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.

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)[1]. 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.

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:

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 H₂SO₄, азотную HNO₃ 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.

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[2] («красный лев», см. 1.11). Затем алхимик «дигерирует»[3] — нагревает сурик с уксусной кислотой («кислым виноградным спиртом»), превращая его в ацетат свинца Pb(CH₃COO)₂ и диоксид свинца PbO₂:

Конечно, никакого «философского камня» по предложенной рекомендации не получается.

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.

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.

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.

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)[4]. 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)[5].

При раскопках в 1954 г. одного из древнейших памятников, так называемой «стоянки Маркина гора» (около с. Костенки в Воронежской области) на глубине 4,5 м было обнаружено захоронение человека давностью 20–40 тыс. лет до н.э. Дно могилы было засыпано красной охрой, такой же охрой были сверху присыпаны и кости скелета.

Охра (или «вохра») — природный пигмент, обычно содержащий метагидроксид железа FeO(OH) с примесью алюмосиликатов — сложных природных соединений алюминия и кремния. По цвету охры делят на светло-желтые (12–25% Fe₂O₃) и золотисто-желтые (40–75% Fe₂O₃). Красную охру (Fe, Fe₂)O₄[6] называли еще «мумия», или «железный сурик». Мумия содержит 35–70% Fe₂O₃ и получается при обжиге железосодержащих руд. Кроме Fe₂O₃ мумия включает еще глинистые вещества и диоксид кремния SiO₂.

В красках, которые использовал монах-живописец Дионисий в 1492 г. для росписи знаменитых фресок Ферапонтова монастыря, также содержалась охра.

Люди каменного века, жившие в пещерах, обогревали себя непрерывно горящим костром. Прошли сотни лет, пока они догадались обкладывать костер валунами, чтобы раскаленные угли не раскатывались из костра по полу пещеры. Но угли стали выкатываться из отверстий между валунами. Прошла еще не одна сотня лет, пока человек научился заделывать щели глиной и обнаружил, что огонь, месяцами пылавший внутри каменного кольца, превращал глину в прочный, похожий на камень материал. Этот материал уже не размягчался в воде. Наконец люди каменного века догадались, что из глины можно делать различные сосуды. Они стали сушить изделия из глины на солнце, а затем обжигать их в пламени костра. Так родилось гончарное ремесло, производство первых керамических изделий. Слово «керамик» греческое, означающее квартал гончаров на окраине Афин. Здесь находился некрополь, где государство хоронило павших на войне афинских граждан.

Основным минералом глин является каолин, в который входят оксид алюминия Al₂O₃, диоксид кремния SiO₂ и вода H₂O: Al₂O₃∙2SiO₂∙2Н₂O. Кроме этих оксидов глина содержит в виде механических примесей песок (диоксид кремния), карбонаты кальция CaCO₃ и магния MgCO₃, триоксид дижелеза Fe₂O₃, придающий глинам бурый цвет.

При прокаливании глины происходит удаление воды, разложение карбонатов и образование легкоплавких силикатов, скрепляющих изделие:

В 2000 г. до н.э. при раскопках дворца в Кносе на острове Крит нашли керамические сосуды высотой около двух метров, в которых хранили зерно и масло. Как гончары формовали такие большие и тяжелые изделия, как сушили и обжигали, остается тайной.

В «Слове о полку Игореве» читаем: «Лисицы брешут на червленые щиты… Русичи великие поля червлеными щитами перегородили…».

Червленым щитом называли щит, окрашенный красной краской «червлень», или «черлень». Эта краска была у русских воинов символом храбрости, мужества и неустрашимости. Красная краска «червлень» была смесью сурика (Pb₂Pb)O₄ и киновари (см. 1.13).

В Указе «Како сурик делать» (рукопись конца XVI в.) сказано: «…возми белил и положи в череп железный сосуд и постави на жар, и как загорят белила, станут красны, то и сурик».

Свинцовые белила — белая краска, основный карбонат свинца состава Pb₃(OH)₂(CO₃)₂ или Pb(OH)₂∙2PbСO₃ (см. 5.54). Черепом называли керамический (глиняный) горшок. При нагревании происходило разложение основного карбоната свинца с частичным его окислением:

Остаток от прокаливания — красного цвета — и был суриком (Pb₂Pb)O₄. Этот метод получения сурика сохранился в общих чертах и до наших дней. Правда, сейчас предпочитают нагревать в токе воздуха оксид свинца:

Сурик использовали не только для покраски щитов. Его с давних времен применяли в иконописи. В расходной книге Кирилло-Белозерского монастыря, основанного в 1397 г. и сохранившегося до наших дней, нашли запись, датированную 1606 г.: «…купил сурику 4 гривенки[7], дано 28 алтын…».

Сурик был известен уже 3000 лет тому назад. Метод его приготовления был найден случайно (см. 9.29).

Самой древней зеленой краской на Руси была «празелень». Применялись и другие зеленые краски.

«Празелень» — самая дешевая и популярная краска XVII в. Ее получали истиранием темно-зеленого, иногда ярко-зеленого минерала глауконита («зеленой земли»), имеющего сложный состав. Глауконит включает диоксид кремния SiO₂, оксид железа(III) Fe₂O₃, оксид алюминия Al₂O₃, оксиды калия, натрия, кальция, магния и воду. Добывали глауконит до 1612 г. в Копорье (Ленинградская область). Празелень применял Дионисий (см. 1.8) для росписи фресок Ферапонтова монастыря в 1492 г., ее использовали в «стенном письме» Грановитой палаты Московского Кремля в 1668 г.

Помимо празелени в России производили и применяли другие зеленые краски: ярь-медянку (см. 1.53), хромовую зелень, малахитовую зелень, швейнфуртскую зелень. Часто зеленые краски получали смешиванием синей и желтой красок. Как говорили древние живописцы: «Синило да желть, то станет празелень» (конец XVII в.).

Хромовую зелень (гюинетова зелень, изумрудная зелень) осаждали из раствора сульфата хрома Cr₂(SO₄)₃ гидроксидом натрия NaOH:

Зеленый осадок метагидроксида хрома CrO(OH) и представлял собой хромовую зелень. Вместо сульфата хрома применяли и другие соли хрома.

Малахитовая зелень (бегрин, горная зелень, медная зелень) состояла из основного карбоната меди (CuOH)₂CO₃ (см. 6.37). Ее производство заключалось либо в измельчении природного минерала малахита (см. 10.25), либо по старому рецепту, обнаруженному в Новгородской рукописи: «Взяти гороху, да мочити 15 дни и больши, да истолчи, да по тому же составити с медью».

В XV в. в одной из рукописей Троице-Сергиевой лавры был записан «Указ како творится киноварь»: «…возми ртоутя литру едину, сунпор [8] , ослиный кал и жарие на огни, видиши исходят, дым и тогда творится киноварь».

Киноварь (киноверь, кеноварь, киноварец) как хорошая краска красного цвета была известна в России давно. О ней еще в начале XII в. писали: «Свет же святый несть яко огнь земной… яко киноварь». Киноварь — сульфид ртути HgS, кристаллы красного цвета, практически нерастворимые в воде. Она встречается в природе и получается искусственно добавлением ртути в расплавленную серу:

На воздухе и под воздействием солнечного освещения красный сульфид ртути постепенно превращается в черный из-за выделения мельчайших капелек ртути. Поэтому киноварь применяли для стенной росписи только внутри зданий: «… а киноварем извне не писать, потому что почернеет» (XVII в.).

В церковном письме епископа Нектария (1599 г.) указано, «како белила делать»: «Бити свинец тонко на камени или на наковальне молотом и резати полосы широтою по три перста и верти свинец в трубки, чтоб ся вместе не смыкалось и влити в кадь дрожжей и свинец ставити в дрожжах на решетку стоймя и покрыть гораздо и удушити чтоб духу не выпускать ни мало».

В этом рецепте приведена очень старая русская технология производства основного карбоната свинца Pb(OH)₂∙2PbСO₃, который называли свинцовыми белилами, или просто белилами, или «бели» (см. 1.11).

При брожении дрожжей (пивных дрожжей, ржаного солода) образуется уксусная кислота CH₃COOH и выделяется «дух», иначе диоксид углерода CO₂. Реакция образования основного карбоната свинца включала следующие стадии:

В первой стадии свинец окисляется до монооксида PbO, во второй монооксид свинца, взаимодействуя с уксусной кислотой, превращается в основный ацетат свинца, который затем под воздействием диоксида углерода переходит в основный карбонат свинца.

Готовые свинцовые белила — это по существу основный карбонат свинца, растертый с растительным маслом; они были известны на Руси давно. О них сообщалось еще в Остромировом евангелии в 1056–1057 гг. Метод их производства, похожий на описанный выше, упоминается в книге римского историка Кая Плиния Старшего (23–79 гг. н.э.) «Естественная история». К концу 1750 г. производство свинцовых белил в России приведенным выше способом достигло 82 т.

Современный метод получения основного карбоната свинца заключается в электрохимическом взаимодействии свинцового анода с разбавленным водным раствором карбоната натрия Na₂CO3при непрерывном пропускании через электролит диоксида углерода CO₂. В процессе электролиза под анодом образуется белый осадок Pb(OH)₂∙2PbСO₃.

Правительственный Сенат в 1749 г. постановил отпускать московским купцам П. Сухареву и И. Беляеву бычью кровь «с боен безденежно… ибо оная стекает на землю и пропадает туне, от которой в летнее время бывает… пребезмерная духота и вонь смрадная». В одном из законов Российского государства, изданном в 1830 г., было сказано, что покупка синькали, или синильно-кислого поташа, разрешается только по свидетельству земской полиции.

«Синильно-кислый поташ», «синькаль», «желтая кровяная соль» — вещество состава K₄[Fe(CN)₆], называемое в наше время гексациано- ферратом(II) калия, вещество достаточно ядовитое. Это соединение получали из животных отбросов (кровь, копыта, шкуры, сухая рыба, кожа, мясо, щетина, шерсть и др.), которые нагревали вместе с карбонатом калия K₂CO₃ и железными опилками. Спек разбивали на куски и обрабатывали горячей водой. Раствор упаривали до начала кристаллизации K₄[Fe(CN)₆]∙3Н₂O.

Животные отбросы содержат серу и азот. При их прокаливании с карбонатом калия и железом образуются цианид калия KCN и сульфид железа FeS. При обработке спека горячей водой протекает реакция

Гексацианоферрат(II) калия употребляли в больших количествах для окраски хлопчатобумажных тканей и шелка в синий цвет, для производства синей краски — берлинской лазури (см. 1.16; 3.37).

М. Ломоносов в своем рапорте президенту Академии наук К. Разумовскому писал в январе 1750 г.: «В конце прошлого лета и по осени искал я способов как делать лазурь берлинскую, которой два сорта при сем прилагаю».

Берлинская лазурь — это синее вещество составов Fe₄(Fe(CN)₆)₃ и KFe(Fe(CN)₆). Второе из этих веществ сейчас называют гексациано- ферратом(II) железа(III)-калия. Какие только имена не имела берлинская лазурь: лазорь, берлинская синь, берлинский голубец, английская лазурь, парижская лазурь!.. Ее с давних пор применяли в России для окраски тканей, бумаги, в иконописи и росписи фресок. Впервые берлинскую лазурь получил в 1704 г. немецкий мастер Дисбах, готовивший краски для художников.

М. Ломоносов синтезировал берлинскую лазурь, смешивая водные растворы желтой кровяной соли (см. 1.15) и сульфата железами) Fe₂(SO₄)₃:

Эту реакцию применяют до сих пор в промышленном и лабораторном масштабе (см. 3.37).

Петр I предписал Павлу Васильеву, владельцу химического завода, изготовлять в год 20 пудов (около 380 кг) краски «бакан», оказавшейся по качеству лучше «венецийского бакана» (из Италии), и «окромя его, Васильева, того «бакану» никому не делать… из-за моря не ввозить…» Излишки краски сверх 20 пудов разрешалось Васильеву продавать «повольно», и производство ее увеличить, а налогом не облагать.

Дорогая краска «бакан» — лаковая краска, искусственно получаемая смесь красящих органических веществ с минеральными бесцветными (гипс, мел) или окрашенными (оксиды железа) веществами. Органические красящие вещества производили либо из растительных пигментов (сока сандалового дерева, барбариса, корней растений, называемых крапом или мареной, и др.), либо из яиц насекомых вида кошениль (русское название «червец», а украинское — «канцелярское семя»). Цвет краски «бакан» был различным, но чаще красным разных оттенков.

В старых книгах вы могли прочесть, что на поташных промыслах боярина Морозова в 1672 г. было выработано 770 т поташа.

Поташ — очень старое название карбоната калия K₂CO₃. Слово «поташ», видимо, произошло от немецких слов Pott — горшок и Asch — зола. Раствор, полученный после обработки древесной золы горячей водой, выпаривали досуха и прокаливали в горшках (см. 1.21). Для производства поташа сжигали древесину только определенных пород — сосну, клен, березу, в которых содержание K₂CO₃ наибольшее. Из одного кубометра такой древесины получалось около 0,5 кг карбоната калия. Наиболее богата карбонатом калия зола подсолнечника. Главнейшими потребителями поташа были мыловарение и стекольное производство. Поташ считался ценным товаром. Когда появилась угроза вторжения татар, Морозов писал в свои вотчины, чтобы поташ закапывали в ямы, «где б вода не была, на высоких местах» (1660 г.).

В наше время карбонат калия получают либо при взаимодействии растворов гидроксида калия KOH с диоксидом углерода CO₂:

либо выделяют из продуктов переработки минерала нефелина KAlSiO₄.

Русский академик Лаксман (см. 1.7) уже в 1764 г. сообщал, что соду (карбонат натрия Na₂CO₃) можно получать спеканием природного сульфата натрия Na₂SO₄ с древесным углем:

Так как природный сульфат натрия может содержать примесь известняка CaCO₃, то этой реакции может сопутствовать другая:

Свой способ Лаксман проверил на стекловаренном заводе в г. Тальцинске (недалеко от Иркутска) в 1784 г. К сожалению, дальнейшего развития этот способ не получил и вскоре был забыт.

В 1791 г. французский химик-технолог Леблан (см. 2.22), ничего не зная о способе Лаксмана, получил патент на «Способ превращения глауберовой соли в соду», глауберова соль — декагидрат сульфата натрия Na₂SO₄∙10H₂O (см. 3.35; 10.44). Леблан предложил для получения соды сплавлять смесь сульфата натрия, мела и древесного угля. В своем патенте он указывал: «Над поверхностью плавящейся массы вспыхивает множество огоньков, похожих на огни свечей. Получение соды завершается, когда эти огоньки исчезают». При сплавлении протекали реакции

Образовавшийся по первой реакции сульфид натрия Na₂S вступал затем во взаимодействие с карбонатом кальция CaCO₃ (известняк или мел). После полного выгорания угля и монооксида углерода СО («огоньки исчезают») плав охлаждали и обрабатывали водой. В раствор переходил преимущественно Na₂CO₃. Свой способ Леблан реализовал на созданном им заводе «Сода Леблана». К 1810 г. французские содовые фабрики, использовавшие способ Леблана, полностью удовлетворяли все запросы потребителей соды.

Петр 1 сообщал князю Д. Голицыну, отвечая на его вопрос, зачем нужна нам «зода»: «…зодою умягчают шерсть». В 1780 г. академик Гильденштедт писал: «…суду можно почесть важным товаром в российской торговле. Стекольщики наши и красильщики много ее издерживают, а впредь еще и больше оной расходиться будет, когда больше станут у нас делать белых стекол».

Зодой, судой, углеродно-кислым поташем, минеральной щелочной солью называли в XVIII-XIX вв. карбонат натрия Na₂CO₃, бытовое название которого — сода. До 1860 г. соду ввозили в Россию, несмотря на обилие собственного сырья для ее производства. Первый содовый завод в России, работавший по технологии Леблана, был основан М. Б. Прангом (1830–1890) в 1864 г. в Барнауле. В 1880 г. в районе теперешнего г. Березники был построен крупный содовый завод фирмы «Любимов, Сольве и Кº», выпускавший с 1890 г. свыше 20 тыс. тонн соды в год. C этого момента заводы, использовавшие технологию Леблана, стали постепенно закрываться.

Аммиачный метод производства соды — карбоната натрия Na₂CO₃ — был разработан в 1838–1840 гг. английскими инженерами Г. Грей-Дьюаром и Д. Хеммингом. Они предложили получать соду, применяя следующие реакции:

В первой реакции образовывался гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃ из аммиака NH₃, диоксида углерода CO₂ и воды H₂O. Во второй реакции получали гидрокарбонат натрия NaHCO₃, малорастворимый в воде на холоду, который отфильтровывали и нагревали в соответствии с третьей реакцией. Диоксид углерода CO₂, необходимый для первой реакции, выделяли из известняка (карбоната кальция CaCO₃) путем его прокаливания:

Оставшийся оксид кальция CaO обрабатывали водой, превращая в гидроксид кальция, нужный для регенерации аммиака и возвращения его в начало технологического процесса:

Бельгийский инженер-химик, член Парижской академии наук Эрнст-Гастон Сольве (1838–1922) только технологически оформил производство соды по аммиачному методу. Он применил аппараты колонного типа, обеспечивающие непрерывность всего процесса и высокий выход продукта. Поэтому Сольве и считают основателем промышленного метода получения соды. Вскоре почти во всех странах (см. 1.22) появились заводы по производству соды аммиачным методом, принадлежащие первому в мире химическому концерну Сольве, и в 1916 г., несмотря на войну, под контролем Сольве находилось практически все мировое производство соды.

Миллионер Сольве имел 38 замков с поместьями и два крупнейших банка. В 1894 г. Сольве создал в Брюсселе первый в мире Институт социологии.

Преимущества аммиачного метода (экономия угля из-за более низкой температуры процесса по сравнению со способом Леблана, меньшее загрязнение окружающей среды, более высокое качество продукта) привели к тому, что в 1916–1920 гг. закрылись последние заводы, использующие метод Леблана (см. 1.19).

В XVII в. в России поташ (см. 1.18) изготавливали следующим методом. В деревянных корытах выщелачивали древесную золу и полученным щелоком поливали горящие в кирпичном очаге дрова так, чтобы не потушить костра. При этом щелок упаривался и на дне очага («гарта») плотным слоем кристаллизовался поташ. Его затем выламывали ломами и укупоривали в бочки. «Поливачи» и поливали щелоком горящие на гарте костры. Процесс сжигания дров и их полива требовал особых приемов. От умения поливачей зависели выход поташа и его качество. Поэтому в длительное обучение к поливачам отдавались еще подростки — дети крестьян.

Первыми в мире заводами по производству соды — карбоната натрия Na₂CO₃ — c применением аммиака были бельгийский завод в Куйе, построенный инженером Сольве (см. 1.20) в 1865 г., и Камско-содовый завод Лихачева в России, начавший выпуск соды в 1868 г. Российский завод был создан полковником Иваном Васильевичем Лихачевым в его имении в Казанской губернии на берегу реки Камы. Технология производства соды на заводе Лихачева состояла из ряда операций, характерных для аммиачного метода.

Лихачев добывал аммиак путем сухой перегонки кожевенных отходов (см. 1.44), поставляемых ему с почти 200 кожевенных заводов ближайших губерний. Диоксид углерода он получал прокаливанием известняка, найденного в окрестностях завода:

Завод просуществовал недолго, уже через четыре года он был закрыт из-за нерентабельности, так как сильно подорожали кожевенные отходы и поваренная соль (хлорид натрия NaCl).

У римского историка Кая Плиния Старшего (см. 1.14) есть рассказ о том, как древние мореплаватели — финикийцы — получили первое стекло.

Финикийцы везли на своем корабле куски природной соды, гидратов карбоната натрия Na₂CO₃∙H₂O или Na₂CO₃∙10H₂O (см. 1.19, 1.20). Они высадились на берегу одной реки в Палестине для отдыха и приготовления пищи. Кругом был один речной песок и никаких камней для постройки очага. Тогда моряки сложили небольшую печь из кусков соды. Когда костер разгорелся, они увидели, что расплавившаяся сода образовала с песком (диоксидом кремния SiO₂) прозрачную тягучую массу, застывшую в твердые прозрачные глыбы. В очаге, по-видимому, протекала реакция образования метасиликата натрия Na₂SiO₃:

Рассказ вряд ли правдоподобен: для получения стекла нужна очень высокая температура, которую обычный костер дать не может.

В 1951 г. украинские археологи обнаружили в Митрополичьем саду Киево-Печерского заповедника мастерскую по производству изделий из стекла, относящуюся к XI в.

Полагают, что на Русь стеклоделие пришло из Византии. В мелких мастерских для варки стекла вначале использовали смесь поташа (карбоната калия K₂CO₃, см. 1.18) и белого речного или морского песка (диоксида кремния SiO₂). Поташ стоил дорого, и примерно с 1764 г. его стали заменять сульфатом натрия Na₂SO₄∙10H₂O (минерал мирабилит; см. 10.44), который добывали из некоторых соляных озер. Первый стекольный завод в России был построен в 1784 г. недалеко от Иркутска (см. 1.19). Стекло, полученное сплавлением сульфата натрия и песка, со временем самопроизвольно растрескивалось из-за кристаллизации. Для сохранения аморфного состояния стекла и повышения его прочности позднее стали добавлять в смесь известняк или мел (карбонат кальция CaCO₃). Важнейшими химическими реакциями при стекловарении являются реакции образования силикатов натрия и кальция:

При медленном охлаждении расплава кристаллы силикатов и диоксида кремния не образовывались, и расплав превращался в твердое прозрачное аморфное вещество — стекло состава Na₂SiO₃∙CaSiO₃∙4SiO₂ или Na₂O∙CaO∙6SiO₂.

Однажды в 1820 г. в Лондоне разразился скандал. На одном из аристократических приемов известный ювелир сказал графине — хозяйке дома: «У Вас, миледи, в перстне не алмаз, а подделка».

В 1790 г. венский ювелир Штрассер впервые получил свинцовое стекло, названное хрусталем, с высоким содержанием оксида свинца PbO (до 50%). Оптические свойства такого стекла и алмаза близки: есть «игра цветов» и «алмазный блеск». После огранки куски хрусталя стали напоминать бриллианты еще больше. Ограненные хрусталики назвали «стразами» по имени Штрассера. По внешнему виду страз отличить от алмаза трудно, но его происхождение выдает недостаточная твердость: он не царапает стекло. Видимо, такой страз вместо бриллианта и был продан графине, и в ее кругу считалось, что она владеет самым крупным бриллиантом.

При подкраске страза добавлением в расплав небольшого (всего 0,0001%) количества золота (Au) в виде любого его соединения получали поддельные ярко-алые рубины. Введение оксида кобальта CoO превращало стразы в красивое синее стекло, похожее на сапфир (см. 10.42), а добавление в расплав при варке хрусталя оксида хрома Cr₂O₃ делало страз похожим на изумруд (см. 10.22).

Первые фарфоровые изделия появились в Китае в эпоху Хань (206 г. до н.э.). В конце XIII в. путешественник Марко Поло привез из Китая в Европу первые образцы фарфоровой посуды.

Однако секрет производства фарфора оставался неизвестным в Европе вплоть до начала XVIII в. Многолетние исследования немецкого математика, физика и минералога Вальтера-Эренфрида фон Чирнгауза (1651–1708) наконец увенчались успехом: ему удалось получить фарфор. В 1703 г. Чирнгауз спроектировал фабрику для производства фарфора, а через четыре года он привлек к работе немецкого алхимика Иоганна-Фридриха Бёттгера (1682–1719), славившегося большими познаниями в химии. Нуждаясь в верном помощнике для окончательной отработки технологии производства фарфора, Чирнгауз, естественно, открыл ему секреты этой технологии. В 1708 г. Чирнгауз внезапно умирает, а Бёттгер выдает себя за изобретателя состава фарфора и становится в 1715 г. основателем знаменитой Мейсенской фарфоровой фабрики недалеко от Дрездена.

Фарфор получали при сильном прокаливании пластической массы, образующейся при смешивании белого каолина Al₄(OH)₈(Si₄O₁₀) («фарфоровой земли») с порошкообразным полевым шпатом NaAl(Si₃O₈) и кварцевым песком (SiO₂) с небольшим добавлением воды. При обжиге каолин выделяет воду и разлагается на оксиды алюминия и кремния Al₂O₃ и SiO₂, которые связываются полевым шпатом. Поэтому объем изделия уменьшается, масса становится плотной и звонкой. Фарфор тверже стекла и лучше его сопротивляется изменению температуры и воздействию химических веществ. Метод Чирнгауза сохранил свое значение и в наше время.

В 1858 г. немецкий химик Либих (см. 2.17) писал одному из своих друзей, Клемму: «Я опять занимаюсь фабрикацией зеркал, благодаря некоторым улучшениям думаю, что можно приготовить правильные зеркала любых размеров».

Зеркала появились задолго до новой эры. Ими служили отполированные до блеска металлические пластинки из золота, серебра и бронзы (сплава меди и олова). Серебряные зеркала были наилучшими по качеству отражения. В I в. н.э. начали изготавливать стеклянные зеркала — стеклянные пластинки, соединенные со свинцовой или оловянной. Затем ремесленные мастерские перешли на выпуск стеклянных зеркал, отражающая поверхность которых была сделана из амальгамы олова (раствор олова Sn в ртути Hg, см. 5.44). Либих предложил изготавливать стеклянные зеркала с серебряным покрытием. Разработанный им метод состоял из следующих операций. Сначала к водному раствору нитрата серебра AgNO₃ добавляли водный раствор гидроксида калия КОН, что приводило к осаждению черно-коричневого осадка оксида дисеребра Ag₂O:

Осадок отфильтровывали и перемешивали с водным раствором аммиака NH₃:

В этой реакции оксид дисеребра переходил в раствор в виде гидроксида диамминсеребра(I). Затем в полученный прозрачный раствор погружали лист стекла, одна из поверхностей которого была тщательно обезжирена, и добавляли формальдегид НСНО. Формальдегид восстанавливал серебро, которое осаждалось на очищенной поверхности стекла с образованием зеркала:

Самыми высококачественными оказались зеркала из индия In. В отличие от серебра индий не тускнеет на воздухе, долго сохраняет высокий коэффициент отражения. Индиевые зеркала, установленные в прожекторах, позволяли легко находить фашистские самолеты, сбрасывавшие бомбы на Лондон. Лучи индиевых зеркал пробивали плотный туман, часто висящий над столицей Великобритании.

В 1919 г. в Петрограде, когда спичечные фабрики прекратили работу из-за отсутствия фосфора, появились «макальные» спички, или «хозяйственные запалы».

«Макальные» спички изобрел французский химик-аналитик и органик Гюстав Шансель (1822–1890). Он предложил на конец лучинок наносить смесь бертолетовой соли KClO₃[9] (см. 3.24), серы S, горючих веществ (угля, крахмала, сахара) и клея. После высушивания такая спичка загоралась, если ее обмакнуть в концентрировавшую серную кислоту H₂SO₄ (см. 1.49) и тотчас вынуть. Сначала обмазка лучинки начинала трещать и затем вспыхивала. Загорание «макальных» спичек вызывали реакции

Выделяющийся сильный окислитель диоксид хлора ClO₂ воспламенял серу, а вслед за ней и горючие вещества. Горению способствовало выделение кислорода. «Макальные» спички были очень неудобны: надо было всегда иметь под рукой склянку с серной кислотой.

Спички Шанселя усовершенствовал английский химик Джонс. Его спички, получившие название «дьявольских», состояли из полоски картона, к концу которой был прикреплен крохотный стеклянный пузырек с каплей H₂SO₄. Пузырек был обмазан смесью KClO₃, сахара и клея. К спичкам прилагался пинцет, с помощью которого раздавливался пузырек-головка. Спички Джонса были в свое время предметом роскоши у лондонских аристократов.

В Петрограде в период разрухи склянку с кислотой заменили стеклянной пробиркой, закрытой корковой пробкой, внутри пробирки находился кусочек асбестовой ваты, пропитанной концентрированной серной кислотой. Из такого сосуда кислота не выливалась. Коробку с «макальными» спичками и пробиркой стали называть «хозяйственным запалом».

Лаборант, приводя в порядок шкаф с реактивами, нашел в углу старую банку с запарафинированной пробкой и полустершейся этикеткой, на которой он смог прочесть только одно слово «Пирофор». Недолго думая, лаборант выбросил банку в корзину с мусором. На другой день, придя на работу, он узнал, что его комната вся выгорела, и пожарные с трудом погасили огонь.

Причина пожара — в безответственном отношении к химическому веществу неизвестного состава. «Пирофор» — смесь, самовоспламеняющаяся на воздухе, первые «химические спички», изобретенные немецким химиком Дёберейнером в начале прошлого столетия (см. 4.9; 9.30). Если смесь карбоната калия K₂CO₃, безводного сульфата алюминия-калия KAl(SO₄)₂ и угля C прокалить без доступа воздуха, то в результате реакций

образуется серо-черная масса, содержащая мелкие частицы калия К, оксида алюминия Al₂O₃ и остатки угля. На воздухе под воздействием кислорода и влаги калий воспламеняется и может зажечь бумагу, вату и другой горючий материал. У банки, брошенной в корзину с мусором, видимо, открылась пробка, и «пирофор», придя в контакт с воздухом, воспламенился.

В 1796 г. Вильгельм Лампадиус (1772–1842), профессор химии и металлургии в Горной академии во Фрейбурге (Саксония), впервые получил сероуглерод, пропуская пары серы S через раскаленный древесный уголь. Химическое название CS₂ — дисульфид углерода:

Полученная им жидкость сразу повела себя необычно. Когда Лампадиус погрузил в нее нагретую стеклянную палочку, то увидел появление голубоватого холодного пламени, не обжигающего пальцы. Сотрудник Лампадиуса, нанюхавшись CS₂, потерял сознание. На свежем воздухе он пришел в себя, вскрикнул и бросился бежать, размахивая руками и не разбирая дороги.

Сероуглерод в чистом виде — бесцветная, пожароопасная, сильно преломляющая свет, легкокипящая (46°С), малорастворимая в воде жидкость с эфирным запахом (см. 5.88, 5.89). Это активный химический реагент. Он, например, взаимодействует с водным раствором сульфида натрия Na₂S с образованием тиокарбоната натрия:

Свободно падающая струя CS₂ может самовоспламениться со взрывом.

Только через 50 лет после открытия CS₂ столь опасному продукту нашли области применения. В 1843 г. профессор химии Лейпцигского университета Адольф-Вильгельм-Герман Кольбе (1818–1884) предложил использовать CS₂ для получения тетрахлорида углерода CCl₄, воздействуя на CS₂ хлором Cl₂:

Этот метод синтеза CS₂ применяют в промышленном масштабе до сих пор. В настоящее время вместо дефицитного и дорогостоящего древесного угля для получения CS₂ используют природный газ, содержащий метан CH₄:

Дисульфид углерода необходим в больших количествах не только для производства CCl₄, но и для производства вискозы, химических средств защиты растений, как растворитель в органическом синтезе. Ежегодная выработка CS₂ во всем мире превышает 1 млн. тонн.

Первая фабрика в России по выпуску фосфорных спичек была построена в 1837 г. в Петербурге. До этого фосфорные спички завозились из Европы и стоили очень дорого — один рубль серебром за сотню спичек.

Фосфорные спички появились в середине XIX в. Их изобретателей было несколько: английский химик Джеймс Уолкер (1863–1935), венгерский химик Шандор Ириньи, французский химик Шарль Сориа, немецкий учитель Ян Каммерер. Они независимо друг от друга предложили на осиновую палочку наносить смесь белого фосфора P₄ (см. 4.26), триоксохлората(V) калия KClO₃ (см. 8.7) и клея — гуммиарабика и затем высушивать смесь. Такие спички воспламенялись уже при легком трении о любую поверхность, достаточно твердую. Воспламенение вызывалось реакциями

Фосфорные спички были очень опасны: они легко возгорались, часто ими отравлялись малые дети (белый фосфор — сильный яд!), бравшие спички в рот. Спичечные головки были излюбленным ядом самоубийц. Только в России убытки от частых пожаров, вызванных употреблением фосфорных спичек, исчислялись в 1848 г. 12 млн. руб. серебром.

Спички, которые мы с вами сейчас используем, получили название «шведских» только потому, что их промышленное производство было организовано вначале в Швеции. Из Швеции их вывозили во все страны мира, в том числе и в Россию.

Рудольф Бёттгер в 1848 г. разделил горючий состав спичек на две части: головку спички и намазку боков коробки, в которую спички упаковывались. Он же исключил из состава белый фосфор. Поэтому шведские спички нельзя зажечь трением о любую твердую поверхность. Главными составными частями головки спичек являются триоксохлорат(V) калия KClO₃ (см. 8.7), двойной оксид свинца состава (Pb₂Pb)O₄ (см. 1.11) или диоксид марганца MnO₂, молотое стекло и костяной клей, а в намазку боков коробки входят красный фосфор, сульфид сурьмы Sb₂S₃, двойной оксид свинца или диоксид марганца, молотое стекло и костяной или другой клей. Состав головок спичек и намазки спичечного коробка время от времени меняют, но перечисленные соединения, как правило, остаются. При трении головки о намазку мельчайшие частички красного фосфора, взаимодействуя с KClO₃, воспламеняются на воздухе и поджигают состав головки спички; огонь «зарождается» в намазке коробки:

Смесь красного фосфора и KClO₃ легко вспыхивает при трении. Двойной оксид свинца при нагревании также является источником кислорода:

стабилизирующего процесс горения. При зажигании часть красного фосфора превращается, по-видимому, в белый фосфор, так как спичка оставляет на коробке след, светящийся в темноте. Для уменьшения пожарной опасности древесину спичек пропитывают до половины раствором фосфата аммония (NH₄)₃PO₄, вследствие чего спички гаснут без последующего тления.

В 1749 г. М. В. Ломоносов написал диссертацию «О рождении в природе селитры».

Селитрой называли в прошлом нитрат калия KNO₃. Она носила в России и другое название — «ямчуг», от слова «яма» (см. 1.34, 3.20). В ямах заготавливали сырье для производства KNO₃: навоз, мочу, строительный мусор, остатки растений и др. Селитра образовывалась через два-три года в результате естественных биохимических процессов. Землю, извлекаемую из ям по истечении указанного срока, называли «селитряной землей». Для извлечения селитры «селитряную землю» обрабатывали водой, добавляя карбонат калия K₂CO₃ (см. 1.18), отфильтровывали и осторожно выпаривали досуха. Добавление K₂CO₃ приводило к превращению нитрата кальция Ca(NO₃)₂, содержащегося в «селитряной земле», в нитрат калия KNO₃, извлекаемый водой, что увеличивало выход селитры. Нерастворимым остатком был карбонат кальция CaCO₃:

Из одного кубометра «земли» получали 6–13 кг селитры с содержанием KNO₃ до 60–70%. В России к 1801 г. природную и искусственную «селитряную землю» уже перерабатывали 100–107 селитряных мастерских, производя в год около 500 т селитры.

В Средние века в Европе отскабливание селитры с глиняных стен домов было королевской привилегией. Стены делались из животных отбросов, садовой земли, смешанных с известью, глиной и соломой. Со временем на стенах появлялись белые налеты селитры. Шведские крестьяне, например, были обязаны платить часть своего оброка селитрой.

C 1845 г. в Россию стали завозить более дешевую чилийскую, или натриевую, селитру NaNO₃, и производство селитры из «селитряной земли» стало резко падать. Для изготовления пороха годилась только калиевая селитра KNO₃: натриевая селитра жадно поглощает влагу из воздуха, порох становится сырым и невоспламеняемым (см. 1.34). Для превращения NaNO₃ в KNO₃ к нагретому концентрированному водному раствору нитрата натрия добавляли хлорид калия КСl; при этом в осадок выпадал хлорид натрия NaCl, а из охлажденного фильтрата кристаллизовался нитрат калия KNO₃:

Основными потребителями селитры в прошлые века были пороховые заводы и мастерские по производству азотной кислоты — «селитряной кислоты».

Современные методы производства KNO₃ основаны на взаимодействии гидроксида калия KOH или карбоната калия K₂CO₃ с азотной кислотой:

В одном из декретов Конвента Франции (1790 г.) говорилось: «Всем и каждому промывать землю из своих погребов, конюшен, овчарен и коровников… те, кто пренебрег бы обязанностью извлекать из недр земли основной элемент оружия для поражения тиранов, были бы подлецами или контрреволюционерами».

Речь шла о получении селитры — нитрата калия KNO₃. После Французской революции 1789 г. Франция из-за блокады была лишена импорта селитры из Чили. Пороховые заводы остались без основного сырья, ведь в состав пороха обычно входит 75% селитры, 15% древесного угля и 10% серы. Этот состав был найден случайно (см. 9.5). Реакцию горения пороха отражает уравнение

Порох — не взрывчатка, порох — топливо, которому не нужен кислород воздуха, ему достаточно своего кислорода, находящегося «в основном элементе оружия» — селитре.

Московская Русь познакомилась с порохом еще в XIV в. Из летописей известно, что в 1382 г. москвичи уже обороняли свой город от войск татарского хана Тохтамыша с помощью огнестрельного оружия. Но первые упоминания о методе производства пороха в России относятся к 1607 г. («Устав о воинском деле», написанный по указанию Василия Шуйского).

Порох был открыт в Китае. В 682 г. философ-химик Сунь Сы-Мяо описал его состав и рецепт приготовления. Позднее, в XII в., в Китае появилось и первое огнестрельное оружие — бамбуковая трубка, заряженная порохом и пулей. В Европе о китайском рецепте изготовления пороха почти одновременно узнали монахи Роджер Бэкон (см. 25) и Бертольд Шварц (см. 9–5), а также немецкий алхимик и философ Альберт фон Больштедт, назвавший себя «Альбертом Великим» (1193–1280). Уже в 1346 г. в битве при Креси (Франция) английские войска, впервые применившие огнестрельное оружие, одержали решительную победу над закованными в железо французскими рыцарями.

В книге Я. Бухнера «Учение и практика артиллерии», изданной в 1711 г., сере дано следующее определение: «Сера есть минеральный корпус, из жирных и огнь приемлющих частиц, от нее же проницательство и крепкогоримый огнь».

В России при Иване IV Грозном и Петре I, располагавшими большой артиллерией, серу в основном применяли для получения черного пороха (см. 1.34). Тем не менее производство серы в России всегда было невелико. Использовали преимущественно серу, привозимую из Сицилии. Природные запасы серы в России были, однако, значительны. В XVI в. важнейшее месторождение природной серы располагалось вблизи г. Самары. Самарский серный завод в 1710 г. выпустил около 11 т серы. Для защиты завода от частых нападений вокруг него соорудили вал, построили острог и башню для караула. Другим важным для того времени месторождением серы были «Шамилевские копи» на Кавказе вблизи аула Чиркат в Дагестане. Вождь восстания Шамиль (1798–1871), которому требовалось большое количество черного пороха для борьбы против царских войск, получал серу из этого аула. В 1883 г. здесь добыли 500 т серы.

Природную серу переплавляли и перегоняли из глиняных кувшинов и отливали в форме палочек. Сера считалась хорошей, если она протекала между двух нагретых «железных блях яко воск без вони».

Сера входила во все составы «греческого огня» — смеси, использовавшейся в войнах до изобретения пороха. Эта смесь содержала также битум или нефть, иногда селитру (см. 1.33), и оксид кальция CaO. «Греческий огонь» был древним эквивалентом современного напалма. Он хорошо прилипал к поражаемым объектам и горел в присутствии воды. Вода взаимодействовала с CaO с большим выделением теплоты (см. 3.23). Впервые «греческий огонь» был применен византийцами около 680 г. н.э. в морском бою против арабов. Огневые галеры византийцев выбрасывали зажженную заранее жидкую смесь из устройств, подобных огнеметам, на неприятельские суда. В 941 г. н.э. под стенами Царьграда «греческим огнем» был уничтожен флот киевского князя Игоря. Состав «греческого огня» считался строжайшей государственной тайной.

В 1846 г. двумя немецкими химиками — Кристаном-Фридрихом Шёнбейном (1799–1868) и Рудольфом Бёттгером (см. 1.32) — независимо друг от друга был получен нитрат целлюлозы — пироксилин. По другим данным, пироксилин впервые получил еще в 1833 г. Анри Браконно (1780–1855) — французский химик, член Парижской академии наук. Целлюлоза — высокомолекулярный полисахарид, содержащийся в волокнистых тканях и клеточных оболочках растений, состава [C₆H₇O₂(OH)₃]_n, где n — степень полимеризации, или длина цепи молекул полисахарида. Пироксилин образуется при действии смеси концентрированных азотной HNO₃ (см. 1.48) и серной H₂SO₄ (см. 1.49) кислот на целлюлозу — вату, бумажное тряпье, отходы бумаги и др.:

Пироксилин — бесцветная порошкообразная масса, часто имеет вид обыкновенной ваты, не взрывается при зажигании, а лишь сгорает с большой скоростью без выделения дыма, причем образуется объем газообразных веществ, в 3 раза больший, чем при сгорании черного пороха. Пироксилин взрывается только от удара и взрыва других веществ — детонаторов. Именно по этой причине в 1848 г. взлетел на воздух завод в Ле Бурже близ Парижа — первый завод, производивший пироксилин.

Медленно опускаемый снаряд героев Жюля Верна не мог вызвать взрыва пироксилина, хотя в пушку для полета на Луну было заложено 181 600 кг этого вещества (напомним, что один английский и американский фунт равен примерно 454 г).

В России производство пироксилина для получения бездымного пороха началось с 1893 г. Д.И. Менделеев (см. 2.13) в 1890–1893 гг. предложил на основе зарубежного опыта и своих работ технологию производства пироксилина, названного им пироколлодием.

Нитроглицерин (или тринитрат глицерина) — бесцветная маслообразная ядовитая жидкость, взрывающаяся от удара, встряски, иногда просто от прикосновения, — был открыт в 1846 г. итальянским химиком Асканио Собреро (1812–1888). Он осторожно смешивал глицерин с охлажденной смесью концентрированной азотной HNO₃ (см. 1.48) и серной H₂SO4 (см. 1.49) кислот:

А. Собреро был так напутан огромной взрывчатой силой нитроглицерина, что хотя он и работал в Артиллерийской академии Турина, но никогда не пытался предложить это вещество для военных целей.

Русский химик Н.Н. Зинин (см. 2.32) и генерал-майор артиллерии В.Ф. Петрушевский (1829–1891) пытались на основе нитроглицерина создать более безопасное взрывчатое вещество для русской армии во время Крымской войны 1853–1856 гг. Они же и разработали промышленный метод получения нитроглицерина. Этими же вопросами интересовался и шведский инженер Нобель (см. 2.30), который после обсуждения с Зининым возможности использования нитроглицерина в качестве взрывчатого вещества предложил пропитывать им пористую «землю» — кизельгур, трепел и др. Так был получен динамит (см. 9.10). Взрыв динамита быстр и разрушителен («бризантен»), поэтому он и применяется не в огнестрельном оружии, а лишь для подрывных работ при строительстве каналов, дорог и туннелей.

В 1875 г. Нобель, растворив пироксилин в нитроглицерине, получил желатинообразную массу, названную им «гремучим студнем». «Гремучий студень» оказался сильнейшим взрывчатым веществом. Позднее его стали использовать для производства еще одного вида бездымного пороха — «баллистита».

В 1581 г. английская королева Елизавета по просьбе Ивана Грозного отправила в Россию 13 больших кораблей под командованием Джона Горсея. Корабли доставили к устью Северной Двины порох и сырье для его производства: селитру (см. 1.33), серу (см. 1.35) и…, как ни странно, косметические средства. Царица и ее окружение, жены бояр имели сильное пристрастие к румянам и белилам.

М.В. Ломоносов (см. 2.1) в статье, опубликованной в 1745 г., писал: «При растворении какого-либо неблагородного металла, особенно железа, в кислотных спиртах из отверстия склянки вырывается горючий пар, который представляет собой не что иное, как флогистон».

Ломоносов рассказывает о получении водорода («горючий пар», «флогистон») при действии кислот («кислотные спирты») на железо, цинк и другие металлы:

Ломоносов считал, что водород выделяется из металлов. Только в 1766 г. английский химик Кавендиш (см. 2.8), ничего не зная о работах Ломоносова, получил водород в реакции

и назвал его «горючим воздухом». В отличие от Ломоносова Кавендиш считал, что «горючий воздух» — это соединение флогистона с водой (см. 1.40; 1.42).

