることを発見した。シェーレとトルベルン・ベルクマンは、この酸を還元することで新しい金属が得られるかもしれないと示唆した。^[58] 1783年、ホセとファウスト・エルフヤールは、タングステン酸と同一のウルフラマイトから作られた酸を発見した。その年の後半、スペインで、兄弟は木炭でこの酸を還元することで現在タングステンとして知られる金属を単離することに成功し、この元素の発見者として認められている。^{[59] [60]}

イタリアの物理学者アレッサンドロ・ボルタは、一連の誘導と接地によって大きな電荷を蓄積する装置を製作しました。彼は、1780 年代のルイージ・ガルヴァーニによる「動物電気」の発見を調査し、電流は異種金属の接触によって発生し、カエルの脚は検出器としてのみ機能していることを発見しました。ボルタは 1794 年に、2 つの金属と塩水に浸した布またはボール紙を回路に配置すると、電流が発生することを実証しました。

1800年、ボルタは、塩水（電解質）に浸した布または厚紙で区切られた銅（または銀）と亜鉛のディスク（電極）を交互に重ねて、電解質の導電性を高めました。^[61]上部と下部の接点がワイヤで接続されると、このボルタ電池と接続ワイヤに電流が流れました。このように、ボルタは電気を生み出す最初の電池を作ったとされています。

したがって、ボルタは電気化学の分野の創始者と考えられています。^[62]ガルバニ電池（またはボルタ電池）は、セル内で起こる自発的な酸化還元反応から電気エネルギーを引き出す電気化学セルです。通常、塩橋で接続された2つの異なる金属、または多孔質膜で分離された個々の半電池 で構成されています。

アントワーヌ・ローラン・ド・ラボアジエは、慎重な測定により、水が土に変わることは不可能だが、沸騰した水から観察された沈殿物は容器から来たものであることを証明した。彼は空気中でリンと硫黄を燃焼させ、生成物の重量が元のサンプルより重くなり、増加した質量は空気から失われたことを証明した。こうして、1789年に彼は「ラボアジエの法則」とも呼ばれる質量保存の法則を確立した。 ^[63]

プリーストリーの実験を繰り返し、彼は空気が 2 つの部分から成り、その 1 つが金属と化して石灰を形成することを実証した。『酸の性質に関する一般考察』（1778 年）では、燃焼の原因となる「空気」が酸性の源でもあることを実証した。翌年、彼はこの部分を酸素（ギリシャ語で酸形成物）と名付け、もう 1 つをアゾト（ギリシャ語で無生物）と名付けた。酸素を元素としてより徹底的に特徴付けたため、ラボアジエはプリーストリーやシェーレとともに酸素の発見者であると主張できる。彼はまた、キャベンディッシュが発見した「可燃性の空気」 ― 彼はこれを水素（ギリシャ語で水形成物）と名付けた ― が酸素と化して露を生成することを発見した。プリーストリーが報告したように、露は水であるように見えた。ラヴォアジエは『フロギストン理論』（1783年）で、燃焼のフロギストン説が矛盾していることを示した。ミハイル・ロモノーソフは18世紀にロシアで独自に化学の伝統を確立し、フロギストン説を否定し、気体の運動論を先取りした。ロモノーソフは熱を運動の一形態とみなし、物質保存の考えを述べた。

ラヴォアジエはクロード・ルイ・ベルトレらと共同で化学命名法を考案した。これは現代の化合物命名法の基礎となっている。ラヴォアジエは著書『化学命名法』 （1787年）で、硫酸、硫酸塩、亜硫酸塩など、今日でも広く使われている命名と分類のシステムを発明した。1785年、ベルトレは塩素ガスを漂白剤として初めて導入した。同年、彼はアンモニアガスの元素組成を初めて決定した。ベルトレは1789年、炭酸ナトリウム溶液に塩素ガスを通すことで初めて現代的な漂白液を製造した。その結果、弱い次亜塩素酸ナトリウム溶液ができた。彼が研究し、初めて製造したもう1つの強力な塩素系酸化剤および漂白剤である塩素酸カリウム（KClO ₃）は、ベルトレ塩として知られている。ベルトレーは可逆反応のメカニズムを介した化学平衡の理論への科学的貢献でも知られています。

ラヴォアジエの『化学初等論』（1789 年）は、最初の近代化学教科書であり、統一された新しい化学理論を提示し、質量保存の法則を明確に述べ、フロギストンの存在を否定した。さらに、酸素、窒素、水素、リン、水銀、亜鉛、硫黄など、これ以上分解できない元素または物質のリストが含まれていた。しかし、彼のリストには、彼が物質であると信じていた光と熱量も含まれていた。この著作の中で、ラヴォアジエは、彼の化学の観察的基礎を強調し、「私は、事実を結び付けて真実に到達しようと努めた。推論の使用を可能な限り抑制し、推論はしばしば私たちを欺く信頼できない手段であるため、可能な限り観察と実験の灯火に従うように努めた」と述べた。しかし、彼は原子の実在は哲学的に不可能であると信じていました。ラボアジエは、生物が燃焼体と同じように大気を分解し、再構成することを実証しました。

ピエール＝シモン・ラプラスとともに、ラボアジエは熱量計を使用して、生成される二酸化炭素の単位当たりに発生する熱量を推定しました。彼らは炎と動物で同じ比率を発見し、動物がある種の燃焼によってエネルギーを生成していることを示しました。ラボアジエはラジカル理論を信じていました。ラジカルは化学反応で単一のグループとして機能し、反応で酸素と結合すると主張していました。彼はすべての酸に酸素が含まれていると信じていました。彼はまた、ダイヤモンドが炭素の結晶形であることを発見しました。

ラヴォアジエのパートナーの多くは化学を科学分野として発展させるのに影響を及ぼしたが、妻のマリー＝アンヌ・ラヴォアジエはおそらくその中で最も影響力があった。結婚後、ラヴォアジエ夫人は化学、英語、デッサンを学び始め、ラヴォアジエが知らない英語に論文を翻訳したり、ラボアジエが研究室で使う様々な装置の記録やデッサンをしたりして、夫の仕事に協力した。^[64]イギリスの記事を夫のために読んで翻訳する彼女の能力を通して、ラヴォアジエは研究室の外で起こっていた多くの化学の進歩に関する知識にアクセスすることができた。さらに、ラヴォアジエ夫人は夫の研究の記録をつけて、彼の研究が出版されるようにした。ラヴォアジエの研究室で化学者としてマリー＝アンヌの真の才能が初めて現れたのは、科学者リチャード・カーワンの本を翻訳していた時だった。翻訳中に彼女は複数の誤りに遭遇し、それを修正しました。彼女が翻訳をメモとともにラボアジエに提出したところ、彼女の貢献によりラボアジエはフロギストン説を反駁することができました。

ラヴォアジエは化学に多くの基礎的貢献をした。彼の研究の後、化学は厳密で定量的な性質を獲得し、信頼できる予測が可能になった。彼がもたらした化学の革命は、すべての実験を単一の理論の枠組みに当てはめようとする意識的な努力の結果であった。彼は化学平衡の一貫した使用を確立し、酸素を使ってフロギストン説を覆し、新しい化学命名法を開発した。フランス革命中にラヴォアジエが斬首されたため、さらなる貢献の可能性は断たれた。

19世紀を通じて、化学はジョン・ドルトンの原子論を支持する人々と、ヴィルヘルム・オストワルドやエルンスト・マッハなどのエネルギー論者の間で分裂していた。^[65]アメデオ・アボガドロやルートヴィヒ・ボルツマンなどの原子論支持者は気体の挙動を説明する上で大きな進歩を遂げたが、この論争は20世紀の最初の10年間にジャン・ペランがブラウン運動の原子論的説明を実験的に調査するまで最終的に決着しなかった。 ^[65]

論争が決着するずっと前から、多くの人がすでに原子論の概念を化学に応用していた。主な例はスヴァンテ・アレニウスのイオン理論で、これは20世紀まで完全には発展しなかった原子の基礎構造についての考えを予見していた。マイケル・ファラデーも初期の研究者の一人であり、化学への主な貢献は電気化学であり、この分野では（とりわけ）金属の電気分解または電着中に発生する一定量の電気が一定量の化学元素と関連していること、そしてしたがって一定量の元素が特定の比率で互いに関連していることが示された。^[要出典]これらの発見は、ドルトンの結合比と同様に、物質の原子的性質に関する初期の手がかりであった。

1803年、イギリスの気象学者で化学者のジョン・ドルトンは、気体混合物中の成分と、各成分が混合物全体の圧力に及ぼす相対圧力の関係を記述するドルトンの法則を提唱した。 ^[66] 1801年に発見されたこの概念は、ドルトンの部分圧の法則としても知られている。

ドルトンは 1803 年に現代の原子理論も提唱しました。この理論では、すべての物質は原子と呼ばれる小さな分割できない粒子で構成され、特定の元素の原子は独自の特性と重さを持ち、原子には単純 (元素)、複合 (単純分子)、複合 (複合分子) の 3 つの種類があると主張しました。1808 年に、ドルトンは初めて『化学哲学の新体系』 (1808-1827) を出版し、原子理論の最初の現代科学的説明を概説しました。この研究は、化学元素を特定の種類の原子として特定し、ニュートンの化学的親和力の理論を否定しました。

