В виде небольших рассказов, заметок и ответов на вопросы приведены сведения из различных разделов химии и эпизоды из жизни ученых-химиков. Цель книги - дать читателю представление о химии как о необходимом звене, гармонично связывающем нас с природой, позволяющем создавать необходимые цивилизованному миру предметы и материалы.
Книга рассчитана на широкий круг читателей - преподавателей и студентов, школьников и пенсионеров, инженеров и домохозяек. Любознакльные найдут здесь интересные факты, а практичные читатели - полезные советы и рекомендации.
Содержание:
ПРЕДИСЛОВИЕ 1
1. РАССКАЗЫ ОБ АЛХИМИИ, ХИМИИ И РЕМЕСЛАХ 1
2. ЭПИЗОДЫ ИЗ ЖИЗНИ ХИМИКОВ 14
3. НАЗВАНИЯ, СИМВОЛЫ И ФОРМУЛЫ - ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОСТЬ 32
4. КАК ОТКРЫВАЛИСЬ ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И СОЗДАВАЛАСЬ ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА 40
5. О НЕКОТОРЫХ УДИВИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВАХ ВЕЩЕСТВ 51
6. НЕОБЫЧНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ. - ХИМИЧЕСКИЕ КУРЬЕЗЫ 62
7. ХИМИЯ И БИОСФЕРА 72
8. ИМЕННЫЕ РЕАКЦИИ И РЕАКТИВЫ 82
9. СЛУЧАЙНЫЕ ОТКРЫТИЯ 87
10. МИНЕРАЛЫ И ДРАГОЦЕННЫЕ КАМНИ. - ЛЕГЕНДЫ И БЫЛЬ 94
Примечания 103
Б.Д. Степин
Л.Ю. Аликберова
КНИГА ПО ХИМИИ ДЛЯ ДОМАШНЕГО ЧТЕНИЯ
ПРЕДИСЛОВИЕ
В предлагаемой книге авторы попытались в доступной форме рассказать о химии и пробудить интерес к этой замечательной науке, чтобы читатель, перелистывая книгу дома после работы, нашел что-то занимательное или поучительное, словом, интересное. Этим определялась и форма изложения материала: книгу составили короткие рассказы из истории химии, выдержки из старинных рецептов, фрагменты летописей, вопросы и ответы, эпизоды из жизни химиков.
Химию создавали люди необычной судьбы - вначале алхимики, затем врачи, аптекари и алхимисты и, наконец, собственно химики. Они верили в свое предназначение и не щадили здоровья, а порой и жизни в стремлении открыть двери в неизведанное, получить новые вещества и материалы, необходимые людям.
Каждый миниатюрный рассказ или эпизод книги имеет самостоятельное значение, представляя собой крупицу, в которой сконцентрировано время: определенная эпоха с ее открытиями и находками, гипотезами, порой ошибочными, и технологическими тупиками.
Знание химии необходимо всем. Более того, в наше время химия становится уже мировоззренческой наукой: она позволяет определить место человека и его деятельности в окружающей среде. Непонимание и игнорирование законов химии ведет к созданию экологически неполноценных технологических процессов (отнюдь не только в области химической промышленности) и, как следствие, к грубому насилию над природой. В этой книге на конкретных примерах показано, как незнание свойств веществ или пренебрежение ими приводит к различным бедам - вплоть до гибели людей.
Если читателю просто хочется отдохнуть и развлечься - надо раскрыть книгу на разделах о случайных открытиях, минералах и драгоценных камнях: там собраны легенды, поверья, курьезные случаи.
При подготовке этой книги большую помощь авторам оказали публикации в журналах "Химия и жизнь", "Изобретатель и рационализатор" и др., ряд научно-популярных книг последних лет, а также научные и учебно-познавательные издания конца XIX - первой половины XX в. Тем из читателей, кто заинтересовался химией, советуем прочитать книги:
М. Джуа. История химии. M.: Мир, 1966.
К. Манолов. Великие химики, тт. I и II. M.: Мир, 1985.
З. Шпаусус. Путешествие в мир химии. M.: Учпедгиз, 1959.
М. А. Куряная. Химия созидающая, химия разрушающая. M.: Знание, 1990.
Г. В. Лисичкин, В. И. Бетанели. Химики изобретают. M.: Просвещение, 1990.