Целая плеяда замечательных химиков — Ломоносов (см. 2.1), Шееле (см. 2.7), Кавендиш (см. 2.3), Пристли (см. 2.11) — искала способы выделения флогистона из различных веществ, но так и не смогла их найти. Что же это за «составная часть веществ — флогистон»? Термин «флогистон» (от греческого — воспламеняющийся, горючий) употреблялся врачами со времен Аристотеля (см. 4.2) для указания на особо воспаленное состояние органов дыхания. Понятие о флогистоне для объяснения химических реакций ввел в обиход Георг-Эрнст Шталь (1659–1734), придворный врач герцога Саксен-Веймарского, а затем — прусского короля Фридриха-Вильгельма I. Шталь был членом Прусской академии наук и президентом Медицинской коллегии Пруссии. Он считал, что флогистон — составная часть всех горючих тел. По его мнению, флогистон выделяется при горении или обжигании веществ и, соединяясь с воздухом, образует пламя или огонь. Из воздуха флогистон выделить химическим путем уже нельзя. Только растения могут извлекать его, а через употребление растений флогистон переходит в животные организмы. Чем больше флогистона содержит вещество, тем более оно способно к горению. По Шталю, уголь состоит из почти чистого флогистона, но флогистон не является углеродом. Металлы, по представлению Шталя, являются сложными веществами, состоящими из «известей» и флогистона. Металлы, теряя флогистон, превращаются в «извести», из которых, добавляя флогистон, можно снова получить металлы. Со временем флогистон начали считать особой невесомой жидкостью, способной переливаться из одного тела в другое.

Ломоносов допускал, что флогистон — реальное материальное тело, состоящее из корпускул.

Первый удар по теории флогистона нанес Лавуазье (см. 2.28) в 1775 г. после открытия кислорода. Он показал, что никакого флогистона в природе не существует. Металлы под воздействием кислорода превращаются в оксиды (по Шталю — «извести»), а уголь, сгорая, переходит в диоксид углерода CO₂.

C развитием металлургии в России увеличивалось и производство кокса из каменного угля путем нагревания последнего без доступа воздуха. Побочные продукты коксования угля в основном содержали водород H₂, метан CH₄, аммиак NH₃ и каменноугольную смолу. После отделения смолы газ пропускали через воду, которая растворяла аммиак, а оставшиеся газообразные продукты — водород и метан — составляли основу так называемого «светильного газа», который употребляли для освещения городских улиц и для других бытовых нужд. Пропуская газообразные продукты коксования каменных углей через водные растворы серной кислоты H₂SO₄ или хлороводорода НСl, получали сульфат аммония (NH₄)₂SO₄ или хлорид аммония NH₄Cl (нашатырь, см. 1.44).

Выделение газа при нагревании угля без доступа воздуха впервые наблюдал в 1681 г. немецкий алхимик и врач Иоганн-Иоахим Бехер (1635–1682). Только через 100 с лишним лет «светильный газ» нашел практическое применение. В 1792 г. английский инженер Уильям Мурдок построил промышленную установку по сухой перегонке угля для газового освещения своего дома и фабрики. В 1814 г. уже целый квартал Лондона имел газовые фонари (см. 9.21).

В июне 1794 г. для наблюдения за передвижением армии интервентов во время боя при Флёрюсе (Франция) был использован привязной воздушный шар, заполненный водородом.

Способ получения водорода действием разбавленной серной кислоты H₂SO₄ на железо Fe (см. 1.39) был очень дорогим. Лавуазье (см. 2.28) и французский военный инженер Жан Мёнье (1754–1793) предложили первый промышленный метод получения водорода, заключающийся в пропускании водяного пара через раскаленный орудийный ствол:

Производительность такого примитивного процесса была крайне мала. Поэтому для заполнения водородом воздушного шара Жан Кутель (1748–1835) — французский инженер и командир воздухоплавательной роты — и Николя Конте (1755–1805) — французский химик — создали более крупную установку, состоящую из семи чугунных труб, вмазанных в печь и заполненных железными опилками. При прохождении водяного пара через раскаленные докрасна железные опилки образовывался водород, который очищался пропусканием через воду и водную суспензию гидроксида кальция Ca(OH)₂.

Производительность такой установки, использовавшей 200 кг железных опилок, составляла 24 м³ водорода в час. В России аналогичную установку впервые создал в 1803 г. русский химик, академик Яков Дмитриевич Захаров (1765–1836), незнакомый с работами французских химиков. Его установка вмещала 819 кг железных стружек и производила 91 м³ водорода в час. Свою установку Захаров использовал для наполнения водородом воздушного шара (см. 2.14).

В настоящее время промышленные способы получения водорода основаны либо на извлечении его из природных газов, либо на электролизе воды.

В 1774 г. Лавуазье (см. 2.28) провел опыты с нагреванием оксида ртути HgO:

и убедился, что выделяющийся газ не имеет ничего общего с диоксидом углерода CO₂, который тогда называли «связанным воздухом». Новый газ O₂ Лавуазье назвал «чрезвычайно чистым воздухом», а позднее — кислородом. О своем открытии он никаких сообщений не сделал, и записи о проведенных опытах остались лишь в его дневнике. В том же году английский химик Пристли (см. 2.11) также при нагревании HgO обнаружил выделение газа, улучшающего горение свечи. Он назвал этот газ «дефлогистированным воздухом». В конце 1774 г. Пристли прибыл в Париж, встретился с Лавуазье и рассказал ему о своих удивительных опытах. После визита Пристли Лавуазье, просмотрев свои дневниковые записи, сделал сообщение в Парижской академии наук об открытии им нового газа без ссылки на разговор с Пристли. А Пристли, узнав об этом, стал утверждать, что Лавуазье использовал его сообщение для присвоения приоритета открытия нового «воздуха». В ответ на возмущение Пристли Лавуазье в 1782 г. писал: «Этот воздух, который г. Пристли открыл приблизительно в то же время, что и я, и даже, я думаю, раньше меня…». В этом споре важно отметить и другое: Пристли считал воздух однородным веществом, а Лавуазье уже в то время был твердо уверен, что воздух содержит в себе два различных газа. Ко времени визита Пристли Лавуазье получил письмо от шведского химика Шееле (см. 2.7) с сообщением об открытии им «райского воздуха» (так назвал Шееле кислород).

Позднее Лавуазье показал, что кислород входит в состав продуктов горения фосфора (P₄O₁₀), серы (SO₂) и что азотная кислота HNO₃ также содержит кислород. Это привело его к мысли, что все кислоты являются продуктами реакции присоединения нового газа к какому-либо веществу. Поэтому он и дал название этому газу «кислород» — «рождающий кислоты».

В 1781 г. английский химик Кавендиш (см. 2.3) открыл водород (см. 1.39; 5.78) и, наблюдая его горение на воздухе, установил, что при горении водород превращается в чистую воду:

Эти опыты повторил Пристли и обнаружил те же явления.

В 1783 г. знаменитый изобретатель паровой машины англичанин Джеймс Уатт (1736–1819) показал, что вода состоит из водорода («горючего воздуха») и кислорода («чрезвычайно чистого воздуха»). Лавуазье в том же году проверил опыты Кавендиша и Пристли и уже вполне определенно заявил, что «вода не есть вовсе простое тело… но она может быть разложена и вновь соединена». Уатт узнал об этом объяснении Лавуазье и усмотрел в нем то, о чем он говорил ранее сам. C чувством горькой обиды он написал одному из своих друзей: «Лавуазье знал о моей теории, но не упомянул ни в малейшей степени обо мне… Богатым людям дозволено совершать низкие дела…». Уатт действительно первым высказал мысль о том, что вода — сложное вещество. Приоритет Уатта не хотели признавать ни Кавендиш, ни Лавуазье.

Аммиак NH₃ — бесцветный горючий газ с резким запахом — был известен еще в Древнем Египте за 1500–1000 лет до н.э. Египетские жрецы добывали его из «нашатыря» (хлорида аммония NH₄Cl). Для его получения сажа, осаждающаяся в дымоходах печей, отапливаемых верблюжьим навозом, подвергалась возгонке в ретортах. Образующиеся бесцветные кристаллы арабы называли «нушадир». Нашатырь был также природным продуктом разложения мочи и испражнений верблюдов и других животных в оазисе Аммона, через который проходили многочисленные караваны. По имени этого оазиса и стали позднее называть такие вещества, как аммиак и соли аммония. Выделяли аммиак, нагревая хлорид аммония NH₄Cl с гидроксидом кальция Ca(OH)₂:

По другим сведениям, аммиак получил свое название от древнеегипетского слова «аммониан». Так называли поклоняющихся богу Аммону. Во время своих ритуальных обрядов они нюхали нашатырь, который имеет запах аммиака.

Позднее аммиак стали получать в виде водного раствора («аммиачного сусла») при сухой перегонке без доступа воздуха природного азотсодержащего сырья (кожевенные отбросы, кости, кровь с боен и др.). Из одной тонны такого сырья удавалось выделить около 600 кг аммиачной воды, содержащей до 12% аммиака. Эту «воду» продавали как «нашатырный спирт». Промышленное его производство в России было организовано в XIX в. на заводе Лихачева (см. 1.22).

В XVII–XVIII вв. нашатырь ввозили в Россию из других стран. Только в 1710 г. был построен первый нашатырный завод боярского сына Нечаевского в Енисейской губернии, который стал выпускать около 5 т хлорида аммония в год. Нашатырь на этом заводе получали нейтрализацией водного раствора аммиака хлороводородной кислотой НСl:

Выделение газообразного фтора F₂ из фторсодержащих веществ оказалось одной из самых трудных экспериментальных задач. Фтор обладает исключительной реакционной способностью; он взаимодействует практически со всеми веществами, с которыми соприкасается, причем во многих случаях с воспламенением и взрывом.

Первыми жертвами фтора были два члена Ирландской академии наук братья Георг и Томас Нокс. Томас Нокс скончался от отравления фтороводородом HF, а Георг стал инвалидом. Следующей жертвой стал бельгийский химик П. Лайет. Мученическую смерть при проведении опытов по выделению фтора принял французский химик Джером Никлес. Отравились, надышавшись небольшими количествами фтороводорода HF, а также получили серьезные ожоги французские химики Жозеф Гей-Люссак (1778–1850), Луи Тенар (1777–1857) и английский химик Гэмфри Дэви (см. 2.44). При попытках выделить фтор при помощи электролиза его соединений нанесли ущерб своему здоровью французский химик Эдмон Фреми (1814–1894) и английский электрохимик Георг Гор. Только в 1886 г. французскому химику Анри Муассану (1852–1907) сравнительно безболезненно удалось получить фтор. Муассан случайно обнаружил (см. 9.48), что при электролизе смеси жидкого безводного HF и гидродифторида калия KHF₂ в платиновом сосуде на аноде выделяется светло-желтый газ со специфическим резким запахом. Однако когда Муассан докладывал Парижской академии наук о своем открытии, один глаз ученого был закрыт черной повязкой…

В 1906 г. Муассан был удостоен Нобелевской премии по химии за способ получения фтора.

В одной из книг, изданных в Петербурге в 1787 г., можно было прочитать: «Без купороса особливо никакое дело совершаться не может, ибо он, есть лутчая и сильнейшая соль, ближайшая к селитре».

Термин «купоросы» относился к сульфатам цинка ZnSO₄∙7Н₂O, меди CuSO₄∙5Н₂O и железа FeSO₄∙7Н₂O. Первый химический завод по производству купоросов в России был пущен при Петре I в 1718 г. Железный купорос производился в России уже в конце XV в., раньше, чем в европейских странах, а упоминания о нем датируются XIII в. Техника производства железного купороса из железного колчедана (пирита FeS₂, или дисульфида железа, см. 10.47) изложена в 1763 г. М. В. Ломоносовым: «Прежде его на огне отжигают, а потом несколько недель на вольный воздух под дождь и солнце рассыпают. И когда рыхл и ржав будет, то, размельчав, вымывают его в чистой воде… воду вываривают, пока верьху перепонка появится». Это описание технологии включает следующие реакции:

Появление ржавчины — метагидроксида железа FeO(OH) — свидетельствует о начале окисления сульфата железа:

Современный способ получения FeSO₄∙7Н₂O и ZnSO₄∙7Н₂O основан на взаимодействии железных или цинковых стружек с разбавленной серной кислотой:

В одной из московских торговых книг 1725 г. было записано о покупке «турецкого купороса» по цене один фунт за гривну.

«Турецким», «турским», «синим» или «медным» купоросом называли пентагидрат сульфата меди CuSO₄∙5Н₂O. До 1725 г. его ввозили в Россию из-за границы. А в 1725 г. его производство было организовано на медеплавильных заводах Урала. Сульфат меди получали прокаливанием на воздухе смеси кусков меди Cu и серы S:

Белый продукт реакции CuSO₄ обрабатывали водой, а полученный голубой раствор упаривали в котлах и затем охлаждали в деревянных корытах для кристаллизации CuSO₄∙5Н₂O. Продукт выделялся в виде крупных темно-синих кристаллов.

Медный купорос уже в 1679 г. применяли в медицине для составления мазей. Как считали в те времена, он «нечисть скорее объедает». Позднее медный купорос стали использовать для протравы семян и в борьбе с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур.

Алхимики, не зная состава сульфата меди, считали, что его водный раствор может превращать железо в медь. Если полоску железа опустить в раствор CuSO₄, то почти немедленно медь отлагается на поверхности железа в результате реакции:

Железо не превращается в медь, а вытесняет медь из ее сульфата.

Современная технология производства сульфата меди состоит из стадий получения медных гранул (пустотелых шариков), окисления их паровоздушной смесью в специальных керамических башнях, орошаемых разбавленной серной кислотой, и кристаллизации CuSO₄∙5Н₂O из полученных растворов:

В одной старинной русской книге, датированной 1675 г., было сказано, что на изготовление «крепкой водки» было дано полпуда железного купороса и десять фунтов селитры. Позднее в работах Ломоносова мы встречаем название «селитряная дымистая водка».

«Крепкой водкой», «селитряной дымистой водкой», «зияющей красным гасом кислотой» называли в России XVII и XVIII вв. азотную кислоту HNO₃ (см. 5–50). Название «крепкая водка» произошло от алхимического «аква фортис» — «крепкая, сильная вода». До 1700 г. получение HNO₃ осуществляли только в аптеках путем взаимодействия при нагревании железного купороса FeSO₄ *7Н₂O (см. 1.46) с селитрой KNO₃ (см. 1.33, 1.34):

C 1720 г. для производства азотной кислоты начали строить заводы, а вместо железного купороса стали применять серную кислоту:

Сведения об этой реакции нашли в записках Петра I: «Фунт истертой селитры положит в стекляной реторт и взлить на то по малу фунт самого чистого масла купоросного…». Впервые такую реакцию для получения азотной кислоты предложил немецкий алхимик Глаубер (см. 2.25). Если применять концентрированную серную кислоту («купоросное масло») и чистую селитру (нитрат калия KNO₃), то «водка» получалась «крепкой» — 96–98% HNO₃.

Первое промышленное производство синтетической азотной кислоты в России (и одно из первых в мире) было создано в Юзовке (ныне г. Донецк) в 1916 г. под руководством русского инженера-технолога Ивана Ивановича Андреева (1880–1919). Сырьем служил аммиак (см. 1.44) — побочный продукт производства кокса. Процесс включал три стадии: окисление аммиака до монооксида азота NO в присутствии катализатора — сплава платины и родия:

окисление монооксида азота путем смешения его с воздухом:

поглощение диоксида азота водой с возвратом NO на вторую стадию процесса:

По технологии Андреева работают сейчас все заводы мира.

Русский химик и минералог Василий Михайлович Севергин (1765–1826) в 1804 г. писал: «Имея железный купорос, можно бы приготовлять в России и купоросную кислоту».

Термины «купоросная кислота», «купоросное масло», «серное масло», «купоросный спирт» встречаются в России уже в XVII в. Так называли концентрированную серную кислоту H₂SO4, которую получали нагреванием железного купороса (см. 1.46) в глиняных ретортах:

При Петре I серную кислоту в Россию привозили из-за границы. Но уже в 1798 г. купец Муромцев «выварил» 125 пудов (около двух тонн) «купоросной кислоты» нагреванием железного купороса. Позже в России серную кислоту стали получать другим способом, сжигая смесь селитры (нитрата калия KNO₃) и серы S во влажных камерах:

Так производили серную кислоту до начала XX в.

Сведения, когда впервые в мире была получена серная кислота, до нас не дошли. Видимо, это случилось не раньше XIII в. Взаимодействие селитры и серы для производства H₂SO₄ уже использовали Дреббел (см. 4.36) в Англии и Василий Валентин в Германии (см. 152).

Первое современное промышленное производство серной кислоты контактным методом — окислением диоксида серы SO₂ в триоксид SO₃ в присутствии катализатора (губчатой платины Pt) — было создано в России на Тентелевском химическом заводе в Санкт-Петербурге в 1903 г. (ныне завод «Красный химик»).

В 1793 г. А. А. Нартов сообщил, что «кислая влажность из дровяных куч в уголь пережигаемых» может быть использована для травления меди и железа.

«Кислой влажностью», или «древесной кислотой», называли в России в те времена уксусную кислоту CH₃COOH (см. 3.32). Ее получали при сухой перегонке древесины лиственных пород, прежде всего березы. Продукты конденсации подвергали отстаиванию. Смола и деготь садились на дно, а сверху оказывался водный раствор темно-бурого цвета, содержащий уксусную кислоту, метиловый спирт CH₃OH, ацетон (CH₃)₂CO и другие примеси. Для выделения уксусной кислоты водный раствор сливали и добавляли к нему мел CaCO₃:

Ацетат кальция Ca(CH₃COO)₂, или, как его называли, «пригорело-древесную соль», «древесно-кислую соду», разлагали серной кислотой и отгоняли уксусную кислоту:

Вот как в 1800–1830 гг. определяли уксусную кислоту: «Древесный уксус есть не что иное, как произведенная от сгущения дыма и газов, отделяющихся от дерева при жжении угля».

Этот старый способ сохранил свое значение и в наше время. Однако большую часть уксусной кислоты теперь производят методом окисления ацетальдегида CH₃CHO кислородом в присутствии катализатора ацетата марганца Mn(CH₃COO)₂:

Остается добавить, что А.А. Нартов (1736–1813), сын механика, учителя Петра I, был президентом Российской академии наук.

В 1547 г. Иван Грозный поручил немцу Шлитте, проживавшему в России, ехать посланником в Немецкую землю и вывезти оттуда одного «мастера для варения квасцов». Но это сделать не удалось: Шлитте был схвачен Ливонским орденом и заключен в тюрьму. Для чего в то время были нужны квасцы и как их получали?

Квасцы — групповое название соединений состава МЭ(SO₄)₂∙12Н₂O, где М — калий К, рубидий Rb, цезий Cs, аммоний NH₄, Э — алюминий Al, хром Cr, железо Fe, марганец Mn и др. Во времена Ивана Грозного квасцами называли только сульфат алюминия-калия KAl(SO₄)₂∙12Н₂O (см. 3.21). Квасцы в России начали применять с давних пор в красильном и кожевенном деле, в иконописи, а также в медицине (они входили в состав мазей для лечения огнестрельных ран, венерических болезней, опухолей и др.). Вот как Ломоносов описывает квасцы: «Квасцы от своего кислого воздуха на Российском языке и имя себе весьма правильно имеют, ибо кроме того, что оне очень кислы, еще и через перегонку из реторты дают весьма кислый спирт, который… с купоросной кислотой одной натуры и те же свойства имеет».

Для получения квасцов использовали «квасцовые земли» — минерал алунит KAl₃(OH)₆(SO₄)₂. «Квасцовую землю» после удаления пустой породы сначала обжигали, а затем обрабатывали водой в «вымачивательных ямах» или чанах, отфильтровывали от нерастворимого остатка, раствор упаривали до начала кристаллизации KAl(SO₄)₂∙12H₂O. Чтобы удалить примеси, прежде всего сульфат железа Fe₂(SO₄)₃, квасцы перекристаллизовывали. При обработке алунита водой протекает реакция

В раствор переходят квасцы, а в осадок выпадает гидроксид алюминия Al(OH)₃. Этим способом только один Бондюжский завод К.Я. Ушкова в Вятской губернии в 1890 г. выработал 1600 т квасцов. Описанный способ получения квасцов сохранил свое значение и в наше время. Кроме него применяют еще метод разложения нефелина KAlSiO₄ серной кислотой H₂SO4:

В ассортименте лекарств одной из московских аптек в 1644 г. находилось вещество под названием «дух из солей».

Так называли в то время хлороводородную кислоту НСl, традиционное название которой — соляная кислота. В России в XVII в. хлороводородную кислоту получали при прокаливании хлорида натрия NaCl с железным купоросом FeSO₄∙7Н₂O, гептагидратом сульфата железа(II) (см. 1.46):

Этот способ был впервые предложен немецким монахом-алхимиком Василием Валентином в XV в. Василий Валентин (см. 4.24) называл хлороводородную кислоту «кислым спиртом». Кислота поражала воображение алхимиков и алхимистов (см. 1.4): «кислый спирт» дымил на воздухе, вызывал кашель, обжигал язык и нёбо, разъедал металлы и разрушал ткани. Позднее (в 1658 г.) аптекарь-алхимик Глаубер (см. 1.48) предложил для получения хлороводородной кислоты нагревать смесь хлорида натрия NaCl и серной кислоты H₂SO₄ (см. 1.49):

Он называл получаемую в этой реакции кислоту «спиритус салис» (см. 3.12). Остаток от реакции — сульфат натрия Na₂SO₄ — стали называть позднее «саль глаубери», или глауберовой солью. Метод Глаубера стали применять в России с 1790 г. Он сохранился до 1960–1965 гг. Современный способ получения хлороводородной кислоты основан на использовании водородно-хлорного пламени. После первоначального поджигания смесь хлора с водородом горит спокойным пламенем:

Избыток водорода позволяет получить хлороводород, свободный от примеси хлора. Хлороводород затем поглощается водой, и получается хлороводородная кислота.

В старой (1672 г.) рукописной книге «Прохладный вертоград» содержится такая запись: «Ярь такову силу имеет, что сушит и огнь из очей выводит… язвы огные и гнилые десна заживляет и от опухоли охраняет».

«Ярь», или «ярь-медянка», имеет ориентировочный состав CuO∙Cu(CH₃COO)₂. В зависимости от способа получения это кристаллы зеленого или голубого цвета. «Ярь» получали в русских аптеках уже в 1620 г., еще раньше ее привозили из других стран. «Ярь» применяли не только в медицине, но и в иконописи, и в стенной живописи как зеленую краску. В частности, ею были окрашены стены царских палат в Коломенском в Москве. Производили и покупали еще и «ярь венецийскую» — димер ацетата меди [Cu(СН₃СOO)₂]₂∙2Н₂O (зеленовато-голубые кристаллы).

«Ярь» получали со времен Плиния Старшего (см. 1.14) из меди и уксуса (см. 1.50). Русские мастера, не имея уксуса, для получения «яри» использовали кислое молоко, но в этом случае образовывался не ацетат меди, а а-гидроксопропионат меди состава Cu[СН₃СН(ОН)СОО]₂, к тому же с примесью казеина.

Реакция меди с уксусной кислотой протекает только при доступе воздуха:

При кипячении полученного раствора и выделяется (за счет гидролиза ацетата меди) «ярь-медянка»:

Нет: известен «свинцовый сахар», или «сахар-сатурн» (алхимики называли свинец «Сатурном»), — это ацетат свинца Pb(CH₃COO)₂∙3Н₂O. «Свинцовый сахар» имеет сладкий вкус, но это сильный яд.

Ацетат свинца хорошо растворяется в воде, легко плавится (при 60° С), его водные растворы могут взаимодействовать с оксидом свинца PbO с образованием основного ацетата свинца Pb(OH)(CH₃COO). Пропитанная ацетатом свинца бумага после поджигания продолжает тлеть как трут. Более 600 лет тому назад 0,2–0,5%-е водные растворы ацетата свинца стали применять для охлаждающих компрессов — «свинцовых примочек». Еще раньше ацетат свинца в больших количествах использовали для производства белил (см. 1.14).

Получают ацетат свинца, как и 1000 лет тому назад, обработкой оксида свинца PbO строго определенным количеством уксусной кислоты:

Считают, что первым металлом человека было метеоритное железо. Древнейшие железные предметы, найденные археологами, относятся к IV тысячелетию до н.э. У древних греков и египтян железо называли «небесным металлом». Древнегреческое название железа «сидерос» означает «звездный», а древнеармянское название железа «еркат» переводится как «капнувший с неба». Из метеоритного железа, если оно содержит примесь никеля — а она встречалась часто, отковать что-либо можно только на холоду: при горячей ковке металл становится хрупким.

Самородное железо на Земле — редкость (см. 5.27; 10.48). До сих пор оно было найдено только на берегу острова Диско вблизи Гренландии и содержало 2% никеля и 0,1% платины. В 1905 г. у острова Русский на Дальнем Востоке обнаружен самородный чугун с содержанием 3,2% углерода.

Производство железа из руд, таких как гематит Fe₂O₃∙nH₂O, сидерит FeCO₃ и др., началось лишь в конце I тысячелетия до н.э. Металлическое железо выплавляли путем нагревания руды с древесным углем при температуре около 700° С:

Металл при этом получался в виде губчатой массы, так называемого «кричного железа». Ковать такое железо древние металлурги не умели (нужна была горячая ковка). Плавку железа изобрели африканцы в 600–400 гг. до н.э. В бассейне реки Замбези, на территории Северного Судана и в других местах обнаружены глиняные домны, заброшенные железорудные шахты, груды шлака… В Африке железные руды выходят на поверхность земли, их обнаруживали в речных наносах. Поэтому народы одного из богатых железными рудами районов Земли — Замбии — перешли из века каменного прямо в век железа. Они перешагнули энеолит — медно-каменный и бронзовый века.

Первое оружие было изготовлено в конце V — начале IV тысячелетий до н.э. из природного золота (см. 10.9–10.13), содержавшего до 18% серебра и других металлов. Серебро стало известно людям позже, чем золото. Затем, в III тысячелетии до н.э., стала известна и медь. Древнейшее оружие из самородной меди обладало большей твердостью и с течением времени полностью вытеснило из употребления золотое оружие. После медного наступил бронзовый век (2000 лет до н.э.). Оружие из бронзы распространилось повсеместно, хотя месторождения медных и оловянных руд рядом не встречались. Например, из Египта за оловом снаряжались экспедиции на Кавказ, Пиренейский полуостров и даже на Британские острова, которые финикийцы так и называли «Оловянными островами». Напомним, что бронза — сплав меди и олова. В древней бронзе, из которой делали более твердые и прочные оружие и посуду, чем из золота и меди, содержалось 2–16% олова.

Первые «деньги» также были из золота. Но затем в денежное обращение пошли и другие металлы: медь, серебро, свинец. В частности, на территории теперешней Турции за 1900 лет до н.э. в ходу были свинцовые монеты. А обмен свинца на серебро велся из расчета 180 к одному. Вообще же серебро в те времена было всеобщим эквивалентом. Серебро отмеряли четырьмя весовыми единицами: «талант» (30 кг), «мина» (0,5 кг), «сикль» (8 г) и «зернышко» (¹/₁₈₀ доля сикля). «Зернышко» равнялось одному сиклю «черного» — свинца.

Переработку уранорадиевых руд в России начали с выделения из них металла радия Ra-сильно радиоактивного элемента, открытого в 1898 г. супругами Кюри (см. 2.46). C 1909 по 1912 г. общая мировая добыча радия составила всего 6 граммов. Собственных минералов у радия нет. В конце XIX в. в Ферганской области, в 30 км от г. Ош, в горном массиве Туя-Муюн был найден зеленовато-желтый минерал, названный впоследствии тю- ямунитом. Он имеет состав Ca(UO₂)₂(VO₄)₂∙8H₂O и является октагидратом ортованадата кальцияуранила, содержащим примесь радия. Этот минерал сильно радиоактивен: в урановых рудах в результате радиоактивного распада из каждых трех тонн урана образуется 1 грамм радия.

В 1919 г. началась организация первого в России завода по выпуску солей радия из этого минерала. Заведующим заводом стал студент последнего курса металлургического факультета Петроградского политехнического института Иван Яковлевич Башилов (1892–1953). Впоследствии профессор Башилов организовал в Московском институте тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова кафедру технологии редких и рассеянных элементов. В 1938 г. он был необоснованно арестован, а в 1953 г. умер от инфаркта.

По технологии, разработанной Башиловым, в 1921 г. началась переработка тюямунита на Бондюжском заводе, расположенном на реке Каме. Завод стал производить 2 грамма радия в год в виде его бромида RaBr₂. Для извлечения радия размолотую руду обрабатывали смесью хлороводородной (HCl) и серной (H₂SO4) кислот и затем в реакционную массу добавляли водный раствор хлорида бария BaCl₂. В результате реакции

выпадающий осадок малорастворимого сульфата бария захватывал примесь сульфата радия RaSO₄. В одной тонне осадка при такой операции концентрировалось до 50–60 мг радия. Потом осадок для удаления примесей превращали сначала в карбонат бария BaCO₃, а затем з бромид бария BaBr₂. Бромид бария подвергали дробной кристаллизации до получения бромида радия RaBr₂.

Иод — редкий и очень рассеянный в природе элемент, в виде примеси он присутствует буквально везде (см. 4.39; 9.8). До 1914 г. Россия своего иода не производила, а покупала его в Чили. Во время войны 1914–1918 гг. из-за блокады Германией морских путей все запасы иода иссякли, а лазареты, госпитали и больницы требовали его во все возрастающих количествах. Вот тогда и вспомнили о некоторых водорослях, содержащих до 0,5% иода. Первый в России йодный завод был пущен в 1915 г. в Екатеринославе (ныне Днепропетровск). Он дал стране 200 кг иода, полученного из золы черноморской водоросли филлофоры. Биомасса гигантского скопления филлофоры (настоящие джунгли) в Черном море исчисляется миллионами тонн. Филлофора способна извлекать из морской воды и концентрировать в своих тканях иод. В каждой тонне водорослей содержится до 3 кг иода.

Водоросли высушивали, сжигали, золу обрабатывали водой, извлекая иодид натрия NaI, а затем на раствор действовали либо концентрированной серной кислотой H₂SO4:

либо раствор только подкисляли серной кислотой и добавляли к нему водный раствор нитрита натрия NaNO₂:

В 1917 г. в Архангельске построили еще один завод по получению иода из водорослей Белого моря — ламинарии, или морской капусты. Этот завод был закрыт в 1923 г. из-за убыточности. C 1923 г. стал выпускать иод Сакский завод, где иод извлекали из воды некоторых крымских озер и солевых рассолов Сивашского залива. Содержание иодида натрия в солевых рассолах невелико. После отделения из рассола основной части солей на оставшийся раствор действовали либо хлором CI₂:

2NaI + Cl₂ = I₂↓+ 2NaCl,

либо нитритом натрия в сернокислотной среде.

В 1882 г. русский химик Алексей Лаврентьевич Потылицын (1845–1905) обнаружил иод в нефтяных водах Кубани. Уже в нашем столетии установили, что в буровых водах нефтяных и газовых месторождений содержание иода в виде иодида натрия может доходить до 0,005%. Для извлечения иода из таких вод применяют самые различные методы, в том числе и описанные выше.

Агар — ценнейший природный продукт, небольшие количества которого придают раствору свойства студня. Разбавленный (примерно 1%-й) нагретый водный раствор агара при охлаждении до 32–39° C уже превращается в студень. Напомним, что желатин образует студень лишь при +5° С. Агар имеет сложный состав. Это вещество полисахаридной природы включает длинные цепи, состоящие из фрагментов моносахарида галактозы СН₂ОНСОСОН(СНОН)₃. Молярная масса агара достигает 20 000–150 000 г/моль.

Агар получают из водоросли филлофоры, той же самой, из которой одно время выделяли иод (см. 1.58). Содержится агар и в красной водоросли анфельции, растущей в Белом море и на Дальнем Востоке. Подсушенные водоросли промывают водой и обрабатывают хлороводородной кислотой НСl, а затем полученную смесь нейтрализуют гидроксидом натрия NaOH и вываривают в специальных котлах несколько часов. Жидкость отфильтровывают, а остаток (агар) сушат и измельчают.

Пищевая промышленность не может без агара выпускать ни мармелад, ни желе, ни многие сорта конфет. Агар предохраняет джемы и варенья от засахаривания, увеличивает сроки хранения хлеба, не дает крошиться мороженому. Он идет на изготовление косметических кремов и зубных паст.

Агар совершенно безвреден, человеческий организм его не усваивает из-за отсутствия соответствующих ферментов.

В одной из старинных рукописей есть упоминание о том, как арабский алхимик, попробовав на вкус бесцветную жидкость, полученную им при нагревании сухой древесины в реторте, мгновенно ослеп.

Алхимик получил древесный, или метиловый, спирт — метанол CH₃OH. Метиловый спирт по внешнему виду и запаху почти неотличим от этилового (винного) спирта C₂H₅OH. Метанол — очень сильный яд. Прием внутрь всего 10–20 мл его приводит к потере зрения, а 30–50 мл — смертельная доза. Если этанол был известен с глубокой древности, то с метанолом человек познакомился намного позже. В России метанол получали в XVI в. под названием «мефиль», «камфин», «мефиловый спирт» и использовали для освещения домов, изготовления лаков и политур. Его извлекали из надсмольной воды — продукта сухой перегонки дерева (см. 1.50). Надсмольную воду обрабатывали известью (карбонатом кальция CaCO₃), которая превращала уксусную кислоту CH₃COOH в ацетат кальция:

Смесь нагревали до кипения, отгоняя воду, метиловый спирт и ацетон. Конденсируя пары этих веществ, получали «сырой метиловый спирт» с примесью ацетона и других органических веществ. Затем «сырой спирт» еще раз подвергали перегонке и получали более или менее чистый продукт.

В наши дни метанол получают либо гидрированием монооксида углерода СО:

либо окислением метана CH₄, содержащегося в природном газе.

И в том, и в другом случае необходимо присутствие катализатора; процессы идут при высоком давлении и повышенной температуре.

Люди еще до начала новой эры использовали сахар, полученный из сахарного тростника. Сахарный тростник раздавливали каменными валами и добытый сок упаривали до кристаллизации сахара. Для очистки сахар растворяли в воде, добавляли молоко, упаривали, снимали пену и, охлаждая раствор, выделяли уже чистый сахар.

Только в 1747 г. немецкий химик и металлург Андреас-Сигизмунд Маргграф (1709–1782) обнаружил присутствие сахара в свекловичном соке. Но это открытие не использовалось до 1801 г., когда ученик Маргграфа, немецкий химик и физик Франц-Карл Ахард (1753–1821) организовал в Силезии небольшой завод по извлечению сахара из свеклы. Однако это производство не получило развития из-за технических трудностей, вызвавших высокую себестоимость сахара. Только в период наполеоновских войн из-за континентальной блокады, закрывшей ввоз в Европу тростникового сахара из Индии и Америки, приступили к созданию свеклосахарных заводов в России, Германии и Франции.

Сахар, полученный из сахарного тростника и сахарной свеклы, имеет один и тот же состав — это сахароза C₁₂H₂₂O₁₁. Сахароза содержится во всех частях зеленых растений, но больше всего ее в соке сахарного тростника и сахарной свеклы (см. 6.16).

Сахароза — дисахарид, включающий шестичленное кольцо глюкозы C₆H₁₂O₆ и пятичленное кольцо фруктозы C₆H₁₂O₆, связанных химической связью. Если к раствору сахарозы добавить фермент инвертазу, то ее молекула расщепляется и образуется раствор, содержащий равные количества глюкозы и фруктозы.

На Руси бумага впервые была использована для изготовления «Договорной грамоты» великого князя Симеона Гордого (1340 г.) и старейшей рукописной книги «Поучения Исаака Сирина» (1381 г.).

Бумага — тонковолокнистый листовой материал, один квадратный метр которого имеет массу не более 250 г. При большей массе материал называют картоном. Честь изобретения бумаги приписывают Цай Луню, жившему в Китае во времена Второй Ханьской династии — около 105 г. н.э. Сначала бумагу готовили из волокон молодого бамбука. В XIII–XIV вв. Самарканд, расположенный на торговых путях из Китая в Европу, превратился в мировой центр распространения технологии производства бумаги. Сырьем для производства бумаги стала древесина. Первая бумажная фабрика в России была построена на реке Пахре под Москвой в 1655 г. Специалистов по производству бумаги называли «целовальниками бумажного дела» и «подьячими азбучного дела».

Как же производится бумага? Основной компонент бумаги — целлюлоза — вещество оболочек растительных клеток, высокомолекулярный полисахарид (см. 1.36). Больше всего ее в древесине хвойных пород, меньше — в древесине лиственных пород, соломе и тростнике. Для извлечения целлюлозы древесную щепу подвергают варке либо в водном растворе гидросульфита кальция Ca(HSO₃)₂ (и других гидросульфитов), либо в водном растворе, содержащем гидроксид натрия NaOH и сульфид натрия Na₂S, под давлением; температура при этом достигает 170° С. Щепа распадается на мелкие пучки волокон целлюлозы, а примеси переходят в раствор. В этой операции стараются наиболее полно удалить из целлюлозы лигнин, из-за присутствия которого бумага под действием света желтеет и становится ломкой. Затем целлюлозу промывают водой, удаляя все реагенты и примеси, и отбеливают при помощи хлора Cl₂ или оксохлората кальция Ca(ClO)₂, размалывают, смешивают с проклеивающими и наполняющими веществами — казеиновый клей, латекс, каолин, крахмал, краски и т. п. Образовавшуюся бумажную массу направляют в бумагоделательную машину, где она растекается на бесконечном сетчатом полотне. Из бумажной массы удаляется вода, масса спрессовывается и высушивается. Полученное таким образом бумажное полотно проходит валки каландра, делающие бумагу гладкой. А затем остается только смотать бумагу в рулоны и разрезать.

Бумагу производят из вискозных, асбестовых, найлоновых, полиэфирных, полиацетиленовых и акриловых волокон. Уникальны свойства бумаги из стекловолокна: она не горит, не поглощает влаги, устойчива к действию многих кислот. Началось производство бумаги из металлических и керамических волокон. «Керамическая» бумага выдерживает температуру до 2000° С, не взаимодействует с концентрированной серной кислотой H₂SO₄ и концентрированными водными растворами гидроксидов натрия и калия NaOH и КОН. Эти сорта бумаги требуются для медицины, космоса и электротехники. А бумага из найлоновых волокон идет на производство денег и географических карт.

Спор между Бертолле (см. 2.41) и Жозефом-Луи Прустом (1754–1826), членом Парижской академии наук, шел о возможности существования соединений переменного состава (нестехиометрических соединений). Спор длился почти восемь лет — с 1801 до 1808 г. Все химики разделились на два лагеря. В конце концов победу в этом споре одержал Пруст. Суть спора была в следующем. Бертолле во время похода в Египет (1798 г.), куда он сопровождал Наполеона, обнаружил, что кристаллизация соды, карбоната натрия Na₂CO₃, в одном из египетских озер в естественных условиях вызывает либо появление десятиводного соединения Na₂CO₃∙10H₂O, либо безводного Na₂CO₃. Это и другие наблюдения за природными процессами дали Бертолле повод утверждать, что вещества взаимодействуют друг с другом в различных соотношениях в зависимости от их исходного количества, и поэтому продукты реакций не имеют постоянного состава. Если же взять одинаковые соотношения исходных веществ и соблюдать условия, в которых протекает реакция, неизменными, то можно получить соединения определенного постоянного состава.

Пруст считал выводы Бертолле несостоятельными. Он показал, что если один химический элемент образует несколько соединений со вторым, то их состав изменяется скачком, а не постепенно, как утверждал Бертолле. Он писал: «Свойства истинных соединений неизменны, как и соотношения их составных частей… Японская киноварь имеет такой же относительный состав, как и испанская» (киноварь — сульфид ртути состава HgS).

Утверждение Пруста получило в химии название «закона постоянства состава», и почти все химики того времени признали этот закон как всеобщий закон природы.

Однако в начале нашего столетия стали накапливаться факты, опровергающие закон Пруста. Этот закон оказался справедливым только для молекулярных соединений — газообразных и жидких веществ, молекулярных кристаллов. К твердым веществам с ионной химической связью закон постоянства состава неприменим. Оба химика оказались правы: химическая организация вещества может быть дискретной (для соединений постоянного состава) и непрерывной (для соединений переменного состава, или нестехиометрических).

Выдающиеся химики жили, любили, страдали и радовались, как и все остальные люди. У одних жизнь складывалась благополучно уже с детства, другие часто испытывали невзгоды, но не падали духом, преодолевали, казалось бы, невозможное. Одни из них сохраняли чистую совесть и доброе имя до конца своих дней, другие поддавались корысти, зависти, суетному тщеславию, оказывались «придворными подхалимами» из-за орденов и званий, страха перед сильными мира сего, а иногда — и авантюристами. Приведенные в этой главе рассказы дают представление об их жизни и судьбе.

Семья Ломоносова

Ломоносов (1711–1765) родился в деревне Мишанинской, расположенной на острове Куростров в дельте Северной Двины, в семье крестьянина-помора Василия Дорофеевича Ломоносова и дочери просвирницы погоста Елены Ивановны.

Ломоносов был единственным сыном в семье. Отец Ломоносова Василий Дорофеевич занимался в основном рыбной ловлей и зверобойным промыслом, хотя семья Ломоносовых и обладала сравнительно крупным земельным наделом. Одним из первых в своем крае Василий Дорофеевич построил двухмачтовый корабль — гукор, по тем временам крупнейший по грузоподъемности на Белом море. Ломоносов впоследствии писал, что отец «довольство кровавым потом нажил». В девятилетием возрасте он лишился матери. Вторая жена отца — Федора Михайловна Ускова — умерла через три года после замужества. Третья жена отца, вдова Ирина Семеновна, женщина пожилая и сварливая, оказалась для тринадцатилетнего мальчика злой мачехой, что и послужило одной из причин ухода из дома Михаила в возрасте девятнадцати лет.

Уже в 13–14 лет Михаил стал самостоятельно читать «Грамматику» Мелетия Смотрицкого, «Арифметику» Леонтия Магницкого, «Псалтырь» Симеона Полоцкого и выучил их наизусть, а потом называл эти учебники «вратами своей учености». Вместе с отцом Михаил Ломоносов ходил в дальние плавания — к Новой Земле и Шпицбергену на промысел тюленя, нерпы и моржа. Отец Ломоносова погиб в возрасте 60 лет в 1744 г. во время очередного плавания. В этом году Михаил Васильевич после учебы в Германии уже работал в Петербургской академии наук (см. 1.7).

«Гетерогенные равновесия» — так называли салаты, приготовленные Гиббсом. Лучше его никто в семье салаты не готовил.

Джозайя-Виллард Гиббс (1839–1903) — физикохимик, создатель теоретических основ химического равновесия, один из основателей химической термодинамики, родился в небольшом американском городке Нью-Хейвейне. В сорок лет Гиббс был избран членом Национальной академии наук США, опубликовав перед этим всего три статьи. Он писал редко, но очень «густо». Например, с 1890 по 1903 г. Гиббс написал всего восемь небольших статей и одну книгу. В 1880 г. его избрали членом Американской академии искусств и наук — авторитетного научного общества, созданного еще в 1780 г. в Бостоне.

Семья Гиббса состояла из двух его сестер и шурина. Они прожили вместе всю жизнь в одном доме в Нью-Хейвейне. От дома было полквартала до школы, где он учился, один квартал до колледжа, где он провел студенческие годы, два квартала до университета, где преподавал, и столько же до кладбища, где был похоронен. Тихий провинциальный Нью-Хейвейн давал Гиббсу все, что нужно для работы: спокойную жизнь в семье, необходимые книги в личной и университетской библиотеках, свободное время для размышлений, живописные окрестности для прогулок. Он даже исцелял себя сам.

В 1861 г. у него сильно ухудшилось зрение. Окулисты не смогли найти причину заболевания глаз. Тогда он сам занялся диагнозом, установил у себя астигматизм (дефект хрусталика), рассчитал цилиндрические линзы для очков и сам их изготовил.

Гиббса отличали скромность, приветливость в общении с людьми, он никогда не проявлял честолюбия или высокомерия, даже в пожилом возрасте он не потерял стройности, всегда был тщательно одет, имел седые волосы и бородку, никогда не спешил, никогда никуда не опаздывал.

В 1901 г. Лондонское королевское общество присудило Гиббсу медаль Коплея — наиболее почетную международную награду до установления Нобелевских премий (см. 2.31). Это была последняя награда Гиббса. Через два года после непродолжительной болезни 64-летний Гиббс скончался. Понадобилось немало лет, чтобы имя Гиббса стало достаточно известным на его родине. Только в 1950 г. его бюст поместили в «Галерее славы великих американцев».

Генри Кавендиш (1731–1810) — талантливый английский химик и физик, член Лондонского королевского общества, открывший азот и водород, установивший, что вода образуется из кислорода воздуха и водорода. Кавендиш был сыном лорда Чарльза Кавендиша, герцога Девонширского. Его мать леди Анна Грей — четвертая дочь герцога Кентского Генриха — умерла, когда Генри было всего четыре года. По английским законам Кавендиш не наследовал имущество своего отца, так как был его вторым ребенком. Наследство он получил от своего дяди по завещанию в 1773 г. в размере 300 000 фунтов стерлингов (около 3 млн. руб. золотом). После смерти Кавендиша его состояние оценивалось уже в 1 200 000 фунтов стерлингов. Кавендиш проявлял полное равнодушие к богатству и славе; кроме того, он был женоненавистником. Его отличали крайняя застенчивость и сдержанность. У него не было друзей, а число знакомых не превышало трех-четырех человек.