その代わりに、ドルトンは、水素の原子量を常に 1 として、反応物の重量の比をとることによって化合物中の元素の割合を推測しました。イェレミアス・ベンジャミン・リヒター(化学量論という用語を導入したことで知られています) に従って、彼は化学元素が整数比で結合することを提唱しました。これは倍数比例の法則またはドルトンの法則として知られており、ドルトンは彼の著書『新化学哲学体系』でこの法則の明確な説明を含めました。倍数比例の法則は、原子論を確立するために使用された化学量論の基本法則の 1 つです。この著作は、原子を物理的に実在する実体として初めて捉え、化学記号のシステムを導入したという点で重要ですが、『新化学哲学体系』では、熱量論と原子論にほぼ同じくらいの紙面を割いています。

フランスの化学者ジョセフ・プルーストは、 1797年から1804年の間に行われたいくつかの実験に基づいて、元素は常に小さな整数比で結合して化合物を形成するという定比例の法則を提唱しました^[67]倍数比例の法則とともに、定比例の法則は化学量論の基礎を形成します。定比例の法則と定数組成は、原子が存在することを証明するものではありません。しかし、原子が一定の割合で結合すると化合物が形成されると仮定せずに説明するのは困難です。

スウェーデンの化学者でドルトンの弟子であったイェンス・ヤコブ・ベルセリウスは、正確で精密な定量測定を行い、化学物質の純度を確保するための体系的なプログラムに着手した。ベルセリウスは、ラボアジエ、ボイル、ドルトンとともに近代化学の父として知られている。1828年に彼は相対的な原子量の表を作成した。この表では、酸素を標準としてその重量を100に設定し、当時知られているすべての元素が含まれていた。この研究は、無機化合物は整数の量で結合した原子で構成されるというドルトンの原子理論を支持する証拠を提供した。彼は多数の化合物の正確な基本成分を決定し、その結果はプルーストの定比例の法則を強く支持した。原子量が水素の重量の整数倍ではないことを発見したベルセリウスは、元素は水素原子から構築されるというプラウトの仮説も反証した。

ベルセリウスは、広範囲にわたる原子量の測定と実験の助けとなるように、1808年に出版した著書『化学の書』で古典的な化学記号と記法を導入した。この記法では、元素を1文字か2文字に省略し、ラテン語名と区別できる記号とした。この化学記法では、元素に酸素はO、鉄はFeといった簡単なラベルを貼り、割合を数字で表すというものであり、現在使われている基本的な記法と同じである。唯一の違いは、今日使われている下付き数字（例：H ₂ O）ではなく、ベルセリウスは上付き数字（H ² O）を使ったことである。ベルセリウスは、化学元素のシリコン、セレン、トリウム、セリウムを特定したとされている。ベルセリウスの研究室で働いていた学生たちは、リチウムとバナジウムも発見した。

ベルセリウスはラジカル化学結合理論を考案した。ラジカル化学理論では、ラジカルと呼ばれる安定した原子団が分子間で交換されるときに反応が起こるとされている。彼は塩が酸と塩基から形成される化合物であると信じ、酸の陰イオンは正極 (陽極)に引き寄せられ、塩基の陽イオンは負極 (陰極) に引き寄せられることを発見した。ベルセリウスは生気論を信じず、代わりに生物の組織を組織化する調節力を信じていた。ベルセリウスは「触媒」、「ポリマー」、「異性体」、「同素体」という化学用語の考案者ともされているが、彼の当初の定義は現代の用法とは大きく異なっている。たとえば、彼は 1833 年に「ポリマー」という用語を造語し、実験式は同じだが全体的な分子量が異なる有機化合物を記述した。化合物のうち大きいほうは小さいほうの「ポリマー」と記述された。この長い間使われてきた構造化以前の定義によれば、グルコース(C ₆ H ₁₂ O _{6 ) は}ホルムアルデヒド(CH ₂ O) のポリマーと見なされていました。

英国の化学者ハンフリー・デービーは電気分解の分野における先駆者で、アレッサンドロ・ボルタのボルタ電池を利用して一般的な化合物を分解し、一連の新元素を単離した。彼はさらに溶融塩の電気分解を進め、いくつかの新しい金属、特にナトリウムとカリウム、アルカリ金属として知られる反応性の高い元素を発見した。電気分解によって分離された最初の金属であるカリウムは、1807年にデービーが苛性カリ(KOH) から抽出して発見した。19世紀以前は、カリウムとナトリウムは区別されていなかった。同年、デービーは溶融水酸化ナトリウム(NaOH) に電流を流すことでナトリウムを初めて単離した。デービーは、ベルセリウスとポンタンが水銀中で石灰を電気分解してカルシウムアマルガムを調製したと聞いて、自分で試した。デービーは成功し、 1808年に石灰と酸化水銀の混合物を電気分解してカルシウムを発見した。^{[68] [69]}彼は生涯を通じて電気分解の研究を続け、1808年にマグネシウム、ストロンチウム^[70]、バリウムを単離した。^[71]

デービーは、ガスを吸入する実験も行いました。この実験手順は、何度か致命的となるところでしたが、笑気ガスとして知られるようになった亜酸化窒素の異常な効果の発見につながりました。塩素は、 1774年にスウェーデンの化学者カール・ヴィルヘルム・シェーレによって発見されました。彼はこれを「脱フロギストン化した海洋酸」（フロギストン説を参照）と呼び、誤って酸素が含まれていると考えました。シェーレは、リトマス試験紙を漂白する効果、昆虫に致命的な効果、黄緑色、王水に似た匂いなど、塩素ガスのいくつかの特性を観察しました。しかし、シェーレは当時、自分の発見を公表できませんでした。1810年、塩素は実際には元素であると主張したハンフリー・デービーによって現在の名前（緑を意味するギリシャ語に由来）が付けられました。^[72]彼はまた、オキシムリア酸（HCl溶液）として知られる物質からは酸素が得られないことを示した。この発見は、酸を酸素の化合物と定義したラボアジエの定義を覆した。デイビーは人気のある講師であり、有能な実験者でもあった。

フランスの化学者ジョゼフ・ルイ・ゲイ＝リュサックは、気体の性質の定量的研究においてラボアジエらと関心を共有した。1801年から1802年にかけての最初の主要な研究計画から、ゲイ＝リュサックは、すべての気体の体積が同じであれば、同じ温度上昇で膨張する、という結論に達した。この結論は、ゲイ＝リュサックが1780年代にほぼ同じ結論に達していたが公表していなかったジャック・シャルルに功績を認めたことから、通常「シャルルの法則」と呼ばれる。 ^[73]この法則は、1801年までにイギリスの自然哲学者ジョン・ドルトンによって独立して発見されたが、ドルトンの記述はゲイ＝リュサックほど徹底したものではなかった。^{[74] [75]} 1804年、ゲイ＝リュサックは水素を充填した気球で海抜7,000メートル以上の高さまで大胆に登頂した。これはその後50年間達成されなかった偉業であり、これにより彼は気体の他の側面を調査することができた。彼は様々な高度で磁気測定値を収集しただけでなく、圧力、温度、湿度の測定値と空気のサンプルを採取し、後に化学的に分析した。

1808年、ゲイ＝リュサックは、おそらく彼の最大の業績とも言えるものを発表しました。彼は、自分自身と他の人の実験から、一定の温度と圧力下では気体は単純な体積比で結合し、結果として生じる生成物（気体の場合）も、反応物の体積に対して単純な体積比を持つことを導きました。言い換えれば、温度と圧力が等しい条件下では、気体は小さな整数の体積比で互いに反応します。この結論は、後に「ゲイ＝リュサックの法則」または「結合体積の法則」として知られるようになりました。ゲイ＝リュサックは、エコール・ポリテクニークの同僚教授ルイ・ジャック・テナールとともに、初期の電気化学研究にも参加し、電気化学によって発見された元素を調査しました。他の業績の中でも、彼らは溶融カリウムを使用してホウ酸を分解し、ホウ素元素を発見しました。二人はまた、ラヴォアジエの酸の定義を修正し、有機化合物の酸素と水素含有量を分析する彼のプログラムを推進した当時の議論にも参加した。

ヨウ素という元素は、1811年にフランスの化学者ベルナール・クルトワによって発見された。 ^{[76] [77]}クルトワは研究を続けるため、友人のシャルル・ベルナール・デゾルム(1777–1862) とニコラ・クレマン(1779–1841) にサンプルを渡した。また、彼はその物質の一部をゲイ＝リュサックと物理学者アンドレ＝マリー・アンペールにも渡した。1813年12月6日、ゲイ＝リュサックはその新物質が酸素の元素か化合物であると発表した。^{[78] [79] [80]}ゲイ＝リュサックは、紫を意味するギリシャ語の ιώδες (iodes) から「ヨード」という名前を提案した。これはヨウ素蒸気の色に由来する。^{[76] [78]}デイビーはこの物質についていくつかの実験を行い、塩素との類似性に注目した。^[81]デイビーは12月10日付けの手紙をロンドン王立協会に送り、新元素を特定したと述べた。^[82]誰が最初にヨウ素を特定したかをめぐってデイビーとゲイ＝リュサックの間で論争が勃発したが、どちらの科学者もクルトワが最初に元素を単離したことを認めた。

