Общая и Неорганическая химия с примерами решения задач

изменив природу этого соединения, можно одно вещество превратить в другое.

Атомистическая теория оставалась не популярной в течение двух тысячелетий после Демокрита, о ней почти никто не вспоминал.

все-таки атомистическая концепция полностью не исчезла. Древнегреческий философ Эпикур (ок. 342-270 гг. до н.э.) использовал атомизм в своем учении. Одним из его приверженцев был древнеримский поэт Тит Лукреций Кар (ок. 95-55 гг. до н.э.). Он изложил атомистические взгляды Демокрита и Эпикура в поэме «О природе вещей».

Поэма Лукреция сохранились полностью и донесла атомистическое учение до тех дней, когда в борьбу вступили новые научные методы, которые и привели атомизм к окончательной победе.

Первым значительным представителем Греко-египетско-го khemeia, имя которого дошло до нас, был Бол из Менде (ок. 200 г. до н.э.), города в дельте Нила. В своих работах Болос использовал имя демокрита, и поэтому его называют «Болос-Де-мокрит», или иногда «Псело-Демокрит». Болос посвятил себя одной из важнейших задач khemeia – превращению одного металла в другой, и в частности превращению свинца или железа в золото (XXX).

Болос в своих работах приводил подробные описания методов получения золота, но это не было мошенничеством. Можно, например, сплавить медь с металлическим цинком и получить латунь – сплав желтого цвета, т.е. цвета золота. Для древних исследователей изготовление металла цвета золота и означало изготовление самого золота.

Приблизительно в 300 г. н.э. египтянин Зосиа написал энциклопедию – 28 книг, которые охватывали все знания по khemeia, собранные за предыдущие пять или шесть веков. Цен-ность этой энциклопедии не слишком велика. В ней можно найти любопытные сведения, в частности, о мышьяке. Зосима описал методы получения ацетата свинца: он указал, что у этого ядовитого соединения сладковатый вкус (называние «свинцовый сахар» дошло до наших дней).

Арабские халифы начали покровительствовать наукам, и в VIII-IX вв, появились первые арабские химики. Арабы преобразовали словов khemeia в al-khemeia. Европейцы позднее заимствовали это слово у арабов, и в результате в европейских языках, появились термины «алхимия» и «алхимик». Термин «алхимик» сейчас употребляют, когда говорят о периоде истории химии, охватывающем около двух тысячелетий, начиная с

300 г. и до 1600 г.

В 670 г. корабли арабского флота, осаждающего Константинополь (самый большой и сильный город христианского мира), были сожжены «греческим огнем» – химической смесью, образующей при горении сильное пламя, которое нельзя погасить водой. По преданию, эту смесь изготовил занимающийся khemeia Каллиний, который бежал из своего родного Египта.

После 650 г. развитие Греко-египетской алхимии полностью контролировалось арабами, и так продолжалось в течение пяти веков. Следы этого периода сохранились в ряде химических терминов с арабскими корнями: ХХХ (перегонный куб), ХХХ

(щелочь), alcohol (спирт), carbay (ХХХ бутыль), ХХХ (ХХХ),

ХХХ (цирконий) и др.

Самым талантливым и прославленным арабским алхи-миком был Джабир ибн Хайн (721-815), ставший известным в Европе позднее под именем Гебер. Он жил во времена наивыс-шего расцвета арабской империи (при Гарун аль-Рашиде, про-славленном в «Тысяче и одной ночи»). Многочисленные труды Джабира написаны достаточно понятным языком. Он описал нашатырный спирт и показал, как приготовить свинцовые бе-лила. Он перегонял уксус, чтобы получить уксусную кислоту

– самую сильную из известных в то время кислот. Ему удалось получить слабый раствор азотной кислоты.