Дэви (см. 2.44) писал о нем: «Голос его похож был на какой-то писк, обращение его было нервное. Он пугался чужих людей и когда смущался, то ему трудно было говорить». Постоянным обеденным блюдом его была баранья нога. Однажды, когда неожиданно у него собралось к обеду пятеро гостей и экономка усомнилась, что одной бараньей ноги будет достаточно, сэр Генри велел ей «в таком случае купить две».

Библиотека его была доступна для всех. Сам Кавендиш брал книги из собственной библиотеки под расписку. Свою лабораторию он устроил в конюшне, и в течение всей жизни вел в ней исследования. Каждый день, включая и воскресенья, он проводил за работой, но результаты своих исследований публиковал неохотно. Работы Кавендиша отличались величайшей точностью и изяществом, а выводы он делал с большой осторожностью.

Кавендиш жил и умер в одиночестве. Его девиз гласил: «Все определяется мерой, числом и весом».

Роберт Бойль — один из первооткрывателей закона физической химии: три постоянной температуре объем газа обратно пропорционален давлению (pV= const)», закона, получившего впоследствии название закона Бойля — Мариотта.

Роберт Бойль (1627–1691) родился в ирландском замке Лисмор и был тринадцатым ребенком и седьмым мальчиком в большой семье Ричарда Бойля — богатого землевладельца и первого герцога Коркского, свирепого захватчика чужих земель времен королевы Елизаветы. Отец Бойля был убит в одном из сражений с республиканской армией Кромвеля.

Роберт был болезненным и слабым. C детских лет его мучили камни в почках, что, вероятно, во многом определило его образ жизни. Он всю жизнь строго соблюдал диету, отличался религиозностью и никогда не произносил слова «Бог» без благоговейной паузы. В отличие от своего отца Бойль обладал редкой скромностью, добротой, избегал личных столкновений и уклонялся даже от научной полемики. Это был высокий худой человек, к концу жизни — бледный и изможденный. Он вел простую жизнь, был дисциплинирован, благороден и предельно учтив. По обычаю, распространенному в то время среди ученых, Бойль не был женат. В 1661–1677 гг. он возглавлял знаменитую Ост-Индскую компанию и на этом посту больше всего заботился о деятельности миссионеров в колониях. Бойль принадлежал к типу ученых-богачей, которые на свои средства создавали лаборатории и содержали лаборантов. Бойль сумел в 1689 г. убедить английского короля Генриха IV отменить указ, запрещавший алхимические опыты по превращению металлов в золото. Примерно третья часть всех ученых трудов Бойля посвящена проблемам теологии.

Р. Бойль — один из основателей Английской академии наук, которая была учреждена в 1662 г. Карлом II под названием «Королевского общества в Лондоне»; впоследствии она была переименована в Лондонское королевское общество (см. 1.6).

Умер Бойль в постели за правкой корректуры своей книги «Очерки общей истории воздуха».

Роджер Бэкон (1214–1294) — монах английского ордена францисканцев, алхимик и философ, прозванный за широчайшие познания «чудесным доктором», «удивительным учителем». Он впервые установил состав черного пороха (см. 1.34), доказал, что горение вещества в закрытых сосудах прекращается из-за отсутствия воздуха, разработал методы очистки золота от серебра и меди, приложил много усилий для распространения в Европе арабских и античных знаний. Бэкон выделил четыре источника ошибок в умозаключениях: вера в авторитеты, сила привычки, использование мнений невежеств и смешение полного невежества с кажущимся знанием или претензиями на знание (последнее — самый опасный источник ошибок).

Руководители ордена францисканцев, видимо, полагали, что Бэкон владеет тайной приготовления «философского камня* (см. 1.3) и в ожидании открытия им тайны в 1257 г. они впервые заключили его в тюрьму, где он провел 10 лет. Только благодаря покровительству папы Клемента IV, лично знавшего Бэкона, он был освобожден из заключения. В 1278 г. он вторично очутился в заключении, где пробыл 14 лет в одиночной камере монастырской темницы. Через два года после выхода из тюрьмы Бэкон умер.

Врач и химик Филипп-Аурел-Теофраст-Бомбаст фон Гогенхейм (1493–1541) назвал себя Парацельсом, т. е. «превосходящим Цельса» — знаменитого древнеримского врача, одного из медицинских авторитетов. Парацельс был реформатором алхимии (см. 1.2) и медицины, основоположником нового направления в алхимии, ставившего своей целью более широкое использование химических веществ при лечении болезней. Он впервые стал применять в качестве лекарств соединения меди, мышьяка, серебра, свинца, ртути, цинка и железа при строгом их дозировании. Афоризм Парацельса: «все есть яд, и ничто не лишено ядовитости. Одна только доза делает яд незаметным».

Парацельс был окружен, как и любой другой великий человек, «дымом сплетен, клубящимся вокруг него». О себе он писал: «Я изучал науку врачевания в университетах, искал разгадку в книгах и, не найдя ее, отправился в путь по странам». Был Парацельс и в России, где изучал болезни лошадей, коз и других сельскохозяйственных животных. Он объездил почти всю Европу, посетил Египет и Турцию. В Голландии и Дании Парацельс участвует в военных действиях в качестве врача. Вместе с датскими войсками он попадает в Швецию, а затем в Польшу. В Швеции Парацельс изучал причины несчастных случаев на рудниках и болезни горняков. В 1522 г. он оказался в Венеции, а в 1527 г. — в Базеле (Швейцария) в должности городского врача и профессора медицины в местном университете. Свою деятельность в качестве профессора Парацельс начал с того, что рекомендовал студентам сжечь на площади города все книги врачей древности Гиппократа (460–370 гг. до н.э.), Галена (129–199) и Авиценны (см. 1.2) из университетской библиотеки, что студенты под веселые возгласы и сделали. Эта акция вызвала возмущение городских властей, врачей и аптекарей… В Базеле Парацельс спас известного издателя Иоганна Фробениуса от ампутации правой ноги, вылечил от подагры и болезни почек знаменитого писателя и философа, дезидерия (т. е. коллекционера раритетов) Эразма Роттердамского (1466–1536). Однако ни тот, ни другой не смогли спасти Парацельса от преследования властей города. Парацельс как официальный врач города имел право ревизовать работу аптекарей, способы приготовления ими лекарств, которые он называл «вонючей похлебкой». Аптекари наживали богатство на варварских рецептах местных врачей. Штрафные санкции Парацельса и закрытие им аптек вызвали гнев «отцов города». Эразм Роттердамский сказал Парацельсу: «Судьба не способствует твоему пребыванию в Базеле».

Зимней ночью Парацельс, которому угрожал арест, тайком покинул город. Он ищет пристанище в глухих поселках Альп, где лечит бедняков и создает одну из лучших своих книг — «Великое врачевание ран».

В 1541 г. измученный скитаниями Парацельс принимает приглашение архиепископа г. Зальцбурга (Германия) поселиться в городе, но жить ему осталось недолго: в том же году в возрасте сорока восьми лет Парацельс — одинокий и нищий человек — умер на постоялом дворе. Можно полагать, что Парацельс погиб от систематического отравления ртутью. Он считал, что когда-то все металлы были ртутью, и провел сотни опытов, чтобы из ртути получить золото. В конце жизни он признал неудачу, сказав: «Из семени лука вырастет лук, а не роза, орех или салат».

По одной из легенд, Парацельс открыл секрет вечной молодости и не умер, а живет среди нас. Могила Парацельса на кладбище святого Себастьяна в Зальцбурге стала местом паломничества. Существует предание, что здесь в 1831 г. остановилось продвижение эпидемии холеры. Считают, что рассказы о Парацельсе легли в основу легенды о докторе Фаусте.

По мнению французского химика Ж. Дюма, шведский аптекарь Шееле не мог прикоснуться к какому-либо телу без того, чтобы сделать открытие».

Карл-Вильгельм Шееле (1742–1786) — знаменитый шведский химик и фармацевт. Шееле уже в 32 года был удостоен звания члена Стокгольмской академии наук и по своим знаниям, приобретенным путем самообразования, превосходил многих академиков того времени. По национальности Шееле — немец; он родился в г. Штральзунде. В 1757 г. Шееле покинул родительский дом и школу и поступил учеником в аптеку в Гетеборге (Швеция). Он трудился во многих аптеках разных городов Швеции, и хотя неоднократно получал предложения занять профессорскую должность по химии в том или ином университете, предпочел остаться аптекарем.

C 1775 г. Шееле стал управляющим аптекой, принадлежавшей вдове Маргарите Соннемай, которая и стала его женой за два дня до его смерти. Одни считают, что внезапная смерть 44-летнего Шееле была вызвана быстро прогрессирующей подагрой, другие — попыткой определить вкус синильной кислоты (циановодородной кислоты HCN): химики того времени, получив новое вещество, всегда пробовали его на язык. Шееле впервые синтезировал этот сильнейший яд, нагревая смесь аммиака NH₃ (см. 1.44) с диоксидом углерода CO₂ (см. 1.20) и углем:

Он описал запах синильной кислоты как запах горького миндаля и, вероятно, погиб, определяя ее вкус.

Обостренная наблюдательность, богатая химическая интуиция и талант аналитика позволили Шееле открыть семь новых химических элементов: кислород О, фтор F, хлор Cl, марганец Mn, молибден Mo, барий Ba и вольфрам W. Никто до Шееле и после него не открывал так много новых химических элементов (см. 4.49). Шееле впервые выделил из продуктов растительного и животного происхождения многие органические кислоты: щавелевую, галловую, винную, молочную и лимонную (см. 3.28–3.31). Из оливкового масла ему удалось в 1783 г. получить глицерин C₃H₅(OH)₃, который он назвал «сладким маслом». Шееле синтезировал триоксиды молибдена MoO₃ и вольфрама WO₃, объяснил природу вещества состава SO₃, которое тогда называли «ледяным маслом» и «философской солью», впервые обнаружил в продуктах некоторых реакций арсин AsH₃ и сероводород H₂S.

В реакции фторида кальция CaF₂ с серной кислотой H₂SO₄ Шееле установил образование фтороводорода HF:

Эту реакцию до сих пор используют в промышленном масштабе для получения HF.

Смешивая водные растворы мышьяковой кислоты H₃AsO₄ и сульфата меди CuSO₄, он получил зеленый осадок арсената меди Cu₃(AsO₄)₂, который стали использовать в качестве зеленой краски — «шеелевой зелени». Шееле разработал новый способ выделения белого фосфора с использованием золы костей взамен мочи. Лишь немногие химики смогли сделать за всю свою жизнь столько, сколько успел Шееле за свою короткую жизнь.

Из биографии Джона Дальтона: «… он всю свою жизнь проработал школьным учителем, не имея никакого специального образования».

Джон Дальтон (1766–1844) — автор атомной теории строения вещества, трех законов химии, президент Литературно-философского общества, член Лондонского королевского общества (с 1822 г.), член-корреспондент Парижской академии наук (с 1806 г.), член религиозной общины квакеров. Он родился в семье бедного ткача в деревушке Иглсфилд в Англии и до 11 лет учился в местной школе у слесаря Э. Робинсона, а с 12 лет сам стал в ней учителем. Дальтон работал учителем начальных школ в разных городах Англии, а с 1793 г. и до конца жизни преподавал в одном из колледжей Манчестера. В глазах манчестерских горожан Дальтон был довольно странным человеком: он вел уединенный образ жизни, в солидном возрасте посещал дома малолетних учеников и помогал им овладевать арифметикой и грамматикой. Он носил всегда костюм квакеров: короткие, до колен, брюки, серые чулки, башмаки с пряжками и белый галстук. У Дальтона были глухой хриплый голос, плохая дикция и невзрачная наружность. Его публичные лекции не привлекали людей.

В 1810 г. Дальтон отказался вступить в Лондонское королевское общество, так как не смог оплатить взносы за выдвижение в его члены и участие в работе общества. Дальтон должен был извиниться перед случайным слушателем, пропустившим его уроки, и предложить ему индивидуальные занятия, так как иначе он мог не получить плату за обучение всех прикрепленных к нему учеников. Только в 1833 г., когда Дальтону исполнилось 67 лет, правительство назначило ему скромную годовую пенсию.

Единственным отдыхом для Дальтона служила игра в кегли при посещении по четвергам загородного ресторанчика «Собака и куропатка». Около этой таверны на лужайке для игры в шар Дальтон утрачивал свои размеренные манеры, возбужденно жестикулировал и с неожиданным энтузиазмом бросал шары.

Он почти ничего не читал и часто хвастал, что «может унести всю свою библиотеку на спине» и что «даже из этих книг он не прочитал и половины».

Дальтон жил только наукой. Он никогда не был женат и часто говорил, что у него не хватало времени «на эту роскошь». Однако он любил общество красивых и умных женщин и некоторым из них даже посвящал стихи.

У Дальтона была всепоглощающая страсть — метеорология. Он исходил пешком всю северную часть Англии, собирая сведения о погоде. Всего им сделано около 300 000 записей. Умер Дальтон, записывая показания барометра и термометра. Над словами «небольшой дождь» в его последней записи красовалось большое чернильное пятно: из его охладевавших пальцев выпало перо.

В одной из газет Палермо (Сицилия) было помещено краткое сообщение о том, что в июле 1849 г. на фрегате «Независимость» бежали во Францию мятежники, приговоренные к смертной казни. Среди бежавших упоминали и Канниццаро.

Станислао Канниццаро (1826–1910) — итальянский химик, один из основателей атомно-молекулярной теории, член Национальной академии деи Линчеи, иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук, сенатор. Он родился в семье начальника полиции Сицилии, участвовал в восстании 1848 г. в Мессине против неаполитанского короля Фердинанда II Бурбона, выступал за объединение Италии. Канниццаро был у восставших артиллерийским офицером и комиссаром созданного ими сицилийского правительства. После поражения восстания ему пришлось бежать. Много лет спустя он стал профессором химии, преподавал в университетах Генуи, Палермо и Рима. Канниццаро впервые высказал идею о возможности образования атомами элементов молекул, которые могут при высоких температурах распадаться на составные части, предложил новые методы синтеза ряда веществ (см. 830). Прах Канниццаро покоится в Пантеоне рядом с прахом Рафаэля, Леонардо да Винчи, Галилео Галилея и других выдающихся сыновей Италии.

Первым из газов был открыт диоксид углерода CO₂ (углекислый газ). Его получил Д. Блэк.

Джозеф Блэк (1728–1799) — один из самых крупных химиков XVIII в., доктор медицины, профессор химии университетов в Глазго и Эдинбурге (Шотландия). Блэк впервые установил, что так называемые «мягкие щелочи» являются карбонатами металлов: он действовал хлороводородной кислотой HCl (см. 1.52; 3.35) на «мягкие щелочи» (карбонат кальция CaCO₃) и обнаружил выделение неизвестного газа:

Этот газ — диоксид углерода CO₂ — Блэк назвал «связанным воздухом» и с удивлением отметил, что он поглощается «едкой щелочью» — гидроксидом кальция Ca(OH)₂:

Блэк был любимцем женщин, но сам не обращал на них внимания и до конца жизни остался холостяком. Отличаясь учтивостью, он всегда готов был вступить в беседу на любую тему, а настроение его оставалось одинаковым во всех условиях жизни: никто не видел Блэка озабоченным, угрюмым, веселым или вспыльчивым. Здоровье Блэка никогда не было удовлетворительным, он много страдал от расстройства органов пищеварения, но так строго соблюдал диету, что прожил долгую жизнь.

В завещании Блэк все свое обширное состояние разделил на 10 000 частей, распределив их между множеством людей с учетом их потребностей и заслуг.

Известный американский физик Бенджамин Франклин в одном из писем своему другу писал в 1788 г.: «Передайте от меня привет… честнейшему еретику д-ру Пристли. Я называю его честнейшим не для того, чтобы как-то отличить от других… считаю, что именно честность заставила его сделаться еретиком».

Жизнь Джозефа Пристли (1733–1804), английского химика, богослова и философа, была необычайно беспокойной и пестрой из-за независимой позиции, занятой им по отношению к англиканской церкви и из-за его борьбы за свободу совести. В возрасте двадцати двух лет Пристли был отлучен от государственной церкви, осужден на вечное проклятие и стал священником религиозной секты диссидентов.

Пристли — выдающийся, как и Лавуазье, химик своего времени. Он открыл кислород (см. 1.43), оксид азота NO, оксид углерода СО и диоксид серы SO₂. Пристли был членом Лондонского королевского общества, почетным членом Парижской академии наук и Петербургской академии наук. Он хорошо знал французский, итальянский, арабский и даже халдейский языки. Пристли восторженно приветствовал Великую французскую революцию. В 1793 г., во вторую годовщину штурма Бастилии, в Бирмингеме, где жил Пристли, начались погромы всех тех, кто подозревался в сочувствии к республиканской Франции. Церковь, где служил Пристли, его дом, лаборатория, книги, рукописи были сожжены. Самому Пристли и его семье удалось бежать в Вустер, а затем в Лондон. Осенью 1793 г. Англия вступила в войну с Францией, что крайне усилило реакционные настроения в стране. Пристли уже нельзя было больше оставаться на родине, и в 1794 г. он с семьей (жена, дочь и три сына) переехал в США, где и провел последние десять лет своей жизни, занимаясь в основном религиозными проблемами. В США от туберкулеза умер его младший сын Генри, а через год — и жена Мэри. Пристли предлагали занять место ректора университета и священника, но он отклонил оба предложения. На одном из званых обедов Д. Пристли был смертельно отравлен тайными агентами британского правительства. Никто из других участников этого обеда не пострадал (см. 1.43; 932).

Именем Авогадро названы постоянная N_A, представляющая число молекул в 1 моль вещества (N_A = 6,022∙10²³ моль^-1), и один из основных законов химии: «В равных объемах всех газов при одинаковых температуре и давлении содержится равное число молекул».

Амедео Авогадро (1776–1856), полное имя которого Лоренцо-Романо-Амедео-Карло Авогадро ди Кваренья и ди Черето, был третьим ребенком из восьми в семье служащего судебного ведомства Филиппо Авогадро. Он родился и большую часть жизни прожил в Турине (Италия).

В двадцать лет после окончания юридического факультета Туринского университета Авогадро стал доктором церковного законоведения. Позднее, в 1823 г., Авогадро, физик-самоучка, получил звание профессора «высшей физики» в Туринском университете, и его назначили старшим аудитором по контролю за государственными расходами. Когда Авогадро было уже за тридцать лет, он женился на двенадцатилетней Анне-Марии-Феличите Маццье ди Джузеппе. У них родилось восемь детей. В 1850 г. Авогадро стал директором отделения физики и математики Туринской академии наук. Под старость Авогадро предпочитал находиться большую часть дня в своем уединенном кабинете в дальнем конце дома. Он был низкого роста и хрупкого телосложения и с редкой настойчивостью соблюдал правильный образ жизни, как пишет о нем его врач. Его религиозность была лишена нетерпимости. Авогадро презирал роскошь и был безразличен к собственным заслугам и известности.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907) — русский ученый- энциклопедист, талантливый химик, открывший Периодический закон и разработавший Периодическую систему химических элементов, родился в г. Тобольске. Он был последним, семнадцатым по счету ребенком в семье директора Тобольской гимназии Ивана Павловича Менделеева и его жены Марии Дмитриевны. Ко времени его рождения в семье Менделеевых из детей осталось в живых два брата и пять сестер. Восемь детей умерли еще в младенческом возрасте, и троим из них родители не успели даже дать имени. Дмитрий был любимцем матери. Но не всегда жизнь была к нему благосклонна: разрыв с любимой невестой, недоброжелательность коллег, неудачный брак и затем развод…

Два года, 1880 и 1881, были очень тяжелыми в жизни Д. И. Менделеева. В декабре 1880 г. в Петербургской академии наук состоялись выборы на вакансию академика по технологии и прикладной химии. Кандидатура Д. И. Менделеева была забаллотирована большинством академиков (см. 2.33). Обострились и отношения в семье. Со стороны жены Феозвы Никитичны часто раздавались упреки. Ее не интересовала научная работа мужа, а его беспокойный образ жизни вызывал только ее раздражение. Менделеев чувствовал себя в семье одиноко и отчужденно. «Я — человек, не Бог, и ты — не ангел», — писал он жене, признавая свои и ее слабости. Именно в это время возник у Менделеева интерес к Анне Ивановне Поповой (1860–1942), художнице, часто бывавшей в их доме со своей подругой, учительницей музыки дочери Менделеева Ольги. Интерес к девушке перерос в глубокую симпатию… Не желая быть причиной разрыва Менделеева с семьей, Анна Ивановна покинула в 1880 г. Петербург и уехала в Италию. Дмитрий Иванович все же решил следовать за ней. Он подал было в отставку, но по совету ректора заменил уход из университета прошением об отпуске. Жена Менделеева на развод не соглашалась, а расторжение брака в то время было очень трудным делом. А. Н. Бекетову, действовавшему в качестве посредника между супругами Менделеевыми, в конце концов удалось получить согласие Феозвы Никитичны на развод. Он нанял опытного юриста, который умело повел нелегкое дело о разводе, вручив секретарю консистории 500 руб. — «вознаграждение за хлопоты». В 1881 г. брак наконец был расторгнут. Дмитрий Иванович, получив отпуск, уехал в Италию к Анне Ивановне. В мае 1881 г. Менделеев и Попова вернулись в Россию, а в декабре того же года у них родилась дочь Люба.

Давая согласие на развод, консистория тем не менее наложила на Менделеева шестилетнее покаяние, в течение которого он не мог венчаться вновь. Только в апреле 1882 года вопреки этому решению священник Адмиралтейской церкви Куткевич за 10 000 рублей обвенчал Менделеева и Попову. За нарушение запрета Куткевич был лишен духовного звания.

В августе 1887 г. Менделеев в одиночку совершил полет на воздушном шаре около г. Клин для наблюдения солнечной короны во время солнечного затмения. Накануне полета шел сильный дождь, и намокший шар не поднимал двоил, поэтому пилоту-аэронавту А. Кованько пришлось остаться на земле. Дмитрий Иванович самостоятельно поднял воздушный шар, проделал путь около 100 км с максимальной высотой полета примерно 4 км и удачно посадил его.

Самым первым из химиков на воздушном шаре совершил полет русский академик Захаров (см. 1.42). В июне 1804 г. он наполнил воздушный шар водородом, полученным на созданной им специальной установке. C целью изучения состава земной атмосферы Захаров вместе с фламандцем Робертсоном пролетел на своем воздушном шаре более 64 км в окрестностях Петербурга, поднявшись на высоту около 3 км.

Через два месяца — в августе 1804 г. — французский химик Гей-Люссак (см. 1.45) и физик Био по заданию Парижской академии наук также совершили полет на воздушном шаре для определения температуры и содержания влаги в верхних слоях атмосферы.

Это были первые в истории полеты химиков на воздушном шаре.

Им был выдающийся химик-органик, член-корреспондент Петербургской академии наук Александр Абрамович Воскресенский (1809–1880), учитель Менделеева.

Воскресенский родился в семье дьякона приходской церкви в г. Торжке Тверской губернии. Когда Александру было пять лет, отец его умер, оставив вдову с тремя малолетними детьми без всяких средств к существованию. Сироты были определены на казенный счет в Торжковское духовное училище. Известно, что Александр после окончания училища был направлен в Тверскую семинарию. После окончания семинарии он поступил в 1829 г. в Петербургский педагогический институт, из которого был выпущен с золотой медалью «за успехи в науках».

Впоследствии Воскресенский стал ректором Петербургского университета. Однако после нескольких столкновений с чиновниками Министерства просвещения Воскресенский в 1869 г. вышел в отставку и к исследовательской и педагогической работе уже не возвращался. Он поселился с семьей в селе Можайцево Тверской губернии, где построил народную двухклассную школу и стал ее руководителем. Здесь Воскресенский и прожил последние годы жизни.

Ньюлендс (1837–1898) — американский химик-аналитик, эксперт в сахарной промышленности, занимался с 1864 г. и до конца своей жизни систематизацией химических элементов. Однажды он расположил все известные в его время элементы по возрастанию их атомных масс и обнаружил сходство химических свойств у каждого восьмого элемента. Ньюлендс унаследовал от своей матери-итальянки любовь к музыке и, видимо, поэтому обнаруженную им правильность в расположении элементов назвал «законом октав». Напомним, что октава — восьмая ступень последовательного ряда звуков (гаммы), а также интервал между ближайшими одноименными звуками различной высоты.

В 1866 г. Ньюлендс выступил на заседании Лондонского королевского общества со своим «законом октав». Доклад был встречен равнодушно. Профессор физики из Глазго Г. Фостер спросил Ньюлендса, не пробовал ли он расположить элементы в таблице в алфавитном порядке и не заметил ли он при таком расположении каких-либо новых закономерностей. Журнал общества отверг статью Ньюлендса, в которой он излагал содержание доклада (см. 4.4).

Ньюлендс приветствовал появившуюся в 1869 г. Периодическую систему Менделеева. Он рассматривал ее как подтверждение собственной таблицы. Но затем, увидев все значение открытия Менделеева, начал борьбу за признание своего приоритета в открытии Периодической системы. В 1884 г. Ньюлендс оформил свои претензии в виде статьи, опубликованной в английском журнале «Химические новости», однако доказать свой приоритет ему не удалось. Работа Ньюлендса характерна для труда систематика, умеющего классифицировать то, что уже известно, но не умеющего предугадывать то, что еще может быть найдено.

Руководители Лондонского королевского общества, мучаясь угрызениями совести, присудили Ньюлендсу в 1887 г. медаль имени Дэви — спустя пять лет после того, как этой же медалью был награжден Менделеев.

Юстус фон Либих (1803–1873), немецкий профессор органической химии, был выдающимся химиком своего времени. Большая часть его работ посвящена изучению вопросов питания растений и рациональному применению удобрений. За услуги, оказанные земледелию России, ему были вручены два ордена Святой Анны, а за повышение урожайности сельскохозяйственных культур в Германии он получил звание барона, давшее ему право на приставку «фон». За работы Либиха по применению минеральных удобрений предлагались баснословные гонорары. Либих заложил основы химии пищевых продуктов. Он родоначальник технологии производства мясного экстракта, дожившего до наших дней под именем «бульонных кубиков». Либих выдвинул первую теорию катализа и теорию основности органических кислот, разработал методы анализа органических соединений.

Он родился в семье аптекаря в г. Дармштадте, столице Гессенского герцогства. Из семьи правителей этого герцогства происходила и российская императрица Мария Александровна, супруга Александра II, основательница российского «Красного креста».

В возрасте 21 года Либих был назначен профессором Гессенского университета по рекомендациям двух выдающихся ученых — Гей-Люссака (см. 1.45) и Александра-Фрейхерра-Вильгельма фон Гумбольдта (1769–1859) — немецкого физика, географа и путешественника.

Юстус Либих в возрасте 23 лет женился на девятнадцатилетней Генриетте Мольденхауер, дочери дармштадтского чиновника. Генриетта, или, по-домашнему, Иетхен, была очень красива, а главное — добра. Ей нравились галантные манеры молодого черноволосого профессора, его веселый характер и целеустремленная натура. Брак их оказался счастливым. У Генриетты и Юстуса родилось пятеро детей. В обращении с ними Либих был строг, редко позволял себе шутки, хотя и очень любил детей. Всю жизнь Либих относился к жене с неизменной любовью. Либих, по его собственному утверждению, никогда не читал стихов и не любил романы. Театры и концерты он посещал редко, но любил прогулки и путешествия.

У Либиха был воинственный и надменный нрав. Это был человек, с которым, по немецкой поговорке, «вишни есть вместе не сядешь»: по-русски это означает примерно «палец в рот не клади». Азартный полемист, Либих в пылу борьбы не разбирал, где друзья, где враги.

Неистовая научная работа и бескомпромиссная борьба с консерваторами от агрохимии привели к тому, что уже в 50 лет Либих был человеком с разрушенным здоровьем, страдавшим бессонницей и головными болями. Весной 1870 г. Либих серьезно заболел и даже заказал себе гроб, но, поправившись, велел спрятать его в чулан… В апреле 1873 г. во время отдыха в саду Либих простудился; простуда перешла в воспаление легких, и через две недели он скончался. Генриетта пережила своего супруга на восемь лет.

Фридрих Вёлер (1800–1882) — профессор химии Геттингенского университета — являлся наряду с Либихом (см. 2.17) одним из основателей современной химии, создателем ее теорий и методов исследования. Вёлер первым получил очень многие вещества: металлический алюминий Al и аморфный бор В (см. 9.35), кремний Si, бериллий Be, иттрий Y, карбиды кремния SiC и кальция CaC₂ (см. 9.50), силан SiH₄, трихлорсилан SiHCl₃ и др. Он предложил новый метод получения белого фосфора нагреванием смеси ортофосфата кальция Ca₃(PO₄)₂, угля и песка (диоксида кремния SiO₂):

Этот метод до сих пор применяет промышленность почти всех стран мира (см. 8.5).

Но самым знаменитым синтезом Вёлера стало получение мочевины [карбамида CO(NH₂)₂] — получение органического вещества из неорганического (см. 9.19). Мочевину обнаружил в моче человека еще в 1763 г. французский химик Гийом-Франсуа Руэль (1703–1770), член Парижской академии наук, но до Вёлера считалось, что это вещество может вырабатывать только человеческий организм.

Вёлер родился в г. Эшерхейме, недалеко от Франкфурта-на-Майне, в семье именитого бюргера. По настоянию родителей он окончил медицинский факультет Марбургского университета и в 1823 г. получил звание доктора медицины — хирурга. Но Вёлера привлекала химия, и свое химическое образование он получил в лаборатории Берцелиуса (см. 2.19). Вёлер обладал спокойным, уравновешенным характером. C другим немецким профессором — знаменитым Либихом — его связывала многолетняя дружба, о которой Либих писал: «Без зависти и ревности рука об руку мы шли нашей общей дорогой; когда один нуждался в помощи, другой был готов ее ему оказать». Вёлер мало интересовался политическими событиями, он писал Либиху: «…проклятие нашего времени состоит в том, что каждый дурак сейчас думает, что он должен в этих важнейших событиях хорошо разбираться, имеет право судить о них и даже принимать участие в руководстве ими».

Вёлер был дважды женат. Первая его жена умерла после двух лет замужества. От второй жены Юлии Пфейффер он имел четырех дочерей, одна из них — Эмилия — стала его секретарем и биографом. В последние годы жизни Вёлер много путешествовал.

Йенс-Якоб Берцелиус (1779–1848) — гениальный шведский химик, профессор, барон. Он родился в семье директора школы, который умер вскоре после его рождения; мать Якоба вторично вышла замуж, но после рождения ребенка заболела и умерла. Отчим сделал все, чтобы и Якоб, и его брат получили хорошее образование. Химией Якоб Берцелиус увлекся в двадцатилетием возрасте; уже в 29 лет он был выбран членом Шведской королевской академии наук, а двумя годами позднее — ее президентом. На протяжении своей двадцатилетней научной деятельности Берцелиус, работая по 12–14 часов в сутки, проанализировал более 2000 соединений с целью определения их состава, установил атомные массы элементов для известных тогда 43 простых веществ, открыл четыре новых химических элемента, разработал систему символов химических элементов, используемую до сих пор, впервые стал применять химические уравнения и формулы веществ (см. 3–5).

Лаборанткой у Берцелиуса работала одно время Анна Бланк, которая помогала ему по хозяйству и скрашивала вечерами в часы досуга одиночество Якоба интересными беседами. Однако любовь Анны осталась неразделенной… Берцелиус только в 56 лет женился на двадцатичетырехлетней Иоганне-Елизабете (Бетти), старшей дочери государственного канцлера Швеции Поппиуса, старого друга Берцелиуса. Брак их был счастливым, но детей у Якоба и Бетти не было.

К 1845 г. состояние здоровья Берцелиуса ухудшилось, участились приступы подагры. К тому же он с двадцатитрехлетнего возраста страдал периодическими головными болями. После одного, особенно сильного приступа подагры у Берцелиуса оказались парализованы обе ноги. В августе 1848 г. на семидесятом году жизни Берцелиус умер. Он похоронен на маленьком кладбище вблизи Стокгольма.

Так Либих (см. 2.17) характеризовал выдающегося французского химика-органика Жана-Батиста-Андре Дюма (1800–1884), с удивительной легкостью получавшего новые органические соединения. В частности, Дюма впервые получил спирты — метиловый CH₃OH, пропиловый C₃H₇OH, бутиловый C₄H₉OH (см. 1.60; 3.10), хлорпроизводные ряда органических соединений и др. (см. 8.1).

Дюма был темпераментным, красноречивым, неутомимым и даровитым профессором химии в Сорбонне, секретарем Парижской академии наук. Одновременно он был советником Наполеона III, сенатором, мэром Парижа, министром высшего образования, начальником монетного двора. За хитрость и лицемерие французский химик Гей-Люссак как-то окрестил Дюма «братом Игнатием» (Игнатий Лойола основал некогда орден иезуитов), а Берцелиус писал Либиху в 1837 г.: «От совместной работы с Дюма в органической химии я Вас полностью отговариваю, так как Вы скоро потеряли бы обретенное спокойствие».

После 1870 г. Дюма утратил политическое влияние и целиком посвятил себя научной деятельности.

Роковая встреча

А. С. Пушкин в «Истории Пугачевского бунта» пишет: «Пугачев бежал по берегу Волги. Тут он встретил астронома Ловица и спросил, что он за человек. Услыша, что Ловиц наблюдал течение светил небесных, он велел повесить его поближе к звездам».

В этом эпизоде речь идет об отце шестнадцатилетнего Товия (Тобиаса) Егоровича Ловица (1757–1804), будущего академика Петербургской академии наук. Историю трагической гибели отца Т. Ловица очевидцы описывали иначе. Отец Ловица Георг-Мориц Ловиц, немец по происхождению и астроном по профессии, был руководителем экспедиции Петербургской академии наук по исследованию прохождения Венеры через солнечный диск. Во время путешествия к Каспийскому морю экспедиция натолкнулась на беспорядочное отступление войск Пугачева, расправлявшихся по дороге с чиновниками и со всеми, кто казался бунтовщикам богатым. Бежать от опасности Ловиц не мог, с ним была вся его семья (малолетняя дочь, сын и жена), другие члены экспедиции, а также дорогие измерительные инструменты. Ловиц рассчитывал найти защиту в немецкой колонии, но кто-то из колонистов выдал его. Пугачев потребовал привезти к себе и отца, и сына Ловицев. По дороге конвойный казак пожалел мальчика и вытолкнул его из кибитки. Пережитое потрясение было столь сильным, что вызвало у Ловица-младшего эпилепсию. Припадки этой болезни мучили Товия Ловица почти всю жизнь.

Мачеха не приняла в свою семью спасшегося от казни Товия. Она отказалась даже от воспитания собственной дочери, считая, что заботу об осиротевших детях должна взять на себя Петербургская академия наук, направившая ее мужа в опасную экспедицию.

Товия Ловица и его маленькую сестру Софью приютила семья известного математика, академика Петербургской академии наук Леонарда Эйлера (1707–1783). Ловиц, не кончая гимназии, с 1777 г. стал работать сначала учеником, а затем и аптекарем в Главной петербургской аптеке, занимаясь приготовлением и очисткой множества фармацевтических препаратов.

Н. Леблан (1742–1806) — автор первого промышленного способа производства соды (см. 1.19). Свою технологию Леблан предложил герцогу Филиппу Орлеанскому, личным врачом которого он был. Герцог подписал в 1789 г. соглашение с Лебланом и выделил ему 200 000 ливров (старинная серебряная монета, замененная впоследствии франком) на строительство завода. Содовый завод, построенный в пригороде Парижа Сен-Дени и названный «Франсиада — Сода Леблана», вскоре стал давать 100–120 кг соды ежедневно.

Во время Французской революции в 1793 г. герцог Орлеанский был гильотинирован, а его собственность конфискована; содовый завод и патент Леблана были национализированы. Лишь через семь лет Леблану вернули разоренный завод и выделили всего несколько тысяч франков на его восстановление. Этих средств Леблану едва хватало, чтобы прокормить семью. Последние его годы проходили в нищете. Потеряв надежду на улучшение своего материального положения и находясь в глубокой депрессии, Леблан покончил жизнь самоубийством, нанеся себе ножом удар в сердце. Это произошло в Сен-Дени, в убежище для бедных, в 1806 г.

Помощник Леблана Мишель Дизе в 1810 г. затеял тяжбу, доказывая, что не Леблан, а он, Дизе, настоящий автор способа получения соды. Тяжба длилась до 1850 г. (Дизе к этому времени исполнилось 86 лет), пока французский химик Дюма (см. 2.20) доказал несостоятельность притязаний Дизе, и дело «Дизе против Леблана» было закрыто.

В списке лауреатов Нобелевской премии по химии имя Вант-Гоффа стоит первым. Нобелевскую премию он получил в 1901 г. «за открытие законов химической динамики и осмотического давления в растворах».

Якоб-Хендрик Вант-Гофф (1852–1911) — один из выдающихся физико-химиков, основателей современной физической химии — родился в Роттердаме (Голландия) в семье врача. У Якоба было четыре брата и две сестры. Двое из братьев умерли в младенчестве. Сестра Якоба, восьмилетняя Мария, которая была старше его на три года, умерла от туберкулеза.

В 1874 г. в Утрехтском университете Вант-Гофф защищает докторскую диссертацию, посвященную исследованию некоторых органических кислот, и становится доктором математики и натурфилософии. Однако ни в одном из университетов Голландии не нашлось ему места для работы, даже в должности учителя химии ему было отказано. В течение двух лет Вант-Гоффу пришлось давать частные уроки по химии и физике. Только в 1876 г. он получил свою первую должность доцента в ветеринарной школе Утрехта; здесь к нему и пришла известность после опубликования работы по структурам молекул. В 1878 г. Вант-Гоффа избирают профессором химии, минералогии и геологии в недавно основанном Амстердамском университете. В том же году он женится на дочери купца из Роттердама Женни Месс, которую давно любил и с которой проживет до конца своих дней.

В 1896 г. Вант-Гоффа избирают действительным членом Берлинской академии наук, и он с семьей переезжает в Берлин.

Последние годы жизни Вант-Гоффа были омрачены смертью его родных и близких: в 1902 году в возрасте 85 лет умер его отец, через шесть лет застрелился зять — муж дочери Евгении, вскоре после этого умер младший брат; другая дочь уехала в США вопреки желанию родителей. В начале 1907 г. Вант-Гофф заболевает туберкулезом легких, каждое лето лечится, но болезнь прогрессирует, и в 1911 г. он умирает. Его старший брат, врач, писал впоследствии, что «переход от жизни к смерти был тихий, совершенно соответствующий тому единственному желанию, которое он высказывал в моменты сознания».

Немецкий химик Кольбе отозвался о статье Вант-Гоффа «Химия в пространстве» так: «Какой-то доктор Вант-Гофф из Ветеринарного института в Утрехте, видимо, не имеет вкуса к точным химическим исследованиям. Ему значительно удобнее воссесть на Пегаса, вероятно, взятого напрокат в Ветеринарном институте, и провозгласить в своей «Химии в пространстве», что, как ему показалось во время смелого полета к химическому Парнасу, атомы расположены в межпланетном пространстве».

Кольбе (см. 1.30) отличался грубостью и непониманием новых теоретических воззрений в химии, был ярым противником теории химического строения. Он даже предлагал таких исследователей, как Вант-Гофф, исключать из рядов «настоящих ученых» и зачислять их в лагерь спиритов.

В своей статье Вант-Гофф заложил основы новой науки — стереохимии, изучающей пространственное строение молекул и его влияние на свойства веществ. В частности, Вант-Гофф объяснил, почему различны свойства «молочной кислоты брожения», обнаруженной в кислом молоке, и «мясомолочной кислоты», выделенной из живой работающей мышцы, хотя состав молочной кислоты в обоих случаях одинаков — СН₃СН(ОН)СООН (см. 3.29). Он объяснил, что если углеродный атом в молекуле связан с четырьмя другими атомами, два из которых разные, то возможно образование двух различных структур одной и той же молекулы, а следовательно, возможно и появление различия свойств.

Приведенные две структуры не совпадают при наложении, как не совпадают кисти рук человека, ориентированные ладонями в одном направлении. Они являются зеркальным отображением друг друга и носят название оптических, или «зеркальных», изомеров.

Иоганн-Рудольф Глаубер (1604–1670) родился в семье цирюльника в Карлштадте. Он рано потерял родителей и подростком стал зарабатывать на жизнь, выполняя черновую работу в различных аптеках, торгуя вином и изготовляя зеркала. Накопив небольшие средства, Глаубер стал аптекарем и занялся изготовлением лекарств. В Европе в то время шла 30-летняя война. Аптеки Глаубера подвергались грабежу, а подчас полностью сжигались. Он бежал из одного города в другой то от одной, то от другой наступающих армий. В Зальцбурге Глаубер посетил могилу Парацельса (см. 2.6), жил в Париже, Базеле и Бонне. В 1644 г. он стал работать лекарем и аптекарем королевского двора в Гиссене. Когда у Глаубера появилась семья, родились дети, он переехал в Амстердам, недалеко от которого купил дом. В прилегающем к дому саде Глаубер устроил опытное поле и производил на нем опыты с минеральными удобрениями. В доме он оборудовал четыре химические лаборатории, где работал с шестью помощниками. В этих лабораториях Глаубер впервые получил много новых, до него неизвестных веществ: фенол C₆H₅OH — путем перегонки каменноугольной смолы, чистую азотную кислоту HNO₃ (см. 1.48), хлороводородную кислоту HCl (см. 1.52), сульфат натрия Na₂SO₄ (см. 8.12), пентасульфид дисурьмы Sb₂S₅ и другие соединения. Одним из первых он применил стекло для изготовления химической посуды и основал промышленное производство ее в Тюрингии. В Амстердаме Глаубер получил репутацию врача, вылечивающего различные болезни.

В 1660 г. частичный паралич ног приковал Глаубера к постели. Восемь его детей не пожелали заниматься химией. Тогда он продал все лабораторное оборудование и свою большую библиотеку. Похоронен Глаубер недалеко от Амстердама.

В декабре 1903 г. Мари Кюри пишет своему брату Юзефу: «Нам присудили половину Нобелевской премии. Точно не знаю, сколько это будет, но думаю, что около семидесяти тысяч франков. Для нас это большая сумма…».

Уильям Рамзай родился в 1852 г. в семье инженера-железнодорожника, тоже Уильяма Рамзая. Рамзай обладал очень хорошим музыкальным слухом, прилично играл на фортепиано, скрипке; никто в Англии, по свидетельству современников, не мог лучше его насвистывать классические мелодии под собственный аккомпанемент. Он был прекрасным танцором, полиглотом: владел русским, французским, немецким, итальянским, греческим и латинским языками. В 1888 г. Рамзай был избран членом Лондонского королевского общества, а в 1902 г. король Англии Эдуард VII вручил Рамзаю почетную награду за научные заслуги — орден Бани. После этого Рамзая стали называть сэром Уильямом, а его суп- ругу — леди Рамзай. В 1904 г. Рамзай получил Нобелевскую премию по химии за открытие благородных (инертных) газов, а Петербургская академия наук избрала его своим почетным членом. В 1910 г. Рамзай в возрасте 58 лет ушел в отставку, приобрел вблизи Лондона земельный участок, построил дачу и небольшую химическую лабораторию, в которой работал до конца своей жизни.

В 1915 г. Рамзай заболел раком легких и умер через год после тяжелой операции. Причиной заболевания, видимо, была его работа с радиоактивными веществами (радием, радоном и др.) практически без какой-либо защиты. Полагают, что Рамзай способствовал своему заболеванию путем инъекции себе водного раствора радиоактивного радона (см. 4.31). Рамзай неоднократно в восторженных тонах сообщал друзьям, что он нашел метод лечения рака такими инъекциями. Впоследствии этот метод лечения был отвергнут.

Были у него и другие заблуждения. Так, в апреле 1908 г. Рамзай писал своей жене: «Я, наконец, установил вне всяких сомнений, что медь превращается в литий».

В последние годы жизни Рамзай перестал самокритично относиться к собственным идеям и экспериментальным результатам.

Он утерял чувство ответственности за полученные выводы, столь необходимое научному лидеру и первооткрывателю. Подлинным источником лития в меди был, по замечанию М. Траверса, друга Рамзая, пепел от табака, выкуриваемого Рамзаем, который часто стряхивал пепел где попало. Вера в свою непогрешимость привела Рамзая и к другому ошибочному заключению: «Мы полагаем, что нам удалось осуществить синтез аргона из водорода и серы, подвергая эти элементы действию катодных лучей» (потока электронов). Этот абсурдный вывод был, естественно, отвергнут и химиками, и физиками. Оказалось, что использованный Рамзаем водород H₂ содержал примесь аргона Ar.