1815年、ハンフリー・デービーはデービーランプを発明し、これにより炭鉱労働者は可燃性ガスのある場所でも安全に作業できるようになりました。当時炭鉱労働者が使用していたランプの炎によって燃えるガスやメタンが頻繁に発生し、炭鉱での爆発が多発していました。デービーはランプの炎を鉄の金網で覆い、ランプ内で燃えるメタンが大気中に放出されるのを防ぐことを思いつきました。安全ランプのアイデアはウィリアム・リード・クラニーや当時無名だったが後に非常に有名になった技術者ジョージ・スティーブンソンによって既に実証されていましたが、金網を使って炎の広がりを防ぐデービーの方法は、その後の多くの発明家たちの設計に採用されました。デービーがランプの原理をスミスソン・テナントの研究の助けなしに発見したかどうかについては議論がありましたが、両者の研究は独立していたというのが一般的な見解でした。デイビーはランプの特許取得を拒否したが、この発明により1816年にランフォードメダルを受賞した。 ^[83]

ドルトンが1808年に原子論を発表した後、彼の中心的なアイデアのいくつかはすぐにほとんどの化学者に採用されました。しかし、原子論がどのように構成され、具体的な状況に適用されるべきかについては、半世紀の間不確実性が続きました。さまざまな国の化学者がいくつかの異なる互換性のない原子システムを開発しました。この困難な状況からの脱出方法を提案した論文は、イタリアの物理学者アメデオ・アボガドロ（1776-1856）によって1811年に早くも発表されました。アボガドロは、同じ温度と圧力の等体積の気体には同数の分子が含まれるという仮説を立て、そこから、任意の2つの気体の相対分子量は、同じ温度と圧力の条件下での2つの気体の密度の比に等しいという結論が導き出されました。アボガドロはまた、単純な気体は単独の原子から形成されているのではなく、2つ以上の原子の複合分子であると推論しました。こうしてアボガドロは、ゲイ＝リュサックが 100 °C を超えると水蒸気の体積はそれを形成する酸素の体積の 2 倍になると報告したときにドルトンらが直面した困難を克服することができました。アボガドロによれば、酸素分子は水蒸気を形成する過程で 2 つの原子に分裂したのです。

アボガドロの仮説は、最初に発表されてから半世紀もの間、無視されてきました。無視された理由は数多く挙げられていますが、その中には、化合物は正と負の電荷の引力によって結合しており、酸素のように電気的に類似した 2 つの原子からなる分子が存在することは考えられないとするイェンス・ヤコブ・ベルセリウスの「二元論」などの理論上の問題も含まれています。受け入れられるのにさらに障害となったのは、多くの化学者が、問題を解決するために物理的な方法 (蒸気密度の測定など) を採用したがらなかったことです。しかし、世紀半ばまでに、一部の指導者たちは、原子量と分子式の競合するシステムの混沌とし​​た多様性を許容できないと考え始めました。さらに、アボガドロのアプローチが結局正しいかもしれないことを示唆する純粋に化学的な証拠が積み重なり始めました。 1850 年代には、イギリスのアレクサンダー・ウィリアムソン、フランスのチャールズ・ゲルハルトとシャルル・アドルフ・ヴュルツ、ドイツのアウグスト・ケクレなどの若い化学者たちが、理論化学をアボガドリアン理論と整合させる改革を主張し始めました。

1825年、フリードリヒ・ヴェーラーとユストゥス・フォン・リービッヒは、ベルセリウスによって以前に命名されていた異性体の最初の確認された発見と説明を行った。彼らはシアン酸と雷酸を用いて、異性体は分子構造内の原子の異なる配置によって引き起こされると正しく推論した。1827年、ウィリアム・プラウトは生体分子を炭水化物、タンパク質、脂質という現代的なグループに分類した。燃焼の性質が決まった後、生気論と有機物質と無機物質の本質的な違いについての論争が始まった。生気論の問題は、1828年にフリードリヒ・ヴェーラーが尿素を合成し、無機出発物質から有機化合物を生成できることを確立して生気論の理論を反証したときに革命的変化を遂げた。

これにより化学の新しい研究分野が開かれ、19世紀末までに科学者は数百の有機化合物を合成できるようになりました。その中で最も重要なのは、藤色、マゼンタ色、その他の合成染料、および広く使用されていた薬物アスピリンです。尿素の人工合成の発見は、尿素とシアン酸アンモニウムの経験的化学式が同一であるため、異性体の理論に大きく貢献しました（ヴェーラー合成を参照）。1832年、フリードリヒ・ヴェーラーとユストゥス・フォン・リービッヒは、有機化学に関連して官能基とラジカルを発見して説明し、ベンズアルデヒドを初めて合成しました。ドイツの化学者リービッヒは、農業化学と生物化学に多大な貢献をし、有機化学の組織化に取り組んで、その主要な創始者の一人と見なされています。^[86]リービッヒは、窒素が植物にとって必須の栄養素であることを発見し、個々の栄養素が作物に与える影響を説明した最小法則を定式化したことから、「肥料産業の父」とも呼ばれています。

1838年生まれのウラジミール・マルコフニコフはロシアの科学者で、その研究のほとんどをロシアのカザン大学で行った。^[87]カザンでは「ロシア有機化学の発祥地」として知られる研究所でブトレロフのもとで学び、その後ドイツでも2年間化学を学んだ。^[87]有機化学分野へのマルコフニコフの貢献には、同名のマルコフニコフ則の開発が含まれる。これは、ハロゲン化水素をアルケンやアルキンに加えると、水素が最も多くの水素置換基を持つ炭素の側に水素が結合するというものである。^[88]この則に従う化学生成物はマルコフニコフ生成物とみなされ、従わないものは反マルコフニコフ生成物とみなされる。^{[88]マルコフニコフ則は有機合成における}位置選択性の初期の例であり、その現代的な理解は化学産業において依然として重要であり、反マルコフニコフ生成物を生成する触​​媒が開発されている。^[88]マルコフニコフ則の重要な側面は、当時の多くの化学者が化学式を原子の物理的配置を表すものとして考えていなかったため、原子の構造的配置に基づいて反応性を説明することである（ラジカル理論も参照）。^[89]

1840年、ジャーメイン・ヘスは、エネルギー保存の法則の初期の記述であるヘスの法則を提唱しました。これは、化学過程におけるエネルギー変化は、出発物質と生成物質の状態にのみ依存し、2つの状態間の特定の経路には依存しないことを確立しています。1847年、ヘルマン・コルベは、完全に無機的な源から酢酸を得て、さらに生気論を反証しました。1848年、ウィリアム・トムソン、初代ケルビン男爵（一般にケルビン卿として知られる）は、すべての分子運動が停止する温度である絶対零度の概念を確立しました。1849年、ルイ・パスツールは、酒石酸のラセミ体が左旋性形態と右旋性形態の混合物であることを発見し、これにより旋光性の性質が明らかになり、立体化学の分野が前進しました。^[90] 1852年、アウグスト・ビールは、混合物の組成と吸収する光の量との関係を説明するビールの法則を提唱しました。ピエール・ブーゲとヨハン・ハインリッヒ・ランバートによる以前の研究に部分的に基づいて、分光光度法として知られる分析技術を確立しました。^[91] 1855年、ベンジャミン・シリマン・ジュニアは、現代の石油化学産業全体を可能にした石油分解法の先駆者となりました。^[92]

アボガドロの仮説は、彼の同胞で同僚の科学者であるスタニスラオ・カニッツァーロがアボガドロの死後2年経った1858年にその価値を実証して初めて、化学者の間で広く受け入れられるようになった。カニッツァーロの化学的関心はもともと天然物と芳香族化合物の反応に集中していたが、1853年にベンズアルデヒドを濃塩基で処理すると安息香酸とベンジルアルコールの両方が生成することを発見した。これは今日カニッツァーロ反応として知られる現象である。1858年のパンフレットでカニッツァーロは、アボガドロの考えに完全に立ち返ることで、入手可能な経験的証拠のほぼすべてに適合する一貫性のある堅牢な理論構造を構築できることを示した。例えば、彼は、すべての基本気体が1分子あたり2つの原子で構成されているわけではないことを示唆する証拠を指摘した。単原子のものもあれば、ほとんどが二原子のものもあり、さらに複雑なものもいくつかあった。

もう一つの論点は、アルカリ金属（ナトリウムなど）とアルカリ土類金属（カルシウムなど）の化合物の式であった。これらの化合物は化学的に非常によく似ているため、ほとんどの化学者は同じ式のタイプに割り当てたいと考えていた。カニッツァーロは、これらの金属を異なるカテゴリに分類すると、その物理的特性を使用して原子量を推定するときに、特定の異常が排除されるという有益な結果が得られると主張した。残念ながら、カニッツァーロのパンフレットは当初イタリア語でのみ出版され、すぐには大きな影響を与えなかった。本当の突破口は、 1860年9月にドイツのカールスルーエで開催された国際化学会議で訪れた。この会議には、ヨーロッパの主要な化学者のほとんどが出席していた。カールスルーエ会議は、ケクレ、ウルツ、および化学が進むべき方向についてカニッツァーロの考えを共有した他の数名によって企画された。フランス語で話したカニッツァーロの雄弁さと論理は、集まった人々に忘れられない印象を与えた。さらに、彼の友人アンジェロ・パヴェシは会議の終わりに出席者にカニザロのパンフレットを配布した。この文書を読んだことで決定的な印象を受けたと後に書いた化学者は複数いる。例えば、ローター・マイヤーは後にカニザロの論文を読んだとき「目から鱗が落ちるようだった」と書いている。^[93]このように、カニザロは改革のための戦いに勝つ上で重要な役割を果たした。彼が提唱し、その後すぐにほとんどの主要な化学者が採用したシステムは、今日でも使用されているものと実質的に同じである。

