Da metade do século XVII ao meio do século XIX, os cientistas intensificaram suas pesquisas, testando teorias com seus experimentos.
Uma das grandes controvérsias entre esses cientistas era o mistério da combustão. Dois químicos: Johann Joachim Becher e Georg Ernst Stahl propuseram a teoria do flogisto, que defendia que uma "essência" (como dureza ou a cor amarela) deveria escapar durante o processo da combustão. Esta Teoria nunca foi comprovada.
O primeiro químico que provou que o oxigênio é essencial à combustão foi Joseph Priestly. O oxigênio e o hidrogênio foram descobertos durante este período.
No entanto, foi o químico francês, Antoine Lavoisier, quem formulou a teoria aceita, até hoje, sobre a combustão. Tal descoberta é usado para marcar o nascimento da Química Moderna, à qual muitos se referem como Química Atômica.
As ideias de Lavoisier deram aos químicos a primeira compreensão consistente sobre a natureza das reações químicas. Lavoisier impulsionou a realização de novos trabalhos, como o de John Dalton sobre a teoria atômica; bem como motivou o químico italiano Amadeo Avogadro a formular sua própria teoria (Lei de Avogadro).
Por volta da metade do século XIX, já eram conhecidos cerca de 60 elementos químicos. Foi nesta época também que alguns químicos sentiram a necessidade de agrupar os elementos químicos de acordo com suas características.
Newlands, Stanislao Cannizzaro e Chancourtois foram os primeiros a notar que todos os elementos eram parecidos em estrutura. Mas, foi Dmitri Mendeleiev quem classificou os elementos e agrupou-os em uma tabela, que hoje é a conhecida tabela periódica.
O casal Curie e Henri Becquerel foram os descobridores da radioatividade, em meados dos anos 1896. Foi um passo para o estudo das reações nucleares.
Em 1919, Ernest Rutherford descobriu que os elementos podiam ser transmutados. O trabalho de Rutherford estipulou as bases para a interpretação da estrutura atômica. Pouco depois, outro químico, Niels Bohr, finalizou a teoria atômica.
Estes e outros avanços criaram muitos ramos distintos na química, que incluem a Bioquímica, Química Nuclear, Engenharia Química e Química Orgânica.
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