Антуан-Лоран Лавуазье (1743–1794) открыл закон сохранения вещества, ввел понятие химического элемента, показал несостоятельность теории флогистона (см. 1.40), установил, что кислород является химическим элементом (см. 1.43), объяснил процессы окисления, горения и дыхания, предложил новую номенклатуру химических соединений.

Б. Томпсон (1753–1814) родился и вырос в американском местечке Вобурн в большой фермерской семье. Очень рано в нем проявились честолюбие и вероломство. В 19 лет он женился на молодой вдове богатого землевладельца. Связи жены позволили ему войти в доверие к британскому королевскому губернатору штата Нью-Гэмпшир, и он надолго стал шпионом в пользу англичан, с которыми вела войну молодая американская республика. Однажды в 1774 г. Томпсон узнал, что к нему собирается группа граждан города Румфорда, чтобы наказать его за измену: вымазать его дегтем и обвалять в перьях. Оставив жену с грудным ребенком и престарелого тестя на произвол судьбы, Томпсон бежал в Бостон и больше к семье не вернулся. В Бостоне, где хозяйничали англичане, он стал комендантом города. В 1776 г. вместе с отступающей английской армией Томпсон покинул Бостон и вскоре появился в Лондоне. А в 1784 г. он перебрался в Мюнхен (Германия) в качестве военного советника баварского курфюрста Карла-Теодора. Через несколько лет Томпсон занял видное положение и стал вторым человеком в Баварии: он одновременно был военным министром, министром полиции и камергером баварского двора. В то же время он продолжал сотрудничать с английской разведкой, регулярно сообщая ей о состоянии баварской армии. Томпсон получил титул графа Священной империи и с 1722 г. стал называть себя только графом Румфордом. В 1795 г. Томпсон покинул Мюнхен и вернулся в Лондон, где основал Королевский институт, который в наши дни является широко известным научным учреждением.

Томпсон впервые установил возможность превращения работы в теплоту и рассматривал последнюю как результат особого вида движения частиц материи, он изобрел калориметр для определения теплоты реакций горения веществ, предложил конструкцию фотометра для изучения поглощения света веществом, изобрел кухонную плиту, кофеварку, армейскую полевую кухню, печи для обжига кирпича, паровую отопительную систему, открыл конвекционные токи в газах и жидкостях, ввел в употребление в Баварии картофель и т. п.

В 1797 г. Томпсон переезжает в Париж, где в 1805 г. женится на вдове Лавуазье (см. 2.28). Но новый брак продлился всего два года. Об отношениях супругов можно судить хотя бы по тому, что после одной из ссор графиня полила кипятком любимые цветы мужа. Томпсон был беспринципным и неразборчивым в средствах человеком, часто провозглашал себя гением человечества, пресмыкался перед высокопоставленными лицами, вероломно вел себя с равными и был тираном с подчиненными.

В 1814 г. Томпсон скоропостижно скончался. Его смерть была настолько внезапной, насколько стремительной была его жизнь. По завещанию вся его собственность перешла к Гарвардскому университету.

Этот человек — «динамитный король», удачливый коммерсант и талантливый инженер-химик Альфред-Бернард Нобель (1833–1896).

Нобель не получил в детстве никакого серьезного образования. Пока семья жила в Швеции, он прошел одногодичный курс обучения в одном из лицеев Стокгольма. В 1842 г. семья Нобелей переезжает в Петербург, где Альфред с девяти- до шестнадцатилетнего возраста занимался с частным преподавателем. Затем путем самообразования Альфред Нобель обстоятельно изучил химию и физику, овладел русским, английским, французским и итальянским языками. За всю свою жизнь Нобель получил около 350 патентов на изобретения — преимущественно взрывчатых веществ, порохов и детонаторов; в большинстве случаев изобретения были реализованы на созданных им заводах. В одной только Германии Нобель построил 23 динамитных завода.

В 1864 г. на Геленборгском заводе недалеко от Стокгольма погиб от взрыва нитроглицерина (см. 1.37; 9.10) младший брат Альфреда Эмиль-Оскар. Но это не остановило Нобеля: он продолжал строить нитроглицериновые заводы в разных местах Европы. C 1890 г. Нобель жил на вилле «Мое гнездо» в Сан-Ремо (Италия), где была оборудована прекрасная химическая лаборатория по синтезу и изучению взрывчатых веществ. К тому времени уже 93 завода производили нитроглицерин, динамит, бездымные пороха и другие виды взрывчатки.

Весь бухгалтерский учет в своей «динамитной империи» Нобель вел сам, что приводило к постоянным его переездам. Поэтому он и слыл «европейским бродягой».

Альфред Нобель был угрюмым и нелюдимым циником. В нем сочетались, казалось бы, несовместимые черты характера: удивительная удачливость коммерсанта и человеческая беспомощность, страсть к наживе и безразличие к почестям и наградам, миролюбие и воинственность, подавленность, меланхолия и яростная увлеченность научными исследованиями. Сам он писал о себе так: «Главные достоинства: всегда держит ногти в чистоте и никому никогда не бывал в тягость. Главные недостатки: не имеет семьи, обладает плохим характером, слабым здоровьем и пищеварением». А. Нобель умер в 1896 г. в своей лаборатории в Сан-Ремо и весь свой капитал — более 33 млн. шведских крон, или 9 млн. долларов, — завещал всему человечеству таким образом:

«Я, нижеподписавшийся, Альфред-Бернард Нобель, после размышлений настоящим объявляю мое окончательное завещание относительно имущества, которое я нажил к моменту моей смерти.

Все мое остающееся реализуемое имущество необходимо распределить следующим образом: капитал мои душеприказчики должны превратить в ценные бумаги и создать фонд, проценты с которого будут ежегодно распределяться в виде премий тем, кто в течение прошедшего года принес наибольшую пользу человечеству. Указанные проценты необходимо разделить на пять равных частей, которые предназначаются: одна часть тому, кто сделает наиболее важное открытие или изобретение в области физики; другая — тому, кто сделает наиболее важное открытие или усовершенствование в области химии; третья — тому, кто сделает наиболее важное открытие в области физиологии или медицины; четвертая — тому, кто создаст наиболее выдающееся произведение идеалистического направления; пятая — тому, кто внес наиболее существенный вклад в сплочение наций, уничтожение рабства или снижение численности существующих армий и содействие проведению мирных конгрессов. Премии физикам и химикам будут присуждаться Шведской академией наук, по физиологии или медицине — Королевским институтом в Стокгольме, по литературе — Академией в Стокгольме, борцам за мир — комитетом из пяти человек, избираемым норвежским Стортингом. Мое особое желание заключается в том, чтобы при присуждении премий не принималась во внимание национальность кандидатов, чтобы премию получали наиболее достойные, независимо от того, скандинавы они или нет.

Это завещание является последним и окончательным, оно имеет законную силу и отвергает все мои предыдущие завещания, если таковые обнаружатся после моей смерти.

Наконец, последнее мое настоятельное желание состоит в том, чтобы после моей кончины компетентный врач твердо установил факт смерти, и лишь после этого труп должен быть сожжен.

Париж, 27 ноября 1895 г. Альфред-Бернард Нобель».

Нобелевские премии по химии были введены в 1901 г. по завещанию Альфреда Нобеля (см. 2.30), который весь свой капитал в виде процентов с него завещал распределять «как премии тем, кто в течение прошедшего года принес наибольшую пользу человечеству*. Если в 1901 г. первые нобелевские лауреаты получали чек на сумму 150800 шведских крон (42 тыс. долларов), то в 1974 г. — уже около 600 000 шведских крон (167 тыс. долларов), а в 1989 г. — 470 тыс. долларов.

Не были удостоены Нобелевской премии Менделеев (см. 2.13), Бертло (см. 2.42), Гиббс (см. 2.2), Ле-Шателье (см. 2.40), Канниццаро (см. 2.9), Зелинский (см. 2.37). Формальной причиной было то, что, согласно Уставу о Нобелевских премиях, ими награждаются только работы, выполненные и получившие признание в году присуждения премии, или старые работы, важность которых доказана в текущем году. Открытия перечисленных химиков были сделаны и оценены учеными задолго до 1901 г.

Сообщения о новых лауреатах публикуются обычно 21 октября — в день рождения Нобеля, а официальная церемония вручения премии происходит 10 декабря, в день его смерти. Этот день отмечается в Швеции как День Нобеля. В среднем возраст нобелевских лауреатов по химии составляет примерно 39 лет. C 1901 по 1984 г. Нобелевские премии получили 366 ученых, из них 101 человек — по химии (это около 28%).

Основоположник органического синтеза

Николай Николаевич Зинин (1812–1880) родился в г. Шуше в Нагорном Карабахе. Родители его умерли через несколько дней после его рождения, а вскоре умерли и его сестры. Из всей большой семьи в живых остался один Николай Зинин. Вырос и воспитывался он в семье дяди.

В 1833 г. он окончил с отличием Казанский университет и по предложению попечителя Казанского учебного округа Мусина-Пушкина стал жить в его семье на время подготовки к магистерскому экзамену. Одновременно Зинин готовил детей попечителя к поступлению в гимназию (М.Н. Мусин-Пушкин в Отечественную войну 1812 г. лишился обеих рук). В 1845 г. Зинин был избран профессором по кафедре технологии Казанского университета — ученый совет поддержал его девятнадцатью голосами против пяти. Через три года он переезжает в Петербург и избирается профессором химии Медико-хирургической академии.

Своими многочисленными работами Зинин заложил в России основы синтетической органической химии. В 1842 г. Зинин впервые получил синтетическим путем анилин C₆H₅NH₂ — главное сырье для производства многочисленных анилиновых красителей. Предложенная им реакция, получившая впоследствии имя Зинина (см. 8.29), заключалась в воздействии сероводорода H₂S или гидросульфида аммония NH₄HS на нитробензол в спиртовом растворе:

В настоящее время анилин в промышленности получают действием на нитробензол другого восстановителя — атомарного водорода, а процесс восстановления ведут, внося в хлороводородный раствор нитробензола железные опилки:

В 1865 г. Зинин был избран академиком на общем собрании Петербургской академии наук.

Умер Зинин от инфаркта.

Ученый и большой оригинал

Александр Михайлович Бутлеров (1828–1886) родился в родовом имении отца, деревне Бутлеровке Спасского уезда Казанской губернии. Отец его Михаил Васильевич был участником Отечественной войны 1812 г. и вышел в отставку подполковником. В имении отца числилось около 100 крепостных крестьян. Александр был у отца единственным сыном. Матери своей Бутлеров не помнил, она умерла вскоре после его рождения. Семнадцати лет Александр поступил в Казанский университет. Он имел атлетическое сложение, отличался большой физической силой: мог поднять легко на руки двух товарищей и согнуть кочергу в букву «Б».

Во время поездки к Каспийскому морю в 1846 г. Александр Бутлеров заболел брюшным тифом, был перевезен в г. Симбирск и постепенно вылечился; однако отец его, ухаживая за сыном, заболел, заразившись, и вскоре умер.

Бутлеров не смог защитить в Казанском университете докторскую диссертацию на тему «Об эфирных маслах» на степень доктора химии и физики (в то время еще не было отдельной степени доктора химии), так как профессор физики А. С. Соловьев дал отрицательный отзыв. Бутлеров забрал диссертацию и защитил ее в Московском университете. Позднее он сам говорил, что эта диссертация «не представляет ничего интересного».

Женился Бутлеров на Надежде Михайловне Глумилиной, племяннице писателя С. Т. Аксакова, в семье которого он одно время жил после смерти отца. Надежда Михайловна родила ему двух сыновей.

На дверях своей квартиры в Казани Бутлеров приклеил извещение приблизительно такого содержания: «Ал. М. Бутлеров визитов не делает и не отдает, но всегда очень рад видеть у себя своих добрых знакомых». Извещение шокировало горожан, так как в провинции свято чтили визиты.

В 1868 г. при поддержке Менделеева (см. 2.13) Бутлеров был избран профессором химии Петербургского университета. Перед голосованием Менделеев сказал на совете: «А. М. Бутлеров — один из замечательнейших русских ученых. Он русский и по ученому образованию, и по оригинальности своих трудов… В химии существует бутлеровская школа и бутлеровское направление». Кафедра общей химии, которую возглавлял Менделеев, была разделена на две: кафедру неорганической химии, оставленную под руководством Менделеева, и кафедру органической химии, заведование которой было поручено Бутлерову.

Через шесть лет по представлению академика Зинина (см. 2.32) Бутлерова избрали академиком Петербургской академии наук (Бутлеров был учеником Зинина в Казанском университете).

В начале 1886 г. Бутлеров, забравшись на стул, чтобы достать книгу из шкафа, сделал неловкое движение и почувствовал сильную боль под коленом. На другой день у него образовалась опухоль. После операции и почти двухмесячного постельного режима у себя в имении Бутлеровке Александр Михайлович начал ходить и даже отправился на охоту. Но после возвращения с охоты он почувствовал себя плохо и вскоре скончался, не дожив до пятидесяти восьми лет всего двадцати дней. Его скоропостижная смерть была вызвана закупоркой кровеносных сосудов сгустками крови, которые, видимо, образовались на месте опухоли.

Во время гражданской войны 1918–1921 гг. имение Бутлеровых было сожжено. В пожаре погибли все рукописи и письма Бутлерова.

В учебнике академика Чичибабина «Основные начала органической химии», изданном в 1931 г., есть такое посвящение: «Памяти Наташи Чичибабиной, дорогой дочери, лучшего друга и помощника, посвящаю труд моей жизни».

Алексей Евгеньевич Чичибабин (1871–1945) родился на Украине в селе Куземино. После окончания гимназии он поступил в 1888 г. в Московский университет. Там же в 1903 г. Чичибабин защитил диссертацию на степень магистра химии. Защита прошла трудно. Проф. А. П. Сабанеев (1843–1923) назвал его самоучкой, а проф. Н. Д. Зелинский (см. 2.37) диссертацию забраковал. C 1909 г. Чичибабин стал заведующим кафедрой органической химии МВТУ. Большая часть его работ посвящена химии пиридина (см. 8.25). Чичибабин был организатором отечественной фармацевтической промышленности. Во время первой мировой войны, когда тысячи раненых мучились из-за отсутствия болеутоляющих средств, он для облегчения их участи разработал методы получения атропина, кодеина, кофеина, морфия и опия из отечественного сырья, создал технологию производства аспирина, салола и фенацетина. После 1917 г. он был назначен председателем правления химикофармацевтических заводов России.

В 1897 г. Чичибабин женился на Вере Владимировне Подгорецкой, ставшей его верным спутником до конца жизни. У них долго не было детей. Когда родилась Наташа, Чичибабину было уже за сорок.

В 1930 г. Наташу, студентку МВТУ, послали на практику в один из цехов Дорогомиловского завода. В этом цехе производилось сульфирование нафталина C₁₀H₈ действием концентрированной серной кислоты H₂SO₄ под давлением при температуре около 180° С. Инженер поручил Наташе отобрать для анализа пробу раствора из автоклава, но вентиль нижнего спуска оказался забитым кристаллами. Тогда он решил, сбросив давление, открыть крышку автоклава, но не заметил, что труба, через которую спускают газы, тоже забита, а манометр на крышке автоклава был испорчен. Едва инженер и аппаратчик ослабили болты, как крышку сорвало, и горячую массу продуктов реакции вместе с серной кислотой выбросило в цех. Наташа кинулась к окну, чтобы выбраться из цеха, заполненного туманом серной кислоты, но увидела, что под окном второго этажа стоят бутылки с серной кислотой. В едком тумане она стала искать двери, но поскользнулась и упала навзничь в лужу концентрированной кислоты. Аппаратчики вынесли девушку из цеха, но раздеть и немедленно обмыть ее постеснялись и стали ждать «скорую помощь». Наташа умерла в больнице от обширных ожогов через несколько дней: тогда еще не умели делать пересадку кожи на большой поверхности.

Личная трагедия и тяжелая обстановка в стране (начались репрессии против интеллигенции) вынудили Чичибабина эмигрировать.

Август-Фридрих Кекуле фон Страдониц (1829–1896) — немецкий химик-органик, разработавший теоретические основы синтеза ряда сложных соединений. Он предсказал кольцевую структуру бензола C₆H₆ (см. 3.32), которая наглядно отражает впервые высказанное им представление о четырехвалентности атомов углерода. Кекуле ввел в употребление понятие «ароматические соединения» (от греч. «арома» — благовоние) для веществ, содержащих в своем составе бензольное кольцо.

Кекуле родился в г. Дармштадте (Германия). Его отец был членом Высшего военного совета ландграфства, а мать — экономкой отца. В юношеском возрасте Кекуле увлекался архитектурой и готовился стать архитектором. Химия его не интересовала. Лекции профессора Либиха (см. 2.17) изменили его намерения. Кекуле познакомился с Либихом при необычных обстоятельствах. Он участвовал в суде по нашумевшему делу графини Герлиц в качестве свидетеля, а Либих — эксперта. После окончания Гиссенского университета Кекуле получил степень доктора философии и в 1855 г. стал приват-доцентом Гейдельбергского университета. Его дядя, Карл Кекуле, богатый лондонский торговец зерном, помог оборудовать частную химическую лабораторию, в которой Кекуле стал проводить занятия со студентами. Через четыре года Кекуле становится профессором химии Гентского университета (Бельгия). В Генте в 1862 г. он женился на Стефании Дрори, дочери директора завода по производству «светильного газа» (см. 1.41). Семейная жизнь Кекуле длилась всего один год: рождение сына Стефана стоило жизни матери. Кекуле был безутешен. В 48 лет он женился вторично, но этот брак был неудачным. Удрученный своей судьбой, Кекуле почти полностью отошел от научной работы и находил отдых только в прогулках со Стефаном. Последние годы жизни он был директором химического института Боннского университета, а затем стал ректором университета.

Бородин (1833–1887) известен своими работами по синтезу органических соединений (см. 8.26). Он был внебрачным сыном князя Л. С. Гедианова и солдатской дочери А. К. Антоновой. Фамилию и отчество он получил от камердинера Гедианова — Порфирия Ионовича Бородина, сыном которого он и был записан в метрической книге. Саша Бородин до десяти лет числился крепостным своего собственного отца, который, лишь умирая, дал ему вольную. Свою настоящую мать Авдотью Константиновну Александр всю жизнь называл тетушкой. Антонова много сделала для своего сына. В частности, когда Бородина не принимали в Медико-хирургическую академию как бывшего дворового человека, его мать сумела фиктивно приписать сына к купечеству третьей гильдии и тем самым дала ему возможность учиться в высшей школе. Бородин окончил в 1856 г. Петербургскую медико-хирургическую академию (в 1881 г. академия была переименована в Военно-медицинскую) с похвальным листом; он не получил золотой медали только из-за плохой оценки на младшем курсе, полученной за вольное объяснение текста Священного Писания.

В 1863 г. Бородин женился на Екатерине Сергеевне Протопоповой, талантливой пианистке. Своих Детей у них не было, и супруги взяли на воспитание двух девочек-сирот. Бородин всю жизнь нежно заботился о своей жене, которая часто болела. Квартира Бородиных была похожа на проходной двор: кухня находилась в подвале, двери всех комнат и учебных лабораторий выходили в один коридор, вдобавок у Бородиных постоянно жили знакомые и приезжие родственники. В одном из писем Бородина есть такие строчки: «Когда я болею настолько, что сижу дома, ничего дельного делать не могу… то я сочиняю музыку».

Последние шесть лет своей жизни Бородин занимался в основном музыкальной деятельностью, заканчивая оперу «Князь Игорь», работа над которой, как он писал жене, «подвигается туго». Бородины были в высшей степени общительны и гостеприимны. На снимаемой каждое лето даче их друзьями быстро становились жившие по соседству сельские учителя и другие дачники. Выспаться ночью Бородину почти не удавалось. Его жена смертельно боялась темноты, слухов о волках или разбойниках и поэтому собирала гостей по ночам, а хозяин дома должен был их занимать. Это продолжалось многие годы. К Бородину пришли бессонница, нервное переутомление, а за ними и болезнь сердца.

Умер Бородин в 1887 г. внезапно, во время карнавального вечера, устроенного профессорами академии. Среди веселья он вдруг подошел к стене, прислонился к ней и тут же без стона мертвый упал на пол: разорвалась одна из изношенных до предела артерий. Похоронили Бородина на кладбище Александро-Невской лавры рядом с его другом Мусоргским, недалеко от могил Даргомыжского и Серова. Ему было всего 53 года.

Опера «Князь Игорь», которую дописал композитор Глазунов, впервые была поставлена в 1890 г., уже после смерти Бородина, на сцене Мариинского оперного театра в Петербурге и имела огромный успех.

В годы первой мировой войны было впервые применено варварское химическое оружие. Изобретенный Зелинским противогаз для защиты от ядовитых газов оказался очень удачным (см. 7.16). К концу 1916 г. было произведено 10 миллионов противогазов с активированным березовым углем. На заседании Химического комитета известный химик Ипатьев (см. 2.38) поднял вопрос о вознаграждении Зелинского, так как в порыве патриотизма Зелинский предоставил свое изобретение военному ведомству безвозмездно. Ипатьев сказал: «Сейчас окончательно выяснились превосходные качества противогазов, спасших жизнь множеству русских солдат. Зелинский заслуживает вознаграждения… за свой патриотический дар. Я считаю, что надо ходатайствовать перед правительством о вознаграждении его суммой в миллион рублей». Как ни странно, некоторые члены Химического комитета стали протестовать: «Не много ли? Нобелевская премия — это всего двести тысяч франков» (около 75 тысяч рублей). На это Ипатьев ответил, что в Нобелевской премии то, что не доплачивается рублем, доплачивается почетом. И провел через Химический комитет свое постановление. Но вскоре произошла Февральская революция, и ходатайство комитета не успели рассмотреть.

Николай Дмитриевич Зелинский (1861–1953) — выдающийся химик-органик, академик АН СССР с 1929 г., Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии 1934 г. и трех Государственных премий СССР, один из основоположников теории органического катализа. Н.Д. Зелинский синтезировал большое число новых органических соединений и изучил их свойства.

Правда ли, что выдающиеся русские химики Владимир Николаевич Ипатьев (1867–1952) и Лев Александрович Чугаев (1873–1922) — братья?

Это действительно так: Анна Дмитриевна Глики дала миру двух выдающихся химиков. Совсем юной девушкой Глики во время обучения в московском пансионе Кноль почувствовала симпатию к молодому учителю физики Александру Фомичу Чугаеву. Однако родители были против этого брака и выдали Анну замуж за пожилого состоятельного Н. М. Ипатьева. Вскоре Анна Дмитриевна родила сына Владимира. Но первая любовь пересилила. Анна Дмитриевна бросает Ипатьева и переезжает к Чугаеву… Через некоторое время у них родился сын Лев, а в 1876 г. — всего через три года — Анна умерла от чахотки.

Владимир Николаевич Ипатьев в 1916 г. дослужился до звания генерал-лейтенанта и был избран академиком. Во время первой мировой войны он возглавлял Химический комитет артиллерийского управления и отвечал за производство взрывчатых веществ и средств химической защиты. После войны он основал в Петрограде Институт высоких давлений. Ипатьев был основоположником теории катализа при высоких температуре и давлении, в частности он первым синтезировал полиэтилен и изопрен. Ипатьев был женат, имел сына и дочь. Всю свою жизнь он увлекался красивыми женщинами, из-за чего часто попадал в щекотливые ситуации. В 1930 г. Ипатьев не вернулся на родину из служебной командировки в США: он был близким другом Рамзина и других русских ученых, над которыми тогда шел процесс по «делу промпартии»; к тому же он был генералом царской армии — по тем временам одного этого было бы достаточно для репрессий. Сын Ипатьева, оставшийся в Ленинграде, впоследствии был арестован. Американцы считают Ипатьева одним из создателей современной нефтехимии в США.

Лев Александрович Чугаев основал в Петрограде Институт платины, создал отечественную школу химии комплексных co единений, открыл носящее его имя «правило циклов», стал первым широко применять в аналитической химии органические реактивы (наиболее известна реакция Чугаева с диметилглиоксимом на никель, см. 8.19). Умер Чугаев от брюшного тифа.

Мишель-Эжен Шёврель (1786–1889) — известный французский химик, профессор, член Парижской академии наук, управляющий красильным производством на Гобеленовских мануфактурах в Париже. Шёврель — основоположник химии жиров. 31 августа 1886 г. он отмечал свой сотый день рождения. По этому поводу состоялось торжественное заседание Академии наук и Сельскохозяйственного общества, на котором ему вручили одиннадцать букетов роз — белых, желтых, красных, оранжевых, розовых… Тем самым были отмечены заслуги Шёвреля в области создания новых красителей и изучения психологического и эстетического воздействия различных цветосочетаний. Стены зала, где происходило чествование юбиляра, были задрапированы тканями, окрашенными в сочные и яркие цвета по его методу. В заключение вечера Шёврель легко вальсировал по предложению участников торжества с самой юной дамой — восемнадцатилетней Жизель Тифено.

Умер Шёврель через три года после юбилея, не вынеся внезапной смерти единственного сына (см. 3.27; 559).

В конце мая 1936 г. на семейный праздник шестидесятилетия со дня свадьбы Женевьевы Николя и Анри Лe Шателье в деревне Мирибель в долине реки Изар собралась вся огромная семья: три сына, четыре дочери, тридцать четыре внука и шесть правнуков. Общее число родственников на торжестве превышало сто человек.

Анри-Луи Ле Шателье (1850–1936) — член Парижской академии наук, президент Французского химического общества — широко известен во всем мире как первооткрыватель закона смещения химических равновесий, получившего название «принципа Ле Шателье». Он одним из первых применил термодинамику в химии.

Клод-Луи Бертолле (1748–1822) — французский химик, соратник Лавуазье, доктор медицины и лейб-медик при дворе герцога Орлеанского, член Парижской академии наук, правительственный инспектор государственных красильных фабрик, смотритель монетного двора и научный консультант Наполеона. Бертолле сопровождал Наполеона в походе в Египет. Наполеон осыпал почестями Бертолле, назначил его сенатором и присвоил ему графский титул, что не помешало Бертолле, как члену Сената, голосовать в 1814 г. за отставку Наполеона. После реставрации монархии Бертолле сумел не только сохранить все свои привилегии, но и получить титул пэра Франции. Бертолле отличали непостоянство характера и жадность до почестей. Он представлял собой тип беспринципного придворного и в то же время талантливого академика. Его считали другом Лавуазье (см. 2.28), но он, член революционного Конвента Франции, не побеспокоился о том, чтобы открыть глаза Робеспьеру, председателю Комитета общественной безопасности, и защитить от казни Лавуазье. В 1807 г. Бертолле, оставив официальную службу, поселился в парижском предместье Аркёй, где он создал химическую лабораторию и основал Аркёйское научное общество, в состав которого входило небольшое число наиболее выдающихся ученых Франции.

На основе наблюдений за процессами выпадения осадков из растворов Бертолле в 1801 г. пришел к выводу о зависимости направления реакций и состава образующихся соединений от массы реагентов и условий осуществления реакций. Против этого заключения выступил Пруст (см. 1.64). Через 50 лет вывод Бертолле помог сформулировать хорошо известный закон действия масс. Бертолле обнаружил также, что если насыщать хлором Cl₂ раствор гидроксида калия КОН, то образуются две соли: обычный хлорид калия KCl и новая соль, богатая кислородом и поэтому способствующая воспламенению горючих веществ. Ее назвали «бертолетовой» по имени Бертолле. Это был триоксохлорат калия KClO₃ (см. 3.24; 8.7). Бертолле совместно с Лавуазье (см. 2.28), Гитоном де Морво и Фуркруа в 1787 г. предложили первую систему химической номенклатуры, некоторые детали которой сохранились до сих пор.

Семейный ангел Бертло

Речь идет о жене Пьера-Эжена-Марселена Бертло (1827–1907) — члена Парижской академии наук, члена-корреспондента Петербургской академии наук, признанного мастера органического синтеза, удостоенного за свои исследования звания «аптекаря первого класса», пожизненного сенатора, министра просвещения и изящных искусств, министра иностранных дел Франции, одного из «сорока бессмертных» Французской академии литературы, кавалера ордена Почетного легиона. Бертло женился в возрасте тридцати двух лет. Его жена Софи Ниодэ была на десять лет его моложе. Ее черты сохранило поколениям изображение святой Елены в церкви Сан-Этьен дю Мон.

Софи Бертло, женщина высокой культуры, старалась оставаться в тени возле мужа и во времена его душевной тревоги умела успокоить и отвлечь. Супруги прожили вместе сорок шесть лет, в их чувствах и мыслях никогда не было разлада. В семье Бертло было шестеро детей — четыре сына и две дочери. В 1895 г. после болезни умерла совсем еще молодой их старшая дочь Элен, оставив после себя сына. В 1904 г. девятнадцатилетним юношей он погиб при железнодорожной катастрофе. Эти утраты приблизили смерть Софи Бертло, а через три часа после смерти жены скончался от сердечного приступа и Марселей Бертло. Он часто говорил своим взрослым детям: «Я чувствую, что не переживу вашу мать». Марселена Бертло вместе с женой похоронили по решению Парламента в Пантеоне рядом с останками Виктора Гюго, Сади Карно и других выдающихся деятелей Франции.

Семья немецких химиков Розе оставила заметный след в истории химии. Валентин Розе-старший (1736–1771) был берлинским аптекарем и фармацевтом. Он занимался исследованием легкоплавких металлических сплавов; в частности, им предложен рецепт «сплава Розе», состоящего из висмута Bi, олова Sn и свинца Pb (температура плавления 96° С). Его сын Валентин Розе-младший (1762–1807) в девятилетием возрасте потерял отца. Ученик Розе-старшего Мартин-Генрих Клапрот (1743–1817) взял на себя воспитание Розе-младшего и управление аптекой. Позднее Клапрот стал профессором химии и членом Прусской академии наук. Дети Розе-младшего также были химиками: Генрих Розе (1795–1864) стал профессором Берлинского университета, открыл химический элемент ниобий, Густав Розе (1798–1873) занимался минералогией и геохимией.

«Веселящий газ»

Гэмфри Дэви (1778–1829) — английский химик, основатель новой науки электрохимии, президент Лондонского королевского общества — испытал на себе терапевтическое действие монооксида углерода CO («угарного газа») и чуть было не погиб (см. 7.13, 7.14). Однажды в лаборатории разбилась склянка с монооксидом диазота N₂O, и Дэви почувствовал сильное опьяняющее («веселящее») действие этого газа. Оказалось, что при вдыхании N₂O в незначительном количестве он вызывает судорожный смех — отсюда его название «веселящий газ». Одно время среди молодых аристократов стало модным посещать лабораторию Дэви и, слегка подышав газообразным N₂O, немного опьянеть от него, разразиться беспричинным смехом, судорожно двигаться и, наконец, заснуть в нелепой позе. При вдыхании большого количества N₂O действует наркотически. Случилось так, что перед испытанием монооксида диазота у Дэви разболелся зуб; подышав этим газом, химик с удивлением обнаружил, что боль прошла (правда, вскоре она возвратилась).

Так впервые были открыты анестезирующие (обезболивающие) свойства этого вещества (см. 7.9).

Дэви испытал на себе действие водорода H₂ (см. 7.10) и метана CH₄ (см. 7.17). Первая же порция вдыхаемого метана парализовала мускулы тела, а вторая и третья привели испытателя в бессознательное состояние. Лаборант сумел вовремя закрыть кран, и к Дэви постепенно стало возвращаться сознание. После этого Дэви тяжело болел.

Майкл Фарадей (1791–1867) — английский химик и физик, член Лондонского королевского общества. Он разработал теоретические основы электрохимии и электромагнитного поля, положил начало исследованиям каталитических реакций и натурального каучука.

Однажды в беседе с друзьями Дэви заявил: «Самым великим моим открытием было открытие Фарадея». Фарадей, будучи еще подростком, работал в переплетной мастерской и посещал лекции Дэви. Свои записи лекций Фарадей переплел в красивую книгу и послал ее в подарок Дэви с просьбой дать ему какую-нибудь работу в Королевском институте, которым руководил Дэви. Дэви пригласил Фарадея на должность лаборанта с окладом 25 шиллингов в неделю. Так началась научная карьера Фарадея, обогатившего науку великими открытиями.

В 1813 г. Дэви должен был выехать во Францию и Италию, но неожиданно у него заболел слуга. Тогда Дэви обратился с предложением к Фарадею временно взять на себя обязанности камердинера. Фарадей к этому времени был ассистентом и личным секретарем Дэви. Он согласился помочь Дэви своими услугами до найма нового камердинера во Франции. В поездке слугу так и не нашли. Дэви привык к услугам Фарадея, который понимал его с полуслова. Однако Фарадей скоро столкнулся с попытками жены Дэви леди Джейн превратить его в настоящего лакея. Фарадей был вынужден не только заведовать расходами семьи, но и смотреть за прислугой, за столом, за всем обиходом. Правда, для переноса багажа и другой черновой работы Дэви нанимал одного-двух слуг. Не раз Фарадей хотел бросить все и вернуться в Лондон. Его удерживало только желание извлечь из путешествия нравственную и умственную пользу», как Фарадей писал своему другу.

Впоследствии Фарадей, став профессором, многое использовал из опыта своего учителя, больше всего ценившего четкую организацию учебного процесса. В частности, когда во время лекций Фарадей, увлекаясь, начинал говорить слишком быстро, его лаборант Эндерсон, бывший сержант артиллерии, клал прямо перед его глазами кусок картона с крупной надписью «Говори медленно». Второй кусок картона с надписью «Время» передавался профессору незадолго до окончания лекции. На этом контроль не заканчивался: на передней скамье обычно сидел седой старик Маграт, старый друг Фарадея, и отмечал все недостатки и промахи лекции и в тщательно выписанном виде передавал профессору.

А что же Дэви, как складывались отношения учителя и великого ученика? В конце жизни Дэви стал тщеславен, у него появилась зависть к успехам Фарадея. В 1823 г. 29 членов Лондонского королевского общества предложили Фарадею вступить в общество по секции химии. Когда Фарадей посоветовался с Дэви по этому поводу, тот заявил, что Фарадей должен снять свою кандидатуру и убедить членов общества взять свое предложение обратно, пригрозив, что если Фарадей этого не сделает, то сделает сам Дэви как президент общества. Однако открыто Дэви против Фарадея при выборах не выступил. При тайном голосовании за принятие Фарадея в Королевское общество высказались все его члены, кроме одного.

Еще раньше, во время путешествия Дэви и Фарадея по Европе, произошло их неприятное столкновение в доме Шарля Делярива — члена правительства Женевской республики, физика и доктора медицины. Дэви не представил Фарадея Деляриву, и тот принял вначале его за слугу, но потом, во время обеда, спросил Дэви, где же Фарадей. Дэви заявил: «Извините, друг мой, Фарадей не обедает с нами за одним столом».

Вот только некоторые эпизоды из этой области. В руках немецкого химика Роберта-Вильгельма Бунзена (1811–1899) взорвался запаянный стеклянный сосуд с соединением мышьяка. Ученый остался без правого глаза и сильно отравился. Руки Бунзена от работ с химическими веществами настолько огрубели и покрылись шрамами, что в обществе он предпочитал прятать их под стол. Но в лаборатории он демонстрировал их «неуязвимость», внося указательный палец в пламя газовой «горелки Бунзена» и держа его там несколько секунд, пока не распространялся запах паленого рога; при этом он спокойно произносил: «Смотрите, господа, в этом месте температура пламени выше тысячи градусов» (см. 8.3).

У французского химика Шарля-Адольфа Вюрца (1817–1884), президента Парижской академии наук, при нагревании смеси трихлорида фосфора PCl₃ и натрия Na в открытой пробирке произошел сильный взрыв. Осколки поранили ему лицо и руки, попали в глаза. Удалить их сразу из глаз не удалось. Постепенно, однако, они стали выходить сами. Лишь через несколько лет хирурги восстановили Вюрцу нормальное зрение.

Французский физик и химик Пьер-Луи Дюлонг (1785–1838), член Парижской академии наук, дорого заплатил за открытие взрывчатого вещества нитрида трихлора Cl₃N (см. 6.6): он потерял глаз и три пальца (см. 558). Дэви (см. 2.44), изучая свойства этого вещества, также чуть не лишился зрения.

Русский академик Леман (см. 1.7) умер в результате отравления мышьяком, попавшим ему в легкие и пищевод при взрыве реторты в лаборатории.

Немецкий химик Либих (см. 2.17) едва не погиб, неосторожно уронив пестик, которым растирал кристаллы в ступке, в металлическую банку, где хранился сильно взрывчатый фульминат ртути — «гремучая ртуть» Hg(CNO)₂ (см. 6–54). Взрывом сорвало крышу дома, а самого Либиха только отбросило к стене, и он отделался ушибами.

Русский академик Ловиц (см. 2.21) в 1790 г. отравился хлором.

По этому поводу он писал: «Кроме длящейся почти восемь дней мучительной боли в груди случилось также, что когда по моей неосторожности… газ вышел в воздух, я внезапно потерял сознание и упал на землю».

Гей-Люссак (см. 1.45) и Тенар (см. 1.45) при одной из попыток получить калий путем нагревания смеси гидроксида калия KOH и порошка железа Fe по реакции

едва не погибли из-за взрыва лабораторной установки. Гей-Люссак провел в постели, оправляясь от ран, почти полтора месяца. C Тенаром произошла еще одна история. В 1825 г. он во время лекции по химии ртути по ошибке вместо сахарной воды сделал глоток из стакана, содержащего раствор сулемы (хлорида ртути HgCl₂) — сильного яда. Он спокойно поставил стакан на место и хладнокровно объявил: «Господа я отравился. Мне могут помочь сырые яйца, принесите мне их, пожалуйста». Перепуганные студенты бросились по соседним лавкам и домам, скоро перед профессором высилась груда яиц. Тенар принял внутрь сырое яйцо, разболтанное с водой. Это его и спасло. Сырое яйцо — прекрасное противоядие при отравлении солями ртути.

Русский академик Никита Петрович Соколов (1748–1795) умер от отравления фосфором и мышьяком при изучении свойств их соединений.

Ранняя смерть Шееле (см. 2.7) в возрасте сорока четырех лет была вызвана, видимо, отравлением впервые полученным им циановодородом HCN (см. 6.2) и арсином AsH₃ (см. 8.17), о сильной ядовитости которых Шееле не подозревал.

Русский химик Вера Евстафьевна Богдановская (1867–1896) погибла в возрасте двадцати девяти лет, пытаясь провести реакцию между белым фосфором P₄ и циановодородной кислотой HCN. Ампула с этими двумя веществами взорвалась и поранила ее руку. Началось отравление крови, и через четыре часа после взрыва Богдановская скончалась.

Американский химик Джеймс Вудхауз (1770–1809) умер в возрасте тридцати девяти лет от систематического отравления монооксидом углерода СО (см. 7.14, 7.15), не подозревая о токсичности этого газа. Он занимался исследованием восстановления железных руд древесным углем:

В ходе исследования выделялся монооксид углерода СО — «угарный газ».

Английский химик Уильям Круйкшенк (1745–1810) в последние годы жизни лишился рассудка из-за постепенного отравления хлором Cl₂, монооксидом углерода СО и оксидом-дихлоридом углерода CCl₂O (фосгеном), синтезом и изучением свойств которых он занимался.

Немецкий химик Адольф фон Байер (1835–1917), лауреат Нобелевской премии, в молодости синтезировал метилдихлорарсин CH₃AsCl₂. Не зная, что это вещество сильный яд, он решил его понюхать. Байер сразу начал задыхаться и вскоре потерял сознание. Его спас Кекуле (см. 235), вытащив Байера на свежий воздух. Байер был практикантом у Кекуле.

Семен Исаакович Вольфкович (1896–1980) — советский химик-неорганик и технолог. Он родился в с. Ананьеве на Украине. После окончания в 1920 г. Московского института народного хозяйства был почти 26 лет научным руководителем Института удобрений и инсектофунгицидов, занимаясь разработкой технологии производства минеральных удобрений и фосфора методом электротермической возгонки из апатитов и фосфоритов (см. 10.49).

В 1920 г. Вольфкович получал белый фосфор P₄ в электрической печи в одной из лабораторий Московского университета на Моховой. Фосфор попал на его одежду и даже на ботинки. Когда ночью он шел из университета по почти не освещенным в то время улицам Москвы, его одежда излучала голубоватое сияние, а из-под ботинок высекались искры. Вскоре среди жителей Моховой улицы, да и по всей Москве стали передаваться фантастические рассказы о «светящемся монахе».

Белый фосфор светится в темноте, так как постоянно присутствующий над ним его пар окисляется кислородом воздуха с выделением света (см. 4.26; 5.72; 6.13).

Аррениус был первым директором Нобелевского физико-химического института в Стокгольме и членом комиссии по присуждению Нобелевских премий. Нобелевский фонд премий (см. 2.31) был официально утвержден на Королевском совете в Стокгольме в 1900 г., а в 1905 г. начал работу Нобелевский физико-химический институт, который Аррениус возглавлял до 1927 г. — до конца своей жизни.

Дача «Энергия»

Вильгельм-Фридрих Оствальд (1853–1932) родился в Риге в семье немецкого бондаря, выходца из России. Окончил Дерптский университет. В 28 лет Оствальд — профессор Рижского политехникума, а с 1887 г. — профессор химии Лейпцигского университета. В 1888 г. он принимает немецкое подданство. В 1909 г. Оствальд получает Нобелевскую премию по химии. Оствальд был автором «энергетической теории», отрицавшей существование атомов и молекул, рассматривающей материю без движения.

В 1877 г. Оствальд женился на племяннице своего знакомого доктора Г. Райера Элен. Они всю жизнь прожили счастливо. У них родились три сына и две дочери. Одна из них — Грета — в 1953 г. написала книгу о своем отце. Уже в сорок лет Оствальд имел импозантную внешность: совершенно седые волосы, белый высокий лоб, огненно-рыжие борода и усы, живые выразительные глаза. Оствальд отличался многими странностями: он испытывал отвращение к примерке одежды и обуви, стрижке волос, был нетерпим к дантистам и не лечил зубов; с секретарем он общался с помощью велосипедного звонка, который привинтил собственноручно к двери своего кабинета. Свои записки, статьи и просьбы он складывал в корзину за дверью и звонил. Секретарь забирал все это в свою комнату и возвращал корзину на ее место.

В 1904 г. Оствальд оставил университет и поселился со своей многочисленной семьей, состоящей из пятнадцати человек, в Гроссботене близ Лейпцига на построенной им даче под названием «Энергия». На даче были лаборатория и мастерская, в которых он продолжал свои исследования. После начала первой мировой войны Оствальд в числе девяноста трех видных ученых и деятелей искусства выступил с призывом отдать все силы для победы Германии. В их воззвании император Вильгельм II превозносился как «гарант мира во всем мире». Война почти не коснулась семьи Оствальда. В последние годы жизни Оствальд оставался безучастным к политическим событиям в мире. Умер он в возрасте 79 лет и похоронен на своей даче «Энергия».

Иван Алексеевич Каблуков (1857–1942) — физико-химик, почетный член Академии наук СССР — был страстным пчеловодом. Он разработал простые способы, позволяющие отличать фальшивый мед от настоящего. Каблуков не терпел «бумаготворчества». Однажды, подписывая множество бумаг, ради сокращения времени он стал писать «Ив. Каблук», а на последней бумаге решил подписаться полностью: «Каблук Иванов» — и поставил точку. Сохранились воспоминания друзей Каблукова об одном его экзамене. Убедившись в слабых знаниях студента, экзаменуемого по химии, Каблуков спросил:

— Хотели на тройке прокатиться?

— Да, — отвечал студент.

— Идите пешком, — сказал Каблуков и поставил двойку…

Каблуков был восьмым ребенком в многодетной семье сельского зубного лекаря, одним из тринадцати братьев и сестер. Огромная семья была удивительно дружной. Дружелюбие оказалось отличительной чертой и Каблукова. Близким другом его был шведский химик Аррениус (см. 2.48), дружеские отношения связывали Каблукова и с немецким химиком Оствальдом (см. 2.49).

C самого начала научной деятельности Вернер проявлял страстную, почти религиозную преданность химии. Вот что писал он в 1890 г. своим близким: «Меня часто охватывает экстаз пред красотой моей науки. Чем дальше я погружаюсь в ее тайны, тем больше она кажется мне огромной, величественной, слишком красивой для простого смертного».

Альфред Вернер (1866–1919), будущий создатель учения о комплексных соединениях, был четвертым и последним ребенком пятидесятилетнего Жана-Адама и сорокадвухлетней Саломеи-Жаннеты Вернеров, жителей города Мюлуз в Эльзасе (Франция). Жан-Адам, отец Альфреда, слесарь, токарь и фермер, отличался огромной физической силой, а его мать происходила из богатой протестантской семьи. Она вышла замуж вопреки воле родителей, приняв вероисповедание мужа-католика. Жан-Адам очень уважал жену и советовался с ней по всем житейским вопросам.