1856年、18歳のウィリアム・ヘンリー・パーキン卿は、教授のアウグスト・ヴィルヘルム・フォン・ホフマンから課題を与えられて、コールタールから抗マラリア薬のキニーネを合成しようと試みました。ある試みで、パーキンは二クロム酸カリウムを使ってアニリンを酸化しましたが、その中のトルイジン不純物がアニリンと反応して黒い固体を生成し、有機合成の「失敗」を示唆しました。アルコールでフラスコを洗浄していたとき、パーキンは溶液に紫色の部分があることに気づきました。この試みの副産物が、モーブインまたはパーキンのモーブとして知られる最初の合成染料でした。パーキンの発見は、最も初期の成功した化学産業の1つである染料合成産業の基礎となりました。

ドイツの化学者アウグスト・ケクレ・フォン・ストラドニッツの最も重要な貢献は、有機化合物の構造理論である。この理論は、1857 年と 1858 年に発表された 2 つの論文で概説され、非常に人気のあったLehrbuch der organischen Chemie (有機化学の教科書) で詳細に扱われている。この教科書の第 1 巻は 1859 年に出版され、徐々に 4 巻にまで拡大された。ケクレは、四価の炭素原子 (つまり、正確に 4 つの化学結合を形成する炭素) が互いに結合して、彼が「炭素鎖」または「炭素骨格」と呼ぶものを形成し、これに他の原子価を持つ他の原子 (水素、酸素、窒素、塩素など) が結合できると主張した。彼は、少なくとも当時知られていたより単純な有機化合物については、この詳細な分子構造を化学者が指定できると確信していた。この時代にこのような主張をした化学者はケクレだけではなかった。スコットランドの化学者アーチボルド・スコット・クーパーは、ほぼ同時期に実質的に同様の理論を発表し、ロシアの化学者アレクサンドル・ブトレロフは構造理論の明確化と拡張に大きく貢献した。しかし、化学界で主流となったのは主にケクレの考えであった。

英国の化学者で物理学者のウィリアム・クルックスは、原子物理学の発展の基礎となった陰極線の研究で知られています。希薄ガス中の放電に関する研究により、クルックスは陰極の周りの暗部を観測しました。これは現在クルックスの暗部と呼ばれています。クルックスは、陰極線が直線的に進み、特定の物質に当たると燐光と熱を生成することを実証しました。真空管の先駆者であるクルックスは、陰極線の挙動を研究するために部分的な真空を備えた初期の実験用放電管であるクルックス管を発明しました。ロバート・ブンゼンとグスタフ・キルヒホッフ(1859–1860)によるスペクトル分析の導入により、クルックスは新しい技術をセレン化合物の研究に応用しました。ブンゼンとキルヒホッフは、以前にも分光法を化学分析の手段として使用し、セシウムとルビジウムを発見していました。1861年、クルックスはこのプロセスを使用して、いくつかのセレン含有鉱床でタリウムを発見しました。彼はその新元素の研究を続け、それを単離し、その特性を研究し、1873年にその原子量を決定しました。タリウムの研究中に、クルックスはクルックス放射計の原理を発見しました。これは光放射を回転運動に変換する装置です。この放射計の原理は、高感度測定機器の開発に数多く応用されています。

1862年、アレクサンダー・パークスは、最古の合成ポリマーの1つであるパー​​クシンをロンドン万国博覧会に出展しました。この発見は、現代のプラスチック産業の基礎を形成しました。1864年、カトー・マクシミリアン・グルドベリとピーター・ワーゲは、クロード・ルイ・ベルトレーの考えを基に、質量作用の法則を提唱しました。1865年、ヨハン・ヨーゼフ・ロシュミットは、 1モルに含まれる分子の数を決定し、後にアボガドロ数と名付けられました。

1865年、アウグスト・ケクレは、ロシュミットらの研究に部分的に基づき、ベンゼンの構造を、単結合と二重結合が交互に並んだ6つの炭素環として確立した。ベンゼンの環状構造に関するケクレの斬新な提案は多くの論争を呼んだが、より優れた理論に取って代わられることはなかった。この理論は、19世紀後半のドイツ化学産業の劇的な拡大の科学的根拠となった。ケクレは、ベンゼン分子に基づく化合物である芳香族化合物の性質を明らかにしたことでも有名である。1865年、アドルフ・フォン・バイヤーは藍染料の研究を開始した。これは、染色産業に革命をもたらした近代工業有機化学の画期的な出来事であった。

スウェーデンの化学者で発明家のアルフレッド・ノーベルは、ニトログリセリンを珪藻土などの吸収性の不活性物質に混ぜると、より安全で扱いやすくなることを発見し、この混合物をダイナマイトとして 1867 年に特許を取得した。ノーベルは後に、コロジオンに似たさまざまなニトロセルロース化合物とニトログリセリンを組み合わせ、別の硝酸塩爆薬を組み合わせたより効率的な製法に落ち着き、ダイナマイトよりも強力な爆薬である透明なゼリー状の物質を得た。ジェリグナイト、または爆破用ゼラチンと名付けられたこの物質は 1876 年に特許を取得し、その後、硝酸カリウムやその他のさまざまな物質を加えて改良した同様の組み合わせが多数開発された。

既知の化学元素のリストの意味を理解する上で（また原子の内部構造を理解する上でも）重要な躍進となったのは、ドミトリ・メンデレーエフが最初の近代的な周期表、つまり元素の周期的な分類を開発したことでした。ロシアの化学者メンデレーエフは、元素には何らかの秩序があると感じ、当初は学生のためにこの分野の混乱の一部を解決しようと考え、13年以上を費やしてデータ収集と概念の組み立てを行いました。メンデレーエフは、既知のすべての化学元素を原子量の増加する順に並べると、結果として得られる表には元素のグループ内における特性の繰り返しパターン、つまり周期性が表示されることを発見しました。メンデレーエフの法則により、彼は当時知られていた66元素すべてを原子量に基づいて体系的に周期表にまとめることができ、 1869年に『化学原理』でそれを出版した。彼の最初の周期表は、元素を原子量の昇順に並べ、特性の類似性によってグループ化することに基づいて編纂された。

メンデレーエフは周期律の妥当性に強い信念を持っていたため、いくつかの元素の原子量の一般に受け入れられている値を変更することを提案し、1871年の周期表の彼のバージョンでは、未知の元素の表内の位置とその特性を予測しました。彼は、エカボロン（Eb）、エカアルミニウム（Ea）、エカシリコン（Es）と名付けた、まだ発見されていない3つの元素の可能性のある特性さえ予測しました。これらは、メンデレーエフによって割り当てられた周期表の場所を埋める、それぞれスカンジウム、ガリウム、ゲルマニウムの特性の良い予測因子であることが証明されました。

当初、周期表は化学者の間で関心を惹きませんでした。しかし、1875 年のガリウム、1879 年のスカンジウム、1886 年のゲルマニウムなど、予測された元素が発見されると、周期表は広く受け入れられるようになりました。その後、メンデレーエフは生涯で予測の多くが証明され、周期表の創始者として名声を得ました。この体系化は、1862年に元素周期表の初期の3次元バージョンであるテルリックらせんを発表したアレクサンドル＝エミール・ベギエ・ド・シャンクルトワ、 1864年にオクターブの法則（周期律の前身）を提唱したジョン・ニューランズ、および1864年に原子価によって体系化された28の元素を含む初期の周期表を開発したローター・マイヤーによる以前の分類の試みを上回った。しかし、メンデレーエフの表には、まだ発見されていなかった希ガスは含まれていなかった。徐々に、周期律と表は化学理論の大部分の枠組みとなっていった。メンデレーエフは1907年に亡くなるまでに、国際的に認知され、多くの国から表彰や賞を受けていた。

1873年、ヤコブス・ヘンリクス・ファン・ト・ホフとジョセフ・アシル・ル・ベルは独立して、パスツールのキラリティー実験を説明する化学結合モデルを開発し、キラル化合物の光学活性の物理的原因を示した。^[94]ファン・ト・ホフの出版物は、「3次元化学構造式の開発に関する提案」と呼ばれ、12ページの本文と1ページの図で構成されており、立体化学の発展に弾みをつけました。この出版物で扱われた「非対称炭素原子」の概念は、当時の構造式では説明できなかった多数の異性体の発生を説明しました。同時に、彼は光学活性と非対称炭素原子の存在との間に関係があることを指摘しました。