Джабир изучал возможность трансмутации металлов, и эти его исследования показали сильнейшее влияние на последующие поколения алхимиков. Джабир полагал, что ртуть является особым металлом, так как благодаря своей жидкой форме она содержит очень мало примесей. Столь же необычными свойс-твами обладает и сера: она способна воспламеняться (и к тому же она желтая, как и золото). Джабир считал, что все остальные семь металлов образуются из смеси ртути и серы, «созревающей» в недрах земли. Труднее всего образуется золото – наиболее совершенный металл. Поэтому, чтобы получить золото, необходимо найти вещество, ускоряющее «созревание» золота.

Арабский алхимик АрРази (865-925), ставший известным в Европе под именем Разес, занимался медициной и алхимией. Он завоевал почти такую же известность, как и Джабир, описал методику приготовления гипса и способа наложения гипсовой повязки для фиксации сломанной кости, изучил и описал металлическую сурьму. Джабир рассматривал серу как принцип горючести, ртуть как принцип металличности, АрРази доба-вил к этим двум принципам третий – принцип твердости, или соль. Летучая ртуть и воспламеняющаяся сера образовывали твердые вещества только в присутствии третьего компонента

– соли.

Самым знаменитым врачом был бухарец Ибн-Сина (ок. 980-1037), гораздо более известный под латинизированным именемАвиценна. Авиценна единственный их алхимиков не верил в возможность получения золота из других металлов.

В 1096 г. начался первый крестовый поход: христиане начали отвоевывать у мусульман захваченные ими земли. В 1099 г. христиане завоевали Иерусалим. Почти два столетия на побережье Сирии просуществовало христианское государство. Произошло некоторое смешение культур, и горсточка христиан, возвратившихся в Европу, познакомила европейцев с достижениями арабской науки.

Европейцы узнали, что арабы – обладатели книжных сокро-вищ: переведенных ими трудов греческих ученых, например Аристотеля, и сочинений своих ученых, например Авиценны.

Несмотря на сопротивление арабов, не желавших передавать столь ценные труды своему заклятому смертельному врагу, на-чались попытки перевода этих трудов на латинский язык. Это-му начинанию всячески способствовал французский ученый Герберт (ок. 940-1003), который в 999 г. стал папой Сильвестрой

II.

Первым видным европейским алхимиком был Альберт Больштедский (ок. 1193-1280), более известный как Альбер-тус Магнус (Альберт Великий). Он тщательно изучил работы Аристотеля, и именно благодаря ему философия Аристотеля приобрела особе значение для ученых позднего средневековья и начала Нового Вермени. Альберт Великий в описаниях своих алхимических опытов дает настолько точную характеристику мышьяку, что ему иногда приписывают открытие этого вещес-тва, хотя, по крайней мере в примесях, мышьяк был известен алхимикам и до него.

Современником Альберта Великого был английский уче-ный монах Роджер Бэкон (1214-1292), который известен сегодня прежде всего благодаря своему четко выраженному убеждению, что залогом прогресса науки являются экспериментальная ра-бота и приложение к ней математических методов. Бэкон попытался написать всеобщую энциклопедию знаний и в своих работах дал первое описание пороха.

Сочинения средневековых алхимиков – испанского врача Арнольда из Виллановы (ок. 1240-1311) и Раймунда Луллия (1235-1313), современников Бэкона, пронизаны мистическим духом алхимии (правда, сомнительно, что они в действительности были авторами этих работ). Имя самого видного из средневековых алхимиков осталось неизвестным: он подписывал свои труды именем Джабира, арабского алхимика, жившего за шесть веков до него. Этот «Пссадо-Джабир) был, вероятно, ис-панцем и жил в XIV в. Псевдо-Джабир первым описал серную кислоту – одно из самых важных соединений сегодняшней хи-мии (после воды, воздуха, угля и нефти). Он также описал, как образуется сильная азотная кислота. Серную и сильную азот-ную кислоты получили из минералов, в то время как все ранее известные кислоты, например, уксусную кислоту, получила из веществ растительного происхождения.