Альфред Вернер женился, когда ему было 28 лет, на приемной дочери пастора Эмме-Вильгельмине Гискер, которой шел двадцать первый год. После женитьбы он, как «лицо безупречной репутации с годовым доходом 4000 франков», принял швейцарское гражданство и переехал в Цюрих, где и прожил оставшуюся часть жизни, стал профессором Цюрихского университета, президентом Швейцарского химического общества. В 1897 г. у них родился сын, которого назвали Альфредом-Альбертом-Юлиусом, а по-домашнему — Фреди, в 1902 г. родилась дочь Иоганна-Эмма-Шарлотта.

В 1913 г. шведский король Густав V вручил Альфреду Вернеру золотую медаль лауреата Нобелевской премии (размер премии — 143 010 шведских крон) и диплом, в котором указывалось, что премия присуждена Вернеру «в признание его работ о природе связей в молекулах, которыми он по-новому осветил старые проблемы и открыл новые области для исследований, особенно в неорганической химии».

После получения Нобелевской премии здоровье Вернера заметно ухудшилось. У него нашли общий атеросклероз, который медленно прогрессировал. Вскоре у Вернера появились дефекты речи и провалы памяти. В 1918 г. он дошел до такого состояния, что сам уже не мог написать заявление об отставке с поста директора Химического института. В 1919 г. смерть освободила Вернера от физических и моральных страданий.

Современники вспоминали Вернера как широкоплечего человека плотного сложения, шумливого и оживленного, с резкими движениями и жестикуляцией. Он часто и заразительно смеялся — совсем по-детски. Его массивная фигура, окутанная дымом неизменной сигары, лицо с большими проницательными глазами и пушистыми темными усами сразу привлекали внимание. Вернер отличался независимостью суждений, редким мужеством говорить правду всякому человеку, невзирая на его положение в обществе. Он обладал, как говорили даже его недруги, «прямолинейной порядочностью».

Вернер увлекался коллекционированием марок, любил охоту, хорошо играл в шахматы.

Вернер любил аккуратность, не выносил болтовни и безделья во время работы. Однажды, проходя по лаборатории, он заметил на одном из студенческих столов страшный беспорядок. Не говоря ни слова, Вернер резким движением руки смахнул на пол всю посуду, которая разбилась вдребезги.

Карл Карлович Клаус (1796–1864) — русский химик-неорганик и фармацевт, член-корреспондент Петербургской академии наук — родился в Дерпте (Тарту) в семье художника. Четырех лет он лишился отца, а шести лет — матери. Не окончив никакой гимназии, он смог тем не менее сдать экзамен на аптекаря в Петербургской медико-хирургической академии. Позднее он вспоминал: «Я был самым молодым экзаменационным аптекарем в России, мне не было еще полных 21 года».

В 1821 г. Клаус женился на Эрнестине Батэ, с которой был знаком в юности. Он переехал с ней в Казань, где получил в свое заведование аптеку. В Казани у них родились три дочери. Клаусу было 32 года, в его семье росло трое детей, когда он решил начать учебу в Дерптском университете. Чтобы содержать семью, ему пришлось занять должность инспектора химического кабинета, по существу — лаборанта. В Дерпте у Клауса родился сын. В 1835 г. он окончил университет, а через два года защитил диссертацию на степень магистра философии.

Он снова переезжает с семьей в Казань, где был избран профессором по кафедре химии университета. Здесь он открывает новый химический элемент рутений (см. 4.46), за что получает в 1844 г. Демидовскую премию в 5000 руб. Премия удачно подоспела к семейному торжеству — старшая дочь выходила замуж.

Стремление объединить семьи своих дочерей и уменьшить семейные расходы заставляет Клауса вернуться в Дерпт, где жила его вторая дочь и учился сын. В 1853 г. он пишет: «Я устроился в Дерпте очень хорошо и живу в кругу своей семьи тихой и уютной патриархальной жизнью. В материальном отношении я здесь обеспечен лучше, чем в Казани». В этом городе и прошли последние годы жизни Клауса.

Вот как описывает Бутлеров внешность Клауса: «Сама наружность Карла Карловича представляла много симпатичного. Он был среднего роста, худощавый, с длинными серыми волосами на затылке, с лысой вершиной головы, всегда закинутой немного назад… яркий румянец не сходил у него со щек; его добрые серо-голубые глаза приветливо смотрели поверх золотых очков, спущенных на конец носа».

В 1787 г. французский химик Лавуазье (см. 2.28), один из создателей первой химической номенклатуры, записал: «Невозможность отделить номенклатуру от науки и науку от номенклатуры объясняется тем, что каждая естественная наука необходимо состоит из ряда фактов, которые составляют науку, представлений, их вызывающих, и слов, их выражающих. Слово должно рождать представление, представление должно изображать факт, это три оттиска одной и той же печати».

Человечество давно питает особое пристрастие к числу семь. В детстве мы слушаем свои первые сказки: «Волк и семеро козлят», «Цветик-семицветик», «Белоснежка и семь гномов». В зрелом возрасте мы говорим: «семь раз примерь…», «семь бед — один ответ». В древности существовало семь чудес света и семь царств. В библейских текстах встречаем «семь коров тощих и семь тучных»… Какое значение число «семь» имело в алхимии?

Алхимики считали, что в природе существует только семь металлов по числу известных в то время планет и что эти семь металлов связаны со средой обитания человека, его душевным состоянием, днем недели и космосом. Поэтому металлы имели названия соответствующих планет (табл. 1).

Алхимики не знали состава используемых химических веществ, не умели их анализировать и химические взаимодействия записывали словами. Вещества, участвующие в реакциях, они называли, не руководствуясь никакими правилами, и поэтому понять, что они делали, было очень трудно. Гёте в «Фаусте» дал пример записи алхимической процедуры:

Зная особое пристрастие алхимиков к соединениям ртути, можно предположить, что в «Фаусте» описано получение сулемы — хлорида ртути HgCl₂. «Красный лев» — это скорее всего красный оксид ртути HgO (впрочем, алхимики также называли «красным львом» и сурик Pb₃O₄ (см. 1.11), а «прекрасная лилия» — хлороводородная кислота НСl:

Далее у Гёте написано, что полученное вещество применяли как лекарство. Действительно, сулему использовали как обеззараживающее средство, однако из-за ее ядовитых свойств уже небольшая передозировка могла привести к печальному исходу. Как в «Фаусте»:

Алхимические обозначения химических веществ представляли собой различные геометрические фигуры. Например, вода часто изображалась при помощи треугольника

карбонат калия — знаком

триоксид мышьяка — в виде гантели

трисульфид сурьмы — ромбом

и т. п. Современные химические формулы этих веществ, в порядке их перечисления: H₂O, K₂CO₃, As₂O₃, Sb₂S₃.

Таблица 2. Символы химических элементов в XVII–XIX веках

Например, формулу азотной кислоты HNO₃ Дальтон записывал в виде

а серной —

Воду он изображал символом

Алхимические обозначения не включали символов химических элементов, не характеризовали состав вещества, а представляли лишь условное его изображение, с помощью которого алхимики зашифровывали свои «секреты», причем почти у каждого из них был свой набор подобных знаков, известный только ему одному.

Первый значительный шаг в изображении химического состава веществ сделали во Франции инженер Жак-Анри Гассенфратц (1755–1827) и химик и врач Пьер-Огюст Аде (1763–1834). Они вместо алхимических символов веществ и семи металлов ввели обозначение известных химических элементов в виде дуг, черточек и кружочков, в которые помещали первую букву французского названия элемента. Из таких символов начали составлять химические формулы веществ. Затем Дальтон (см. 2.8) ввел в употг ребление свои символы химических элементов и также использовал их для обозначения состава веществ (табл. 2).

Аптекари XVI в. в России концентрированную азотную кислоту HNO₃ называли «спиритус нитри» (см. 1.48; 5.50). «Венера», «марс» и «луна» — это названия металлов (см. табл. 1) — меди Cu, железа Fe и серебра Ag.

Азотная кислота взаимодействует с этими металлами так:

В первой реакции образуется нитрат серебра AgNO₃, во второй — нитрат меди Cu(NO₃)₂, в третьей — нитрат железа Fe(NO₃)₃. Во всех приведенных реакциях выделяется бурого цвета газ — диоксид азота NO₂.

В бумагах Петра I, датированных 1720 г., были обнаружены записи химических реакций и символов:

Петр I использовал алхимическую символику (см. 3.2) для обозначения следующих веществ соответственно слева направо: карбоната калия K₂CO₃, или поташа; хлорида аммония NH₄Cl, или нашатыря; нитрата калия KNO₃, или селитры; меди Си, мочи, воды H₂O.

Торнберн-Улаф Бергман (1735–1784) — шведский химик и минералог, член Шведской королевской академии наук — советовал в последние годы своей жизни французскому химику Гитону де Морво, инициатору создания первой номенклатуры химических веществ: «Не щадите ни одного неправильного наименования, знающие поймут всегда, незнающие поймут тем скорее».

Шведский химик Берцелиус (см. 2.19) использовал этот совет для разработки своей системы химических символов, которая сохранилась и в современной химии. Он предложил в качестве символов химических элементов принимать первую букву их латинских названий, а в случае совпадения первых букв — использовать и вторую букву. Так, для обозначения кислорода он взял символ «О» — первую букву от Oxygenium (оксигениум), для водорода — «Н» — от Hydrogenium (гидрогениум), для углерода — «С» — от Carboneum (карбонеум). Символ химического элемента кальция «Ca» уже содержит две первые буквы слова Calcium (кальциум) — во избежание совпадения с символом углерода. Две буквы нужны и для символа химического элемента меди: «Cu» от Cuprum (купрум) — по той же причине.

Если же кислород входит в состав сложного вещества, то Берцелиус рекомендовал пользоваться точками над символом элемента.

Например, Ċa — оксид кальция CaO;

— серная кислота H₂SO₄;

— азотная кислота с формулой HNO₃. Если в составе вещества два атома одинакового вида, Берцелиус предлагал ставить поперечную черту на расстоянии ¹/₃ от нижней части символа:

Реакция получения аммиака NH₃ взаимодействием хлорида аммония NH₄Cl и оксида кальция CaO по Берцелиусу записывалась так:

Современная запись этой реакции:

Уже после Берцелиуса число атомов в соединениях стали указывать цифрами справа вверху символа химического элемента. Например, K²SO⁴ — сульфат калия, NH³ — аммиак, Al²O³ — оксид алюминия. Надстрочные индексы в формулах соединений сохранились до конца XIX в. и использовались Менделеевым во всех восьми изданиях его знаменитого учебника «Основы химии». Принятое в настоящее время указание числа атомов в молекулах соединений подстрочной цифрой (K₂SO₄, NH₃) было предложено еще в 1834 г. Либихом (см. 2.17).

Содержание понятия «соль» впервые раскрыл немецкий аптекарь Отто Тахений (1620–1699). В одном из своих сочинений он писал: «Все соли состоят из какой-либо кислоты и из какой-либо щелочи… из этих двух универсальных принципов составлены все тела мира».

Сейчас мы с вами знаем, что соли — продукты реакций замещения атомов водорода кислоты на металл или гидроксид-ионов OH-оснований на анионы кислот. При полном замещении атомов водорода образуются средние соли, например K₂SO₄ — сульфат калия, а при неполном — кислые, например KHSO₄ — гидросульфат калия. При взаимодействии некоторых солей с водой (реакции гидролиза) образуются основные соли. В частности, в реакции сульфата меди CuSO₄ с водой в растворе появляется основный сульфат меди (CuOH)₂SO₄:

Соли являются, как правило, кристаллическими веществами, состоящими из катионов и анионов.

Почему в работах таких выдающихся химиков XVIII–XIX вв., как Либих, Дэви, Фарадей, Бертло и др., нельзя найти ни одной химической формулы?

У химиков того времени еще не было общепринятого «химического языка» — формул. Вещества и реакции описывались только словами. Например: «Я растворил в пол-унции горячей азотной кислоты драхму серебра и налил туда две унции спирта», — так описывает Либих свой способ приготовления «гремучего серебра» (см. 3.26).

Теперь реакцию Либиха по получению фульмината серебра («гремучего серебра» AgCNO) записывают в виде уравнения

Иногда химики пользовались символами собственного изобретения, которых не понимал никто, кроме их авторов. Например, в статье 1820 г. можно встретить такую формулу:

C трудом удалось установить, что L — известь Ca(OH₂), S — кремнезем SiO₂, О — кислород, W — вода. Что означало все это вместе, сказать трудно.

Даже к концу XIX в. формулу, например, этанола C₂H₅OH изображали по-разному: Либих (C₄H₁₅)O, H₂O; Дюма — C₄H₈ + H₄O₂; Берцелиус — (C₂H₆)O.

Вот еще одно описание химической реакции того времени: «Раствор адского камня действовал на поташ. Получился осадок, который отфильтровали и прокалили. Так выделили благородный металл. Этот же металл образуется и при прокаливании самого адского камня, при этом появляется лисий хвост». Химики установили, что «адский камень» — это нитрат серебра AgNO₃, «поташ» — старое название карбоната калия K₂CO₃, «лисий хвост» — диоксид азота NO₂ (бурый газ). Приведенное изложение взаимодействия веществ отвечает реакциям:

В первой реакции образуется малорастворимый карбонат серебра Ag₂CO₃, который при прокаливании полностью разлагается на серебро Ag, диоксид углерода CO₂ и кислород O₂. Разложение нитрата серебра при нагревании описывается последней реакцией (см. 6.28).

В табл. 3 представлена эволюция графических формул молекул аммиака и метана в учебниках химии XIX в. 

Современные названия кислот — серная H₂SO₄, фосфорная H₃PO₄ и угольная H₂CO₃ — впервые были предложены французскими химиками Лавуазье (см. 2.28), Бертолле (см. 2.41), Фуркруа и де Mop- во. В 1792 г. Лавуазье от имени всех этих химиков в своем докладе Парижской академии наук сказал: «Для названий различных кислот мы всегда брали производное от обозначений исходного элемента. Так, кислоту, полученную из серы, мы называли серной вместо купоросной; кислоту, полученную из фосфора, мы называли фосфорной, из угля — угольной вместо воздушной». Правда, ни Лавуазье, ни его соратники по созданию первой номенклатуры химических веществ полного состава кислот не знали. Лавуазье считал, что кислоты образуются при сгорании в кислороде большинства веществ: дословный перевод названия этого элемента с латыни — «рождающий кислоты». На самом деле процесс образования кислотных оксидов, получаемых при сгорании, например фосфора, сопровождался взаимодействием этих оксидов с водой (см. 3.40) — атмосферной влагой, всегда присутствующей в воздухе.

В России названия кислот, предложенные французскими химиками, стали широко использоваться только спустя 100 лет. Еще в 1870–1875 гг. в Петербургской академии наук обсуждалась возможность применения, например, для серной кислоты названия «водород серович четырехкислов» (см. 3.16).

Новая химическая номенклатура осваивалась химиками почти во всех странах очень медленно.

Все приведенные выше формулы и геометрические фигуры относятся к одному и тому же веществу — серной кислоте. Первой и второй формулами пользовались алхимики, третью предложил Дальтон (см. 2.8), четвертая введена Аде и Гассенфратцем (см. 3.2), пятая рекомендована в 1814 г. Берцелиусом (см. 2.19), а шестой пользовался Менделеев (см. 2.13), и ее можно встретить в его учебнике «Основы химии» издания 1903 г. Последняя, современная формула предложена в 1834 г. немецким химиком Либихом (см. 2.17).

В 1807 г. русский химик Александр Иванович Шерер (1772–1824) в одной из дискуссий утверждал: «Свободному распространению химии в нашем отечестве по сию пору препятствовал недостаток в химических наименованиях в российском языке. Сей недостаток сделался весьма ощутительным как в публичном преподавании, так и в химических сочинениях». Например, всегда ли название «спирт» в XVIII–XIX вв. относилось действительно к спиртам?

Спирты — это органические вещества, содержащие в молекуле одну или несколько гидроксильных групп ОН, соединенных с атомом углерода — например, метиловый спирт CH₃OH (метанол), этиловый спирт C₂H₅OH (этанол) и т. д. В старину эти вещества называли древесным (см. 1.60) и винным спиртами (см. 7.53). Кроме того, вплоть до конца XIX в. к «спиртам» относили целый ряд неорганических веществ — легколетучих жидкостей (от латинского «спиритус» — дух). Это концентрированные кислоты — хлороводородная HCl («соляный спирт», см. 1–52), азотная HNO₃ («селитряной спирт», или «крепкая водка», см. 1.48), их смеси («царская водка», см. 3.13); разбавленная серная кислота H₂SO₄ («купоросный», или «серный спирт», см. 1.49); водный раствор аммиака NH₃ («мочевой спирт», см. 1.44). А «спирт сулемы» — это тетрахлорид олова SnCl₄, который был получен Андреасом Либавием (1540–1616) перегонкой амальгамы олова с сулемой — дихлоридом ртути HgCl₂; впоследствии SnCl₄ долго называли «дымящим спиртом Либавия».

В настоящее время бытуют названия «муравьиный», «борный», «камфарный» спирт и др. Это термины главным образом фармацевтические и обозначают спиртовые растворы. Так, муравьиный спирт — это 1,4%-й этанольный раствор муравьиной кислоты НСООН; борный спирт — это 3%-й этанольный раствор борной кислоты B(OH)₃; камфарный спирт — 10%-й раствор камфары в водно-этанольной смеси. А «мыльный спирт» содержит 4,6% гидроксида калия KOH и 20% подсолнечного масла в водно-этанольном растворителе.

Этиловый спирт алхимики долгое время называли «пылающей водой», «водой жизни», так как он мог, по их мнению, растворять «философский камень» (см. 1.3) и превращаться в «эликсир жизни». Название «алкоголь» этиловому спирту впервые дал Парацельс (см. 2.6).

Кислотой Льюиса, или «жесткой кислотой», называют частицу, ион или молекулу, обладающую способностью присоединять пару электронов. Такая частица имеет небольшой размер, низкую поляризуемость, высокую степень окисления одного из ее атомов. В числе кислот Льюиса — пентафторид сурьмы SbF₅, трихлорид алюминия AlCl₃, трифторид бора BF₃ и другие частицы, разные по составу. В реакции

трифторид бора является кислотой Льюиса, а молекула аммиака NH₃ — основанием Льюиса. Продукт реакции часто называют аддуктом Льюиса.

«Мягкая кислота» — частица, обладающая большим размером, высокой поляризуемостью, низкой степенью окисления одного из ее атомов. Например, катион золота Au ⁺ , трихлорид галлия GaCl₃, иод I₂, бром Br₂ — все это «мягкие кислоты».

Кислота Брёнстеда — частица, способная отдавать протон основанию Брёнстеда. К таким кислотам принадлежат хлороводородная кислота HCl и другие кислоты, содержащие протоны, легко удаляемые при взаимодействии с растворителем (водой, например): катион аммония NH₄⁺ , ион оксония H₃O⁺ , гидросульфат-анион HSO₄^- и даже аквакатионы металлов типа [Al(H₂O)₆]³⁺ , [Zn(H₂O)₄]²⁺ и др. Пример поведения кислоты Брёнстеда в водном растворе:

«Сверхкислоты», или «суперкислоты», — это жидкости, являющиеся во много раз более сильными (в 10⁶–10¹⁰ раз), чем общепризнанные сильные кислоты — азотная HNO₃, серная H₂SO₄, хлороводородная НСl. Сверхкислоты не терпят присутствия растворителей, служащих источниками гидроксид-ионов (таких как вода, спирты и т. п.). К сверхкислотам относят фторотриоксосульфат(VI) водорода HSO₃F, полисерные кислоты — дисерную H₂S₂O₇, трисерную H₂S₃O₁₀, гексафторостибат(V) водорода H[SbF₆], а также растворы сильных «кислот Льюиса» («жестких кислот») в подходящей кислоте Брёнстеда, например раствор пентафторида мышьяка AsF₅ во фтороводороде HF или фторотриоксосульфате(VI) водорода.

«Магическая кислота» — это одна из суперкислот, представляющая собой эквимолярную смесь HSO₃F и пентафторида сурьмы SbF₅.

Химики употребляли в XVIII–XIX вв. в России химические названия: «соленый» (или «соляной») спирт, «морская кислота», «водотворнохлорная кислота», «оводотворенная кислота», «водохлорная кислота». Есть ли между ними что-то общее?

Так называли одно и то же вещество — водный раствор хлороводорода НСl, или хлороводородную кислоту. А в 1790 г. русский академик Лаксман (см. 1.7) ввел для этого вещества название «соляная кислота»; правда, широкое применение этот термин нашел лишь в конце XIX в. Сейчас рекомендуют водные растворы хлороводорода называть не соляной, а хлороводородной кислотой.

Являются ли винным спиртом вещества, которые 100–200 лет тому назад называли «вторичной водой», «царской водкой», «королевской водкой»?

Под такими названиями известен один и тот же реактив — смесь концентрированных кислот: одного объема азотной кислоты HNO₃ с тремя-четырьмя объемами хлороводородной кислоты НСl. В смеси этих двух кислот устанавливается равновесие

причем хлор находится в растворенном состоянии.

Ломоносов (см. 2.1) называл этот реактив «королевской водкой», но чаще в литературе встречается термин «царская водка», причем первые упоминания на этот счет были уже в сочинениях арабских алхимиков VIII в. Свое название «царская водка» получила благодаря способности взаимодействовать с золотом — «царем металлов» (не проводите подобные опыты, не прочитав 5.39). Полагают, что эту способность впервые обнаружил в 1270 г. итальянский монах- францисканец, философ, алхимик и кардинал Джованни Фиданци — «Бонавентура» (1221–1274). Взаимодействие золота с «царской водкой» вызвано следующими реакциями:

В первой из этих реакций образуется трихлорид золота, во, второй — тетрахлороаурат водорода, в третьей при распаде хлорида нитрозила появляется в растворе атомарный хлор, также воздействующий на золото (четвертая реакция); в последней реакции образуется тетрахлороаурат нитрозилия.

От «царской водки» трагически погиб Александр Николаевич Радищев. В начале сентября 1802 г. он очень плохо себя чувствовал и принял лекарство, которое надо было запить водой. На столе стоял стакан с прозрачной бесцветной жидкостью, которую Радищев выпил залпом. Но это была не вода, а «царская водка», приготовленная его старшим сыном для чистки старых эполет. На следующий день Радищева не стало…

Мы привыкли, что формулы кислот следует писать, начиная с атома водорода, например HNO₃ (азотная кислота), H₂SO₄ (серная кислота). Почему же тогда формулу борной кислоты B(OH)₃ записывают иначе?

Современная формула борной кислоты B(OH)₃ отвечает поведению борной кислоты в водном растворе:

Борная кислота не выделяет протон, как все «обычные» кислоты, а отрывает от воды гидроксид-ион: она является кислотой Льюиса (см. 3.11).

Иначе, чем другие кислоты, взаимодействует борная кислота и с гидроксидами щелочных металлов:

В этих реакциях образуются не простые соли типа K₃BO3, а комплексные: в первой реакции — тетрагидроксоборат калия, во второй — пентаоксотетрагидроксотетраборат калия.

Интересно отметить, что современная химическая номенклатура предусматривает различное расположение в формулах символов атомов водорода, обладающих кислотной функцией (присоединенных к центральному атому молекулы кислоты через атом кислорода) и не обладающих кислотной функцией (присоединенных непосредственно). Например, в молекулах фосфорноватистой кислоты — диоксодигидрофосфата(I) водорода H(PH₂O₂) — и фосфористой кислоты — триоксогидрофосфата(III) водорода H₂(PHO₃) — отщепляться в водном растворе могут только соответственно один или два атома водорода. Соответственно фосфорноватистая кислота считается одноосновной, может образовывать соли состава, например, K(PH₂O₂), фосфористая — двухосновной, образующей соли типа K₂(PHO₃).

Долгое время в древнерусской литературе, начиная с X в., употребляли слово «гас».

Славянское слово «гас» означало газ — газообразное состояние вещества — и происходило от слова «гасить», т. е. «тушить». Например, гасить свечу, выдувая из легких «гас».

Понятие «газ» впервые в науку ввел голландский доктор медицины, алхимик и теолог Иоганн-Баптист ван-Гельмонт (1579–1644).

Ван-Гельмонт любил измерять массы и объемы продуктов химических реакций. Он сжег однажды 62 фунта (около 20 кг) угля и получил примерно один фунт золы. Тогда он сделал вывод: «Следовательно, остальные 61 фунт превратились в “лесной дух”… Этот дух я называю новым именем — газ». Ван-Гельмонт стал настойчиво искать газ в других реакциях. Он обнаружил, что газ выделяется при брожении молодого вина, при действии кислот на мел. Состава своею газа Ван-Гельмонт не знал. Только через 100 с лишним 1ет выяснили, что газ Ван-Гельмонта — диоксид углерода CO₂, имевший еще два имени — «угольный газ» и «углекислый газ».

В одной из рукописей, относящихся к 1870 г., можно прочитать: «Водород хлорович взаимодействует с глиноземием с образованием глиноземия хлоровича». Что за странные имена?

В 1870–1875 гг. в Петербургской академии наук обсуждалась возможность использования для названий химических веществ таких сочетаний слов, которые напоминали бы русские фамилии и отчества. Например, для воды H₂O предлагалось название «водород кислородович», для хлорида калия KCl — «калий хлорович» или «потассий хлорович», для хлороводородной кислоты HCl — «водород хлорович», для оксохлората калия KClO — «калий хлорович кислов», для триоксохлората калия KClO₃ — «калий хлорович трехкислов» и т. п. В приведенных нами строках рукописи говорилось о взаимодействии алюминия («глиноземия») с хлороводородной кислотой HCl:

В этой реакции образуется трихлорид алюминия («глиноземий хлорович») и выделяется водород.

В рекомендациях Второго съезда русских естествоиспытателей в Москве (1869 г.) можно было встретить такие названия, как «сернокисень», «охлор меди», «хлорнота» и т. п.

Во второй половине XIX в. русскими химиками предпринимались неоднократные попытки создания единой номенклатуры химических веществ, так как химики перестали понимать друг друга. Химической секцией съезда предлагалось вместо слова «сульфат» употреблять «сернокисень», взамен слова «кислота» — «киснота». Название «хлороводород» HCl в этой терминологии превратится в «хлорнота», а «карбонат калия» K₂CO₃ — в «углекисни потассий». Такие соединения, как дихлорид CuCl₂ и монохлорид меди CuCl, получали названия соответственно «охлор меди» и «захлор меди». Соль состава FeSO₄ предлагалось называть «сернокисень ожелезь», современное название этого вещества — сульфат железа(II). Однако рекомендованная номенклатура так и не была использована.

В учебнике Гизе «Всеобщая химия», изданном в Харькове в 1813 г., вы сможете прочитать:«При нагревании медный идрат разлагается на омедненный кислотвор и оводотворенный кислотвор». Как эту фразу перевести на современный химический язык?

Автор учебника Иван Иванович Гизе (1781–1821), русский химик и фармацевт, так описывает реакцию разложения гидроксида меди при нагревании:

Гидроксид меди Cu(OH)₂ в те времена называли «медным идратом», оксид меди CuO — «омедненным кислотвором», а воду H₂O — «оводотворенным кислотвором».

В делах Аптекарского приказа за 1644 г. встречается термин «купорос зеленый».

Купоросами называли в прошлые века сульфаты железа, меди, цинка и некоторых других металлов, содержащие химически связанную «кристаллизационную» воду. «Купорос зеленый», или «железный купорос», — вещество состава FeSO₄∙7Н₂O (см. 1.46), современное название его — гептагидрат сульфата железа(II). Слово «купорос» применительно к сульфату железа, вероятно, связано со способом получения его из рудничных вод, содержащих «медный купорос» (см. 1.47), обработкой их железной стружкой (англ, слово медь — «копэ»):

Вот какое определение всем «купоросам» давали в учебнике по химии в 1782 г.: «Купорос есть минералическая соль и в самом основании своем не что иное как серный спирт, одетой в металлическое или минералическое тело».

«Зеленый купорос» применяли для лечения венерических болезней, чесотки, гельминтоза, а также опухолей желез.

Какой химический состав имели вещества, которые в XVII в. называли в России «ямчуг», «минеральный хрусталь», «азотно-кислый поташ», «селитра»?

Так называли одно и то же вещество — нитрат калия KNO₃, соединение, крайне необходимое для производства дымного пороха (см. 1.33, 1.34).

Как расшифровать текст в рукописи Ломоносова «Первые основания горной науки»: «Квасцы… очень кислы, еще и через перегонку дают весьма кислый спирт… с купоросной кислотой одной натуры и те же свойства имеет»?

Термин «квасцы» употребляют в России с XV в., он происходит от корня «квас» (отсюда «квашение», «квасить»). «Кислота» по-украински и по-польски называется и теперь «квас» (например, серная кислота по-украински — «сернячий квас»).

Во времена Ломоносова квасцами называли сульфат алюминия-калия KAl(SO₄)₂∙12Н₂O (см. 151). Квасцы при растворении в воде ведут себя как смесь сульфата калия K₂SO₄ и сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃; последний подвергается обратимому гидролизу:

Образующаяся в небольшом количестве серная кислота и придает квасцам кислый вкус. При нагревании квасцов в реторте реакция гидролиза становится необратимой, так как происходит отгонка серной кислоты:

Серную кислоту в то время называли «кислым спиртом» или «купоросной кислотой» (см. 1.49).

Русский профессор химии М.Ф. Соловьев однажды с горечью заметил: «Многие из почтеннейших наших соотечественников… неотступно держатся номенклатур иностранных и часто без всякой нужды употребляют в русском языке иноземные названия» (1836 г.).

К сожалению, и сейчас, когда прошло 150 лет и действует принятая во всех странах современная номенклатура, у некоторых наших соотечественников осталось стремление строить названия веществ архаическим образом, механически перенося в русский язык порядок слов, принятый в англоязычной литературе и требующий именовать вещества «по ходу формул» (NaCl — «натрий-хлорид», CuSO₄ — «медь-сульфат» и т. п.). Однако в русском химическом языке принят более выразительный вариант «обратного чтения формул», причем электроотрицательная (анионная) часть формулы приводится в именительном падеже, а электроположительная (катионная) часть — в родительном: NaCl — хлорид натрия, CuSO₄ — сульфат меди. Думается, что от этой традиции химикам не стоит отказываться.

В технической литературе и в быту часто встречаются такие названия веществ: «воздушная», или «негашеная известь», «гашеная известь», «известковое молоко», «известковая вода», «белильная известь».

«Воздушная», или «негашеная известь», — это оксид кальция CaO, получаемый при обжиге известняка или мела — карбоната кальция CaCO₃:

«Гашеная известь» — гидроксид кальция Ca(OH)₂, образующийся при обработке оксида кальция CaO водой («гашение»):

В этом процессе, протекающем с большим выделением теплоты, куски оксида кальция растрескиваются и превращаются в тонкий и подвижный белый порошок («пушонку»).

«Известковое молоко» — суспензия гидроксида кальция в воде, применяемая для побелки потолков и стен.

«Белильная известь» образуется при обработке гидроксида кальция хлором Cl₂:

Современное название этого продукта — хлорид-оксохлорат(I) кальция (см. 5.19, 6.43).

Студенту было дано задание изучить реакцию взаимодействия солей хлорной кислоты с серой. Он взял банку с надписью «хлорат калия», смешал кристаллы этой соли с серой и стал нагревать смесь в фарфоровом тигле. Раздался взрыв, фарфоровый тигель разорвало на мелкие кусочки. Студента спасло лишь то, что в момент взрыва он отошел от своего места за щипцами.

Студент, не зная номенклатуры неорганических веществ, совершил грубую ошибку, которая могла бы дорого ему обойтись. Соли хлорной кислоты носят название «перхлоратов», а не «хлоратов». Хлорат (точнее, триоксохлорат) калия KClO₃ — сильный окислитель и в присутствии горючих веществ очень опасен в обращении (см. 1.31, 1.32; 9.39). Уже при растирании его с серой (а тем более при нагреве) может произойти взрыв:

Соли хлорной кислоты — «перхлораты» (по современной номенклатуре — тетраоксохлораты), например KClO₄, — это совсем другие вещества и по составу, и по свойствам. В частности, KClO₄ взаимодействует с серой при нагревании без взрыва:

В школьном кабинете химии ученик увидел банку с надписью «сусальное золото», а в банке — золотистые чешуйки и очень удивился столь небрежному хранению ценного вещества — валютного металла, золота.

Полагают, что происхождение термина «сусальное золото» связано с древнерусским словом «сусало» — лицо. Говорим же мы теперь «облицовочный материал»! «Сусальное золото» — техническое название дисульфида олова SnS₂, имеющего вид золотисто-желтых чешуек. Получают SnS₂ нагреванием смеси изрезанной оловянной фольги с порошком серы и хлоридом аммония NH₄Cl, который активирует реакцию:

Дисульфид олова применяют для «золочения» дерева, гипсовых изделий и для мозаичных работ.

Существовали и другие имитации золота. Например, известно так называемое «американское золото», представляющее собой сплав меди Cu, олова Sn, оксида магния MgO, гидротартрата калия KHC₄H₄O₆, хлорида аммония NH₄Cl и оксида кальция CaO.

«Сусальным золотом» называют также очень тонкие металлические листы, идущие на золочение поверхности различных металлических изделий, в том числе куполов церквей. Такие листы готовят либо из чистого («червонного», см. 3.42) золота, либо из сплава золота и серебра («зеленое золото»), а также из золота, положенного на серебро («двойник») или на медь («тальма»). Иногда листы для золочения и вовсе не содержат золота, а состоят из сплавов меди с различными металлами («поталь») и даже из лакированного серебра или алюминия — лишь бы цвет их был золотистым.

Что считать «гремучим серебром» — нитрид серебра Ag₃N, азид серебра AgN₃ или фульминат серебра AgCNO?

«Гремучим серебром» называли в прошлом столетии все три перечисленных вещества. Если хранить в открытом сосуде раствор гидроксида диамминсеребра [Ag(NH₃)₂](OH), то с течением времени стенки сосуда покрываются темной коркой нитрида серебра Ag₃N, чрезвычайно взрывчатого даже во влажном состоянии. При сливании жидкости из сосуда, где образовалась такая корка, взрыв неизбежен. Азид серебра AgN₃ и фульминат серебра AgCNO взрываются при трении и ударе, но во влажном состоянии они менее опасны. Азид серебра — это соль азидоводородной кислоты HN₃, а фульминат серебра — соль «гремучей кислоты» — фульмината водорода HCNO.

Все соли «гремучей кислоты» ядовиты и взрывчаты, причем склонны к детонации (см. 2.46, 6.53).

Жирными кислотами в старой номенклатуре органических веществ называли органические кислоты, образующиеся при разложении жиров — сложных эфиров карбоновых кислот и глицерина. Разложение протекает под действием хлороводородной HCl или серной H₂SO₄ кислот. Жиры при этом распадаются на глицерин (CH₂OH)₂CHOH и соответствующие одноосновные карбоновые кислоты состава CH₃(CH₂)_xCOOH, где х > 8, получивших название «жирных». К ним относятся лауриновая (x = 10), пальмитиновая (x = 14), маргариновая (x = 15), стеариновая (x = 16) и другие кислоты. Впервые жирные кислоты сумел выделить из жиров французский химик Шёврель (см. 2.39).

Лимонная кислота, или 2-окси-1,2,3-пропантрикарбоновая кислота, имеет состав НООС—СН₂—С(ОН)(СООН)—СН₂—СООН. Она выделяется из водных растворов в виде бесцветных кристаллов, содержащих одну молекулу воды. Лимонная кислота чрезвычайно распространена з растительном царстве: она находится в плодах крыжовника, в листьях махорки, хвое, малине, свекловичном соке, листьях хлопчатника, но особенно много ее в недозрелых лимонах (до 80%) и в китайском лимоннике (до 70%) — дальневосточной лиане, достигающей пятнадцатиметровой длины. Осенью китайский лимонник покрывается кистями целебных мелких плодов с лимонным привкусом.

Впервые лимонная кислота была получена из сока недозрелых лимонов шведским аптекарем Шееле (см. 2.7) в 1784 г.; он и дал ей название.

Состав химических веществ и их формулы во времена Шееле определять не могли и поэтому называли новые вещества по тем исходным материалам, из которых их получали, а также по вкусу, по запаху, либо по именам химиков, впервые получивших эти вещества.

Янтарная кислота, или бутандикарбоновая кислота, имеет состав НООС(СН₂)₂СООН и принадлежит к числу слабых кислот. Она образует бесцветные кристаллы. Соли янтарной кислоты носят название сукцинатов. Впервые янтарная кислота была получена в 1675 г. французским врачом и фармацевтом академиком Николя Лемери (1645–1715) перегонкой янтаря (см. 10.1). Янтарная кислота содержится в недозрелых фруктах, многих растениях и буром угле.

Молочная кислота, или α-оксипропионовая кислота, имеет состав CH₃CH(OH)COOH и образует легкоплавкие бесцветные кристаллы.

Молекула молочной кислоты C₃H₆O₃, по сути дела, представляет собой половину молекулы глюкозы C₆H₁₂O₆. Поэтому молочная кислота распространена в природе. Везде, где есть сахар, особые виды бактерий могут превратить его в молочную кислоту. Она находится в квашеной капусте, созревшем сыре, маринованных огурцах, в поте человека. Впервые молочная кислота была выделена Шееле (см. 2.7) в 1780 г. из кислого молока — отсюда и ее название.

Яблочная кислота, или гидроксобутановая кислота, имеет состав НООССН(ОН)СН₂СООН. Она образует хорошо растворимые в воде бесцветные кристаллы и действительно содержится в яблоках, недозрелой рябине, ягодах барбариса и в виноградном соке. Кислота была выделена Шееле из сока яблок в 1785 г. (см. 2.7).

Винная (или «виннокаменная») кислота — дигидроксобутандикарбоновая кислота состава НООССН(ОН)СН(ОН)СООН — тоже образует бесцветные кристаллы. Она впервые получена также Шееле в 1769 г. Винная кислота содержится во многих растениях, но особенно много ее в виноградном соке. Соли винной кислоты называют тартратами. При брожении виноградного сока в течение длительного времени в сосуде может выпасть сероватый или красный осадок гидротартрата калия KHC₄H₄O₆ («винного камня»). В виноградных винах винная кислота содержится в виде такой соли.

Муравьиная кислота (или «муравьиный спирт») была открыта в 1794 г. немецким химиком Маргграфом (см. 1.61) в кислых выделениях рыжих муравьев. Она же находится в волосках жгучей крапивы. Современное название этой кислоты — метановая, а ее состав отвечает формуле НСООН. Метановая кислота — это резко пахнущая жидкость, самая сильная из органических кислот, она вызывает сильные ожоги на коже (см. 2.17). Соли ее называют формиатами («формика» по-латыни значит «муравей») или метанатами.

Муравьиную кислоту получают действием разбавленной серной кислоты на формиаты, например на формиат калия: 

Муравьиная кислота обладает бактерицидными свойствами; за рубежом ее применяют как консервант при заготовке силоса. Народная медицина традиционно использовала муравьиную кислоту для лечения ревматических болей и радикулитов, при этом источником лекарства служили живые муравьи. Пчеловоды ценят муравьиную кислоту как эффективное средство от варроатоза — болезни пчел, связанной с пчелиными клещами-паразитами.

Щавелевая, или этандионовая, кислота состава H₂C₂O₄∙2Н₂O образует бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде. Соли щавелевой кислоты называют оксалатами.

Немецкий химик, аптекарь и сенатор Иоганн-Христиан Виглеб (1732–1800) получил из сока щавеля и кислицы неизвестное вещество, водный раствор которого давал осадок с известковой водой (см. 3.23). В 1784 г. Шееле (см. 2.7) установил, что вещество, полученное Виглебом, — кислота, и назвал ее щавелевой. Взаимодействие ее с известковой водой отвечает реакции

Щавелевая кислота чрезвычайно распространена в природе. В виде гидрооксалата калия KHC₂O₄ она содержится б щавеле, кислице, а в виде оксалата кальция CaC₂O₄ входит в состав почти всех растений. Получают щавелевую кислоту из оксалата кальция обработкой последнего серной кислотой:

Знаете ли вы, что слово «уксус» происходит от греческого слова «оксос», означающего «кислый»?

В древности уксус был единственной пищевой кислотой, и неудивительно, что название его отождествлялось с самим представлением о кислом, кислоте. В России уксус, т. е. водный раствор уксусной кислоты CH₃COOH, называли «кислой влажностью» или «древесной кислотой» (см. 1.50). Уксусом как пищевой приправой люди стали пользоваться почти три тысячи лет назад, а со временем в пищу стали добавлять и другие кислые вещества, например лимонную кислоту (см. 3.28). Наверное, древним грекам было бы очень странно слышать наш термин «уксусная кислота» — буквально «кислая кислота»…

Отметим, что все перечисленные выше (см. 3.27–3.32) органические кислоты содержат в своем составе карбоксильную группу — СООН, которая служит источником протонов при взаимодействии этих веществ с водой в растворе; этим и обусловлены их кислотные свойства (см. 3.11).

Знаете ли вы, что кольцевая структура бензола C₆H6 родилась в уме немецкого химика Кекуле (см. 2.35) после судебного процесса по убийству графини Герлиц?

На этом процессе демонстрировалось в качестве улики кольцо в виде двух переплетенных змеек. Юный Кекуле жил в доме напротив особняка графини и поэтому выступал свидетелем по делу. Его точные показания убедили в правильности заключения эксперта Либиха (см. 2.17).

Картина бензольного кольца в виде сплетенных змеек возникла у Кекуле много лет спустя во время размышлений о структуре бензола. Он так описал рождение в его уме бензольного кольца: «Я занимался работой над своим «Учебником»… мои мысли где-то витали… Длинные нити очень часто сближались и свертывались в трубку, напоминая двух змей. Одна из них вцепилась в собственный хвост, продолжая насмешливо кружиться перед моими глазами».

Вот что представляет собой бензольное кольцо:

Левая структура бензола C₆H₆ и две средних предложены Кекуле. Правая используется в наши дни. Кекуле предположил, что двойные связи = в C₆H₆ делокализованы, они перемещаются по кольцу, характеризуя мгновенные состояния молекулы. Позднее эта гипотеза была подтверждена экспериментально, и теперь перемещение двойных связей изображают кружком внутри бензольного кольца, внутри шестиугольника.

Название «роданиды» (для солей с анионом NCS^-) образовалось от греческого слова «родон» — роза, розовый. Добавление роданидов щелочных металлов, в частности роданида калия KNCS, к водному раствору солей железа(III) (например, трихлорида железа FeCl₃) вызывало пояьление ярко-красного окрашивания раствора из-за образования комплексных частиц состава [Fe(NCS)₆]^3- в результате реакции

Современное название «тиоцианаты» включает два слова: «тио» — сера и «цианат» — ион NCO^-, в котором атом кислорода замещен на атом серы (NCS^-). Такое название отражает состав иона и является поэтому предпочтительным.

Тенарова синь — двойной оксид алюминия и кобальта состава (CoAl₂)O₄ — тетраоксид диалюминия-кобальта. Не так давно тенарову синь считали алюминатом кобальта и записывали ее состав формулой Co(AlO₂)₂. Вещество это получило свое название по имени французского химика Тенара (см. 1.45), предложившего реакцию образования этого оксида для обнаружения алюминия в минералах. Если, например, оксид алюминия смочить несколькими каплями водного раствора нитрата кобальта Co(NO₃)₂ и затем прокалить, то появляется красивая синяя окраска:

В медицинских руководствах до сего времени встречаются такие названия: «горькая соль», «слабительная соль», «глауберова соль».

«Горькая», «слабительная» или «глауберова» соль — это одно и то же вещество, декагидрат сульфата натрия Na₂SO₄∙10H₂O. Он встречается в природе в больших количествах в виде минерала мирабилита (см. 10.44). Особенно много мирабилита добывается в заливе Кара-Богаз-Гол на Каспийском море. Сульфат натрия был получен впервые Глаубером (см. 8.12) при действии серной кислоты H₂SO₄, которую он назвал «ацидум олеум витриоли», на хлорид натрия (см. 1.52 и 10.51):

Остаток твердого вещества после окончания реакции Глаубер растворил в воде и оставил для кристаллизации Na₂SO₄∙10H₂O, а хлороводород НСl, выделившийся в результате прокаливания, при поглощении водой дал хлороводородную кислоту, которую, кстати, долгое время называли «дымящим соляным спиртом Глаубера» (см. 3.10). Позже ее стали называть соляной кислотой (см. 3.12).

В 1665 г. алхимик аптекарь Эли Сеньет (1632–1698) получил вещество, которое стали впоследствии называть «сеньетовой солью».