アメリカの数理物理学者J. ウィラード ギブスの熱力学の応用に関する研究は、物理化学を厳密な演繹科学に変える上で重要な役割を果たしました。1876 年から 1878 年にかけて、ギブスは熱力学の原理を研究し、それを化学反応に関わる複雑なプロセスに適用しました。彼は化学ポテンシャルの概念、つまり化学反応を機能させる「燃料」を発見しました。1876 年に彼は最も有名な貢献である「不均質物質の平衡について」を出版しました。これは熱力学と物理化学に関する研究をまとめたもので、化学平衡の物理的基礎を説明するために自由エネルギーの概念を提示しました。 ^[95]これらのエッセイは、ギブスの物質の相の理論の始まりでした。彼は物質の各状態を相、各物質を成分と見なしました。ギブスは、化学反応に関係するすべての変数（温度、圧力、エネルギー、体積、エントロピー）を、ギブスの位相則として知られる 1 つの簡単な方程式に組み込みました。

この論文には、おそらく彼の最も傑出した貢献である、自由エネルギーの概念の導入が含まれていました。これは現在、彼に敬意を表して広くギブスの自由エネルギーと呼ばれています。ギブスの自由エネルギーは、自然過程において、物理系または化学系が同時にエネルギーを低下させ、無秩序性、つまりエントロピーを増大させる傾向に関連しています。ギブスのアプローチにより、研究者は化学反応などの過程における自由エネルギーの変化と、それが起こる速度を計算できます。事実上すべての化学過程と多くの物理過程にはこのような変化が伴うため、彼の研究はこれらの科学の理論的側面と経験的側面の両方に大きな影響を与えました。1877 年、ルートヴィヒ ボルツマンは、エントロピーや気相中の分子速度の分布など、多くの重要な物理的および化学的概念の統計的導出を確立しました。^{[96]ギブスはボルツマンや}ジェームズ・クラーク・マクスウェルとともに、統計力学（彼の造語）と呼ばれる理論物理学の新しい分野を創設し、熱力学の法則を粒子の大きな集団の統計的性質の結果として説明した。ギブスはマクスウェル方程式の物理光学の問題への応用にも取り組んだ。多数の粒子を含むシステムの統計的性質から熱力学の現象論的法則を導出したギブスは、死の1年前の1902年に出版された非常に影響力のある教科書「統計力学の基本原理」で発表された。その研究で、ギブスは熱力学の法則と分子運動の統計理論との関係を再検討した。不連続点でのフーリエ級数の部分和が元の関数を超えてしまう現象は、ギブス現象として知られている。

ドイツの技術者カール・フォン・リンデによる、大量のガスを連続的に液化するプロセスの発明は、現代の冷凍技術の基礎となり、低温と超高真空で科学研究を行うきっかけと手段となった。彼はジメチルエーテル冷凍機 (1874 年) とアンモニア冷凍機 (1876 年) を開発した。他の冷凍ユニットは以前にも開発されていたが、リンデのものは効率の正確な計算を目的として設計された最初のものであった。1895 年、彼は液体空気を生産する大規模な工場を設立した。6 年後、彼は液体空気から純粋な液体酸素を分離する方法を開発し、その結果、酸素を使用するプロセスへの産業的転換が広まった (たとえば、鉄鋼製造)。彼は市場シェアと収益で 世界最大の産業用ガス会社であるリンデ社を設立した。

1883年、スヴァンテ・アレニウスは電解質の伝導性を説明するイオン理論を展開した。^[98] 1884年、ヤコブス・ヘンリクス・ファントホフは化学反応速度論に関する独創的な研究「動的化学の研究」を出版した。^[99]この研究で、ファントホフは初めて物理化学の分野に足を踏み入れた。非常に重要なのは、変換熱と温度変化による平衡の変位との間の一般的な熱力学的関係を彼が展開したことである。一定の容積では、システム内の平衡はシステムにかかる温度変化に対抗する方向にシフトする傾向がある。したがって、温度を下げると熱が発生し、温度を上げると熱が吸収される。この可動平衡の原理は、その後（1885年）ヘンリー・ルイ・ルシャトリエによって一般的な形で提示され、彼はこの原理を、加えられた圧力変化に対する体積変化による補償を含むように拡張した。ファントホッフ＝ルシャトリエの原理、または単にルシャトリエの原理は、外部応力に対する動的化学平衡の応答を説明する。^[100]

1884年、ヘルマン・エミール・フィッシャーは、多くの生体分子の重要な構造であるプリンの構造を提唱し、1898年にこれを合成した。彼はまた、グルコースおよび関連糖の化学に関する研究を始めた。^[101] 1885年、オイゲン・ゴールドシュタインは、後に電子で構成されていることを発見された陰極線を と名付け、後に陰極線管で電子を奪われた正の水素イオンであることが発見された運河線を と名付けた。これらは後に陽子と名付けられる。^[102] 1885年には、JH ファントホフが希薄溶液のこの理論を扱ったL'Équilibre chimique dans les Systèmes gazeux ou dissous à I'État dilué (気体系または強く希釈された溶液における化学平衡) が出版された年でもある。ここで彼は、十分に希薄な溶液の「浸透圧」は濃度と絶対温度に比例し、この圧力はガス圧の式から係数iだけずれた式で表すことができることを実証した。彼はまた、さまざまな方法、たとえば蒸気圧やフランソワ＝マリー・ラウールの凝固点低下に関する結果などによってiの値を決定した。こうしてファントホフは、熱力学法則がガスだけでなく希薄溶液にも有効であることを証明できた。彼の圧力法則は、アムステルダム（1888年）で彼と一緒に研究するようになった最初の外国人であるアルレニウス（1884年～1887年）の電解解離理論によって一般的な有効性が認められ、自然科学の分野で最も包括的かつ重要なものと考えられている。1893年、アルフレッド・ヴェルナーはコバルト錯体の八面体構造を発見し、これにより錯体化学の分野を確立した。^[103]

スコットランドの化学者ウィリアム・ラムゼーの最も有名な発見は、無機化学におけるものでした。ラムゼーは、イギリスの物理学者ジョン・ストラット（第3代レイリー男爵）が1892年に、化合物中の窒素の原子量が大気中の窒素よりも低いことを発見したことに興味をそそられました。彼はこの食い違いを窒素の化合物に含まれる軽いガスのせいにし、一方ラムゼーは大気中の窒素にこれまで発見されていなかった重いガスがあるのではないかと疑いました。空気から既知のガスをすべて除去する2つの異なる方法を使用して、ラムゼーとレイリー卿は、1894年に、大気のほぼ1パーセントを構成する単原子で化学的に不活性なガス状元素を発見したことを発表し、それをアルゴンと名付けました。

翌年、ラムゼーはクレバイトと呼ばれる鉱物から別の不活性ガスを解放しました。これは、それまで太陽スペクトルでのみ知られていたヘリウムであることが判明しました。ラムゼーは、著書「大気のガス」（1896年）で、元素周期表におけるヘリウムとアルゴンの位置から、少なくともあと3種類の希ガスが存在する可能性があることを示しました。1898年、ラムゼーと英国の化学者モリス・W・トラバースは、ネオン、クリプトン、キセノンと呼ばれるこれらの元素を空気から分離し、低温高圧下で液体状態にしました。ウィリアム・ラムゼー卿は、1903年にフレデリック・ソディと共同で、ラジウムサンプルの放射性崩壊中にアルファ粒子（ヘリウム原子核）が継続的に生成されることを実証しました。ラムゼーは「空気中の不活性気体元素の発見と、それらの周期表における位置の決定への貢献」が認められ、 1904年にノーベル化学賞を受賞した。

1897年、JJトムソンはブラウン管を使って電子を発見した。1898年、ヴィルヘルム・ウィーンは陽イオンの流れであるカナル線が磁場によって偏向し、偏向量は質量電荷比に比例することを実証した。この発見は1912年に質量分析法として知られる分析技術につながった。^[104]

マリー・スクウォドフスカ＝キュリーは、放射能に関する先駆的な研究で知られる、ポーランド生まれのフランスの物理学者・化学者です。彼女と夫は、放射能の研究によって核時代の礎を築いたと考えられています。マリーは、 1896年にウランがヴィルヘルム・レントゲンが発見したX線に似た放射線を発することを発見したフランスの物理学者、アンリ・ベクレルの研究に魅了されました。マリー・キュリーは1897年後半にウランの研究を始め、1904年にセンチュリー誌に寄稿した記事によると、「ウラン化合物による放射線の放出は金属自体の特性であり、化学的または物理的状態とは無関係にウラン元素の原子特性である」という理論を立てました。キュリーはベクレルの研究をさらに数歩進め、ウラン放射線に関する独自の実験を行いました。彼女は、ウランの状態や形状に関係なく、放射線は一定であることを発見しました。彼女は、放射線は元素の原子構造から発生すると理論づけました。この革命的なアイデアから原子物理学の分野が生まれ、キュリー夫妻はこの現象を説明するために「放射能」という言葉を作り出しました。