Опыт создания книги по химии в задуманном нами стиле является совершенно новым, поэтому авторам трудно было избежать разного рода недочетов. Советы и замечания читателей будут приняты авторами с благодарностью.
1. РАССКАЗЫ ОБ АЛХИМИИ, ХИМИИ И РЕМЕСЛАХ
В этом разделе читатель познакомится с некоторыми эпизодами зарождения первых химических промыслов, со старыми рецептами получения химических веществ, с ролью аптек в становлении химии как науки, с происхождением таких слов, как алхимия, химия, академия, алхимист, флогистон и рядом любопытных исторических фактов.
1.1. ДАВНО ЛИ ПОЯВИЛОСЬ СЛОВО "ХИМИЯ"?
Слово "химия" возникло, видимо, еще за 3000 лет до новой эры, если судить по тексту клинописных таблиц, найденных при раскопках древних городов Египта и Малой Азии. Установить происхождение этого слова очень трудно. Алхимик IV в. н.э. Зосима из Панополиса в Греции считал, что слово "химия" произошло от слова "Хемес" - сокращенного имени Гермеса Трисмегиста - легендарного мудреца, получившего знания в виде божественного откровения. По преданию, воины Александра Македонского нашли могилу Гермеса Трисмегиста с каменной плитой, названной "Изумрудной Скрижалью Гермеса". На ней была надпись, в которой будто бы сообщалось о способе получения удивительного вещества - "философского камня" (см. 1.3) . Некоторые историки считают, что слово "химия" связано с древнегреческим "хима", означающим искусство выплавки металлов. Свида, византийский лексикограф, живший в X–XI вв. н.э., понимал под химией искусственное приготовление золота и серебра. На древнекитайском языке "ким" означало "золото".
Чаще всего слово "химия" связывают с названием Древнего Египта - "Хеми", так как жрецы этой страны были выдающимися химиками. Поэтому по смыслу слово "химия" является тождественным выражению "египетская наука". В III в. до н.э. в г. Александрии (Египет) уже была основана Академия наук, и "священному искусству" - химии - было отведено даже особое здание, храм Ceраписа.
Современное название "химия" производится от позднелатинского слова Chimia и является интернациональным словом: немецкое Chemie, французское chimie, английское chemistry.
1.2. АЛХИМИЯ - ДРЕВНЕЙШИЙ ПРООБРАЗ ХИМИИ
"Отец мой, нелюдим-оригинал,
Всю жизнь провел в раздумьях о природе…
Алхимии тех дней забытый столп,
Он запирался с верными в чулане
И с ними там перегонял из колб
Соединенья всевозможной дряни.
Там звали "лилиею" серебро,
"Львом" - золото, а смесь их - "связью в браке"…(И.-В. Гёте, "Фауст")
Понятие "алхимия" было введено арабами, которые прибавили к греко-египетскому названию "химия" (см. 1.1) арабскую приставку "ал". Алхимия - древнейший прообраз химии. Алхимия была связана со всеми областями химических ремесел. Людей, занимавшихся алхимией, называли алхимиками. Многие алхимики в течение более тысячи лет с поразительным упорством пытались получить золото или серебро из неблагородных металлов с помощью либо "философского камня" - гипотетического вещества, либо "алкагеста" - никем никогда не полученного универсального растворителя. Занимались алхимики и поисками "эликсира жизни" - жидкости, которая должна дать людям возможность сохранять вечно свою молодость (см. 1.3). Алхимией занимались не только ученые, стремившиеся постигнуть тайны природы, но и всякого рода мошенники и неудачливые пророки. В XVIII в. в ходу было такое четверостишие:
"Алхимию постигнуть каждый рад:
Безмозглый идиот, старик и юный фат,
Портной, старуха, юркий адвокат,
Монах плешивый, пастырь и солдат".
К алхимикам принадлежал и английский физик и математик Исаак Ньютон (1643–1727). Он много времени и сил отдал поискам "философского камня" и универсального растворителя. Но Ньютона интересовали не столько способы получения золота при помощи химических реакций, сколько изучение взаимопревращений веществ.
Постепенно алхимия все более приобретала облик практической химии. Уже знаменитый таджикский врач и философ Абу Али ал-Хусейн ибн Абдаллах ибн Сина (980–1037), известный больше под именем Авиценна, умел получать хлороводородную НСl, серную H 2 SO 4 , азотную HNO 3 кислоты, гидроксиды калия KOH и натрия NaOH.