«Сеньетова», или «сегнетова», соль — это калиево-натриевая соль винной кислоты (см. 3.30). Она имеет состав KNaC₄H₄O₆∙4Н₂O и образует бесцветные большие кристаллы, легко растворимые в воде. Современное название этой соли — тетрагидрат тартрата натрия-калия.

«Сегнетова соль» была первым «сегнетоэлектриком»: если ее кристалл подвергнуть механическому сжатию или растяжению, то на его противоположных гранях появляются электрические заряды разных знаков (пьезоэлектрический эффект). Наоборот, при наложении на кристалл «сегнетовой соли» электрического поля происходит изменение его размеров. Такие кристаллы нашли широкое применение в микрофонах, телефонах, адаптерах, слуховых аппаратах, ультразвуковых локаторах.

Как появились названия «турнбулева синь», «берлинская лазурь», «желтая» и «красная кровяная соль»?

«Желтая и красная кровяные соли» получили свое название от способа их производства. Соли получали из животных отбросов, в том числе и из крови, собираемой на бойнях (см. 1.15). Кристаллы «желтой кровяной соли» состава K₄[Fe(CN)₆]∙3Н₂O имеют желтый цвет, а «красной кровяной соли» K₃[Fe(CN)₆] — красный. Современное название этих солей — гексацианоферрат(II) калия и гексацианоферрат(III) калия.

При взаимодействии гексацианоферрата(III) калия с сульфатом железа(II) выделяется синий осадок гексацианоферрата(III) железа(II)-калия:

Этот осадок получил название «турнбулевой сини». Дед Рамзая (см. 2.27) по фамилии Турнбуль в 1780–1790 гг. владел заводом, на котором производились вещества, применяемые для крашения тканей. Он впервые получил синюю краску — «турнбулеву синь», или, как тогда ее еще называли, «турнбульскую лазурь». Технология окраски тканей по методу Турнбуля заключалась в протравливании ткани раствором сульфата железа FeSO₄ и затем в обработке ее раствором K₃[Fe(CN)₆].

О «берлинской лазури» следует прочитать разд. 1.16.

Слышали ли вы что-нибудь о таких веществах, как «плавкий белый преципитат» и «неплавкий белый преципитат»?

Названия этих веществ произошли от латинского слова «преципитатум» — осадок. При пропускании аммиака NH₃ через водный раствор, содержащий хлорид ртути HgCl₂ и хлорид аммония NH₄Cl, выпадает белый кристаллический осадок, плавящийся при нагревании без разложения. Этому осадку алхимики дали название «плавкий белый преципитат»:

Современное название этого вещества — хлорид диамминртути(II).

Если же аммиак вводить в водный раствор хлорида ртути при отсутствии хлорида аммония, то выпадает белый кристаллический осадок, темнеющий на воздухе, который алхимики назвали «неплавкий белый преципитат»:

Это вещество разлагается при нагревании, не плавясь, причем получаются при разложении хлорид ртути(I), аммиак и азот:

Современное название вещества с составом Hg(NH₂)Cl — хлорид- амид ртути(II). Считают, что Hg(NH₂)Cl ввел в медицину Парацельс (см. 2.6). Хлорид-амид ртути применяют и до сих пор как антисептическое и противовоспалительное средство при заболеваниях кожи — в виде мазей и присыпок.

Преципитатом еще называют фосфорное удобрение состава CaHPO₄∙2Н₂O — дигидрат гидроортофосфата кальция.

Что за вещество скрывается под названиями «алкаль», «едкая щелочная соль», «каустик», «каустическая сода»?

Так называли в разные времена в России гидроксид натрия NaOH. До сих пор сохранилось старое название его — «едкий натр», предложенное еще в 1807 г. русским химиком Шерером (см. 3.10). В быту гидроксид натрия именуют каустической содой, хотя к соде Na₂CO₃ он никакого отношения не имеет: уж лучше его называть просто «каустиком» (от греческого слова «каустикос» — жгучий, едкий). Водный раствор гидроксида натрия кое-где продолжают называть «натровым щелоком» (см. 6.44–6.46).

Гидроксид натрия образует белые непрозрачные игольчатые кристаллы, хорошо растворимые в воде с большим выделением тепла. Его раствор обладает сильной щелочной реакцией из-за высокой концентрации гидроксид-ионов ОН^-. Раствор и кристаллы NaOH очень опасны в обращении: при поступлении в пищевод человека всего 0,01–0,02 г наступает смерть в первые же часы или сутки. На коже он вызывает глубокие и долго не заживающие ожоги.

Ангидрид — это старое название кислотного оксида, при взаимодействии которого с водой образуется кислота. Например, пентаоксид диазота («азотный ангидрид») при действии воды превращается в азотную кислоту:

Ангидриды карбоновых кислот рассматривают как продукты, образующиеся при отщеплении одной молекулы воды от двух молекул таких кислот. Например, уксусная кислота в такой реакции дает уксусный ангидрид:

Ангидрит — это безводный сульфат кальция CaSO₄ (см. 5.9). Ангидрон — перхлорат магния Mg(ClO₄)₂ — прекрасное водоотнимающее средство, используется для осушки газов.

Силан SiH₄ и селан H₂Se_x — водородные соединения неметаллов кремния и селена. Этим и еще малой устойчивостью ограничивается их сходство.

Силан получается при взаимодействии силицидов металлов (например, силицида магния) с кислотой или водой:

Газообразный силан при контакте с воздухом самовоспламеняется:

Селан H₂Se_x — это полиселенид водорода. Его молекула включает цепочку атомов селена:

Для получения H₂Sex нагревают суспензию селена в концентрированном водном растворе Na₂Se (селенида натрия):

Na₂Se + (х—1)Se = Na₂Se_x

Из полученного раствора при обработке его охлажденной концентрированной хлороводородной кислотой HCl можно выделить жидкие селаны H₂Se₂, H₂Se₃, H₂Se₅.

Слово «червонный» родственно слову «червь», а червонный цвет — это красный, рубиновый, киноварный цвет, цвет бычьей крови. Кстати, краску киноварь на Руси называли «червонью» (см. 1.10; 1.13). А насекомое кошениль, из которого добывали темно-красную краску (пурпур), называли в России «червецом».

Червонное золото — это не то золото, из которого чеканят золотые монеты — «червонцы». Червонное золото — это сплав золота Au с медью Cu в отношении 9:1 по массе. Такой сплав красного цвета.

Во времена Платона (см. 4.2) в природе находили самородный сплав золота и меди — «медистое золото», ковкий и мягкий сплав, испускающий «огнистое блистание». Находят такие самородки и теперь (см. 10.12).

Слово «термит» происходит от греч. «терме» — жар, тепло, а слово «термиты» от латинск. «термитис» — отряд «общественных» насекомых.

Термитная смесь состоит из порошков алюминия Al и оксида железа Fe₂O₃. При ее поджигании протекает химическая реакция

с выделением большого количества теплоты, позволяющего достичь температуры порядка 2500° С. При такой температуре железо легко плавится. Поэтому термитную смесь используют для сварки железных изделий, например рельсов, и в зажигательных снарядах.

«Белая» и «черная» магия — это колдовство с добрыми или, наоборот, злыми намерениями. В химии еще недавно использовали термины «белая магнезия» и «черная магнезия».

«Белая магнезия» — это карбонат магния MgCO₃ и оксид магния MgO. Оксид магния — рыхлый белый порошок (его еще называют «жженой магнезией»). Важная область применения MgO — изготовление огнеупорных материалов. Кроме того, он в смеси с MgCO₃ входит в состав порошка, которым пользуются спортсмены — гимнасты, тяжелоатлеты — для обработки ладоней' и ступней, чтобы уменьшить потоотделение. Белую магнезию используют и для медицинских целей.

«Черная магнезия» — диоксид марганца MnO₂, самый устойчивый из оксидов марганца. В природе он встречается в виде минерала пиролюзита, а в лаборатории может быть получен из нитрата марганца Mn(NO₃)₂ термическим разложением:

Диоксид марганца используется в химических источниках тока (элементы Лекланше). Черный цвет этой магнезии не мешает ей «белить» и делать более прозрачным стекло: MnO₂ вносят в расплав стекла как осветляющую добавку (см. 1.24).

Цементит — это карбид железа состава Fe₃C, очень твердое вещество; он придает чугуну и стали высокую механическую прочность (см. 530; 6.31, 6.32).

А строительный цемент — это смесь силикатов и алюминатов состава Ca₂SiO₄, Ca₃SiO₅, Ca₃Al₂O₆ и др., которая при смешивании с водой превращается в гидраты силикатов кальция и затвердевает в прочную массу. Цемент — составная часть бетонов и строительных «растворов», которые используют при кирпичной кладке стен.

Под цементацией понимают различные процессы. В одном случае цементацией называют процесс насыщения углеродом и азотом Поверхностного слоя металла. Его ведут, нагревая металлическое изделие в присутствии угля (или газообразного монооксида углерода СО) и азотсодержащих веществ. В результате такой цементации поверхностный слой металла толщиной 0,2–2,0 мм приобретает твердость и прочность (см. 5.26; 5.30).

В цветной металлургии термин «цементация» применяют к процессам выделения (восстановления) металлов из растворов их солей цинком, например кадмия из водных растворов сульфата кадмия:

или золота из раствора дицианоаурата натрия:

(см. 6.3).

Различные непищевые масла (машинное, веретенное и др.), как это следует из их названий, служат для смазывания различных трущихся частей машин и аппаратов. Такие масла состоят из смеси углеводородов. Не зря бытуют поговорки «не подмажешь — не поедешь», «поехал как по маслу»… А есть ли «масла», вовсе не пригодные для смазки?

Есть. Это прежде всего химически активные маслообразные жидкости, которые в старину называли «маслами» за их высокую вязкость. Например, «купоросное масло» — это концентрированная серная кислота H₂SO₄, которую получали перегонкой железного купороса (см. 1.49). «Мышьяковое масло» — хлорид мышьяка AsCl₃ — бесцветная маслообразная жидкость, «сурьмяное масло» — хлорид сурьмы SbCl₃ — бесцветное вещество консистенции коровьего масла (см. 8.12). А вот еще экзотическое «масло виннокаменное чрез осырение»: насыщенный раствор поташа K₂CO₃, полученного прокаливанием гидротартрата калия KHC₄H₄O₆ («винного камня») (см. 3.30). Поташ в сыром воздухе расплывается, превращаясь в маслоподобную жидкость, — отсюда и название.

Ни одно из упомянутых «масел» не пригодно для смазки металлических трущихся поверхностей, так как они реагируют с металлами, разрушая их.

Барит — это минерал состава BaSO₄, химическое название которого сульфат бария (см. 4.18). Он практически нерастворим в воде. А «баритовая вода» — это концентрированный водный раствор гидроксида бария Ba(OH)₂, содержащий около 1,5 г этого вещества в 100 г воды. Этот реактив применяют для качественного и количественного определения содержания диоксида углерода CO₂ в газах в соответствии с реакцией

Появление осадка карбоната бария BaCO₃ свидетельствует о наличии в анализируемом газе диоксида углерода.

Если химик обладает поэтическим складом ума, то он вполне может считать кетен потомком, например, сыном, кетона. Так, простейший кетон — ацетон (CH₃)₂CO при 700° C разлагается на два газообразных вещества: метан CH₄ и кетен H₂C…—C…—O. Кетен — весьма реакционноспособное соединение, по токсичности приближающееся к фосгену (см. 9.28).

Существуют ли в природе «золотая», «платиновая» или «железная» кислоты и «золотые соли»?

«Золотой солью» называли одно время дигидрат тетрахлороаурата(III) натрия Na[AuCl₄]∙2H₂O. Наименование «золотая», «платиновая», «железная» кислоты имели когда-то соединения состава AuO(OH), H₂[Pt(OH)₆] и H₂FeO₄ соответственно. Современные названия этих веществ — метагидроксид золота, гексагидрооксоплатинат(IV) водорода и тетраоксоферрат(VI) водорода. Все три вещества в той или иной степени обладают кислотными свойствами.

Манганин — сплав на основе меди Cu, содержащий 12% марганца Mn и 2% никеля Ni. Манганин применяют в виде проволоки для изготовления эталонных электрических сопротивлений. Проволока обладает большим удельным электрическим сопротивлением, равным 0,43 Ом∙см. Для сравнения: проволока из серебра Ag имеет электрическое сопротивление всего 1,5∙10^-6 Ом∙см при той же температуре.

Манганаты — соли не существующей в свободном состоянии кислоты тетраоксоманганата(VI) водорода H₂MnO₄. Они образуют кристаллы зеленого цвета, например K₂MnO₄.

Даже опытные химики не всегда могут дать правильный ответ на вопрос, являются ли боразин, боразон, нитрид бора и боразол одним и тем же веществом!

Боразин (тривиальное название «боразол») — вещество, имеющее, как и бензол, циклическую структуру:

Боразин — легкокипящая (как и бензол) бесцветная жидкость. В отличие от бензола боразин медленно разлагается водой на водород H₂, аммиак NH₃ и борную кислоту B(OH)₃.

Боразон — полиморфная модификация нитрида бора (β-BN), уступающая по твердости только алмазу и имеющая черный цвет.

Гидроксид — название соединения состава М(ОН)_n, где M — катион металла со степенью окисления n, а ОН^- — гидроксид-ион.

Гидроксил — химически активная нейтральная частица ŌН, является неорганическим радикалом, имеющим в атоме кислорода один неспаренный электрон (указан точкой). Гидроксил — важнейший радикал в химии атмосферы. Он образуется как продукт фотохимической реакции (см. 7.7):

Гидроксил может вступать в реакции с самыми разными примесями в атмосфере, например с метаном CH₄ или монооксидом углерода СО:

Хлорид и хлорит, сульфид и сульфит часто путают друг с другом, особенно на слух. Как избежать подобных ошибок?

Хлорид — соль хлороводородной кислоты HCl (например, хлорид натрия NaCl). Хлорит — соль хлористой кислоты HClO₂ (например, хлорит натрия NaClO₂).

Сульфид — соль сероводородной кислоты H₂S (например, сульфид натрия Na₂S). Сульфит — соль полигидрата диоксида серы SO₂∙nH₂O (например, сульфит натрия Na₂SO₃).

Чтобы избежать ошибок, лучше использовать современные названия диоксохлорат(III) натрия (для NaClO₂) и триоксосульфат(IV) натрия (для Na₂SO₃).

Мумия — природный красный пигмент, содержащий триоксид дижелеза Fe₂O₃ (см. 1.8 и 10.48). Мумиё — черные лоснящиеся кусочки или темно-коричневые канифолеподобные образования высохших на воздухе до мумифицированного состояния смесей некоторых видов лишайника и экскрементов некоторых животных — архаров, мышей-полевок, пищух (грызунов, похожих на миниатюрного зайчика, питающихся ягодами и хвоей можжевельника).

«Мумиё» — греческое слово, происходящее от слова «мумия»: когда-то это вещество добывалось из мумий — высохших трупов.

Но древние лекари и жрецы рекомендовали мумиё только для наружного употребления.

Состав мумиё очень сложен: в него входят фосфаты, карбонат кальция CaCO₃, органические вещества высокой биологической активности и микроэлементы, смолы и т. п. Раствор или настой мумиё в воде имеет коричневый цвет и своеобразный запах смеси битума, навоза и шоколада; на вкус горьковатый.

Мумиё находят, как правило, в высокогорных пещерах, для которых характерны сухость, недостаток кислорода, резкие колебания суточных температур. В этих пещерах обычно живут полевки и пищухи. Поэтому некоторые считают, что мумиё — продукт переработки можжевельника, прошедшего через желудочно-кишечный тракт маленьких грызунов. Самые древние образцы найденного мумиё имеют возраст до 15000 лет.

О целебных свойствах этого вещества сообщали еще Аристотель (см. 4.2) и Авиценна (см. 1.2). Последний сказал так: «Мумиё обостряет чувства, укрепляет желудок, облегчает дыхание и является наиболее совершенным сложным лекарством». Мумиё подавляет воспаления, ускоряет заживление ран, повышает общую устойчивость организма к заболеваниям, восстанавливает силы при общем истощении. Шекспир упоминал, что мать Отелло, провожая сына на войну, одарила его платком, пропитанным настоем мумиё, помогающим, как она считала, сращивать кости и заживлять раны.

В последнее время было установлено, что отстоявшаяся морская пена, земля под старыми пнями, экстракт из осенних листьев клена обладают высокой биологической активностью, сравнимой с активностью мумиё. То же относится и к пчелиному клею — прополису.

В 1851 г. один из химиков, перегоняя селедочный рассол, к которому он добавил известковую воду [раствор гидроксида кальция Ca(OH)₂, см. 3.23], получил триметиламин N(CH₃)₃ — газ с характерным запахом протухшей рыбы, превращающийся в жидкость при температуре ниже + 2° С.

Триметиламин является продуктом анаэробного (без участия кислорода) дыхания морских организмов. Его удалось выделить из слез человека и желудочного сока. У людей с нарушением функции печени сильно пахнут «разлагающейся рыбой» дыхание, пот и моча из-за выделения «рыбного газа».

В этом разделе читатель узнает об истории открытия химических элементов, происхождении их названий, о спорах, связанных с приоритетом открытия, о ложно открытых элементах, о формировании принципов построения системы химических элементов и других интересных исторических фактах, связанных с понятием «элемент».

Элемент в обычном понимании — составная часть чего-нибудь. Уже в древности считали, что как слова состоят из букв, так и тела — из элементов. Французский химик А. Лавуазье (см. 2.28) применял термины «элемент» и «простое тело» как равнозначные. Д.И. Менделеев начал разделять эти термины. Он писал: «Понятия и слова простое тело и элемент нередко смешивают между собою… Простое тело есть вещество… с рядом физических признаков и химических реакций… Под именем элементов должно подразумевать те материальные составные части простых и сложных тел? которые придают им известную совокупность физических и химических свойств… Углерод есть элемент, а уголь, графит и алмаз суть тела простые».

Простое вещество — это форма существования конкретного химического элемента в том или ином агрегатном состоянии. Химический же элемент — это один атом или их разрозненная совокупность с одним и тем же зарядом ядра, с одним и тем же числом протонов в ядре. Когда между атомами одного и того же химического элемента появляются химические связи, то совокупность химически связанных атомов — уже простое вещество.

Аристотель (384–322 гг. до н.э.) был почти 20 лет учеником знаменитого философа и математика Платона (см. 1.6) и только в возрасте 37 лет покинул стены платоновской школы, чтобы стать учителем Александра Македонского. В 335 г. до н.э. он основал в Афинах свою философскую школу — Ликей. В то время философы не имели никакого понятия о химических элементах, хотя им были известны семь металлов (см. 3.1) и два неметалла — уголь и сера.

Аристотель создал первую картину мира. Он был уверен, что первоосновой всего существующего является какая-то единая первоматерия, находящаяся в разных состояниях, появляющихся при комбинациях четырех стихий или элементов: земли, воды, воздуха и огня (рис. 1). Стихия земли может находиться в сухом и холодном состояниях, стихия воды — в холодном и влажном состояниях, и т. д. К четырем элементам Аристотель позднее присоединил пятый — эфир, из которого, как он полагал, состоят небеса, звезды и планеты. По его мнению, все шесть металлов образовались из ртути путем присоединения к ней того или иного элемента — земли, воды, воздуха или огня.

Знаете ли вы:

C каким первым металлом познакомился человек еще в эпоху каменного века? Что из ртути можно получить золото?

Считают, что золото и железо были первыми металлами, знакомыми человеку еще в каменном веке. Золото встречается в природе в самородном состоянии, а железо было металлом, «упавшим с неба», метеоритным железом. В Древнем Египте железо называли «бе-нипет», что означало в буквальном переводе «небесный металл» (см. 1.55 и 5.27). За три тысячелетия до нашей эры человечеству уже были известны семь металлов, получивших название «семь металлов древности»: золото Au, железо Fe, серебро Ag, медь Cu, свинец Pb, олово Sn и ртуть Hg.

В IV в. до н.э. в Индии и Египте ртуть Hg и сера S были, по древним представлениям, как бы «родительской парой», порождавшей все металлы и минералы. Ртуть рассматривалась как символ металличности, как «душа металла» и «корень всех веществ». Поэтому ртуть называли в то время Меркурием по имени ближайшей к Солнцу — золоту — планеты Меркурий (см. 3.1). Отсюда и произошло название сложных соединений ртути — меркураты (например, тетраиодомеркурат калия K₂(HgI₄]).

Уже в нашем столетии выяснилось, что природная ртуть и ртуть, получаемая из минерала киновари, сульфида ртути HgS (см. 1.13), всегда содержит примесь золота в большем или меньшем количестве. Ртуть образует с золотом ряд соединений: Au₃Hg, Au₂Hg, AuHg₂ и др. Некоторые из этих соединений способны переходить вместе с ртутью в пар и затем в ее конденсат. Поэтому от примеси золота ртуть не освобождается даже после многократной повторной перегонки. Только при длительном электрическом разряде в парах ртути можно выделить на стенках реакционной трубки черный налет мелкораздробленного золота. Это явление послужило причиной возрождения 60–70 лет тому назад старой алхимической версии о возможности превращения ртути в золото. Увы, золото было только примесью в ртути. Золото Au в исчезающе малых количествах можно получить из ртути Hg только в ядерных реакциях. Например, из радиоактивного изотопа ртути-197 в ядерной реакции

в которой в результате захвата ядром электрона (K-захват) один из протонов ядра превращается в нейтрон n⁰ с излучением фотона γ:

Порядковый номер и атомный номер химического элемента — синонимы, совпадающие понятия. В Периодической системе Менделеева (см. 2.13) элементы располагаются в порядке возрастания их номеров, начиная с водорода H, порядковый или атомный номер которого равен единице. Порядковый номер элемента равен заряду ядер его атомов в единицах элементарного электрического заряда или числу протонов в ядре, а для нейтрального атома — числу электронов в нем.

Термин «порядковый номер элемента» впервые ввел в употребление английский химик Ньюлендс в 1875 г. без какого-либо физического смысла (см. 2.16). Этот термин вначале не имел никакого отношения к Периодической системе Менделеева. Термин «атомный номер элемента» ввел в употребление английский физик Эрнст Резерфорд в 1913 г. вместо термина «порядковый номер элемента» и настойчиво его внедрял. Так как Периодическая система Менделеева — это система химических элементов, а не атомов, их составляющих, то в настоящее время предпочтение отдается термину «порядковый номер элемента».

Если символ элемента Э, то порядковый номер элемента Z обозначается подстрочным индексом слева от символа, а массовое число А, или число нуклонов в ядрах элемента (см. 4.60) — надстрочным индексом слева, например ^A_ZЭ. Для изотопа золота-157 обозначение будет таким: ¹⁹⁷₇₉Au, где 197 — массовое число А, 79 — порядковый номер Z. 

Все вещества Земли образовались преимущественно из устойчивых атомов химических элементов. Но кроме них в земной коре, гидросфере и атмосфере присутствуют исчезающе малые количества радиоактивных элементов, таких как франций Fr, актиний Ac, технеций Tc (см. 4.42), радон Rn (см. 4.31), астат At (см. 4.40), полоний Po и некоторых других, которые относят к «вымершим» элементам. На ранних этапах формирования Земли их было много, но вследствие радиоактивного распада они постепенно превратились в устойчивые атомы ныне существующих элементов. В частности, технеций, элемент VIIB группы Периодической системы, существовавший около 4 млрд., лет тому назад, исчез в результате радиоактивного распада: Тс-99 (e^-) Ru-99. Обнаруживаемые в некоторых минералах следы технеция порядка 10^-9 г/кг — результат радиоактивного распада урана U и воздействия космических нейтронов n⁰ на минералы, содержащие молибден Mo, ниобий Nb и рений Re (см. 4.43).

Свои последние дни доживают в современную эпоху атомы калия-40, урана-235, актиния-235, астата-211 и некоторых других радиоактивных элементов.

В частности, было подсчитано, что в каждом килограмме урана через 100 млн. лет образуется 13 г свинца Pb и 2 г гелия He. А через 4 млрд., лет урана на Земле не останется. В бывших месторождениях его минералов найдут только соединения свинца, а атмосфера станет богаче гелием.

Атмосфера Венеры и Марса содержит преимущественно углерод в виде его диоксида CO₂, а атмосфера Земли — азот N₂. В атмосфере Венеры кроме диоксида углерода находятся в небольших количествах еще азот и аргон Ar. В атмосфере Марса после диоксида углерода наиболее распространенными являются диоксид серы SO₂ и азот. В атмосфере Земли кроме азота содержатся кислород O₂ и в очень небольших количествах аргон и диоксид углерода. Считают, что атмосфера Земли в начале ее эволюции состояла из диоксида углерода, а затем стала азотно-кислородной. Практически весь аргон атмосферы Земли образовался в результате радиоактивного распада ядер химического элемента калия-40.

Звезды — водородно-гелиевая смесь. Не эта ли смесь — основное «сырье» для образования остальных химических элементов?

Все химические элементы образовались из ядер водорода Н, который вместе с гелием He является главной частью космического вещества. Остальные химические элементы могут рассматриваться как малая примесь. Большинство всех звезд, в том числе и наше Солнце, представляют собой водородно-гелиевую смесь. Только в звездах, называемых «белыми карликами», водород в результате ядерных реакций весь «выгорел» и вместо него появились более тяжелые элементы.

«Выгорание» водорода с превращением его в гелий происходит в основном у центра звезды, где температура выше. При этом ядро звезды сжимается, а оболочка расширяется. Температура поверхности звезды падает, и она становится «красным гигантом». В «выгоревшем» и сильно сжавшемся ядре и начинаются ядерные реакции, приводящие к образованию новых химических элементов. Прежде всего с участием ядер бериллия Be образуются атомы углерода C:

Новые ядра легких элементов служат исходным материалом для последующего образования всех тяжелых ядер в процессах нейтронного захвата. Например, образование ядер азота N происходит при захвате нейтронов n⁰ ядрами углерода с выбросом электронов e^-:

Непрерывно действующими источниками нейтронов служат ядерные реакции типа:

Некоторые химические элементы, видимо, образовались при помощи ядерных частиц, ускоренных переменными электромагнитными полями в атмосферах звезд.

На Земле по убывающей распространенности химические элементы составляют ряд: О, Si, Al, Fe, Ca, …, H (9-е место), …, C (13-е место), …, Не (78-е место). Распространенность же элементов во Вселенной убывает в ряду: H>He>O>C>Ne>N>Si>S>…

В космосе было обнаружено присутствие аммиака NH₃, воды H₂O, циановодорода HCN, метанола CH₃OH, муравьиной кислоты HCOOH и даже аминокислот. Среди метеоритов, падающих на Землю, встречаются так называемые углеродистые хондриты, в состав которых входит от 0,5 до 7,0% органических соединений. В частности, в метеорите «Мэрчисон» (Австралия, 1969 г.) было обнаружено 18 различных аминокислот. Поэтому считают, что образование органических и неорганических соединений — распространенный космический процесс.

Иоганн-Вольфганг Дёберейнер (1780–1849), немецкий химик-технолог, свое химическое образование получил, работая помощником аптекаря в ряде городов Германии. Затем он стал владельцем небольшой фабрики медикаментов, но быстро разорился. Скопив капитал, Дёберейнер снова приобрел фабрику по отбеливанию тканей хлором, но в 1808 г. предприятие обанкротилось. Его спас от нищеты друг и покровитель, поэт и философ И.-В. Гёте, возглавлявший в то время правительство одного из герцогств Германии. Гёте предложил Дёберейнеру занять должность профессора химии и фармации в Иенском университете.

В 1817 г. Дёберейнер обнаружил, что некоторые элементы, обладавшие общностью химических свойств, можно расположить по возрастанию их атомных масс так, что атомная масса среднего из трех элементов окажется равной примерно среднему арифметическому из суммы атомных масс соседних элементов (правило триад). Он назвал такие семейства элементов триадами. Дёберейнер составил из известных в то время элементов четыре триады: литий Li—натрий Na—калий К; кальций Ca—стронций Sr—барий Ba; сера S — селен Se—теллур Те; хлор Cl—бром Br—иод I.

Работы Дёберейнера послужили началом в создании будущей Периодической системы, хотя взаимная связь триад так и осталась до Менделеева нераскрытой. Правило триад было использовано Менделеевым для классификации химических элементов.

До сих пор в ряде зарубежных стран оспаривается приоритет открытия Периодического закона Менделеевым и преувеличивается роль Мейера в этом открытии. Первооткрывателями Периодического закона называют Мейера и Менделеева.

Лотар-Юлиус Мейер (1830–1895) — немецкий профессор химии, член-корреспондент Берлинской академии наук, иностранный член- корреспондент Петербургской академии наук с 1890 г., занимался проблемами физиологии, историей химических теорий и отчасти физической химией.

Одно время он пытался расположить химические элементы по возрастанию их степеней окисления. В 1864 г. в книге «Современные теории химии» Мейер предложил располагать элементы по группам, но дальше этого предложения не пошел и понятие «группа элементов» не раскрыл. Только в 1870 г., после опубликования Менделеевым Периодического закона, появилась статья Мейера, в которой он рассмотрел общую систему химических элементов, расположив их по возрастанию атомных масс, что сделал до него еще Ньюлендс (см. 2.16).

Сам Мейер признавал приоритет Менделеева в открытии Периодического закона. В одной из своих статей, опубликованных после 1870 г., он писал: «В 1869 г., раньше, чем я высказал свои мысли о периодичности свойств элементов, появился реферат статьи Менделеева…» о Периодической системе и Периодическом законе, позволявшем предсказывать свойства еще не открытых химических элементов.

Однако позднее, в 1880 г., Мейер опубликовал статью с претензией на приоритет открытия Периодического закона. Менделеев по этому поводу написал, что «… Лотар Мейер раньше меня не имел в виду периодического закона, а после меня нового ничего к нему не прибавил». Следует добавить, что Мейер считал долгое время основным свойством простых веществ степень окисления, а не атомную массу.

Менделеев считал, что легче водорода H могут быть два химических элемента, пока не обнаруженных в природе: элемент x, названный им ньютонием, и элемент y, которому он дал имя короний. Для ньютония Менделеев ввел в свою систему нулевой период, а элемент короний он поместил в I-й период до водорода. Оба элемента, по его мнению, должны находиться в нулевой группе Периодической системы.

Менделеев полагал, что ньютоний не только наилегчайший, но и химически наиболее инертный химический элемент, обладающий высочайшей проникающей способностью. После Менделеева отдельные исследователи пытались представить в качестве такого химического элемента нейтральную ядерную частицу нейтрон n⁰. Теперь мы знаем, что в Периодической системе элементов не может быть химических элементов легче водорода.

Получены атомы позитрония, химический символ Ps, и атомы мюония, химический символ Mu. В атомах позитрония вообще нет ядра. Они состоят из электрона e^- и позитрона e⁺ , перемещающихся вокруг некоторого геометрического центра.

Время жизни позитрония невелико, всего 10^-6 с. Электрон и позитрон рано или поздно сталкиваются и исчезают, превращаясь в фотоны, кванты энергии. Позитроний может участвовать в различных химических реакциях. Он восстанавливает катионы железа Fe³⁺ до Fe²⁺ :

замещает иод в его молекуле:

может присоединяться к атому водорода:

Последнее соединение является не двухатомной молекулой, а атомом, в котором в поле действия протона p⁺ находятся два электрона e^- и позитрон е⁺ .

Синтезированы атомы, состоящие из положительно заряженного мюона Mu⁺ и электрона, получившие название атомов мюония. Эти атомы напоминают атомы водорода, только вместо протона в ядре находится мюон с массой покоя в 200 раз большей массы электрона. Мюоний, как и позитроний, нестабилен и существует около 10^-6 с. Позитроний и мюоний не относятся к атомам химических элементов Периодической системы Менделеева.

Наверное, все согласятся, что это название элемента № 33 — мышьяка, символ As. Русское название произошло от слова «мышь». Ядовитые препараты мышьяка использовали в старину для истребления мышей и крыс. Не следует думать, что русское название этого элемента является каким-то исключительным. Сербы и хорваты называют элемент № 33 «мишомором», азербайджанцы и узбеки — «маргумушем»: «мушь» — мышь, а «мар» — убить. А арабское название «арса наки» означает «глубоко проникающий яд». Это слово созвучно латинскому названию элемента № 33 — «арсеникум» и греческому — «арсен и кон». Любопытно, что слово «арсен» по-гречески означает «мужественный, сильный». Поэтому в XIX в. выдвигалось предположение, что русское имя элемента происходит не от слова «мышь», а от слова «муж», будто бы существовал на Руси в древние времена термин «мужьяк», и лишь впоследствии он «переродился» в название мышьяк (см. 4.23).

Что больше отражено в названиях химических элементов: цвет простых веществ, их запах или вкус?

Если судить по названиям химических элементов, открытых химиками, то последних больше всего впечатлял цвет простых веществ и цвет спектральных линий в спектрах излучения соединений новых элементов. Так, хлор Cl в переводе с греческого слова «хлорос» означает желто-зеленый (см. 4.37). Иод I получил свое название по цвету своего пара. В переводе с греческого «иодес» означает — фиолетовый (см. 4.39). Твердой сере S₈ дали имя, производное от древнеиндийского слова «сира» — светло-желтый цвет. Название элемента родия Rh произошло от греческого слова «родон» — роза, по розовому цвету ряда соединений родия, а иридия Ir — от греческого слова «ирис» — радуга, из-за разнообразия окраски солей иридия. Элемент хром Cr получил свое имя от греческого слова «хрома» — окраска, цвет. Соли хрома почти всегда окрашены.

После изобретения спектроскопа стало возможным устанавливать присутствие элемента по набору цветных линий в спектре излучения его соединений. Элемент таллий Tl назван по ярко- зеленой линии с длиной волны 535 нм. Греческое слово «таллос» означает молодую зеленую ветку. Элемент рубидий Rb получил название по двум темно-красным линиям 780 и 795 нм в спектре его солей. Латинское слово «рубидус» означает темно-красный. Название элемента цезия Cs произошло от слова «цезиум», что у древних римлян означало голубой цвет верхней части «небесного свода». В спектре излучения солей цезия обнаружены две голубые линии с длиной волны 455 и 459 нм. Название индий элемент № 49, символ In, получил по цвету синей линии в спектре излучения его солей, имеющей длину волны 451 нм, цвет которой был очень похож на цвет древней синей краски индиго.

Только два элемента названы по запаху их простых веществ: это бром Br, греческое слово «бромос» означает зловоние (см. 4.38), и элемент осмий Os, греческое слово «осме» в переводе означает запах (см. 4.48). Тетраоксид осмия OsO₄ имеет резкий запах.

По вкусу простого вещества не назван ни один химический элемент.

Изотопы (см. 4.60) всех химических элементов, кроме изотопов водорода, названий не имеют. Для изотопов же водорода ^A_ZH приняты следующие наименования: ¹₁H — протий ²₁H = D — дейтерий, ³₁H = Т — тритий. Только четвертый изотоп ⁴₁H, неизвестный в природе, не получил специального названия и символа.

Ядра первых трех изотопов также носят специальные названия: протон p⁺ , дейтрон d и тритон t. Тритий, в отличие от протия и дейтерия, радиоактивен, он испускает мягкие β-лучи с периодом полураспада 12,3 года, превращаясь в атомы гелия ³₂He. В обычной воде один атом трития приходится на 10¹⁸ атомов протия. Это означает, что во всей гидросфере Земли находится не более 100 кг трития.

Земной тритий — космического происхождения: нейтроны космоса превращают атомы азота в атомы углерода и трития:

Искусственный тритий получают в ядерных реакторах при взаимодействии атомов лития Li с нейтронами:

Это калий K и рубидий Rb, создающие ту фоновую радиацию, в которой человечество жило тысячелетиями.

Элемент K (порядковый номер 19), встречающийся в природе в значительном количестве (2,5%), имеет три изотопа (см. 4.60): ³⁹K (93,26%), ⁴¹K (6,73%), ⁴⁰K (0,01%). Только последний изотоп радиоактивен. Половина атомов изотопа распадается за 1,3∙10⁹ лет. Такое время называют периодом полураспада:

При распаде ядра ⁴⁰K в 88% случаев испускается электрон e^- и образуется изотоп кальция ⁴⁰₂₀Ca, а в 12% — происходит захват ядром электрона с нижнего энергетического уровня (K-захват) и появляется изотоп аргона ⁴⁰₁₈Ar. При захвате ядром электрона протон ядра превращается в нейтрон, в результате чего атомный номер (см. 4.4) элемента уменьшается на единицу, т. е. ядро калия превращается в ядро аргона. Ежегодно из 1 г калия образуется около 4∙10^-12 мл аргона, поступающего в атмосферу (см. 4.6, 4.29). Миллиарды лет назад изотоп ⁴⁰K был одним из главных генераторов теплоты в земной коре. Его тогда было много, примерно 2%.

Рассеянный; природе элемент Rb (порядковый номер 37) обнаружен во всех минералах и водах, содержащих калий. Рубидий является тенью калия. У нею есть два изотопа: ⁸⁵Rb (72,2%) и ⁸⁷Rb (27,8%). Последний изотоп радиоактивен:

Период полураспада этого изотопа равен 5∙10¹⁰ лет. Найдено, что 1% всего земного стронция Sr образовался в результате распада ядер ⁸⁷Rb, который, кстати, помог установить, что Земля «живет на свете» уже приблизительно 4,5 млрд. лет.

Так, элемент цирконий Zr был назван по имени минерала циркона ZrSiO₄, ортосиликата циркония. В русской химической литературе до начала XX в. элемент Zr называли цирконь и циркон.

Элемент бериллий Be получил свое имя от имени минерала берилла состава Be₃Al₂(Si₆O₁₃). Драгоценная разновидность берилла — изумруд (см. 10.22) известная всем, хотя имеют и видели его немногие. Имя элемента марганца Mn произошло от немецкого слова «манганерд» — марганцевая руда.

Элемент бор B назван по имени минерала буры, латинское название которого «боракс».

Элемент натрий Na получил свое имя от арабского слова «натрун», означающего соду, карбонат натрия Na₂CO₃, а вот элемент литий Li был назван с использованием греческого слова «литое», что означает камень. От древних названий, встречающихся в природе веществ, происходят имена элементов калия K и кальция Ca. Первое является производным от арабского названия поташа, карбоната калия K₂CO₃ — «аль-кали», а второе — от латинского названия извести, карбоната кальция CaCO₃ — «кальке» (см. 3.23).

В 1602 г. болонский сапожник и алхимик В. Касциароло нашел в горах около г. Болонья (Италия) очень тяжелый плотный камень серого цвета. Алхимик заподозрил в нем наличие золота. Чтобы выделить его, он прокаливал камень вместе с углем и олифой. К удивлению Касциароло, охлажденный продукт реакции стал светиться в темноте красным светом. Алхимик дал найденному камню название «ляпис соларис» — солнечный камень. Известие о светящемся камне произвело сенсацию среди алхимиков (см. 1.2). Камень стали называть «болонским самоцветом», «болонским фосфором».

Впоследствии выяснилось, что Касциароло нашел минерал барит, или сульфат бария, BaSO₄. При взаимодействии BaSO₄ с углем образуется сульфид бария BaS:

который обладает способностью светиться после того, как его подержат на солнце. Фосфоресценция присуща не самому сульфиду бария, а его смеси с сульфидами других металлов (см. 9.25).

В 1774 г. шведский химик Шееле (см. 2.7) и его друг Юхан-Готлиб Ган (1745–1818), шведский химик и минералог, установили, что в найденном алхимиком камне содержится новый химический элемент, который они назвали баритом, что в переводе с греческого означает «тяжелый». Однако шведские химики открыли не новый элемент, а его оксид BaO. В XIX в. название барит осталось за минералом, а новый элемент получил имя барий. Впервые барий в виде металла удалось получить только в 1808 г. английскому химику Дэви (см. 2.44) путем электролиза увлажненного гидроксида бария Ba(OH)₂.

Барий химически очень активен. Он легко самовоспламеняется на воздухе, окрашивая пламя в зеленый цвет, энергично взаимодействует с водой. Поэтому приходится его хранить под слоем безводного керосина.

В письме Менделеева немецкому профессору химии Винклеру, открывшему новый элемент германий, содержались такие слова: «Вы отец открытия, Вам одному и принадлежит право дать имя своему детищу».

В Периодической системе элементов в IVA группе между кремнием Si и оловом Sn пустовала клетка неизвестного элемента, которому Менделеев дал временное название «экасилиций». Клеменс-Александр Винклер (1838–1904), анализируя редкий, недавно найденный в Саксонии минерал аргиродит, обнаружил в нем в 1886 г. присутствие нового элемента. Винклер выделил элемент в виде простого вещества и получил его соли. Он назвал открытый им элемент германием Ge в честь своей родины. Это название вызвало резкие возражения со стороны некоторых химиков. Одни стали обвинять Винклера в национализме, другие — в присвоении приоритета, принадлежавшего Менделееву, предсказавшему существование этого элемента. Вот тогда растерявшийся Винклер и обратился за советом к Менделееву. Менделеев решительно поддержал Винклера.

Позднее был установлен состав минерала аргиродита. Это оказался двойной сульфид серебра и германия 4Ag₂S∙GeS₂.

Для получения германия Винклер сначала прокаливал минерал на воздухе; при этом сульфиды превращались в оксиды серебра и германия Ag₂O и GeO₂. Затем смесь оксидов он обрабатывал водным раствором аммиака NH₃, который переводил в раствор только оксид дисеребра в виде гидроксида диамминсеребра:

Остаток (а это был диоксид германия) Винклер отфильтровывал и нагревал в атмосфере водорода:

Это азот — элемент № 7 (символ N). Название дал элементу французский химик Лавуазье (см. 2.53), произведя его от греческих слов «альфа» — отрицание и «зоэ» — жизнь: «а-зоос» означает «безжизненный», «непригодный для дыхания». Лавуазье было известно, что слово «азот» употребляли еще алхимики, вкладывая в это слово совсем другой смысл, отвечающий больше «жизненной силе», исцеляющей больных и делающей некрасивых красивыми. В библейской мифологии также применялось слово «азот», означающее начало и конец всего сущего, суть жизни, первое и последнее деяние. Таким образом, получалось, что азот в одно и то же время элемент «безжизненный» и «исцеляющий», «жизнь утверждающий» и «жизнь отрицающий». Неудачное название элемента привело к попыткам дать ему другое название. Так появилось второе имя у азота — «нитрогениум» и «нитроген», означающее «рождающий селитру», нитрат калия KNO₃ (см. 1.33, 1.34).

Разные названия элемента вызвали появление и разных названий его соединений: азотная кислота HNO₃ — производное от слова «азот», а название ее солей — «нитраты» — образовалось от слова «нитроген».

Галлий открыл в 1875 г. французский химик, член Парижской академии наук Поль-Эмиль Лекокк де Буабодран (1838–1912) и, как полагают, дал ему имя в честь своей родины Франции. Латинское название Франции — «Галлия», Но в названии элемента есть намек и на имя самого де Буабодрана. Латинское слово «галлус» означает петух, а по-французски петух — «ле кок» — название, идентичное имени первооткрывателя. Что имел в виду де Буабодран, когда давал название элементу: себя или свою страну? Этого, видимо, уже никогда не выяснить.

Одной из особенностей металла галлия является его необычно низкая температура плавления — около 30° С. Кусочек галлия превращается в жидкость уже в человеческой ладони. Он остается в жидком состоянии в очень большом интервале температур: кипит галлий при 2200° С.

Знаете ли вы, что происхождение названия элемента № 83 висмута Bi трактуют по-разному?

Одни считают, что слово «висмут» древнегерманского происхождения. Немецкое слово «висмут» означает «белый металл». Другие утверждают, что название элемента произошло от двух немецких слов: «вайзе» — луг и «мутен» — рудник, поскольку в немецкой Саксонии висмут издавна добывали в рудниках, расположенных на лугах округа Шнееберг.

Есть еще одна версия: название элемента происходит от арабского слова «би исмид», что означает «обладатель свойств сурьмы». Висмут во многом напоминает сурьму, свой аналог по VA группе Периодической системы (см. 4.24, 4.25). Вплоть до XVIII в. висмут путали не только с сурьмой, но и со свинцом и оловом. Только в первой половине XVIII в. два химика: швед Бергман (см. 3.5) и немец Иоганн-Генрих Потт (1692–1777) — охарактеризовали висмут как простое вещество, отличающееся по своим свойствам от сурьмы, олова и свинца. В России висмут долгое время называли то «нимфой», то «глаурой», то «демогоргоном», то «стекловидным оловом».

Висмут — последний по порядку в Периодической системе химический элемент, не обладающий естественной радиоактивностью, и самый диамагнитный металл, с одинаковой силой отталкивающийся от обоих полюсов постоянного магнита.

Мы не знаем имена первооткрывателей углерода и серы, семи металлов древности (см. 3.1).

