Pravděpodobně z východu přišlo do antického Řecka materialistické učení o živlech (materialismus je založen na myšlence, že svět existuje nezávisle na našem vědomí a vyvíjí se kupředu vlastním pohybem). Z tohoto učení se postupně zrodila myšlenka atomismu. Představy o tom, že se látky skládají z malých, dále už nedělitelných částic, vznikly Leukippa a jeho žáka Démokrita. Ten dospěl k názoru, že při dělení látky na stále menší a menší částečky se nakonec dostaneme k částečkám, které jsou již dále nedělitelné. Tyto částečky nazval atomy (řec. atomos = nedělitelný, nerozřezatelný na části). Předpokládal, že jsou nedělitelné a neporušitelné, protože jsou úplně tuhé a neobsahují prázdný prostor. Jejich tvar ovlivňuje fyzikální vlastnosti jednotlivých materiálů. Demokritos tvrdil, že atomy jsou v neustálém pohybu, který chápal jako původní vlastnost atomů. Naopak Aristoteles, jehož názor převládal po celý středověk, považoval látku za neomezeně dělitelnou. Církev brala jako směrodatný pohled Aristotelův. Jeho učení, které si vhodně upravila a přijala za své, převládalo až do novověku.
Aristoteles.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Raffael. Public domain.
Od raného středověku se ve světě začala šířit domněnka, že je různými způsoby možné změnit jeden kov v jiný. Vznikla alchymie, což bylo označení pro pokusnou činnost s přírodními látkami, zvláště pak označení pro přeměnu prvků a získání elixíru mládí. Původním cílem alchymistů byla duchovní dokonalost v lidech a ve vesmíru. Alchymie vznikla v Egyptě, odkud se přes Španělsko rozšířila prostřednictvím Arabů do Evropy. Církev alchymii nijak nebránila, protože byla v souladu s jejím učením. Podle alchymistů se veškerá hmota vyvíjí, zdokonaluje a roste stejně jako rostliny a zvířata, jen s tím rozdílem, že zdokonalování a vývoj probíhá u nerostů a kovů mnohem pomaleji než například u člověka. Některé poznatky a pracovní postupy arabských alchymistů jsou však dodnes platné a užívané. Zdokonalili některé chemické úkony, jako destilaci, filtraci, sublimaci, krystalizaci aj., jimiž získali mnoho konkrétních výsledků a praktických zkušeností, které jen čekaly na správný výklad. Většina alchymistů byla vesměs podvodníky. Vedle nich se však mezi evropskými alchymisty vyskytly i významné osobnosti, které zůstanou navždy zapsány v dějinách chemie: Roger Bacon, Theophrastus Bombastus Paracelsus, Jean Baptiste van Helmont.
Antický atomismus zapadl na dlouhou dobu v zapomnění. Až v 17. století Pierre Gassendi se zasloužil o jeho renesanci. Gassendi věřil, že existuje něco, co se při všech dějích nemění, tj. co je principiálně neproměnné, tedy primum materiae (prahmota). Tuto úlohu přisoudil atomu, který je v jeho pojetí konečnou, dále nedělitelnou složkou všech fyzikálních těles. To znamená, že žádnou přírodní silou nemohou být atomy rozděleny na menší části. Na druhé straně jsou atomy stavebními kameny všech látek všech skupenství. Mimo atomy, ať samotné či vytvářející určitá skupenství, je prázdný prostor, tedy vakuum, v jehož existenci Gassendi pevně věřil. Tři základní vlastnosti atomů jsou jejich různá velikost, různý tvar a tendence k pohybu. I když počet atomů je ohromný, je konečný. Tendence k pohybu je pro všechny atomy stejná a nemohou ji ztratit. Gassendi byl tak důsledný ve svém pojetí atomismu hmoty, že světlo, teplo a zvuk byly pro něho atomistické jevy.
Michail Lomonosov.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: L. S. Miropol´sky. 1787. Public domain.
V počátcích molekulové fyziky byla představa molekuly jako koule, k jejímuž popisu stačil její průměr. Na základě této představy vznikla kinetická teorie látek, která dostatečně popisuje látky a děje. V 17. a 18. století se jí zabýval např. Robert Boyle, Isaac Newton, aniel Bernoulli nebo Michail Lomonosov. Berrnoulli zjistil souvislost mezi rychlostí částic a zahřátím plynu. Svou prací předběhl o více než 100 let svou dobu. Jeho dílo však nevzbudilo patřičný ohlas a brzy bylo zapomenuto. Podobný osud postihl i Lomonosovovy práce, ve kterých rovněž hraje hlavní roli atomismus. Po vynálezu teploměru a vývěvy konali pokusy s plyny R. Boyle a Edme Mariotte.