Алхимия как область человеческой деятельности перестала существовать после XVIII в. В России алхимия не получила распространения: к алхимикам не было доверия ни у властей, ни в народе.
1.3. "ФИЛОСОФСКИЙ КАМЕНЬ" И "ЭЛИКСИР МОЛОДОСТИ"
Английский алхимик Джордж Рипли (1415–1490) дал такой рецепт получения "философского камня" и "эликсира молодости", с помощью которых можно стать вечно молодым и превращать простые металлы в золото: "…возьми, сын мой, философской ртути и накаливай, пока она не превратится в зеленого льва. После этого прокаливай сильней, и он превратится в красного льва. Дигерируй этого красного льва на песчаной бане с кислым виноградным спиртом, выпари жидкость…" Как перевести этот текст на современный химический язык?
"Философская ртуть" - это свинец. Прокаливая его, получают желтовато-зеленый оксид свинца(II) PbO ("зеленый лев"). При дальнейшем прокаливании оксид свинца(II) превращается в красный сурик (Pb2Pb)O4 ("красный лев", см. 1.11). Затем алхимик "дигерирует" - нагревает сурик с уксусной кислотой ("кислым виноградным спиртом"), превращая его в ацетат свинца Pb(CH3COO)2 и диоксид свинца PbO2:
(Pb2Pb)O4 + 4СН3СООН = PbO2 + 2Pb(СН3СОО)2 + 2Н2O.
Конечно, никакого "философского камня" по предложенной рекомендации не получается.
1.4. АЛХИМИСТЫ В РОССИИ
При царе Михаиле Федоровиче (1613–1645) врачебный персонал царского двора состоял из семи докторов, тринадцати лекарей, четырех аптекарей и трех алхимистов. Какой работой занимались алхимисты?
Алхимисты в России не имели ничего общего с алхимиками Западной Европы (см. 1.2). Если аптекарь занимался продажей лекарств и приготовлением сложных медикаментов, то алхимист готовил обычные лекарства в аптекарской лаборатории, являясь по существу химиком-лаборантом. Алхимисты получали и очищали самые различные вещества,, смешивали их по указанию аптекаря. Вместе с аптекарями они принимали участие в анализе и экспертизе ("надкушивании") новых лекарств. По служебному положению алхимисты следовали за докторами и аптекарями. Например, в 1662 г. докторам полагалось вознаграждение в размере 250 руб., аптекарям - 60 руб., алхимистам - 50 руб., а лекарям - 40 руб. в год. Спустя 100 лет название профессии "алхимист" заменяется постепенно на "химик". Должность "химика" на заводах в России впервые появилась при Екатерине II. В "Положении о Тульском оружейном заводе" от 1782 г. сказано: "При… заводе полагается Химик, Механик и Архитектор". На этом заводе производилась в небольших количествах азотная кислота HNO3.
1.5. АРГИРОСКОПЫ, ВОДОЧНИКИ И АРКАНИСТЫ
У римлян эпохи императора Гая Аврелия Диоклетиана (245–316 гг. н.э.) была профессия аргироскопа. На Руси существовала должность водочника, а в Германии - арканиста.
Аргироскопы (буквально - "смотрители серебра") занимались проверкой качества и подлинности монет. Наличие в них золота и серебра они определяли по твердости металла "на зубок", по звуку брошенной на каменный пол монеты, по цвету линии, которую оставляет монета на куске полированного белого мрамора. Использовались также весы и эталоны, которые аргироскопы подбирали сами. В ходу были и "увеличительные стекла" из прозрачных драгоценных камней. Аргироскопы были людьми почетной профессии, их труд хорошо оплачивался. Работали они либо при дворце императора, либо в армиях при завоевательных походах. В Римской Империи было много фальшивомонетчиков, к которым император и полководцы были беспощадны.
Профессия водочника была связана с древнейшим и не лучшим нашим обычаем - потреблением водки (см. 7.53). C введением в 1581 г. при царе Иване IV Грозном Аптекарского приказа - своеобразного министерства медицинской промышленности - приготовление водки и спирта было поручено аптекам. Водочнику, работавшему в аптеке, было вменено в обязанность "водочное сидение" (продажа водки разных сортов - коричной, гвоздичной, анисовой, померанцевой, цитрановой и т. п.). Водочник должен был заниматься и улучшением ее качества: "так бы чинить, чтоб всякая водка и состав совершенную силу по предписанному действию в рецептах дохтурских имела". Кроме того, водочнику поручалось "варение всяких сиропов, пластырей и мазей и протчих лекарств, которые в запас делаются".