Рукописи и церковные книги донесли до нас имя человека, впервые получившего в 1250 г. химический элемент мышьяк As в виде простого вещества. Считают, что им был немецкий монах, философ Альберт фон Больштедт (1193–1280), прозванный Альбертом Великим, «универсальным доктором», который был убежденным алхимиком. Папа римский сделал его епископом, но уже через два года фон Больштедт отказался от этого сана ради занятий алхимией. До нашего времени дошло только одно из его сочинений — «Малая книга об алхимии». Больштедт получил мышьяк из природных его сульфидов: аурипигмента As₂S₃ и реальгара As₄S₄.

Мышьяк был известен в глубокой древности. Предполагают, что еще до фон Больштедта арабские алхимики получали мышьяк нагреванием его оксида с углем:

Однако письменных источников, упоминающих об этом, не сохранилось (см. 4.13).

Речь идет о серебристо-белом металле, легко истирающемся в порошок и называемом сурьмой Sb. Черный сульфид сурьмы Sb₂S₃, или «сурьмяный блеск», был известен в глубокой древности. Археологи установили, что уже в Вавилоне за 3000 лет до н.э. из сурьмы делали сосуды. В 1604 г. монах-алхимик Василий Валентин первый описал в своей книге «Триумфальная колесница антимония» получение сурьмы из ее соединений. Он вначале обжигал сульфид сурьмы и собирал летучий триоксид:

затем триоксид дисурьмы Sb₂O₃ смешивал с древесным углем и прокаливал:

Василий Валентин применял соединения сурьмы «для очистки человеческого организма от вредоносных начал». Действие своих «лекарств» он испытывал на монахах бенедиктинского ордена, и некоторые монахи, приняв снадобье Валентина, умирали в муках. Отсюда пошло и другое название сурьмы — «антимониум», что означало «противомонашеский». В частности, в качестве рвотного средства Валентин применял вино, выдержанное некоторое время в чашах из сурьмы. Из сурьмы он готовил «вечные пилюли», которые после прохождения пищевого тракта монахов снова использовались для «врачевания».

Считают, что под псевдонимом «Василий Валентин» скрываются разные лица. В списках монахов ордена бенедиктинцев брат Василий Валентин никогда не числился.

Русское название элемента № 51 сурьма (символ Sb) берет свое начало от турецкого слова «сюрме», что переводится как «натирание», «чернение бровей». Вплоть до XIX в. в России бытовало выражение «насурьмить брови», хотя «сурьмили» их далеко не всегда соединениями сурьмы. Только одно из соединений сурьмы — черный сульфид сурьмы Sb₂S₃ — применялось как краска для бровей и ресниц. Интересно, что в средневековых книгах сурьму обозначали фигурой волка с открытой пастью. Вероятно, такой «хищный» символ дали элементу за то, что сурьма при плавлении растворяет («пожирает») многие металлы, образуя с ними сплавы (см. 4.24).

В 1669 г. солдат-алхимик Хённиг Бранд (1630–1710) в поисках «философского камня» (см. 1.3) занялся упариванием человеческой мочи. Он собрал около тонны мочи из солдатских казарм и упаривал ее до тех пор, пока не получил небольшое количество тяжелой и красной жидкости. Эту жидкость Бранд нагревал до полного превращения ее в твердый остаток. Затем он смешал остаток с углем и стал прокаливать. Вскоре Бранд заметил появление в сосуде белой пыли, которая ярко светилась в темноте. Так впервые было получено новое простое вещество — белый фосфор P₄.

Название «фосфор» в переводе с греческого означает «светоносец». Моча содержит ортофосфат натрия Na₃PO₄, карбамид (NH₂)₂CO и мочевую кислоту H₄N₄C₅O₃. Последние два вещества при прокаливании разлагаются на углерод, его диоксид и воду, аммиак NH₃ и азот. Углерод восстанавливает ортофосфат натрия до парообразного фосфора P₂:

При конденсации пара фосфора образуется белый фосфор, медленное окисление которого на воздухе вызывает зеленоватое свечение, связанное с выделением световой энергии (см. 5.72; 5.88; 6.13, 6.14; 6.42; 9.4).

До 1737 г. получение белого фосфора оставалось секретом алхимиков, которые считали, что ими открыт «философский камень». Они пытались при помощи фосфора превращать металлы в золото, но только наблюдали вспышки и взрывы этого вещества, получали ожоги и другие травмы. Фосфор не открывал своих секретов. Только работы Либиха (см. 2.17) вскрыли тайну фосфора. Его кислородные соединения — фосфаты — стали незаменимыми для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, фосфор оказался элементом жизни человека.

В начале 1830 г. Вёлер (см. 2.18) подверг анализу неизвестный по составу минерал, привезенный ему из Мексики. Он обнаружил в минерале присутствие нового химического элемента. Из-за болезни Вёлеру пришлось прервать исследование минерала. Образец минерала и результаты неоконченного анализа он направил своему другу шведскому химику Берцелиусу (см. 2.19), отметив признаки нового элемента вопросительным знаком.

В конце 1830 г. профессор Горного института в Стокгольме Нильс-Габриэль Сефстрём (1787–1845) открыл в шлаке, полученном при выплавке чугуна из железной руды, новый химический элемент, названный ванадием по имени древнескандинавской богини красоты Ванадис. Элементу присвоили символ V.

Когда Берцелиус провел полный анализ присланного ему Вёлером минерала, то оказалось, что неизвестный элемент, отмеченный вопросительным, знаком, является ванадием. Опубликованное Сефстрёмом описание свойств ванадия совпало со свойствами неизвестного элемента, записанными в лабораторный журнал Вёлером. Берцелиус так сообщил об этом Вёлеру: «Однажды, когда Ванадис отдыхала, кто-то постучался к ней в дверь. Усталая богиня решила подождать, не повторится ли стук снова, но повторения не было. Любопытство взяло верх, и богиня, подбежав к окну, увидела Фридриха Вёлера, удаляющегося в раздумье от ее двери. Через некоторое время ее снова побеспокоил стук в дверь, который настойчиво повторялся, пока она, наконец, не отворила дверь. На пороге стоял Нильс Сефстрём. Они полюбили друг друга, и у них вскоре появился сын, которого они назвали Ванадием».

В действительности ванадий был открыт еще раньше, в 1801 г. мексиканским химиком-минералогом Андреасом-Мануэлем дель Рио (1764–1849) в том же минерале, который анализировал Вёлер. Рио даже получил оксиды и соли неизвестного ему химического элемента, названного им эритронием, что в переводе с греческого означает красный. Соли эритрония становились красными при нагревании и действии кислот. Однако дель Рио усомнился в правильности своих анализов и сделал вывод, что эритроний не новый химический элемент, а оксид хрома. В 1831 г. Вёлер доказал, что эритроний и ванадий — один и тот же химический элемент. Тем не менее приоритет открытия ванадия остался за Сефстрёмом. Минерал же, присланный Вёлеру и впервые проанализированный дель Рио, был назван ванадинитом. Его состав Pb₅(VO₄)₃Cl. Это хлорид-ортованадат пентасвинца.

Металлический ванадий удалось получить только в 1869 г. английскому химику, президенту Лондонского химического общества Генри Энфилду Роско (1833–1915) при действии водорода на нагретый трихлорид ванадия VCl₃:

В чистом виде ванадий — ковкий металл, в полтора раза легче железа, плавящийся при 1900° С.

Немецкий врач Ролов однажды ревизовал аптеки г. Хильдесхаймера и в одной из них обнаружил оксид цинка ZnO не белого цвета, а бледно-коричневого. Заподозрив, что препарат содержит мышьяк As, Ролов провел его анализ. Он превратил оксид цинка в хлорид действием хлороводородной кислоты НСl:

а затем через олученный раствор хлорида цинка ZnCl₂ пропустил сероводород H₂S:

Ролов увидел образование не белого сульфида цинка ZnS, а осадка бледно-желтого цвета. Желтый цвет характерен для сульфида мышьяка As₂S₃. Продажа оксида цинка была запрещена. Владелец фабрики, выпускавшей этот препарат, опротестовал решение Ролова и направил образцы продукции генеральному инспектору аптек провинции Ганновер профессору химии Фридриху Штромейеру (1776–1835). Проведя в 1817 г. полный анализ оксида цинка, Штромейер обнаружил в нем новый элемент, который назвал кадмием (символ Cd).

Слово «кадмий» по одной из легенд происходит от имени финикийца Кадма, который будто бы первым нашел цинковую руду и обнаружил ее способность придавать меди при ее плавке золотистый цвет. Напомним, что сплав меди с цинком — латунь — имеет такой цвет. По другой легенде герой древнегреческой мифологии Кадм победил Дракона и в его владениях построил крепость Кадмею, вокруг которой затем вырос семивратный город Фивы.

Ролов был близок к открытию нового элемента. Желтая нацветка сульфида цинка, выделенного им, была вызвана не присутствием сульфида мышьяка, как он думал, а примесью сульфида нового химического элемента кадмия CdS, имеющего также желтый цвет. Коричневый же оттенок оксида цинка всегда появляется при загрязнении этого вещества примесью оксида кадмия CdO (см. 7.40). Ролов пытался оспаривать приоритет Штромейера в открытии кадмия, но его претензии были отвергнуты химиками того времени.

Это элемент аргон Ar, самый распространенный на Земле элемент из группы благородных (инертных) газов. В земной атмосфере содержание аргона достигает 1,3%.

Присутствие неизвестного газа в воздухе первым установил английский химик Кавендиш (см. 2.3). Он удалил химическим способом из сосуда с воздухом весь азот и весь кислород, а оставшийся газ не мог связать никаким химическим элементом. Что это был за газ, Кавендишу выяснить не удалось.

В 1892 г. директор Кавендишской лаборатории в Кембридже, физик Джон-Уильям Стратт, лорд Рэлей (1842–1919) снова обнаружил присутствие неизвестного газа в азоте воздуха: азот воздуха был тяжелее, чем азот, выделенный из его соединений. Английский химик Рамзай (см. 2.27), ознакомившись с сообщением Рэлея, удалил из воздуха кислород многократным пропусканием его над раскаленной медью:

Оставшийся азот Рамзай заставил проходить много раз над нагретой магниевой стружкой:

Так как азот взаимодействует с магнием Mg с образованием нитрида Mg₃N₂, то после этой реакции не должно оставаться во взятом объеме воздуха никакого газа. Тем не менее у Рамзая из 100 л атмосферного азота остался 921 мл неизвестного газа, более инертного, чем азот. В 1894 г. Рэлей и Рамзай выступили с публичным сообщением об открытии ими в воздухе нового газа, нового химического элемента. Элементу дали имя аргон, которое в переводе с греческого означает бездеятельный, ленивый.

Американский миллионер Годкинс оставил завещание, согласно которому за наиболее важные открытия, связанные с исследованиями атмосферы, был установлен приз в размере 10 000 долларов. В завещании было сказано, чтобы предварительные публикации исключались, а рукопись об открытии в единственном экземпляре должна была быть представлена призовому комитету.

Поэтому Рэлей и Рамзай старались точно установить природу аргона. Они боялись, что этот газ — не новый элемент, а одна из модификаций азота (см. 4.33).

Этот газ — радон Rn, входящий в VIIIA группу благородных газов (инертных) Периодической системы химических элементов. Радон — бесцветный газ, один литр которого имеет массу 10 г. При -62° C и атмосферном давлении он превращается в бесцветную жидкость, флуоресцирующую ярким голубым или фиолетовым светом. Около -71° C радон становится твердым непрозрачным веществом, излучающим голубое сияние. Радон — ядовитый газ, вдобавок он опасен своей радиоактивностью (см. 7.56). Впервые открыл этот элемент английский физик Э. Резерфорд (см. 4.4) в 1900 г., назвавший его эманацией (производное от латинского слова «истечение»). В ходе одного из опытов Резерфорд отобрал из пробирки, где был бромид радия RaBr₂, часть воздуха и исследовал его. Результат оказался неожиданным: воздух испускал α-частицы. В воздухе содержалась примесь газа радона, образовавшегося при радиоактивном распаде радия Ra. Было найдено, что в запаянной ампуле с радием образуется 0,65 мм³ радона на 1 г радия, а дальше его количество не растет. Образование радона приходит в равновесие с радиоактивным распадом радия.

Название «радон» дал газу английский физик Дорн в 1900 г. Слово «радон» является производным от слова «радий». Радон образуется при радиоактивном распаде не только радия, но и урана U, тория Th, актиния Ac и других радиоактивных элементов. Поэтому раньше называли радон тороном, актиноном и нитоном.

Радон в небольших концентрациях содержится во всех минеральных водах. Некоторые из них называют радоновыми.

Какой химический элемент был сначала открыт на Солнце и лишь затем на Земле?

Этим элементом был гелий He, редкий и рассеянный газ, химически наиболее инертное вещество, газ, второй по легкости после водорода, наилучший среди газов проводник электричества.

В 1868 г. французский астроном Жюль Жансен и английский астроном Норман Локьер наблюдали солнечное затмение: Жансен — в Индии, а Локьер — в Англии. Используя спектроскоп, они одновременно обнаружили в спектре солнечной короны яркую желтую линию, положение которой не совпадало с положением желтой линии в спектре натрия. Жансен и Локьер поняли, что эта линия принадлежит новому элементу. Их письма об открытии были зачитаны одно за другим на заседании Парижской академии наук. Локьер предложил назвать новый элемент гелием. Гелиос по-гречески означает Солнце.

«Я хочу вернуться обратно от химии к физике. Человек второго сорта, по-видимому, лучше знает свое место». C чем связаны эти горькие слова лорда Рэлея, одного из первооткрывателей аргона?

Рэлей и Рамзай после открытия ими нового химического элемента аргона Ar (см. 4.29) подверглись необоснованной критике со стороны ряда химиков, которые не могли поверить, что аргон действительно новый химический элемент, одноатомный газ с относительной атомной массой, равной 40, большей, чем атомная масса следующего за ним элемента калия К. Между элементом хлором Cl и калием К для аргона не было места в Периодической системе (см. 4.29). Даже Менделеев сказал, что относительную атомную массу аргона нельзя совместить с периодической классификацией, что, видимо, аргон — аллотропная форма азота, устойчивый трехатомный азот N₃. Французский химик Бертло (см. 2.42) сообщил, что присланные ему Рамзаем образцы аргона взаимодействуют с парами бензола. Рамзай пытался повторить опыты Бертло, но безуспешно. Рэлей, естественно, не мог согласиться с утверждением Менделеева и сообщением Бертло. Отсюда и появилось приведенное выше его высказывание.

В 1811 г. редактор одного немецкого химического журнала И.-К. Швейгер (1779–1857) предложил элемент хлор называть галогеном, произведя это слово от греческих слов «соль» и «рождаю», так как было известно соединение хлора с натрием — поваренная соль NaCl. Для соединений же хлора с неметаллами Швейгер предложил общее название галоиды, что в переводе с греческого означало «похожий на соль».

C легкой руки Швейгера фтор F, бром Br и иод I также стали называть в Европе галогенами, и это название превратилось в групповое. В России академик Герман Иванович Гесс (1812–1850), один из основоположников термохимии, ввел в 1831 г. в употребление вместо слова «галогены» его русский перевод — «солероды». Групповое название элементов от фтора до иода «солероды» сохранилось в России до 1870 г. Но параллельно со словом «солероды» стали применять по непонятным причинам как синоним этого слова совершенно бессмысленное слово «галоиды», забыв, что в переводе это слово означает «похожий на соль». Разве хлор или бром похожи на соль? Тем не менее это «мусорное» слово употребляют до сих пор.

Номенклатурная комиссия ИЮПАК с 1957 г. закрепила за элементами VIIA группы Периодической системы только одно групповое название — галогены.

Впервые азот получили почти одновременно два химика: швед Шееле (см. 2.7) и англичанин Кавендиш (см. 2.3) в 1772 г., пропуская воздух через раскаленный уголь, а затем через водный раствор гидроксида натрия NaOH:

Уголь связывал кислород воздуха в диоксид углерода CO₂, который поглощался раствором гидроксида натрия с образованием гидрокарбоната натрия NaHCO₃. В оставшемся газе гасла горящая лучина, это был азот, не принимавший участия в приведенных выше реакциях.

Оба химика своевременно не опубликовали результаты своих исследований. В том же 1772 г. шотландский химик, ботаник и врач Даниэль Резерфорд (1749–1819) написал в своей диссертации «О так называемом фиксируемом и мофитическом воздухе» о получении и некоторых свойствах азота. Слово «мофитический» означало «испорченный». Резерфорду и была приписана честь открытия азота {см. 4.20).

В России ни один элемент не имел в XVIII–XIX вв. столь многочисленных названий, как азот: нечистый гас, удушливый гас, септон, мофитический воздух, огорюченный воздух, селитрород, гнилотвор, смертельный гас, нитроген, испорченный воздух и др. В это же время применяли и название азот, которое и закрепилось постепенно в химической литературе.

Кислород впервые получили многие химики, не зная, правда, что это за газ. За кем же закрепили приоритет его открытия?

C кислородом химики сталкивались давно, но установить природу газа им не удавалось. Полагают, что первым кислород получил голландский алхимик-технолог Корнелиус-Якобсон Дреббел (1572–1633) нагреванием нитрата калия:

Дреббел установил, что в кислороде, который он назвал «воздухом», вспыхивает тлеющий уголь, а человек спокойно дышит. В 1615 г. он построил первое подводное судно, наполнил его кислородом и вместе с двенадцатью мужчинами опустил на дно Темзы около Лондона на три часа. Предполагают, что в подводном судне находился и король Англии Джеймс I. В 1665 г. ассистент Бойля (см. 2.4), английский физик Роберт Гук (1635–1703) в книге «Микрография» писал, что воздух состоит из газа, который находится в селитре (нитрате калия KNO₃), и большого количества какого-то инертного газа. Позднее, в 1678 г. датский химик Оле Борх снова установил, что при нагревании селитры действительно выделяется газ, з котором вспыхивает тлеющий уголь. В 1721 г. священник Стефен Гейле (1667–1761), повторив опыт Борха, собрал этот газ над водой, но принял его за очищенный воздух.

В 1772 г. Шееле (см. 2.7) выделил кислород, используя реакцию взаимодействия диоксида марганца MnO₂ с серной кислотой:

Полученный газ Шееле назвал «огненным воздухом». Через два года английский священник Пристли (см. 2.11), ничего не зная о работах своих предшественников, снова открыл кислород, нагревая оксид ртути:

В полученном газе ярко вспыхивала тлеющая лучинка, горела железная проволока, рассыпая искры. Полученный им газ Пристли назвал «дефлогистированным воздухом». Приоритет открытия кислорода был закреплен за Шееле и Пристли.

В том же 1774 г. Лавуазье (см. 2.28), проводя опыты с нагреванием оксида ртути и горением фосфора, пришел к выводу, что в воздухе находится газ, поддерживающий горение (см. 1.43). Сначала он назвал его «жизненным газом», но впоследствии дал газу название «кислотообразующий принцип», или «оксиген». Последнее название в России постепенно трансформировалось в слова «кислород» и «кислотвор». Закрепилось в химической литературе только первое слово.

Шведский химик Шееле так описал один свой опыт, выполненный в 1774 г.: «Я поместил смесь черной магнезии с муриевой кислотой в реторту, к горлышку которой присоединил пузырь, лишенный воздуха, и поставил ее на песчаную баню. Пузырь наполнился газом, окрасившим его в желтый цвет… Газ имел желто-зеленый цвет, пронзительный запах».

Газ, полученный Шееле (см. 2.7) — хлор Cl₂. Шееле оказался первооткрывателем химического элемента хлора.

Черная магнезия — минерал пиролюзит MnO₂ (см. 3.44), химическое название которого — диоксид марганца. «Муриевой кислотой» в то время называли хлороводородную кислоту HCl (см. 1.52; 3.12). Реакцию, о которой сообщил Шееле, записывают сейчас так:

Полученный газ Шееле назвал «дефлогистированной муриевой кислотой». Только в 1812 г. французский химик Гей-Люссак (см. 1.45) дал этому газу современное название — хлор, что в переводе с греческого означает желто-зеленый.

В России в XIX в. хлор называли по-всякому: солетвор, солерод, хлорин, солеперекислый гас, обезгорюченная соляная кислота и т. п.

Считают, что бром — единственный жидкий неметалл — впервые получил в 1825 г. студент Гейдельбергского университета в Германии Карл Левиг (1803–1890), работавший под руководством химика Леопольда Гмелина (1788–1853). При действии хлора на воду одного из минеральных источников Левиг получил жидкость желтого цвета. Он извлек этиловым эфиром (C₂H₅)₂O вещество, придававшее жидкости желтый цвет, отогнал эфир и выделил жидкое вещество красно-бурого цвета с резким неприятным запахом. Его руководитель посоветовал ему получить побольше нового вещества. Пока студент приготовлял для исследования достаточное количество неизвестного вещества, появилось сообщение Антуана-Жерома Балара (1802–1876), двадцатичетырехлетнего лаборанта профессора химии Ж. Ангада, о получении им нового простого вещества. Балар изучал маточные рассолы южных соленых болот Франции. Во время одного из опытов, когда он подействовал на рассол хлором, он заметил появление весьма интенсивной желтой окраски. Балар установил, что она была вызвана реакцией взаимодействия содержащегося в рассоле бромида натрия с хлором:

Через несколько лет интенсивной работы Балар выделил необходимое количество темно-бурой жидкости, названной им муридом. По совету Ангада он передал свою работу в Парижскую академию наук, где ее проверка была поручена двум профессорам химии: Гей-Люссаку (см. 1.45) и Тенару (см. 1.45). Они подтвердили открытие Баларом нового простого вещества, но нашли название неудачным и предложили свое — «бром», что в переводе с греческого означало зловонный.

В том же 1326 г. немецкий химик Либих (см. 2.17) получил также бурую жидкость, но принял ее за монохлорид иода ICl. Через месяц Либих узнал об открытии Балара и был, как и студент Левиг, страшно огорчен. Позднее Либих с несправедливой едкостью говорил, что не Балар открыл бром, а бром открыл Балара. Но с этого времени Либих зарекся делать выводы без достаточных экспериментальных данных.

Этим веществом был иод I₂. В 1811 г. французский химик-технолог и фармацевт Бернар Куртуа (1777–1838), изучая состав золы морских водорослей (см. 1.58), заметил, что медный котел, в котором выпаривались зольные растворы, разрушается слишком быстро. Куртуа начал исследовать свойства таких растворов и однажды (см. 9.8) обнаружил, что при добавлении к ним серной кислоты H₂SO₄ происходит выделение фиолетового пара неизвестного вещества:

2NaI + 2H₂SO₄ = I₂↑ + SO₂↑ + Na₂SO₄ + 2Н₂O.

Куртуа опубликовал свои наблюдения, но природу выделенного им вещества не установил (см. 9.8). Только в 1813 г. другой французский химик Гей-Люссак (см. 1.45) доказал, что вещество Куртуа сходно с хлором и принадлежит к группе галогенов (см. 4.34). Он дал ему имя «иод», что в переводе с греческого означает фиолетовый, темно-синий (см. 1.58). Гей-Люссак синтезировал впоследствии многие производные иода: иодоводород HI, монохлорид иода ICl, пентаоксид дииода I₂O₅, триоксоиодат водорода HIO₃ и др.

Возможность существования элемента № 85 было предсказано Менделеевым, давшим ему имя «экаиод». Элемент оказался неуловимым. В 30–40-е годы нашего столетия появилось несколько сообщений об открытии этого элемента, но каждый раз открытия оказывались ложными. Поэтому одно название элемента сменялось другим. То это был «дакин» — от названия древней страны даков, современников готтов в Средневековой Европе; то «алабамий» — по имени штата Алабама в США; то «гельвеций» — в честь старинного имени Швейцарии; то «лептин» — в переводе с греческого — слабый, шаткий.

Астат был открыт только в 1940 г. итальянским физиком Эмилио-Джино Cerpe (р. 1905 г.) вместе с американскими физиками Д. Корсоном (р. 1914 г.) и К. Мак-Кензи (р. 1912 г.). Они использовали для получения астата ядерную реакцию, в которой ядра висмута Bi подвергались бомбардировке ядрами гелия Не:

Свое название элемент № 85 получил позднее, в 1947 г. В переводе с греческого «астатос» означает неустойчивый. Самый долгоживущий изотоп (см. 4.60) астата имеет период полураспада всего 8,3 ч.

В земной коре в каждый данный момент времени находится не более 30 г астата. Он образуется при радиоактивном распаде атомов полония Po, урана U и тория Th. Химическим путем природный астат удалось выделить американским радиохимикам Э. Хайду и А. Гиорсо из продуктов радиоактивного распада атомов редкого щелочного элемента франция Fr.

Речь идет о ложно открытом немецкими химиками, супругами Ноддак, элементе, названном ими мазурием, символ «Ма». Они считали, что открыли элемент № 43, экамарганец, существование которого было предсказано Менделеевым. Еще до Ноддаков в 1908 г. японский химик М. Огава сообщил, что ему удалось в минерале молибдените MoS₂, сульфиде молибдена, открыть элемент № 43, который он назвал ниппонием. Через несколько лет выяснилось, что Огава открыл не новый, а один из известных элементов.

В 1925 г. супруги Ноддак и Берг известили европейских химиков о том, что ими открыт элемент № 43 в уральской самородной платине (см. 10.14). Они поспешили назвать элемент мазурием Ma. (Напомним, что в 1914 г. русская армия генерала Самсонова была полностью разбита и окружена в районе Мазурских болот.)

Несмотря на то что Ноддакам так и не удалось представить весомых доказательств этого открытия, они никогда не испытывали сомнений в своей правоте. Даже в 1969 г. Ида Ноддак выражала надежду, что открытие мазурия еще может подтвердиться (см. 4.42).

Примечание: Фридрих-Адольф Панет (1887–1958) — немецкий химик, директор Химического института Макса Планка в Майнце. Вальтер-Карл-Фридрих Ноддак (1893–1960) — немецкий физикохимик, директор Института геохимии в Бамберге. Ида Ноддак-Таке (1896–1978) — немецкий физикохимик, супруга Вальтера

В 1937 г. американский физик Эрнст Лоуренс (1901–1958) на циклотроне Калифорнийского университета в Беркли подверг длительному облучению дейтронами D ≡ ²₁Н (см. 4.15) молибденовую пластинку. Молибден Mo — сосед элемента № 43 по Периодической системе. В результате облучения прошла ядерная реакция: 

Лоуренс передал облученную пластинку, обладающую сильной радиоактивностью, итальянцам: химику Карло Перье (1886–1948) и физику Сегре (см. 4.40) для дальнейшего исследования. Перье и Сегре обнаружили в молибденовой пластинке атомы нового химического элемента в количестве около 10^-10 г. Они назвали элемент технецием Tc, что в переводе с греческого означает искусственный. Все изотопы (см. 4.60) технеция оказались радиоактивными.

В 1940 г. Сегре и его ассистентка By Цзянь-сюн обнаружили, что изотоп технеция-99 присутствует в продуктах деления урана в результате облучения его нейтронами.

В земной коре Tc практически нет, и поэтому поиски Ноддаков (см. 4.41) были бесплодны (см. 4.5). Технеций присутствует в исчезающе малых количествах только в продуктах радиоактивного распада других элементов. Так, при спонтанном делении урана-238 образуется около 6% Тс-99. Отсюда следует, что в 20-километровой толще земной коры находится всего 1,5 кг Tc. Основным источником получения Tc являются тепловые элементы атомных электростанций. При 50%-м «выгорании» 1 кг урана-235 образуется около 0,6% Тс-99. При получении в ядерном реакторе 10 кг плутония Pu появляется 140 г Тс. Поэтому ядерные реакторы стали «фабриками» по производству технеция.

В 1846 г. появилось сообщение химика-неорганика Иосифа Рудольфовича Германна (1805–1879) об открытии им элемента, названного ильмением, в минерале ильмените (Fe,Ti)O₃, триоксиде титана-железа. Герман привел ряд доказательств индивидуальной природы выделенного им нового металла ильмения. Однако все они были отвергнуты немецким химиком Г. Розе (см. 2.43) и швейцарским химиком Шарлем Галиссаром де Мариньяком (1817–1894).

Спустя тридцать лет С. Ф. Керн сообщил об открытии им в природной платине, привезенной с острова Борнео, нового химического элемента, названного дэвием. Дэвий по свойствам напоминал предсказанный Менделеевым элемент № 75. Некоторые химики воспроизвели опыты Керна и в основном их подтвердили.

Керн отправил выделенный им металл дэвий в Парижскую академию наук. Опыты Керна были воспроизведены английским химиком В.Р. Ходжкинсоном и некоторыми немецкими химиками. Тем не менее Керн не получил никакого ответа от Парижской академии наук и бороться за приоритет своего открытия не стал.

Ноддак (см. 4.41), его лаборантка Ида Таке (см. 4.41), ставшая впоследствии женой Ноддака, и спектроскопист фирмы «Сименс и Хальске» О. Берг, не зная ничего о работах Германа и Керна, снова открыли в 1928 г. элемент № 75 в минерале молибдените (дисульфиде молибдена MoS₂), выделив около 120 мг нового металла. Приоритет открытия этого элемента остался за Ноддаками и Бергом, которые назвали его рением в честь Рейнской провинции, родины И. Таке.

Супругам Ноддак и Бергу пришлось неоднократно доказывать, что они действительно открыли новый химический элемент. Они явно поспешили назвать дату своего открытия (1925 г.) и указать, что элемент № 75 они обнаружили в уральской самородной платине и минерале колумбите, двойном оксиде ниобия Nb, тантала Та, железа Fe и марганца Mn, состава (Fe, Mn)(Nb, Ta)₂O₆.

Русский химик Орест Евгеньевич Звягинцев (1898–1967) в том же 1925 г., проведя тщательный анализ самородной платины, никакого нового элемента не обнаружил. Свои ошибки затем признали и Ноддаки. Попытки немецкого химика В. Прандтля воспроизвести эксперименты супругов Ноддак и Берга по обнаружению рения в минерале колумбите также не имели успеха. Дата открытия рения оказалась ложной. В течение 1925–1927 гг. Нодцакам так и не удалось выделить рений ни из платины, ни из колумбита. Только в 1928 г., как отмечалось выше, они смогли выделить рений из молибденита. Совершенно независимо от Ноддаков и Берга в 1925 г. рений открыли чешские химики И. Друце, Я. Гейровский и В. Долейжек, умерший в 1945 г. в концентрационном лагере в Терезине, а также английский химик Ф. Лоринг, погибший в 1944 г. при воздушном налете немецких бомбардировщиков на Лондон. И. Друце и Ф. Лоринг обнаружили элемент № 75 в минерале пиролюзите MnO₂, а Я. Гейровский и В. Долейжек — в других соединениях марганца.

По-видимому, приоритет в открытии рения не должен принадлежать только немецким химикам. Его по праву разделили русские, чешские и английские химики. Рений был последним стабильным химическим элементом, найденным в природе.

Почему элемент никель получил столь странное название? «Никкел» — ругательное слово на языке немецких металлургов. Оно образовалось от слова «николаус», которым называли двуличных людей, бездельников и обманщиков.

Никель входит в состав минерала никелина NiAs, арсенида никеля, имеющего медно-красный цвет. Минерал напоминает по внешнему виду и цвету самородную медь и некоторые медные руды типа куприта Cu₂O. Металлурги Саксонии принимали никелин за медную руду и не могли, естественно, выплавить из него медь Си. Они считали, что гном Старый Ник нарочно им подсовывал этот минерал. Поэтому в конце XVII в. минерал никелин получил название «купфер-никель», что означало — «дьявольская руда».

В 1751 г. никелин исследовал шведский химик-аналитик Ак- сель-Фредерик Кронстедт (1722–1765). Он получил из минерала зеленый оксид никеля NiO, а затем, восстанавливая оксид водородом H₂, выделил никель в виде металла:

Так был открыт новый химический элемент никель Ni, в названии которого сохранилось бранное слово немецких металлургов. Кронстедт умер, так и не дождавшись признания своего открытия. В России в начале XIX в. элемент № 28 называли «николан» и «николь».

В 1791 г. английский священник Уильям Грегор (1761–1817) нашел около своего прихода в Корнуэлле странный песок черного цвета с металлическим блеском. Как впоследствии выяснилось, это был минерал ильменит (Fe,Ti)O₃, триоксид титана железа.

Грегор был химиком-любителем, и он сразу же принялся за исследование необычного песка. Сначала он обработал его хлороводородной кислотой HCl и обнаружил в полученном растворе присутствие железа в виде дихлорида FeCl₂:

На остаток красно-бурого цвета TiO₂ Грегор подействовал нагретой концентрированной серной кислотой H₂SO₄ и получил раствор какого-то вещества:

Он посчитал, что им открыт новый химический элемент, который и назвал менаканитом по имени села Менакан, около которого был найден минерал. Грегор доказывал, что в последней реакции им получен сульфат менаканита. На самом деле в растворе находился сульфат оксотитана TiO(SO₄).

В 1795 г. немецкий химик-аналитик Клапрот решил исследовать состав драгоценного камня, известного под названием «красный венгерский шерл». Клапрот обнаружил, что камень является оксидом неизвестного элемента, которому он дал имя «титан» в честь Титании, царицы эльфов, духов природы, легких воздушных существ в человеческом облике, благожелательных к людям.

Выделить новый элемент из оксида Клапрот не смог. Приоритет открытия титана закрепили за Клапротом, хотя он, как и Грегор, новый элемент в виде простого вещества не выделил.

Металлический титан был получен впервые только в 1825 г. шведским химиком Берцелиусом (см. 2.19) восстановлением синтезированного им из «красного венгерского шерла» гексафторотита- ната калия K₂[TiF₆] натрием Na:

Енджей Снядецкий (1768–1838) — польский химик и врач из Вильно — проанализировал около 400 г платиновой руды, привезенной из Южной Америки, и обнаружил, что кроме платины Pt, палладия Pd, родия Rh, иридия Ir и осмия Os руда содержала еще один металл, более легкий, чем платина, но такой же тугоплавкий и химически инертный. Новый металл взаимодействовал только с «царской водкой» (см. 3.13). Снядецкий назвал его «вестием» по имени астероида Веста, который в то время считали новой планетой. Снядецкий опубликовал свое открытие в ряде журналов, в частности в «Мемуарах Петербургской академии наук» в 1810 г. Никто из русских химиков не высказал сомнений в открытии Снядецкого, но и не поддержал его. Французские же химики не нашли вестия в образцах той же руды. На их критику Снядецкий не ответил, и открытие было предано забвению.

В 1844 г. профессор химии Казанского университета Клаус (см. 252), исследуя уральскую платиновую руду и платиновые отходы Петербургского монетного двора, вновь выделяет металл, открытый ранее Снядецким, и дает ему название «рутений» Ru (от старого латинского слова «Рутения» — Россия). Клаус вел обширную дискуссию с критиками его открытия, прежде всего с французскими химиками и Берцелиусом (см. 2.19). В конце концов он доказал, что выделенный им металл действительно представляет собой новый химический элемент (см. 4.1). Приоритет в открытии рутения остался за Клаусом.

Клаус использовал название «рутений» для открытого им химического элемента, предложенное еще в 1828 г. Озанном. Готфрид Озанн (1796–1866), немецкий профессор химии и физики, одно время работал в Тартуском университете (Эстония), где он занимался исследованием уральской платиновой руды, и, как он считал, открыл в ней три новых металла, названных им рутением, плураном (от слов «платина» и «Урал») и полином (от греческого слова «полное» — серый). Шведский химик Берцелиус, проверив анализы Озанна, признал их ошибочными. Озанн согласился с мнением Берцелиуса и позторных анализов больше не производил. Однако, узнав об открытии рутения, Озанн предъявил претензии на приоритет, полагая, что открытый Клаусом элемент — это тот «плуран», который ему не удалось повторно выделить. Но Клаус объяснил Озанну, что плуран не новый металл, а оксид рутения Ru₂O₃, загрязненный различными примесями. Дальнейших возражений со стороны Озанна не последовало.

Французские химики Луи-Никола Воклен (1763–1829) и Фуркруа не раз замечали, что при действии на природную платину смеси азотной HNO₃ и хлороводородной HCl кислот выделяется черный дым. Они решили, что ими открыт новый химический элемент, и дали ему имя «птен», что по-гречески означает крылатый, летучий. Вскоре, в 1804 г., английский профессор химии Смитсон Теннант (1761–1815) сумел разделить «птен» на два разных металла. Один он назвал иридием Ir — за разнообразие цветов его солей, а другой — осмием Os, поскольку его тетраоксид OsO₄, выделяющийся при действии на металл смеси кислот, имел раздражающий запах, похожий одновременно на запахи хлора и подгнившей редьки. Порошок осмия, окисляясь на воздухе до OsO₄, также издает подобный «аромат». Пары OsO₄ ядовиты, они поражают глаза и легкие.

Русский химик Клаус (см. 2.52) при работе с платиновыми отходами часто дышал воздухом, содержащим OsO₄. Он повредил себе легкие и вынужден был лечиться на юге.

Среди всех простых веществ металл осмий имеет наибольшую плотность, равную 22,5 г/см³ — вдвое большую, чем свинец. Осмий обладает очень высокой твердостью и тугоплавкостью: его температура плавления около 3000° С. При 25° C «всеядный» фтор F₂ на осмий не действует, но в парах серы S порошок осмия вспыхивает как спичка, превращаясь в сульфид OsS₂.

Слово «вольфрам» существовало задолго до открытия этого металла. Еще немецкий врач и металлург Георгиус Агрикола (1494–1555) называл вольфрамом некоторые минералы. Слово «вольфрам» имело много оттенков значения; оно, в частности, означало и «волчью слюну» и «волчью пену», т. е. пену у пасти разъяренною волка. Металлурги XIV–XVI вв. заметили, что при выплавке олова примесь какого-то минерала вызывает значительные потери металла, переводя его в «пену» — в шлак. Вредной примесью был минерал вольфрамит (Mn, Fe)WO₄, похожий внешне на оловянную руду — касситерит (диоксид олова SnO₂). Средневековые металлурги называли вольфрамит «вольфрамом» и говорили, что он «похищает олово и пожирает его, как волк овцу».

Впервые вольфрам получили испанские химики братья де Элуяр в 1783 г. Еще раньше — в 1781 г. — шведский химик Шееле (см. 2.7) выделил триоксид вольфрама WO₃ из минерала состава CaWO₄, впоследствии получившего название «шеелит». Поэтому одно время вольфрам называли шеелием.

В Англии, США и Франции вольфрам именуют иначе — тунгстен, что означает в переводе со шведского «тяжелый камень». В России в XIX в. вольфрам называли волчец. Температура плавления вольфрама примерно 3400° С.

В XVIII в. в Трансильвании (Румыния) и Тироле (Германия) нашли новую золотосодержащую руду серого цвета, названную «белым», или «парадоксальным золотом». В 1782 г. горный инженер и директор горных приисков Ференц-Иожеф Мюллер (1740–1825) исследовал эту руду и выделил из нее хрупкое, похожее на сурьму серебристо-белое вещество с металлическим блеском, которое, как он полагал, было новым неизвестным металлом. Чтобы удостовериться в своем открытии, он послал пробу металла шведскому химику-аналитику Бергману (см. 3.5), который был в это время тяжело болен. Тем не менее Бергман провел анализ присланного образца и успел только установить, что он отличается по химическим свойствам от сурьмы. После смерти Бергмана никто новым металлом не заинтересовался; став бароном фон Рейхенштейном, забыл о нем и его первооткрыватель.

В 1786 г. венгерский профессор химии Китаибель, не зная ничего об исследованиях Мюллера и Бергмана, снова выделил из аналогичной руды золото и какой-то новый металл. Свои исследования он не опубликовал, но о них каким-то образом узнал немецкий химик-аналитик Юшпрот. Он провел обстоятельные исследования «парадоксального золота» и в 1798 г. выступил с сообщением перед Берлинской академией наук об открытии им нового элемента теллура Те, названного так в честь нашей планеты Земли. «Теллус» — латинское название древнеримской богини, матери Земли. «Парадоксальное» же золото оказалось теллуридом золота AuTe₂.

«Профессор, я получил его!» — с таким криком вбежал к американскому химику Иветту в 1886 г. молодой инженер Холл, держа на протянутой ладони двенадцать маленьких шариков алюминия — первого алюминия, полученного электрохимическим методом.

Приоритет открытия алюминия Al, который одно время называли «серебром из глины», принадлежит датскому физику Гансу-Христиану Эрстеду (1777–1851), известному больше своими работами по электромагнетизму. Чтобы получить алюминий, Эрстед нагревал безводный хлорид алюминия с амальгамой натрия (раствором натрия в ртути):

Продукты реакции он обработал водой для растворения хлорида натрия NaCl, а из остатка, содержащего амальгаму алюминия, удалил нагреванием ртуть. Так в 1825 г. впервые был получен алюминий. Название «алюминиум» дал новому металлу английский химик Дэви (см. 2.44). «Алюмен» в переводе с латинского языка означает квасцы — сульфат калия-алюминия, — известные с давних времен и имеющие состав KAl(SO₄)₂∙12Н₂O (см. 1,51; 3.21).

В 1827 г. немецкому химику Вёлеру (см. 2.18) также удалось выделить алюминий, используя реакцию восстановления гексафтороалюмината натрия металлическим калием:

Алюминий в этом случае легко отделяется от фторидов калия KF и натрия NaF, хорошо растворимых в воде. Все это были лабораторные способы получения очень небольших количеств алюминия.

В 1845 г. два химика независимо друг от друга — немец Бунзен и француз Анри-Этьен Сент-Клер-Девилль (1818–1881) — разработали первый промышленный метод получения алюминия, основанный на восстановлении расплава тетрахлороалюмината натрия Na(AlCl₄) натрием:

На Парижской всемирной выставке в 1855 г. демонстрировалось «серебро Девилля» — слиток алюминия ценой 2400 марок за 1 кг. Алюминий стоил дороже, чем золото и серебро.

Наполеон III (племянник Наполеона I), узнав об алюминии, задумал снабдить своих солдат нагрудниками и касками, сделанными из этого металла. По его приказу Сен-Клер-Девиллю были выделены большие средства для получения нужного количества алюминия. Однако Наполеону III пришлось ограничить свое желание изготовлением алюминиевых кирас только для небольшой группы его личной охраны. Способ Сен-Клер-Девилля все еще имел лабораторные масштабы.

Современный промышленный метод получения алюминия, основанный на электролизе расплава Na₃(AlF₆), был разработан молодыми инженерами французом Полем Эру (1863–1914) и американцем Чарльзом Холлом (1863–1914). Они почти одновременно выяснили, что метагидроксид алюминия AlO(OH) хорошо растворяется в расплаве Na₃(AlF₆). Расплав такого состава оказался наилучшим электролитом для электрохимического получения алюминия, и он используется до сих пор на всех алюминиевых заводах.

В России в XIX в. алюминий называли по-разному: глинистость, глиний, глинозем, квасец, алумий. К началу XX в. осталось только одно название — алюминий.

В 1803 г. в одной из лондонских газет появилось странное объявление, сообщавшее, что в магазине торговца минералами Форстера можно приобрести новый металл палладий, о котором еще не слышал ни один химик мира. Химик Ричард Ченевикс купил небольшой слиток этого металла с тем, чтобы после его анализа публично высмеять анонимного лжехимика, якобы открывшего новый металл. Ченевикс вскоре всем сообщил, что палладий не новый химический элемент, а всего-навсего сплав платины Pt с ртутью Hg. Однако другие химики-аналитики в металле, купленном у Форстера, не обнаружили ни платины, ни ртути. Уязвленный Ченевикс, оправдываясь, утверждал, что в сплаве платина настолько прочно связана с ртутью, что их разделить практически невозможно.

Но в 1804 г. на заседании Лондонского королевского общества (см. 1.6) его секретарь, а затем и президент, известный химик и врач Уильям-Хайд Вулластон (1766–1828) сообщил, что при анализе платины он обнаружил в ней новый химический элемент, названный им палладием Pd по имени недавно открытого в Солнечной системе астероида Паллада. Вулластон признался, что это он получил новый металл и предложил его Форстеру для продажи, с тем чтобы проверить, как химики отнесутся к его открытию и сумеют ли его подтвердить. После этого заявления Вулластона потрясенный неудачей Ченевикс забросил всякие занятия химией.

Палладий обладает удивительной способностью растворять водород H₂ (см. 5.86). Водный раствор хлорида палладия PdCl₂ при действии монооксида углерода СО выделяет мелкодисперсный палладий:

Химический элемент самарий, символ Sm, открыл в 1879 г. французский химик Лекокк де Буабодран (см. 4.21) в уральском минерале самарските при помощи спектрального анализа по двум новым голубым линиям в спектре, имеющим длину волны 442 и 443 нм. Он назвал новый элемент самарием, чтобы все помнили минерал, в котором он был обнаружен. Минерал же самарскит нашел русский горный инженер Василий Ефграфович Самарский в Ильменских горах Южного Урала. Минерал красивого бархатно-черного цвета имеет сложный состав, радиоактивен, содержит до 17% урана. Минерал назвали в честь Самарского, так что можно считать, что не только минерал, но и элемент самарий носят фамилию Самарского.