Už od doby Francise Bacona, tedy od 16. století, angličtí fyzikové mluvili o souvislosti tepla a pohybu. První představa o teple byla, že je to jemná nevažitelná a nezničitelná látka – fluidum calorikum, která přechází na různá tělesa a způsobuje jejich různou teplotu. Brzy se však přišlo na to, že teplo vzniká vždy, když se koná práce. K tomuto závěru přišel např. in Thomson (hrabě Rumford) v roce 1798, když měřil teplo vznikající při vrtání děla.
I když byl v 18. století atomům připisován mechanický pohyb, s nímž někteří vědci spojovali tepelné jevy, převažoval názor, že teplo je nevažitelnou a nezničitelnou substancí – kalorikem, které se při tepelné výměně přelévá z jednoho tělesa do druhého. Kalorická teorie tepla byla na přelomu 18. a 19. století zpochybněna četnými experimenty.
Sadi Carnot.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Důležitým podnětem pro další vývoj byl vynález parního stroje z druhé poloviny 18. století. Podmínky za nichž může plyn konat práci zkoumal Sadi Carnot. Dospěl k názoru, že nelze sestrojit perpetuum mobile, i když se v té době o to mnozí vynálezci pokoušeli. Na jeho myšlenky navázal Benoit Clapeyron. V roce 1842 přišel s myšlenkou rovnosti tepla a práce Julius Mayer. Systematicky se přeměnou práce na teplo zabýval James Joule v roce 1840, když měřil mechanický ekvivalent tepla. Od poloviny 19. století se začala rozvíjet termodynamika. Na Carnotovy myšlenky navázal William Thomson a Hermann Helmholtz.
Na přelomu 18. a 19. století přispěla k rozvoji částicové představy o látkách i nově se rodící chemie. Joseph Proust pracoval s uhličitanem měďnatým. Experiment začal s čistým vzorkem této sloučeniny a rozložil ji na tři prvky: měď, uhlík a kyslík. V roce 1799 zjistil, že v každém vzorku je poměr těchto prvků stejný, pět dílů mědi, čtyři díly kyslíku a jeden díl uhlíku. Přidal-li při připravě uhličitanu měďnatého do směsi měď navíc, přebytečná měď mu zůstala. Začal-li s nedostatečným množstvím mědi, spojilo se s ní jen poměrné množství uhlíku a kyslíku a zbytek uhlíku a kyslíku zůstal. Proust prokázal, že to platí i pro mnoho dalších sloučenin, s nimiž pracoval. Prvky, ze kterých se skládaly, byly vždy přitomny ve stálých poměrech. Tento jev byl nazván stálým poměrem slučovacím.
John Dalton.
Zdroj: LIFE photo archive hosted by Google [images.google.com/hosted/life].
John Dalton zjistil, že zákon stálých poměrů slučovacích platí i v dalších případech, a roku 1802 tento jev označil jako zákon násobných poměrů slučovacích. Dalton předpokládal, že každý prvek se skládá z atomů se stálou hmotností, že různé prvky mají atomy s různou hmotností a že molekuly se skládají z malého, stálého počtu různých celých atomů. Z dalších pokusů Daltona a např. Williama Nicholsona vycházely různé hmotnostní poměry látek v jednotlivých molekulách. Na Proustovy a Daltonovy výzkumy navázal Joseph Gay-Lussac, který zkoumal nejen hmotnostni, ale i objemové množství plynů při chemických reakcích. Zjistil, že 100 objemových jednotek kyslíku se sloučí při stejné teplotě a tlaku s 200 objemovými jednotkami vodíku. Na základě těchto výsledků formuloval roku 1808 zákon jednoduchých objemových poměrů slučovacích pro plyny.
Roku 1811 přišel Amedeo Avogadro s hypotézou, že základními částicemi všech látek nejsou nedělitelné atomy, jak předpokládal Dalton, ale částice složené z atomů – molekuly a že stejné objemy plynu obsahují stejný počet těchto molekul (dnes Avogadrův zákon – základ molekulové teorie látek). Později se k Avogadrově představě vrátil Rudolf Clausius a v článku z roku 1857 O povaze pohybu, který nazýváme teplem položil základy kinetické teorii plynů. Na jeho práce navázal v roce 1860 James Maxwell zákonem rozdělení rychlostí a v letech 1868 až 1871 Ludwig Boltzmann zobecněním Maxwellovy práce. Boltzmannova práce nebyla přijata a až do roku 1908 byla vědecká společnost rozdělena na její příznivce, zaryté odpůrce a váhavce.