Открытие сильные минеральных кислот было самым важным достижением химии после успешного получения железа из руды примерно за 3000 лет до того. Используя сильные минеральные кислоты, европейские химики смогли осуществить многое новые реакции и смогли растворить такие вещества, которые древние греки и арабы считали нерастворимыми (у греков и арабов самой сильной кислотой была уксусная).

Если бы золото перестало быть редким металлом, оно известно бы обесценивалось. Но, увы, такова человеческая природа

– открытие минеральных кислот не произвело впечатления, а поиски золота продолжались.

Шло время, и алхимия после многообещающего начала стала вырождаться в третий раз (первый раз у греков, второй – у арабов). Поиск золота стал делом многих мошенников, хотя и великие ученые даже в просвещенном XVII в. (например, Бойль и Ньютон) не смогли устоять от соблазна попытаться добиться успеха на этом поприще.

В этом же «веке открытий» немецкий изобретатель Иоганн Гуттенберг (ок. 1397-1468) изобрел первый печатный станок с подвижными литерами, собирая которые в текст можно было напечатать любую книгу. Впервые в истории стало возможным выпускать дешевые книги и в достаточном количестве. Одной из первых была напечатана поэма Лукреция, благодаря которой в Европе широко распространилось атомистическое учение. С изобретением книгопечатания непопулярные взгляды не исчезли только потому, что никто не хотел взять на себя труд по переписке таких книг.

Бауэр, более известный под именем Агриколы (что в пере-воде с латинского означает «крестьянин»), интересовался минералогией и ее возможной связью с медициной. В своей книге

«О металлургии» (De Re Metallica»), изданной в 1556 г., Агрикола систематизировал практические знания, почерпнутые им у современных ему рудокопов.

Эта книга, написанная понятным языком, с прекрасными иллюстрациями шахтных устройств сразу же стала популярной

считается классической работой и в наше время. Это самая значительная работа по химической технологии, появившаяся до 1700 г.; со времени ее издания минералогия была признана как наука.

Фон Гогенгейм вошел в историю под выбранным им самим именем Парацельс, т.е. «превосходящий Цельса». Цельс – древнеримский ученый, писавший о медицине. Его труды незадолго до того напечатанные, оказались (благодаря Парацельсу) предметом чрезмерного и необоснованного поклонения.

Парацельс, как и Авиценна, считал, что основная задача алхимии – не поиски путей получения золота, а изготовление лекарственных средств. До Парацельса в качестве таковых использовались преимущественно растительные препараты, но Парацельс сам не верил в эффективность лекарственных средств, приготовленных из минералов. Несмотря на свое негативное отношение к идее трансмутации, Парацельс был ал-химиком старой школы. Он принимал древнегреческое учение о четырех элементах-стихиях и учение арабов о трех элементах-принципах (ртуть, сера и соль), искал эликсир жизни (и даже утверждал, что нашел его). Парацельс был уверен, что он открыл металлический цинк.

Немецкий врач алхимик Андрей Либау (ок. 1540-1616), известный под латинизированным именем Либавна, опубликовал в 1597 г. «Алхимию» – первый в истории учебник химии.

Либавий первым описал приготовление соляной кислоты, тетрахлорила олова, сульфата аммония и «царской водки» (aqua regia) – смеси азотной и соляной кислот, получившей свое название из-за способности растворять золото. Либавий считал, что минеральные вещества можно опознать по форме крис-таллов, полученных после испарения раствора. Тем не менее он был уверен, что превращение металлов в золото возможно

открытие способа изготовления золота явится венцом химической науки, хотя и он соглашался с Парацельсом в том, что основная задача алхимии – служить медицине. В своем труде, написанным четким ясным языком, Либавий яростно атаковал

туманные теории, которые он называл «парацельсианскими». Наиболее видным представителем нового направления в химии был немецкий химик Иоганн Рудольф Глаубер (1604-1668). Врач по образованию, он занимался разработкой и совершенствованием методов получения соляной кислоты воздействием серной кислоты на поваренную соль. Тщательно изучив остаток, получаемый после отгонки кислот (сульфат натрия), Глаубер установил, что это вещество обладает сильным слабительным действием. Он называл это вещество «удивительной солью» (sal mirabile) и считая его панацеей, почти эликсиром жизни. Современники Глаубера называли эту соль глауберовой, и это название сохранилось до наших дней. Глаубер занялся изготовлением этой соли и ряда других, по его мнению цен-

ных лекарственных средств и достиг на этом поприще успеха.