ピエールとマリーは放射能をさらに探究し、ウラン鉱石の物質を分離し、次に電位計を使用して放射線を測定し、結果として生じた分画の中にある微量の未知の放射性元素を「追跡」しました。 2人はピッチブレンド鉱物の研究を行い、1898年に新しい放射性元素を発見しました。彼らはその元素を、マリーの母国ポーランドにちなんでポロニウムと名付けました。 1898年12月21日、キュリー夫妻はピッチブレンドに別の放射性物質が存在することを検出しました。彼らは12月26日にこの発見をフランス科学アカデミーに提出し、新しい元素をラジウムと呼ぶことを提案しました。 キュリー夫妻はその後、ポロニウムとラジウムを自然​​界の化合物から分離し、それらが新しい元素であることを証明することに取り組みました。 1902年、キュリー夫妻は1デシグラムの純粋なラジウムを生成し、それがユニークな化学元素として存在することを示したと発表しました。ラジウムを単離するのに3年かかりましたが、ポロニウムを単離することはできませんでした。2つの新元素の発見と放射性同位元素を単離する技術の発見とともに、キュリーは放射性同位元素を使用した世界初の腫瘍の治療研究を監督しました。彼女はアンリ・ベクレルと夫のピエール・キュリーとともに1903年のノーベル物理学賞を受賞しました。彼女は1911年のノーベル化学賞の唯一の受賞者でした。彼女はノーベル賞を受賞した最初の女性であり、2つの異なる分野で同賞を受賞した唯一の女性です。

マリーとともに鉱石から純粋な物質を抽出する作業に取り組みながら、ピエール自身は新しい放射線の物理的研究 (発光および化学効果を含む) に集中しました。これは実際には工業資源を必要としましたが、比較的原始的な条件で達成されました。ピエール自身は、ラジウムから放出される放射線に対する磁場の作用を通じて、電気的に正、負、および中性の粒子が存在することを証明しました。これらは、後にアーネスト ラザフォードがアルファ線、ベータ線、およびガンマ線と呼ぶことになります。その後、ピエールは熱量測定によってこれらの放射線を研究し、ラジウムの生理学的効果も観察して、ラジウム療法への道を開きました。ピエール キュリーの発見の中には、強磁性物質が臨界温度遷移を示し、それを超えると物質が強磁性挙動を失うというものがありました。これは「キュリー点」として知られています。彼は科学アカデミーに選出され（1905年）、1903年にはマリーと共同で王立協会の権威あるデービー賞を受賞し、また彼女とベクレルと共同でノーベル物理学賞も受賞した。 1906年、パリのドーフィン通りで馬車にひかれ、即死した。彼の全作品は1908年に出版された。

ニュージーランド生まれの化学者で物理学者のアーネスト・ラザフォードは、 「原子物理学の父」とみなされています。ラザフォードは、当時はあまり理解されていなかったさまざまな形態の放射性「放射線」を分類するために、アルファ、ベータ、ガンマという名前を考案したことで最もよく知られています (アルファ線とベータ線は粒子線であり、ガンマ線は高エネルギーの電磁放射線の一種です)。ラザフォードは 1903 年に電場と磁場の両方でアルファ線を偏向させました。フレデリック・ソディと協力して、ラザフォードは放射能が元素の変化によるものであり、現在では核反応が関与していることがわかっています。

彼はまた、放射性元素の放射能の強さが一定時間かけて安定点まで減少することを観察し、半減する時間を「半減期」と名付けた。 1901年と1902年にはフレデリック・ソディと共同で、ある放射性元素の原子が原子の一部を高速で放出することで、別の放射性元素に自発的に変化することを証明した。 1906年、マンチェスター大学で、ラザフォードは学生のハンス・ガイガー（ガイガーカウンターで知られる）とアーネスト・マースデンによる実験を監督した。ガイガー・マースデンの実験では、ラドンの放射性崩壊によって発生したアルファ粒子のビームが、真空にした部屋の中で非常に薄い金箔の上に垂直に向けられた。当時広く信じられていたプラムプディングモデルでは、アルファ粒子はすべて箔を通過して検出器のスクリーンに当たるか、せいぜい数度だけ偏向するはずだった。

しかし、実際の結果はラザフォードを驚かせた。アルファ粒子の多くは予想通り通過したが、他の多くの粒子は小さな角度で偏向し、他の粒子はアルファ源に反射して戻った。彼らは、90 度よりはるかに大きな角度で偏向した粒子はごくわずかであることを観察した。金箔実験では、入射粒子のごく一部が大きく偏向したことが示された。ラザフォードは、アルファ粒子の一部が偏向または反射されたことから、原子には正電荷が集中し比較的大きな質量を持つ中心があることに気づいた。ラザフォードは後にこの正電荷の中心を「原子核」と名付けた。アルファ粒子は正電荷の中心に直接衝突するか、正電荷の影響を受けるほど近くを通過した。他の多くの粒子が金箔を通過したため、正電荷の中心は原子の残りの部分に比べて比較的小さいサイズであるはずであり、つまり原子はほとんどが空間である。ラザフォードは、この結果から、ラザフォード モデルとして知られる太陽系に似た原子のモデルを開発した。惑星と同様に、電子は太陽のような中心の原子核の周りを回っています。放射線と原子核に関する研究により、ラザフォードは 1908 年にノーベル化学賞を受賞しました。

1903 年、ミハイル・ツヴェットは重要な分析技術であるクロマトグラフィーを発明しました。1904 年、長岡半太郎は、電子が高密度の巨大な原子核の周りを回るという、原子の初期の核モデルを提唱しました。1905 年、フリッツ・ハーバーとカール・ボッシュは、アンモニアを製造するハーバー法を発明しました。これは、農業に深い影響を与えた工業化学における画期的な出来事でした。ハーバー法、またはハーバー・ボッシュ法は、窒素と水素を結合させてアンモニアを工業的に大量に生成し、肥料や軍需品を生産するものでした。現在の世界人口の半分の食糧生産は、この肥料製造法に依存しています。ハーバーは、マックス・ボルンとともに、イオン性固体の格子エネルギーを評価する方法として、ボルン ・ハーバーサイクルを提唱しました。

1905年、アルバート・アインシュタインはブラウン運動を説明し、原子論を決定的に証明した。レオ・ベークランドはベークライトを発明したが、これは商業的に成功した最初のプラスチックの1つである。1909年、ヨーロッパでヴァルター・ネルンストやマックス・プランクのもとで学んだアメリカの物理学者ロバート・アンドリュース・ミリカンは、油滴実験により、前例のない精度で個々の電子の電荷を測定した。この実験では、落下する小さな水滴（後に油滴）の電荷を測定した。彼の研究により、どの液滴の電荷も、電子の電荷という明確な基本値の倍数であることが確立され、したがってすべての電子が同じ電荷と質量を持つことが確証された。1912年から数年を費やして、彼はアルバート・アインシュタインが提唱したエネルギーと周波数の線形関係を調査し、最終的に証明し、プランク定数を光電的に初めて直接裏付けた。1923年、ミリカンはノーベル物理学賞を受賞した。

1909年、SPLソーレンセンはpHの概念を発明し、酸性度の測定方法を開発しました。1911年、アントニウス・ファン・デン・ブルックは、周期表の元素は原子量ではなく正の核電荷によってより適切に編成されているという考えを提唱しました。1911年、ブリュッセルで最初のソルベー会議が開催され、当時の最も著名な科学者のほとんどが集まりました。1912年、ウィリアム・ヘンリー・ブラッグとウィリアム・ローレンス・ブラッグはブラッグの法則を提唱し、物質の結晶構造を解明するための重要なツールであるX線結晶構造解析の分野を確立しました。1912年、ピーター・デバイは分子双極子の概念を使用して、一部の分子の非対称な電荷分布を説明しました。

オットー・ハーンはドイツの化学者であり、放射能と放射化学の分野の先駆者でした。彼は核分裂の発見において主導的な役割を果たし、科学分野として核化学を確立しました。ハーン、リーゼ・マイトナー、フリッツ・シュトラスマンは、ラジウム、トリウム、プロトアクチニウム、ウランの放射性同位元素を発見しました。彼はまた、原子反跳現象と核異性化現象を発見し、ルビジウム・ストロンチウム年代測定の先駆者となりました。1938年、ハーン、マイトナー、シュトラスマンは核分裂を発見しました。1939年2月の核分裂に関する2番目の論文で、ハーンとシュトラスマンは、核分裂プロセス中に追加の中性子が存在し、解放されることを予測し、核連鎖反応の可能性を開きました。ハーンはこれらの発見により1944年のノーベル化学賞を受賞しました。核分裂は原子炉と核兵器の基礎となった。

1913 年、デンマークの物理学者ニールス・ボーアは、現在ではボーア原子模型として知られるものを提唱し、量子力学の概念を原子構造に導入しました。この模型では、電子ははしごの横木のように、原子核の周りを厳密に定義された円軌道でのみ存在します。ボーア模型は、負に帯電した電子が、太陽の周りを回る惑星に似た、正に帯電した小さな原子核の周りを回る惑星モデルです (ただし、軌道は平面ではありません)。太陽系の重力は、数学的には、正に帯電した原子核と負に帯電した電子間のクーロン (電気) 引力に似ています。

しかし、ボーアの模型では、電子は原子核の周りを、大きさとエネルギーが決まった軌道で回っています。エネルギー準位は量子化されていると言われており、これは、ある半径の特定の軌道だけが許可され、中間の軌道は存在しないことを意味します。軌道のエネルギーはそのサイズに関係しています。つまり、最もエネルギーが低いのは、最も小さい軌道です。ボーアはまた、電子が1つの軌道から別の軌道に移動するときに電磁放射が吸収または放出されると仮定しました。特定の電子軌道だけが許可されているため、励起エネルギー状態から基底状態への電子のジャンプを伴う光の放出は、各要素に固有の放出スペクトルを生成します。ボーアは後にこの研究でノーベル物理学賞を受賞しました。