В 1797 г. Иеремия-Веньямин Рихтер (1762–1807), немецкий химик и один из создателей учения о стехиометрии, был назначен арканистом фарфоровой фабрики в Берлине. Арканист в переводе с латинского языка означает "тайный". В обязанности арканистов входило составление и хранение в тайне рецептов красок, глазурей, фарфоровых масс и т. п. Арканисты - первые работники зарождающихся "секретных отделов" заводов и учреждений. В отличие от чиновников будущих "спецхранов", арканисты были не только хранителями секретов технологических процессов, но и их активными создателями.
1.6. КАКАЯ ИЗ АКАДЕМИЙ СТАРЕЙШАЯ?
Слово "академия" происходит от имени мифического героя Академа - гражданина Афин в Греции. В саду Академа греческий философ и математик Платон (427–347 гг. до н.э.) создал свою знаменитую школу, которая и стала называться Академией.
В 330 г. до н.э. фараон Египта Птоломей-Сотэр (367–283 гг. до н.э.), один из полководцев Александра Македонского, основал Александрийскую академию, в которой стали обучаться наукам и искусствам молодые люди из разных стран.
В 1603 г. в Риме возникла Академия зорких, членом которой был Галилео Галилей (1564–1642), астроном, физик и математик.
В 1652 г. в Германии по инициативе врача Иоганна-Лоренца Бауша появилась Академия естествоиспытателей с девизом: "Никогда не будь праздным". Эта академия существует до сих пор в г. Галле под названием Германская академия естествоиспытателей - Леопольдина.
В 1657 г. во Флоренции (Италия) возникла Академия опыта.
В 1662 г. основано Лондонское королевское общество (по существу это Академия наук Великобритании), создателем которого по праву считают Бойля (см. 2.4). Девиз этого общества: "Я не буду следовать рабски словам учителя".
В 1666 г. была учреждена Парижская академия наук, в числе основателей и первым членом которой был Эдмон Мариотт (1620–1684) - французский физик.
Затем появились: в 1711 г. - Прусская (Берлин), в 1713 г. - Мадридская, в 1724 г. - Петербургская, в 1741 г. - Стокгольмская академии наук.
1.7. НА РУССКУЮ СЛУЖБУ В АКАДЕМИЮ
В Указе Петра I от января 1724 г. о создании Петербургской академии наук говорилось: "Академия есть собрание ученых и искусных людей, которые не токмо сии науки в том градусе, в котором оные обретаются, знают, но и чрез новые инвенты оные совершить и умножить тщатся".
В 1724 г. от имени Петра I были посланы приглашения ученым европейских стран поступать на русскую службу в Академию наук. В 1725 г., уже при Екатерине I, в Петербург стали съезжаться иностранные ученые. Первым по классу химии приехал Михаил Бюргер - магистр и доктор медицины из Курляндии (Германия). В "росписи" он назван академическим членом, "первым в Академию призванным". Еще до приезда в Петербург Бюргер писал в Академию: "…вследствие слабого телосложения я не в состоянии заведовать химической лабораторией…". Бюргер прибыл в Петербург в марте 1726 г., а в июле того же года в результате падения из коляски он умер. После него с 1731 г. химия была поручена Иоганну-Георгу Гмелину (1709–1755). Он приехал в Россию из Германии в 1727 г. "для произведения своей науки" и был назначен академиком по классу химии. Химией он не занимался, а больше путешествовал по России. В 1745 г. Гмелин подал в отставку и уехал за границу.
Первым русским академиком стал Михаил Ломоносов (см. 2.1). Он занял с 1745 г. место Гмелина уже по санкции конференции Академии. После смерти Ломоносова в 1765 г. его место в Академии перешло к Иоганну-Готлибу Леману (1719–1767), известному минералогу и химику. Интенсивная научная деятельность Лемана прервалась из-за его смерти: он отравился мышьяком во время одной из работ. Лишь через три года место Лемана занял финн Эрик Густавович Лаксман (1737–1796), который по специальности был профессором экономики, а по духовному званию - пастором. Лаксман приехал из Финляндии в Петербург в 1762 г. Многие годы жизни он провел в Сибири, изучая и организуя производство различных солей (см. 1.19).