XVII в. значение алхимии неуклонно уменьшалось, а в XVIII в. она постепенно стала тем, что мы сегодня называем химией.

Химическая наука в определенном отношении все-таки отставала от других областей знания. Значение количественных изменений и необходимость математической обработки данных были уяснены еще в древние времена.

Итальянский ученый Галилео Галилей (1561-1642), изучавший в 90-х годах XVI в. падение тел, первым показал необходимость тщательных изменений и математической обработки данных физического эксперимента. Результаты его работ почти столетие спустя привели в важным выводам английского уче-ного Исаака Ньютона (1642-1727).

химии переход от простого качественного описания к тща-тельному количественному измерению был осуществлен лишь столетие спустя, после открытий Ньютона. Ньютон оставался приверженцем алхимии и страстно искал рецепт превращения металла в золото.

Количественные методы Галилея и Ньютона очень трудно приложить к химии. Ведь для этого необходимо результаты хи-мических опытов представить таким образом, чтобы из можно было подвергнуть математической обработке. В своей работе фламандский врач Ян Баптист Ван Гельмонт (1579-1644) выра-щивал дерево в заранее отмеренном количестве почвы, куда сис-тематически добавлял воду, в систематически тщательно взвешивал дерево, применял измерение и в химии, и в биологии.

Ван Гельмон первым их химиков обратил внимание на пары, образующиеся в процессе некоторых реакций, и начал их изучать. В частности, он нашел, что на воздух похожи и пары, образующиеся при горении дерева, хотя ведут себя они несколько иначе. Ван Гельмон назвал эти пары «хаосом», но, согласно фламандскому фонетическому строю, это слово произносится как газ. Так называют воздухоподобные вещества и в наше время.

Газ, полученных при горении дерева и изученный им с осо-бой тщательностью, он называл «лесной газ» (gas sylvertre). Сегодня мы называем этот газ диоксидом углерода. При изучении газа как простейшей формы материи, впервые была использована техника точных изменений, т.е. количественного исследования явлений, которая и послужила столбовой дорогой в мир современной химии.

1643 г. итальянский физик Эванджелиста Торричелли (1608-1647) сумел доказать, что воздух оказывает давление. Торричелли доказал, что воздух может поддерживать столбик ртути выстой в 28 дюймов. Так был изобретен барометр. После этого открытия газы стали казаться менее загадочными. Как выяснилось, подобно жидкостям и твердым веществам, они имеют вес и от жидкостей и твердых веществ отличаются главным образом гораздо меньшей плотностью.

Немецкий физик Отто фон Герике (1602-1686) убедительно доказал, что атмосферный воздух имеет вес. Герике изобрел воздушный насос, при помощи которого воздух выкачивали из сосуда, так что давление воздуха снаружи сосуда становилось больше, чем внутри.

Ирландский химик Роберт Бойль (1627-1691) обнаружил, что объем данной массы воздуха обратно пропорционален давлению.

Французский химик Эдм Мариотт (1630-1684), независимо от Бойля открывший этот закон в 1676 г., особо подчеркивал, что такая зависимость объема от давления наблюдается только при постоянной температуре. По этой причине закон Бойля в континентальной Европе часто называют законом Мариотта.

отличие от твердых веществ и жидкостей воздух, как на-блюдали еще в древности, а Бойль в свое время наглядно дока-зал, легко сжимается. Объяснить это можно, только приняв, что воздух состоит из мельчайших атомов, разделенных пустым пространством. Сжатие воздуха пустого пространства между ними.