ニールス・ボーアは相補性原理にも取り組んでおり、これは電子が相互に排他的かつ有効な2つの方法で解釈できるというものである。電子は波または粒子モデルとして解釈できる。彼の仮説は、入射粒子が原子核に衝突し、励起された複合原子核を生成するというものである。これは彼の液滴モデルの基礎となり、後に化学者オットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンによる発見、物理学者リーゼ・マイトナーとオットー・フリッシュによる説明と命名の後、核分裂の理論的基礎となった。

1913年、ヘンリー・モーズリーはファン・デン・ブルックの以前の考えをもとに、原子量に基づいたメンデレーエフの周期表のいくつかの不備を修正するために原子番号の概念を導入した。フレデリック・ソディの放射化学におけるキャリアのピークは、1913年に同位体の概念を定式化した時であった。同位体とは、特定の元素は、異なる原子量を持ちながらも化学的には区別がつかない2つ以上の形で存在するというものである。彼は特定の放射性元素の同位体の存在を証明したことで記憶されており、また、他の人々と共に1917年にプロトアクチニウム元素を発見した功績も認められている。 1913年、JJトムソンはウィーンの研究を発展させ、荷電した亜原子粒子は質量電荷比で分離できることを示した。この技術は質量分析法として知られている。

アメリカの物理化学者ギルバート・N・ルイスは、原子価結合理論の基礎を築きました。彼は、原子の最外殻「価電子」にある電子の数に基づいた結合理論の開発に尽力しました。1902 年、ルイスは学生に価電子を説明しようとしていたとき、原子を各角に電子がある同心円状の立方体の集合で構成されていると描写しました。この「立方体原子」は、周期表の 8 つのグループを説明し、化学結合は電子の移動によって形成され、各原子に 8 つの外側の電子の完全なセット (「オクテット」) が与えられるというルイスの考えを表しました。

ルイスの化学結合理論は進化を続け、1916 年に彼は独創的な論文「分子の原子」を発表し、化学結合は 2 つの原子が共有する電子のペアであると提唱しました。ルイスのモデルは、古典的な化学結合を、結合した 2 つの原子間の電子のペアの共有と同一視しました。ルイスはこの論文で、原子と分子の電子構造を表す「電子点図」を導入しました。現在ではルイス構造として知られ、ほぼすべての化学入門書で取り上げられています。

1916 年の論文発表後まもなく、ルイスは軍事研究に関わるようになった。ルイスが化学結合の主題に戻るのは 1923 年で、その年に彼は「原子価と原子および分子の構造」と題する短いモノグラフで彼のモデルを巧みにまとめた。この主題に対する彼の関心の復活は、アメリカの化学者でゼネラル・エレクトリックの研究者であるアーヴィング・ラングミュアの活動に大きく刺激された。ラングミュアは 1919 年から 1921 年にかけてルイスのモデルを普及させ、詳細化した。ラングミュアはその後、共有結合という用語を導入した。1921 年、オットー・シュテルンとヴァルター・ゲルラッハは、素粒子における量子力学的スピンの概念を確立した。

共有が関与していない場合、ルイスは 1923 年に酸と塩基の電子対理論を考案しました。ルイスは酸を、不完全なオクテットを持ち、他の原子から電子を受け取ることができる原子または分子と再定義しました。塩基は当然ながら電子供与体です。彼の理論はルイス酸塩基の概念として知られています。1923 年に、GN ルイスとマール ランドールは、化学熱力学に関する最初の現代論文である「熱力学と化学物質の自由エネルギー」を出版しました。

1920 年代には、有機化学と錯体化学の分野でルイスの電子対結合モデルが急速に採用され、応用されました。有機化学では、これは主にイギリスの化学者アーサー・ラップワース、ロバート・ロビンソン、トーマス・ローリー、クリストファー・インゴールドの努力によるものであり、錯体化学では、ルイスの結合モデルはアメリカの化学者モーリス・ハギンズとイギリスの化学者ネヴィル・シジウィックの努力によって推進されました。

1920年代の量子力学

左から右へ、上段：ルイ・ド・ブロイ（1892–1987）とヴォルフガング・パウリ（1900–1958）、下段：エルヴィン・シュレーディンガー（1887–1961）とヴェルナー・ハイゼンベルク（1901–1976）

1924年、フランスの量子物理学者ルイ・ド・ブロイは論文を発表し、その中で波動粒子二重性に基づく電子波の革命的な理論を紹介した。当時、光と物質の波動と粒子の解釈は互いに矛盾していると考えられていたが、ド・ブロイは、これらの一見異なる特性はむしろ異なる視点から観察された同じ動作、つまり粒子が波のように動作することもあれば、波（放射線）が粒子のように動作することを示した。ブロイの提案は、原子内の電子の制限された運動の説明を提供した。ブロイの「物質波」というアイデアの最初の発表は他の物理学者からほとんど注目されなかったが、彼の博士論文のコピーが偶然アインシュタインの手に渡り、彼は熱狂的な反応を示した。アインシュタインは、ブロイの研究の重要性を明示的に、またそれをさらに発展させることによって強調した。

1925年、オーストリア生まれの物理学者ヴォルフガング・パウリは、 4つの量子数で記述されるように、原子内の単一の原子核の周りの2つの電子が同時に同じ量子状態を占めることはできないとするパウリの排他原理を考案しました。パウリは量子力学と場の量子論に多大な貢献をし（パウリの排他原理の発見により1945年のノーベル物理学賞を受賞）、固体物理学にも貢献し、ニュートリノの存在を仮説として立てました。独自の研究に加えて、彼は物理理論のいくつかの分野を総合した見事な著作を執筆し、それらは科学文献の古典とみなされています。

1926 年、39 歳のオーストリアの理論物理学者エルヴィン・シュレーディンガーは、量子波動力学の基礎となる論文を発表しました。これらの論文で彼は、量子力学の基本方程式である偏微分方程式について説明しました。この方程式は原子の力学と、ニュートンの運動方程式が惑星天文学との関係を持つのと同じ関係を持ちます。1924 年にルイ・ド・ブロイが行った、物質の粒子には二重の性質があり、状況によっては波のように振舞うという提案を採用し、シュレーディンガーは、そのようなシステムの挙動を波動方程式で記述する理論を導入しました。これは現在シュレーディンガー方程式として知られています。シュレーディンガー方程式の解は、ニュートン方程式の解とは異なり、物理的イベントの発生確率にのみ関連付けられる波動関数です。ニュートンの惑星軌道の容易に視覚化できる一連のイベントは、量子力学では、より抽象的な確率の概念に置き換えられています。 (量子論のこの側面はシュレーディンガーと他の物理学者を非常に不快にさせ、彼は晩年の多くを、自分が創り上げた理論の一般に受け入れられている解釈に対する哲学的な反論を定式化することに費やした。)

ドイツの理論物理学者ヴェルナー・ハイゼンベルクは、量子力学の重要な創始者の一人でした。1925年、ハイゼンベルクは量子力学を行列で定式化する方法を発見しました。この発見により、彼は1932年のノーベル物理学賞を受賞しました。1927年に彼は不確定性原理を発表しました。この原理に基づいて彼は自身の哲学を築き、最もよく知られています。ハイゼンベルクは、原子内の電子を研究する場合、それがどこにあるのか（電子の位置）またはどこに向かっているのか（電子の速度）は言うことができますが、両方を同時に表現することは不可能であることを証明しました。彼はまた、乱流の流体力学、原子核、強磁性、宇宙線、素粒子の理論にも重要な貢献をし、1957年にカールスルーエの西ドイツ初の原子炉とミュンヘンの研究用原子炉の計画に尽力した。第二次世界大戦中の彼の原子研究の仕事は、かなりの論争を巻き起こした。

量子化学の誕生は、 1926年のシュレーディンガー方程式の発見と水素原子へのその応用にあると考える人もいます。 ^{[要出典]しかし、1927年の}ウォルター・ハイトラーとフリッツ・ロンドンの論文^[105]は、量子化学の歴史における最初のマイルストーンとして認識されることがよくあります。これは、量子力学を二原子水素分子、つまり化学結合の現象に初めて適用したものです。その後の数年間で、エドワード・テラー、ロバート・S・マリケン、マックス・ボルン、J・ロバート・オッペンハイマー、ライナス・ポーリング、エーリッヒ・ヒュッケル、ダグラス・ハートリー、ウラジミール・アレクサンドロヴィチ・フォックなどによって大きな進歩が達成されました。^[要出典]

それでも、複雑な化学系に量子力学を応用した場合の一般的な力については懐疑的な見方が残っていた。^[要出典] 1930年頃の状況はポール・ディラックによって次のように説明されている。^[106]

物理学の大部分と化学全体の数学理論に必要な基礎となる物理法則は完全に分かっており、これらの法則を正確に適用すると方程式が複雑になりすぎて解けなくなるという難しさがあるだけです。したがって、複雑な原子システムの主な特徴をあまり計算せずに説明できる、量子力学を応用する近似的な実用的な方法を開発することが望ましいのです。

そのため、1930 年代と 1940 年代に開発された量子力学的手法は、化学的に関連する質問への回答というよりも、化学や分光学への量子力学の応用であったという事実を強調するために、理論分子物理学または原子物理学と呼ばれることがよくあります。1951 年、量子化学における画期的な論文は、クレメンス CJ ルーサーンのルーサーン方程式に関する独創的な論文です。 [ 107 ]この論文は、水素^や窒素などの小さな分子に対する自己無撞着場方程式の解への道を開いたのです。これらの計算は、当時最先端のコンピューターで計算された積分表の助けを借りて行われました。^[要出典]

1940年代には、多くの物理学者が分子物理学や原子物理学から原子物理学に転向した（J・ロバート・オッペンハイマーやエドワード・テラーなど）。グレン・T・シーボーグはアメリカの原子化学者で、超ウラン元素（ウランより重い元素）の単離と同定に関する研究で最もよく知られている。彼は、超ウラン元素の独立した発見により、エドウィン・マティソン・マクミランと1951年のノーベル化学賞を共同受賞した。シーボーギウムは彼にちなんで名付けられ、アルバート・アインシュタインとユーリ・オガネシアンとともに、生前に化学元素に名前が付けられた 唯一の人物となった。

20 世紀半ばまでに、物理学と化学の統合は原理的に広範囲に及び、化学的性質は原子の電子構造の結果として説明されるようになった。ライナス・ポーリングの『化学結合の性質』という本では、量子力学の原理を利用して、ますます複雑化する分子の結合角を推定した。しかし、量子力学から推定される原理の中には、生物学的に関連する分子の化学的特徴を定性的に予測できるものもあったが、20 世紀末まで、厳密な第一原理定量的手法というよりは、ルール、観察、レシピの集合体であった。^[要出典]

この発見的アプローチは、1953年にジェームズ・ワトソンとフランシス・クリックが、構成要素の化学に関する知識とロザリンド・フランクリンが得たX線回折パターンに基づいてモデルを構築し、 DNAの二重らせん構造を推測したときに勝利を収めました。^{[108]この発見は、生命の}生化学に関する研究の爆発的な増加につながりました。

同年、ミラー・ユーリーの実験により、地球上の原始的過程をシミュレートすることで、タンパク質の基本構成要素である単純なアミノ酸自体がより単純な分子から構築できることが実証されました。制御された環境下で実験室で仮説上の過程を研究するという化学者による最初の試みは、自然科学における生命の起源に関する豊富な研究のきっかけとなりました。

1983年、カリ・マリスがポリメラーゼ連鎖反応（PCR）として知られるDNAの試験管内増幅法を考案し、実験室でDNAを操作する化学プロセスに革命をもたらしました。PCRは特定のDNA断片を合成するのに使用でき、生物のDNA配列の決定を可能にし、巨大なヒトゲノムプロジェクトに至りました。

二重らせんパズルの重要なピースは、ポーリングの学生の一人であるマシュー・メセルソンとフランク・スタールによって解かれ、彼らの共同研究の結果（メセルソン・スタール実験）は「生物学における最も美しい実験」と呼ばれています。

彼らは、重さの違いに応じて分子を分類する遠心分離技術を使用しました。窒素原子は DNA の構成要素であるため、ラベルが付けられ、細菌内での複製が追跡されました。

1970年、ジョン・ポープルはガウスプログラムを開発し、計算化学の計算を大幅に容易にした。^[109] 1971年、イヴ・ショーヴァンはオレフィンメタセシス反応の反応機構の説明を提示した。^[110] 1975年、カール・バリー・シャープレスと彼のグループは、シャープレスエポキシ化、 ^{[111] [112]}シャープレス不斉ジヒドロキシル化、^{[113] [114] [115]}シャープレスオキシアミノ化[ 116] ^{[117] [118]}を含む立体選択的酸化反応を発見した。^[118 ] 1985年、ハロルド・クロト、ロバート・カール、リチャード・スモーリーは、建築家R・バックミンスター・フラーが設計したジオデシックドームに表面的に似た大きな炭素分子の一種であるフラーレンを発見した。^[119] 1991年、飯島澄男は電子顕微鏡を用いてカーボンナノチューブと呼ばれる円筒状のフラーレンの一種を発見したが、この分野での研究は1951年にはすでに行われていた。この材料はナノテクノロジーの分野で重要な構成要素である。 ^[120] 1994年、KCニコラウとそのグループ^{[121] [122]}、およびロバートA.ホルトンとそのグループは、タキソールの最初の全合成を達成した。^{[123] [124] [125]} 1995年、エリック・コーネルとカール・ウィーマンは、マクロスケールで量子力学的特性を示す物質である最初のボーズ・アインシュタイン凝縮体を作り出した。 ^[126]

20 世紀以前、化学は物質の性質とその変化に関する科学と定義されていました。したがって、化学は物質の劇的な変化には関係のない物理学とは区別されていました。さらに、物理学とは対照的に、化学は 19 世紀末まで主に記述的かつ経験的な科学のままでした。化学者は、原子量、分子量、結合比率、熱力学的量の概念に基づく一貫した定量的基礎を開発しましたが、高度な数学はあまり使用していませんでした。^[127]化学における数学の使用に消極的である人もいました。たとえば、哲学者オーギュスト・コントは1830 年に次のように書いています。

化学の問題の研究に数学的手法を採用しようとするあらゆる試みは、極めて非合理的であり、化学の精神に反するものとみなされなければならない...もし数学的分析が化学において重要な位置を占めることがあれば、幸いなことにそのような逸脱はほとんどあり得ないが、それは化学の急速かつ広範な退化を引き起こすであろう。

しかし、19 世紀後半になると、アウグスト・ケクレが1867 年に書いたように、状況は変わり始めました。

むしろ、私たちが現在原子と呼んでいるものについて、その性質を説明する数学的・機械的な説明がいつの日か見つかるのではないかと私は期待しています。

物質の性質に関する理解が進むにつれ、化学の実践者による化学の科学に対する自己理解も深まってきました。この継続的な歴史的評価プロセスには、化学のカテゴリ、用語、目的、範囲が含まれます。さらに、化学研究を支援する社会制度やネットワークの発展は、化学知識の創出、普及、応用を可能にする非常に重要な要素です。（化学の哲学を参照）

19 世紀後半には、地中から抽出された石油をさまざまな化学物質の生産に利用する動きが急速に進み、それまで使用されていた鯨油、コールタール、海軍の備蓄品の使用に取って代わった。石油の大規模生産と精製により、ガソリンやディーゼルなどの液体燃料、溶剤、潤滑油、アスファルト、ワックスの原料が供給され、合成繊維、プラスチック、塗料、洗剤、医薬品、接着剤、肥料やその他の用途のアンモニアなど、現代世界で一般的な多くの材料の生産にも利用されるようになった。これらの多くは、コスト効率の高い生産のために新しい触媒と化学工学の活用を必要とした。 ^[要出典]

20 世紀半ばには、シリコンとゲルマニウムの極めて純粋な単結晶の大型インゴットが作られ、半導体材料の電子構造の制御が精密化されました。他の元素をドーピングして化学組成を正確に制御することで、1951 年に固体トランジスタが製造され、電子機器、特にコンピューターで使用するための小型集積回路の製造が可能になりました。^{[出典が必要]}

時系列順に並べると：

• 化学の歴史から選ばれた古典論文
• 化学者の伝記 2017-07-08ウェイバックマシンにアーカイブされました
• CHEM-HIST: 化学史に関する国際メーリングリスト
• Eric R. Scerri、『周期表：その歴史と意義』、オックスフォード大学出版局、2006年。

• モリス、ピーター JT; ロック、アラン編 (2022)。化学の文化史。第 1 巻から第 6 巻。ロンドン: ブルームズベリー。ISBN 9781474294928。
• ベレッタ、マルコ編（2022年）。古代化学の文化史（第1巻）。ロンドン：ブルームズベリー。doi ：10.5040 / 9781474203746。ISBN 978-1-4742-9453-9。
• ジェンセン、ウィリアム B (2006)。「教科書と学問分野としての化学史の将来」化学史紀要3 :1-8 。
• マルタウフ、ロバート P. (1966)。化学の起源。ロンドン:オールドボーン。OCLC 977570829  。
• パーティントン、ジェームズ・R.（1961-1964）。化学の歴史。ロンドン：マクミラン。OCLC 1149250811  。（全4巻）
• プリンシペ、ローレンス・M（2013）。『錬金術の秘密』シカゴ：シカゴ大学出版局。ISBN 978-0226103792。（錬金術と化学の歴史の概要、両者の関係に焦点を当て、非常にわかりやすいスタイルで書かれています）
• ランプリング、ジェニファーM（2017）。「化学史の未来」。 アンビックス。64 （4）：295–300。doi ：10.1080/ 00026980.2017.1434970。PMID 29448901。
• ランプリング、ジェニファー・M（2020年）。『実験の火：1300-1700年のイギリス錬金術の発明』シカゴ：シカゴ大学出版局。ISBN 9780226826547。

ドキュメンタリー

• BBC (2010)。化学：不安定な歴史。

• ChemisLab – 過去の化学者
• SHAC: 錬金術と化学の歴史協会