Прометий Pm, элемент № 61, относится к семейству лантаноидов. Попытки найти его в природе предпринимались неоднократно. В 1926 г. американские физики Гаррис, Гопкинс и Инкма осуществили, как им показалось, выделение соли этого элемента из соединений неодима Nd и самария Sm. Они дали своему элементу название иллинй. В этом же году итальянские химики Ролла и Брунетти попытались после 3000 перекристаллизаций солей неодима и празеодима Pr получить чистое соединение элемента № 61. Они были настолько уверены в своих результатах, что назвали этот элемент флоренцием. Однако иллиний и флоренций оказались ложно открытыми элементами.

К 1938 г. стало ясным, что элемент № 61 является радиоактивным и в природе его найти трудно. В этом году американские физики Пул и Квилл решили синтезировать атомы элемента № 61 при помощи бомбардировки пластинки из неодима или самария атомами дейтерия (см. 4.15). Они поддались самообману и решили, что ими действительно получены атомы нового элемента, который они поспешили назвать циклонием. Это название элемента № 61 сохранилось в химической литературе до 1951 г.

Элемент № 61 удалось открыть только в 1947 г. американским радиохимикам Джейкобу Маринскому (р. 1918 г.), Лоренсу Гленденину (р. 1918 г.) и Чарльзу Кориэллу (р. 1920). Они выделили его изотопы (см. 4.60) из продуктов деления урана. Жена Кориэлла предложила назвать новый элемент прометием, по имени Прометея — мифического героя Древней Греции. В 1948 Га Маринскому и его коллегам удалось получить 3 мг прометия.

Первооткрыватели прометия так объясняли его название: «Это название не только символизирует драматический путь получения нового элемента в заметных количествах в результате овладения людьми энергией ядерного деления, но и предостерегает человечество от грозящей опасности — стервятников войны».

В серебряных копях чешских Рудных гор часто встречались тяжелые камни со смоляным блеском. Ни серебра, ни свинца выплавить из этих камней не удавалось. Поэтому они получили название смоляной обманки.

Это был радиоактивный минерал, названный впоследствии урановой смоляной рудой, урановой смолкой. Он содержал октаоксид триурана U₃O₈. В 1789 г. немецкий химик Клапрот при восстановлении минерала углем получил черную спекшуюся массу с вкраплениями в нее маленьких крупинок, похожих на металл. Он назвал эти крупинки ураном по имени недавно открытой планеты Уран и считал, что им открыт новый химический элемент. Клапрот умер, так и не узнав, что им получен не металл, а его диоксид UO₂. Более тридцати лет диоксид урана принимали за металл. Только в 1841 г. французский химик-органик Эжен-Мелькьор Пел иго (1811–1890) получил металлический уран при восстановлении тетрахлорида урана UCl₄ калием К:

Взаимодействие нагретых UCl₄ и калия было столь бурным, что платиновый тигель, в котором протекала реакция, раскалился добела.

Уран оказался очень активным серебристо-белым металлом, легко окисляющимся на воздухе. Уже при незначительном нагревании он воспламеняется, выбрасывая искры, превращаясь при этом в U₃O₈.

В 1912 г. при раскопках древнеримских развалин близ Неаполя была обнаружена стеклянная мозаика бледно-зеленоватого цвета удивительной красоты. Анализ показал, что стекло радиоактивно и содержит уран. Очевидно, древние римляне были знакомы с минералами урана и пользовались ими для окраски стекла, ничего не зная о их радиоактивности.

В 1957 г. Нобелевский институт физики в Стокгольме сообщил, что его сотрудники при помощи ядерной реакции

с участием ядер кюрия Cm и углерода получили, как им показалось, новый элемент № 102. Шведские физики поспешили назвать этот элемент нобелием в честь Нобеля, основавшего фонд Нобелевских премий (см. 2.31). Однако их открытие не подтвердили потом ни они сами, ни другие физики мира.

В 1963 г. советские физики из лаборатории ядерных реакций, возглавляемой академиком Георгием Николаевичем Флёровым (1913–1990), действительно получили элемент № 102 в ядерной реакции с участием урана-238 и неона-22 и назвали его жолиотием Jl в честь французского физика Фредерика Жолио-Кюри (см. 2.26):

Результаты советских физиков были подтверждены физиками других стран. От «нобелия», как потом говорили, остался только символ No, «ноу», означающий по-английски «нет». Однако зарубежные ученые название элемента менять не захотели. Более того, американский физик Гиорсо с письме Флёрову писал 21 марта 1967 г.: «В конце концов мы пришли к выводу, что простейшим решением проблемы названия элемента будет оставить эту проблему в покое» (см. 4.19).

В 1961 г. американские физики из Беркли сообщили о синтезе атомов элемента № 103 при помощи ядерной реакции с участием ядер калифорния Cf и бора В:

Реакция не отличалась определенностью, так как атомы Cf и В представляли разные изотопы и химическую идентификацию полученных ядер провести не удалось. Тем не менее американские физики широко оповестили весь мир о своем «открытии» и назвали элемент № 103 лоуренсием Lr. Советские физики опровергли довольно быстро это «открытие», что подтвердили повторные исследования самих американских физиков.

В 1965 г. группа физиков Флёрова действительно впервые синтезировала атомы элемента № 103 при помощи ядерной реакции:

в которой атомы америция Am-243 подвергались бомбардировке атомами кислорода-18. Их результаты были подтверждены физиками других стран. Элемент № 103 группа физиков Флёрова назвала резерфордием Rf в честь английского физика Резерфорда (см. 4.4). Поэтому авторы этой работы с полным правом считают себя первооткрывателями элемента № 103. Они справедливо настаивают на снятии с этого элемента американского названия «лоуренсий», на непризнании этого названия и использовании во всей технической и учебной литературе только одного названия — резерфордий.

В 1787 г. в заброшенном карьере городка Иттербю на маленьком острове Руслагене около Стокгольма лейтенант шведской армии Карл Аррениус нашел черный блестящий минерал, похожий на каменный уголь, и назвал его иттербитом. Финский химик Юхан Гадолин (1760–1852) обнаружил в этом минерале оксид нового химического элемента, названного впоследствии иттрием Y. После этого открытия минерал переименовали из «иттербита» в «гадолинит».

В 1843 г. шведский химик и хирург Карл-Густав Мосандер (1797–1858) установил, что оксид иттрия, выделенный из иттербита, не является чистым и содержит еще два оксида новых элементов — тербия Tb и эрбия Er. Оба названия — также производные от «Иттербю».

В 1878 г. швейцарский химик де Мариньяк (см. 4.43) открыл в оксиде эрбия примесь нового химического элемента — иттербия Yb, название которого снова является производным от слова «Иттербю». Через год шведский химик Клеве в том же оксиде эрбия находит еще одну примесь — новый химический элемент тулий Tm. В этом же году в оксиде эрбия обнаруживают третью примесь еще одного нового элемента — скандия Sc, существование которого предсказал Менделеев и которому дал имя «экабор». Открытие Sc принадлежит шведскому химику Ларсу-Фредерику Нильсону (1840–1899). Свое название элемент получил в честь Скандинавии.

В 1907 г. в том же минерале иттербите французский химик Жорж Урбен (1872–1938), живописец, музыкант и скульптор, открывает еще один элемент — лютеций Lu. Свое название элемент получил уже в честь Парижа, старое латинское название которого «Лютеция».

Таким образом, в минерале иттербите-галодините были открыты Y, Tb, Er, Yb, Sc, Tm и Lu. Городок Иттербю увековечен в названиях четырех химических элементов: иттрия, тербия, эрбия и иттербия.

Менделеев до конца своей жизни так и не признал возможность превращения одних элементов в другие в результате их радиоактивного распада, хотя ему были известны достоверные факты такого превращения, полученные его современниками.

Менделеев отверг и теорию электролитической диссоциации, и электронную теорию строения атома. Он всегда враждебно относился к попыткам связать область электрических явлений с областью химических явлений. Менделеев был твердо уверен в неизменяемости атомов и считал, что взаимопревращаемость элементов подрывает открытый им Периодический закон.

Менделеев велик, но его высказывания не догма, не истина в последней инстанции. Никто не застрахован от ошибок, не миновал их и Менделеев.

Некоторые химики часто путают два совершенно различных термина: валентность и степень окисления. Валентность — способность атома элемента образовывать в конкретном соединении определенное число химических связей с окружающими атомами. Количественной мерой валентности служит число ковалентных химических связей, образованных атомом. Степень же окисления атома элемента — формальный заряд, приобретаемый этим атомом в данном соединении в том случае, если бы все электронные пары его химических связей сместились в сторону более электроотрицательных атомов. В молекуле алгебраическая сумма степеней окисления атомов с учетом их числа равна нулю.

Например, в азотной кислоте HNO₃ валентность атома азота равна четырем, а степень окисления — +V. Атом азота может выделить для образования связей с окружающими его атомами кислорода только три неспаренных электрона, находящихся на p-атомной орбитали, и одну неподеленную пару s-электронов. В молекуле монооксида углерода

степень окисления атома углерода +II, а валентность равна трем — у атома углерода три химические связи с атомом кислорода.

К изотопам относят различные виды ядер одного и того же химического элемента — элемента с одним и тем же порядковым номером (см. 4.4), — различающихся по числу нейтронов.

Нуклон — ядерная частица, двумя состояниями которой являются протон p⁺ и нейтрон n⁰, взаимодействующие в ядре между собой путем обмена π-мезонами, пионами, имеющими массу в 270 раз большую, чем масса электрона. Например, в атоме бора ¹⁰₅B десять нуклонов: пять протонов и пять нейтронов.

Нуклиды — ядра, различающиеся как по числу нейтронов, так и по числу протонов. Нуклиды — это конкретные виды ядер различных элементов. Нуклидом называют ядро изотопа свинца ²⁰⁷₈₂Pb с 82 протонами и 125 нейтронами, ядро изотопа кислорода ¹⁶₈O с 8 протонами. Три различных ядра атома углерода ¹²₆С, ¹³₆C и ¹⁴₆С содержат 12, 13 и 14 нуклонов. Эти ядра называют изотопами, или изотопными нуклидами. Каждый изотоп есть нуклид, ядро атомов элемента с определенным числом нейтронов и протонов.

В природе насчитывается 21 элемент, у которых всего один стабильный изотоп. Такие элементы называют изотопночистыми. Среди них бериллий Be, фтор F, натрий Na, алюминий Al, фосфор Р, иод I, золото Au, висмут Bi, торий Th и др. Наибольшее число изотопов (десять) имеет элемент олово Sn.

Все физики уверены в существовании самых элементарных частиц в ядрах атомов — кварков, находящихся внутри протонов, нейтронов и других частиц ядер. Выделить же кварки в свободном виде пока никак не удается, кварк остается неуловимым.

Кварки — универсальный «строительный материал» сильновзаимодействующих частиц ядра. Все окружающие нас вещества можно создать из трех «кирпичей»: электрона, кварка и антикварка, а в качестве «цемента» понадобятся еще три частицы, не имеющие массы, — фотон, глюон и гравитон. Фотоны привязывают электроны к ядру атома, глюоны склеивают кварк и антикварк в ядре, а гравитоны «цементируют» космические объекты: планеты, звезды и галактики.

Например, протон состоит из трех кварков. При взаимодействии двух любых кварков один из них испускает глюон, другой его поглощает. Кварки и глюоны несут особый «склеиватель» — цветовой заряд, не имеющий ничего общего с электрическим зарядом. Глюоны — удивительные частицы. Они обладают свойством самоликвидации и саморазмножения: глюон может испускать и поглощать глюоны.

Интересно, что действие глюонов на кварки увеличивается по мере их удаления от порождающих их кварков. Кварки связаны глюонами слабее всего, когда они находятся близко друг к другу. Если же кварки пытаются разойтись, то сразу же возрастает стягивающее их глюонное поле. Другими словами, кварки становятся свободными не вне протонов и нейтронов ядра, а наоборот, глубоко внутри этих частиц. Этим, видимо, и объясняется невозможность разделить кварки, выбить какой-либо из них из ядра атома.

Такой частицей является нейтрино (символ ν, греч. буква «ню») — стабильная частица, не имеющая ни массы, ни заряда, обладающая скоростью света. Чтобы отличить ее от тяжелого нейтрона, также не имеющего заряда, итальянский физик Энрико Ферми (1901–1954) назвал эту частицу «нейтрино» как нечто исчезающе малое, нейтральное.

При радиоактивном распаде ядер атомов выбрасываемый позитрон е⁺ всегда сопровождается нейтрино ν_e, а выбрасываемый электрон e^- — двойником нейтрино, называемым антинейтрино ν^-_e. Антинейтрино отличается от нейтрино только характером своего движения — он вворачивается в направлении полета как штопор.

Появление нейтрино и антинейтрино из распадающихся ядер связано с ядерными реакциями:

Нейтрино и антинейтрино не содержатся в ядре, а образуются в момент вылета из него позитрона или электрона.

Вся земная кора за счет радиоактивного распада атомов излучает в секунду 2∙10²⁶ антинейтрино, которые пронизывают Землю и живущих на ней людей, не причиняя им никакого вреда. Каждую секунду через человеческое тело пролетает 1750 антинейтрино. C веществом нейтрино и антинейтрино не взаимодействуют и поэтому в нем не задерживаются. На нашем Солнце в результате ядерного «горения» атомов водорода вместе с позитронами рождается в секунду 2∙10³⁸ нейтрино, обрушивающихся на Землю. В любой части Вселенной существуют огромные потоки нейтрино и антинейтрино, есть и «нейтринные звезды».

Известно, что люди могут быть похожими и непохожими друг на друга. Но каждый человек как личность уникален и неповторим. Подобным образом каждое вещество — «химический индивидуум» — тоже имеет свой собственный и неповторимый внешний облик, «характер», «привычки». О примечательных свойствах химических веществ пойдет речь в этом разделе.

Земная атмосфера сформировалась за счет выделения газов из горных пород и анаэробного фотосинтеза. Около 4 млрд., лет тому назад кислорода в атмосфере Земли не было. Она состояла из азота N₂, диоксида углерода CO₂ и водорода H₂. Появление в воде океанов простейших живых организмов, в частности сине- зеленых водорослей, 2,5 млрд., лет тому назад стало началом появления и кислорода в атмосфере. Эти водоросли в ходе синтеза своих углеводов усваивали водород из воды, а углерод — из растворенного в воде CO₂, одновременно выделяя кислород. Понадобилось около 20 000 лет, чтобы содержание кислорода в атмосфере достигло современного уровня.

В настоящее время в атмосфере содержится 21% (по объему) кислорода, или 10¹⁵ т. Несмотря на постоянное участие O₂ в окислительных процессах, его содержание в атмосфере практически не изменяется из-за продолжающегося процесса фотосинтеза.

Если бы в атмосфере содержалось менее 15% O₂, то обычный процесс горения стал бы невозможным. При концентрации O₂ более 30% первый же удар молнии сжег бы все на Земле: в этом случае даже сырая древесина горит как порох.

Диоксид углерода способен под землей перемещать тысячи тонн известняка. Как это происходит?

Диоксид углерода CO₂ (углекислый газ) неплохо растворим в воде. Поэтому в природных речных, почвенных водах обычно высока концентрация растворенного CO₂. В водном растворе он частично переходит в гидрат, который затем превращается в угольную кислоту:

Среда этого раствора слабокислая из-за появления ионов оксония H₃O⁺:

Однако и этой кислотности достаточно, чтобы при проникновении по трещинам породы грунтовых вод в толщу известнякового пласта (известняк — это карбонат кальция CaCO₃) прошла реакция

или

с образованием хорошо растворимого в воде гидрокарбоната кальция Ca(HCO₃)₂. Так на месте известковых толщ образуются огромные полости в земной коре — карстовые пещеры.

Интересно, что гидрокарбонат кальция в свободном виде не существует; при попытке выделить его выпариванием воды кристаллизуется карбонат кальция:

Грунтовые воды, содержащие Ca(HCO₃)₂, могут перемещаться в земной коре на значительные расстояния и, испаряя в подходящих условиях воду, выделяют карбонат кальция — известняк, кальцит. Это происходит зачастую очень далеко от места растворения исходного карбоната кальция (см. 3.23).

Знаете ли вы, что теннисные мячи не надувают, а вводят в них специальные вещества — «вздуватели»?

«Вздуватели» — это вещества, которые при нагревании разлагаются с образованием газообразных продуктов. В теннисные мячи (заготовки которых в виде двух полусфер изготовлены предварительно и смазаны клеем) кладут таблетки, содержащие смесь нитрита натрия NaNO₂ и хлорида аммония NH₄Cl. Склеенные половинки мяча помещают в форму для вулканизации и нагревают. Происходит химическая реакция

Выделившийся азот создает в мяче повышенное давление.

«Порошок Либиха» (см. 2.17) применяли раньше для приготовления ржаного теста. В его состав входят пищевая сода — гидрокарбонат натрия NaHCO₃ и лимонная кислота (НООССН₂)₂С(ОН)СООН (см. 3.28). Его действие, как и других заменителей дрожжей, заключается в выделении газообразного диоксида углерода, разрыхляющего тесто:

Современные разрыхлители для теста включают в свой состав гидрокарбонат натрия и какие-либо пищевые кислоты, или гидрокарбонат аммония, который при нагревании разлагается с выделением диоксида углерода CO₂, аммиака NH₃ и воды:

Газообразные продукты этой реакции делают тесто пористым (см. 6.4).

При пайке металлов используют нашатырь и канифоль. Зачем?

Нашатырь (см. 1.44) — это хлорид аммония NH₄Cl, его используют для травления — очистки поверхности паяльника и спаиваемого изделия от оксидов металлов. Применение его основано на том, что при повышенной температуре хлорид аммония подвергается термическому разложению на аммиак NH₃ и хлороводород HCl (см. 1.44):

Образующиеся аммиак и HCl реагируют с оксидом меди на горячей поверхности медного паяльника:

В результате обнажается чистая поверхность металла, которая может «смачиваться» расплавленным оловом или сплавом — припоем.

Канифоль представляет собой сложную смесь органических кислот и ненасыщенных углеводородов, ее получают после отгонки скипидара из смолы хвойных растений. Взаимодействие компонентов канифоли с оксидами металлов при высокой температуре ведет к восстановлению этих оксидов до металла. Кроме того, расплав канифоли защищает поверхность «жала» паяльника и спаиваемое изделие от контакта с воздухом, а значит, и от окисления.

Кроме хорошо известной всем воды состава H₂O, существуют и другие «воды»: хлорная, бромная, сероводородная. Это водные растворы хлора Cl₂, брома Br₂ и сероводорода H₂S. Есть и совсем таинственные названия. Так, «лабарракову воду» получают, пропуская хлор в разбавленный водный раствор гидроксида натрия NaOH (см. 3.39). При этом протекает реакция с образованием хлорида натрия NaCl и оксохлората натрия NaClO:

Используют «лабарракову воду» для отбеливания тканей. Отбеливание основано на окислении загрязняющих веществ оксохлоратом водорода HClO (хлорноватистой кислотой), образующимся при действии угольной кислоты H₂CO3, всегда присутствующей в воде, при ее контакте с воздухом:

Если пропускать хлор в раствор гидроксида калия КОН, то получается «жавелевая вода», которую используют для тех же целей:

«Фагеденическая вода» — это фармацевтический препарат, который готовят, смешивая известковую воду (см. 3.23) с раствором хлорида ртути HgCl₂:

После смешения образуется суспензия (взвесь) тонкодисперсного желтого оксида ртути HgO в водном растворе хлорида кальция CaCl₂. «Фагеденическую воду» используют при лечении кожных болезней.

Во время лабораторной работы загорелись кусочки магния. Их пытались залить водой, но произошел взрыв и пламя усилилось. Тогда стали засыпать чашку с горящим магнием песком, но горение не прекратилось. Что же в таком случае делать?

Горящий магний Mg активно взаимодействует с водой:

с выделением водорода H₂, который с кислородом воздуха O₂ дает взрывоопасные смеси. Песок SiO₂ также вступает в реакцию с горящим магнием с выделением большого количества энергии в форме теплоты с образованием оксида магния MgO и аморфного кремния Si:

Только асбестовая вата (см. 10.27) и мелкая железная стружка тушат горящий магний.

Один из лаборантов, зная, что литий и калий взаимодействуют с кислородом и влагой воздуха, решил их сохранить в сосудах, заполненных азотом. Что он обнаружил через неделю?

Вместо блестящих серебристых кусочков лития он увидел в сосуде рыхлые зеленовато-черные комочки. Калий же сохранил свой первоначальный металлический блеск. Литий Li, в отличие от калия K и остальных щелочных металлов, реагирует с азотом N₂ в обычных условиях с образованием нитрида:

Поэтому хранить литий можно только в атмосфере аргона Ar или под слоем обезвоженного вазелинового или парафинового масла, а также в тонкостенных герметичных оболочках — тубах из алюминия или меди.

Какой «гипс» твердеет при добавлении воды?

Порошок природного минерала гипса CaSO₄∙2Н₂O при смешении с водой не затвердевает. При нагревании до 150–170° C он теряет ³/₄ содержащейся в нем воды:

и превращается в «жженый гипс», который часто называют строительным гипсом, или просто алебастром. Если тонкоразмолотый алебастр — полугидрат сульфата кальция CaSO₄∙0,5Н₂О — замесить с водой, то полученное жидкое «тесто» скоро застывает в твердую массу тонковолокнистых кристаллов гипса CaSO₄∙2Н₂O, переплетенных между собой. Этот процесс широко применяют при изготовлении копий скульптур, моделей, барельефов, а также в медицине для гипсования при переломах конечностей. Надо отметить, что гипс, потерявший всю воду, превращается в безводный сульфат кальция CaSO₄ и уже не обладает способностью быстро «схватываться» при взаимодействии с водой. Безводный сульфат кальция (в природе он присутствует в виде минерала ангидрита, см. 3.40) в контакте с водой лишь очень медленно присоединяет воду, превращаясь в гипс CaSO₄∙2Н₂O. При этом, как и при затвердевании алебастра, объем исходной смеси увеличивается.

Гидроксиды почти всех металлов при нагревании до высоких температур разлагаются, теряя молекулы воды. Удивительно, но удаление последних порций воды при прокаливании гидроксида хрома CrO(OH) ведет к самопроизвольному разогреву образца.

Еще Берцелиус (см. 2.19) наблюдал, что в момент удаления последних следов воды из гидроксида хрома происходит резкое повышение температуры, приводящее к тому, что вещество раскаляется докрасна. Дальнейшие исследования показали, что это явление вызвано внезапной кристаллизацией оксида хрома Cr₂O₃. Кристаллическая решетка этого соединения очень прочна, и при ее образовании выделяется много энергии в форме теплоты. Кристаллизация происходит ниже температуры плавления Cr₂O₃, составляющей около 2200° С. Подобное явление наблюдается при обезвоживании гидроксидов скандия Sc, титана Ti, циркония Zr, тантала Та и железа Fe.

Если замораживать водный раствор диоксида серы SO₂, то сначала кристаллизуется не обычный лед, а соединение включения (клатрат) диоксида серы состава SO₂∙(6±x)H₂O. Молекулы воды при помощи водородных связей образуют своеобразную «клетку», во внутренней полости которой находится молекула SO₂. Плотность такого клатрата в твердом состоянии на 25% больше плотности воды. Значит, «клатратный лед» тонет в воде.

Пропускание газообразного хлора в ледяную воду приводит к выделению желтозеленых кристаллов. Это кристаллический гидрат хлора состава 8Сl₂∙46Н₂O, устойчивый при температуре ниже 9,6° С. Подобные вещества относят к клатратам, или соединениям включения. Они образованы путем внедрения молекул хлора («гостей») в полости кристаллического каркаса, состоящего из молекул воды («хозяев»). Впервые с этим явлением столкнулся Дэви в 1811 г. (см. 9.16). Гидраты способны образовывать и другие газы: оксид диазота N₂O, ацетилен C₂H₂, метан CH₄, азот N₂, кислород O₂ и даже благородные (инертные) газы аргон Ar, криптон Kr и ксенон Xe.

Серная кислота H₂SO4 (см. 1.49) может растворять свой ангидрид (см. 3.40) — кислотный оксид, триоксид серы SO₃; при этом образуются полисерные кислоты:

К ним относят дисерную H₂S2O7, трисерную H₂S3O10 и другие кислоты. Полисерные кислоты называют еще «олеумом» (т. е. маслообразной жидкостью) или «нордгаузенским купоросным маслом». Это и есть «дымящая серная кислота». Полисерные кислоты выделяют на воздухе газообразный SO₃, который, взаимодействуя с влагой воздуха, и вызывает появление «дыма», или тумана мельчайших капелек серной кислоты:

Зачем в оптические приборы помещают мешочки с синими гранулами?

Для обнаружения и поглощения примеси влаги из воздуха используют силикагель (гранулированный пористый диоксид кремния SiO₂), пропитанный хлоридом кобальта CoCl₂ и тщательно высушенный. Когда хлорид кобальта безводный — гранулы силикагеля синие или голубые, при поглощении влаги образуется аквакомплекс [Со(Н₂O)₆]Сl₂, и цвет гранул меняется на розовый.

Во время ревизии на складе реактивов проверяющие мгновенно обнаружили, что бутыль с надписью «абсолютный этиловый спирт» содержит не безводный спирт, а его водный раствор.

Один из ревизоров взял из бутыли небольшую по объему пробу спирта и добавил к ней щепотку бесцветного обезвоженного сульфата меди CuSO₄ (см. 1.47) и слегка встряхнул пробирку с пробой. Бесцветные кристаллы сразу же стали голубыми:

Вода превращает белый порошок сульфата меди в ярко-голубой пентагидрат сульфата меди… А ведь в «абсолютном» спирте воды быть не должно!

Гексагидрат хлорида кобальта CoCl₂∙6Н₂O как в кристаллическом состоянии, так и в виде водного раствора имеет розовый цвет, но его раствор в ацетоне синий.

Ацетон извлекает из аквакатиона [Co(H₂O)₆]²⁺ две молекулы воды, непосредственно связанной с кобальтом, при этом образуется аквакатион другого состава — [Co(H₂O)₄]²⁺ :

Это и ведет к изменению окраски раствора.

Если в стакан с газированной водой бросить щепотку соли, то растворенный газ — диоксид углерода CO₂ — сразу начнет выделяться. Почему?

Объяснение этому обыденному явлению будет не таким уж простым. Вспомним, что в чистой воде газ растворим лучше, чем в растворе соли, а газированная вода — это пересыщенный раствор диоксида углерода CO₂ (углекислого газа) в воде. Чтобы избыток газа выделился, нужны «зародыши», например микропузырьки воздуха. Однако добавление к газированной воде речного песка не приведет к выделению газа. Правильное объяснение включает два механизма процесса: как только кристаллы соли попадут в стакан, они начнут растворяться, и вокруг них образуется пленка концентрированного раствора; в результате растворимость газа вблизи кристаллов резко уменьшается, появляются маленькие пузырьки газа — «зародыши». Как только «зародыши» вырастают, они отрываются от кристаллов, и в соприкосновение с солью приходят новые порции раствора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся соль не растворится или пока не выделится весь диоксид углерода.

Если посолить нагретую до 70–80° C водопроводную воду, она «вскипает» от выделившихся пузырьков растворенного воздуха. Объяснение этому явлению — то же.

И стеклянные, и хрустальные вазы покрываются изнутри налетом, если в них слишком долго держать в воде цветы. Чтобы избавиться от налета, рекомендуют обработать стекло слабым раствором кислоты.

Налет на стекле — это карбонат кальция CaCO₃, частично — магния MgCO₃ или железа FeCO₃, которые появляются из-за взаимодействия гидрокарбонатов этих металлов [M(HCO₃)₂, где M = Mg, Ca, Fe], всегда присутствующих в воде («солей жесткости»), аммиаком NH₃ (см. 1.44) и органическими аминами сока растений например, CH₃NH₂, которые в водной среде дают щелочную реакцию:

Появление в воде ионов ОН^- приводит к осаждению на стекле карбонатов:

Осадки карбонатов, в частности карбонат кальция, могут быть разрушены многими кислотами, в том числе даже уксусной CH₃COOH (см. 1.50):

Известно несколько видов «обыкновенных химических грелок». Устройство их очень простое: обычно это два пакета (маленький и большой) из водонепроницаемого и химически стойкого материала (пленки, ткани). Внутри маленького пакета — вещество или смесь веществ. Чтобы грелка начала работать, сюда надо добавить немного воды и перемешать содержимое пакета. Потом пакет закрывают, вставляют в большой и еще раз тщательно закупоривают; теперь грелкой можно пользоваться. Одна из самых простых химических грелок содержит оксид кальция CaO (негашеную известь), который взаимодействует с водой с образованием гидроксида кальция (см. 3.23):

Реакция сопровождается тепловыделением. Температура грелки может достигать 70–80° С. В химической грелке другого вида используют взаимодействие металлов (в виде стружки) и солей. Совершенно сухую смесь железной (Fe) или алюминиевой (Al) стружки с солями меди (например, CuCl₂) можно хранить довольно долго, а при добавлении воды температура сразу же повышается почти до 100ºC за счет реакции:

При этом грелка, в которой хлорид меди CuCl₂ превращается в хлорид железа FeCl₂, сохраняет тепло около десяти часов.

Грибники нашли в лесу небольшое болото, из которого вырывались местами пузырьки какого-то газа. От спички газ вспыхнул, и слабосветящееся пламя стало блуждать по болоту.

Этот газ — метан CH₄, бесцветный горючий газ, малорастворимый в воде. Он образуется при разложении органических веществ без доступа воздуха. Раньше этот газ так и называли — «болотный газ». Смесь метана с воздухом, или «рудничный газ», нередко накапливается в угольных шахтах и представляет большую опасность для шахтеров (см. 7.13). Горение метана сопровождается большим выделением энергии в форме теплоты:

В лаборатории метан можно получить нагреванием смеси ацетата натрия CH₃COONa и гидроксида натрия NaOH:

Метан добывается вместе с другими легкокипящими углеводородами в очень больших количествах на газовых промыслах и используется как топливо и как химическое сырье.

Чистая поваренная соль бесцветна (см. 10.51). «Деликатесная», или «царская», поваренная соль нежно-розового цвета и с приятным ароматом, содержит микроскопические водоросли, попавшие в нее из воды соляного озера. Встречается и соль синего цвета.

В природе синяя поваренная, или каменная, соль (хлорид натрия NaCl) — большая редкость. А в лаборатории ее получить не так уж трудно. Для этого в плотно закрытом сосуде нагревают смесь металлического натрия и хлорида натрия. Металл способен растворяться в соли. При этом атомы натрия Na проникают в кристаллическую решетку, состоящую из ионов Na⁺ и Cl^-. Атомы натрия достраивают решетку, занимая подходящие места и превращаясь в катионы Na⁺. А освободившиеся электроны располагаются в тех узлах кристаллической решетки, где полагалось бы находиться анионам Cl^-. Такие необычные узлы решетки, занятые электронами, называют вакансиями, или F-центрами (от немецкого Farbe — цвет). При охлаждении кристалла некоторые F-центры объединяются, образуя ассоциаты, включающие 10–1000 атомов натрия, — это и служит причиной появления окраски кристаллов. Кстати, при растворении синих кристаллов в воде образуется бесцветный раствор — совсем как из обычной поваренной соли. В природной каменной соли F-центры образуются под действием излучения, сопровождающего радиоактивные превращения.

Какое отношение имеет прославленная семья Багратионов к гальваническим элементам?

Князь Петр Романович Багратион (1818–1876) — племянник знаменитого полководца — начинал свою службу в инженерных войсках. В 1840 г., будучи в чине лейтенанта и в адъютантской должности, он изобрел гальванический элемент, впоследствии получивший название «цепь князя Багратиона постоянного действия». Этот элемент представлял собой горшок с землей, пропитанной концентрированным раствором хлорида аммония NH₄Cl (нашатыря), в которую на некотором расстоянии втыкали медную (Cu) и цинковую (Zn) пластины. Такой элемент давал ток на протяжении нескольких месяцев. Позднее Багратион сделал несколько крупных изобретений в области металлургии (например, он разработал цианирование — способ извлечения золота из руд, см. 6.3; 10.13).

Можно ли добиться электризации ионных кристаллов солей механическим путей?

Можно. Установлено, что при раскалывании кристаллов фторида лития LiF меньший обломок, как правило, приобретает отрицательный, а больший — положительный заряд.

Близ г. Дели в Индии стоит железная колонна без малейшего пятнышка ржавчины, хотя ее возраст почти 2800 лет.

Это знаменитая Кутубская колонна высотой около семи метров и массой 6,5 т. Надпись на колонне говорит о том, что она была поставлена в IX в. до н.э. Ржавление железа — образование метагидроксида железа FeO(OH) — связано со взаимодействием его с влагой и кислородом воздуха:

Однако эта реакция при отсутствии в железе различных примесей, и прежде всего углерода, кремния и серы, не протекает. Колонна была изготовлена из очень чистого металла: железа в колонне оказалось 99,72%. Этим и объясняется ее долговечность и коррозионная устойчивость.

В сталелитейной промышленности во избежание «красноломкости» (снижения прочности при высоких температурах) допустимое содержание серы S в стали не должно превышать 0,01%. Примесь серы находится там в виде сульфида железа FeS, практически нерастворимого в стали при обычной температуре. Он-то и вызывает растрескивание металла при прокатке и ковке.

Если речь идет о стали, содержащей марганец и бор, которую используют в машиностроении, то примесь серы в количестве около 0,015% приводит к тому, что такую сталь легче обрабатывать, причем режущий инструмент при этой обработке меньше изнашивается. В таких сталях сера содержится в виде сульфида марганца MnS, который играет роль твердой смазки, предотвращающей вырывы металла резцом.

При обкатке двигателей внутреннего сгорания в цилиндры добавляют специальные присадки, содержащие коллоидную серу. Срок технологической операции в этом случае сокращается, так как на поверхности металла цилиндра и поршня тоже образуется сульфид марганца.

Знаете ли вы, что в английских патентах вплоть до конца XIX в. содержались рекомендации добавлять в закалочную жидкость при обработке железа полевые цветы?

Эту курьезную рекомендацию породило незнание действительных причин закаливания стали (см. 3.45; 530). Кстати, твердость закаленной стали долгое время объясняли превращением содержащегося в ней углерода в алмаз. Более того, в конце XVIII в. французский ученый Гитон де Морво (см. 2.28) получал сталь (наверное, самую дорогую в мире во все времена!) сильным нагреванием чистого железа с алмазами.

Почему эмиру Бухары не удалось использовать металл «небесного камня» (метеоритное железо) для изготовления оружия?

Согласно легенде, оружейники не смогли отковать из «небесного камня» меч для эмира, и их умертвили. Оружейники не знали, что никелистое метеоритное железо куется только холодным, а при нагревании становится хрупким (см. 155). Однако оружие из уникального «металла с неба» было у индийских властителей в XVII в., у российского царя Александра I и у латиноамериканского героя, легендарного Боливара.

В образцах лунного грунта, доставленных на Землю, обнаружено поразительно большое количество самородного железа.

В первую очередь это остатки метеоритов, которые беспрепятственно достигают поверхности нашего безатмосферного спутника Луны. На их долю приходится 30% лунного железа. А остальные 70% следовало бы назвать «селеническим железом»: хотя на Луне нет залежей каменного угля, необходимых для естественного доменного процесса (см. 6.31), но нет и атмосферы, содержащей кислород. В условиях кислородного голодания на Луне все элементы находятся в низших степенях окисления. Глубокий вакуум (10^-7–10^-9 атм) и высокая температура (несколько тысяч градусов) сами по себе служат восстановителями железа; значит, при извержении расплавленных лунных пород всегда самопроизвольно образуется самородное железо. Не правда ли, «лунометаллургия» эффективнее земной?

В 1855 г. была получена одна из модификаций сурьмы Sb (см. 4.24), названная «взрывчатой». Это стекловидно-аморфное вещество, похожее на графит. Если его потереть каким-либо твердым предметом, то оно распадается на мельчайшие частицы обычной сурьмы с выделением белого дыма и энергии в форме теплоты. Полагают, что неустойчивость аморфной сурьмы связана с наличием в ее структуре примеси хлоридов, содержащих ионы SbCl₂ ⁺ , SbCl^{2 +} и Cl^-.

Получена и «взрывчатая» модификация металла висмута Bi (см. 4.22).

Статья, опубликованная в 1834 г. в «Горном журнале», называлась «Улучшение железа и стали посредством ржавления в земле».

Способ превращения железа в сталь через ржавление в земле известен людям с глубокой древности. Например, черкесы на Кавказе закапывали полосовое железо в землю, а откопав его через 10–15 лет, выковывали из него свои сабли, которые могли перерубить даже ружейный ствол, щит, кости врага.

В земле железо Fe, естественно, ржавело, превращаясь в метагидроксид железа:

но одновременно насыщалось углеродом и азотом при контакте с различными органическими веществами почвы. Ржавчина [метагидроксид железа FeO(OH)] обладает хорошей сорбционной способностью к различным органическим веществам. После выкапывания ржавое железо вместе с органическими веществами нагревали в горнах, ковали, а затем охлаждали водой — закаливали. Углерод и азот появлялись в поверхностном слое откованного металла, упрочняя его и сообщая ему особую твердость. В слое при термической обработке образуется очень твердое соединение: карбид железа Fe₃C — цементит (см. 3.45):

Впоследствии для получения твердой стали вместо длительного пребывания железа в земле перешли к плавке железа под слоем древесного угля.

Считается, что металлический цвет — это серебристо-белый или серый. Все ли металлы такого цвета?

Широко известно, что медь Cu имеет ярко выраженный розово-красный цвет. Очень чистое золото Au — желто-зеленого цвета. Щелочной металл цезий Cs — светложелтый, а тяжелый металл из семейства платины осмий Os — светло-голубого цвета. Искусственно полученный металл технеций Tc имеет серебристый цвет с коричневым оттенком.

Обычная сталь — серого цвета, есть даже выражение «стальной цвет». Но можно изменить цвет этого материала на золотистый путем нанесения на сталь покрытия из нитрида титана TiN_x. В вакуумной камере в среде азота плазменная дуга испаряет титан Ti, а его пары, прореагировав с азотом, превращаются в нестехиометрические нитриды титана, которые, оседая на поверхности быстрорежущей стали, образуют прочное износостойкое покрытие золотистого цвета. Инструменты из такой стали почти не имеют конкуренции — разве только с алмазсодержащими хромированными изделиями.

Кстати, этим методом делают и тонированные «под золото» зубные протезы.

Алхимики для окраски металлов применяли «божественную воду», которой был водный раствор полисульфида кальция CaS_x (x≥2) и сульфита кальция CaSO₃ зеленовато-желтого цвета. После погружения в такой раствор пластинки или изделия из хрома, свинца или олова приобретали желтовато-золотистый цвет. «Божественную воду» алхимики получали кипячением смеси серы S, гидроксида кальция Ca(OH)₂ и воды H₂O:

Кусок проволоки при комнатной температуре был упруг как сталь. В холодной же воде проволока вдруг стала мягкой. Ее согнули, и она осталась согнутой… Когда же ее погрузили в горячую воду, то произошло невероятное: проволока распрямилась с силой, как пружина, и приняла первоначальную форму, которую имела до обработки ее холодной водой.

Проволока была изготовлена из никелево-титанового сплава Ni—Ti. Такой сплав называют нитинолом. Пластину и проволоку из нитинола используют для изготовления тепловых двигателей, позволяющих тепловую энергию превращать непосредственно в механическую в результате перехода от одних кристаллических структур к другим. Такие двигатели могут использовать тепловую энергию океанов, морей, тепловых морских течений, подобных Гольфстриму, преобразуя ее в движение турбин, насосов, роторов генераторов электрической энергии и т. п.

Титан Ti получают восстановлением тетрахлорида титана TiCl₄ магнием Mg:

Образующийся титан очень пористый, напоминает губку. Если реакцию вели в атмосфере аргона, то получается пластичный и весьма химически активный металл, который реагирует с хлороводородной кислотой с выделением водорода H₂ и образованием фиолетового раствора, содержащего трихлорид титана TiCl₃:

Если в реактор вместе с аргоном попадает воздух, на поверхности металла образуется тонкий, но прочный слой нитрида титана TiN_x и оксидов состава TiO_2n-1, не поддающихся воздействию разбавленных кислот; такой титан еще и хрупок (см. 4.45).

«Певкая медь» на самом деле не медь, а бронза — сплав меди, олова и свинца. Такой сплав прочен, легкоплавок и текуч в жидком состоянии, а после отвердения — достаточно музыкален: из него отливали колокола. Содержание меди в колокольной бронзе 75–78%, олова 20–21%, свинца 2–3%. Иногда в расплав для звонкости добавляли и серебро.

«Оловянная чума» — это не болезнь, а своеобразное явление, связанное с существованием двух аллотропных модификаций олова. У «серого олова» («модификация) кристаллическая структура сходна со структурой алмаза и устойчива ниже 13,2° С. «Белое олово» (β-модификация) имеет тетрагональную структуру. C этим оловом мы обычно имеем дело. При температуре 13,2° C обе модификации находятся в равновесии, а на сильном морозе β-модификация переходит в α-модификацию. Поскольку плотность и кристаллическая структура модификаций разные, оловянные изделия разрушаются. Остановить начавшийся процесс невозможно, поэтому его и назвали «оловянной чумой». Правда, этот процесс на слабом морозе идет медленно. Он быстро нарастает только при температуре ниже — 25° C и достигает максимальной скорости при — 48° C (см. 9.22).

Как выплавляли золото в Древнем Египте?

Производство металлов, а особенно золота Au, в Древнем Египте считалось священным искусством, а металлургические знания были покрыты тайной. Много лет спустя выяснилось, что египтяне обрабатывали золотую руду расправленным свинцом Pb, растворяющим благородные металлы, и таким образом извлекали остатки золота (а заодно и серебра) из руд. Затем расплав подвергали окислительному обжигу в горшках, свинец переходил в оксид PbO. Главный технологический секрет этого обжига — материал горшков: их делали из костной золы. При плавке PbO впитывается в стенки горшка, увлекая с собой случайные примеси, а на дне остается очищенный сплав золота и серебра (см. 1–56; 10.9–10.13).

Для распознавания серебра на поверхность изделия наносят каплю слабого раствора дихромата калия в серной кислоте.

Серебро Ag — металл благородный, поэтому взаимодействия его при контакте с разбавленными кислотами не происходит. Иное дело, если в кислоте присутствует сильный окислитель — дихромат калия K₂Cr₂O₇. В этом случае серебро переходит в нерастворимый дихромат серебра Ag₂Cr₂O₇ ярко-красного цвета, по которому и распознают наличие в сплаве серебра:

Если серебра в сплаве меньше 25%, то дихромат серебра не образуется. Проба очень чувствительна и практически не портит изделия из исследуемого сплава, иногда, правда, остается светлое пятнышко там, где наносили каплю раствора.

Два оксида реагируют между собой, и при этом получаются две кислоты, одна ~ сильная, другая — слабая, к тому же неустойчивая, при разложении превращающаяся в первую. Сильная кислота, если ее посолить, растворяет царя металлов. Какие оксиды вступили в реакцию?

Прежде всего определим, какой металл — «царь металлов». Это, безусловно, золото; растворить его можно в «царской водке» (см. 3.13) — смеси концентрированных азотной и хлороводородной (соляной) кислот [именно такая смесь получится, если посолить — добавить хлорид натрия NaCl (поваренную соль) — концентрированную азотную кислоту HNO₃]. Оксиды, о которых шла речь вначале, — это диоксид азота NO₂ и вода H₂O (оксид диводорода). Их взаимодействие и дает смесь сильной HNO₃ и слабой HNO₂ кислот:

Слабая азотистая кислота постепенно разлагается с выделением монооксида азота NO, превращаясь в HNO₃:

При добавлении хлорида натрия к HNO₃ протекает реакция

Золото взаимодействует с полученной смесью кислот с образованием тетрахлороаурата водорода:

Золото может по праву гордиться своим упорным химическим характером (см. 10.9–10.13). Известно очень мало химических веществ, с которыми оно желает взаимодействовать. Прежде всего это смесь концентрированных азотной HNO₃ и хлороводородной HCl кислот (см. 5.39), водный раствор цианида калия KCN (см. 6.3), раствор хлора Cl₂ в хлороводородной кислоте, расплав селеновой кислоты H₂SeO₄ и водный раствор смеси иодида калия KI и дииодоиодата калия К[I(I)₂]. Последние две реакции протекают так:

В первой реакции золото превращается в селенат золота Au₂(SeO₄)₃, а часть селеновой кислоты восстанавливается до диоксида селена SeO₂. Во второй реакции образуется дииодоаурат калия. Эту реакцию используют для извлечения золота из бедных по его содержанию руд.

Золото, содержащее всего 1% примеси свинца, при ударе разлетится на куски. Даже при содержании свинца 0,01% золото уже теряет свою замечательную ковкость.

Вы добавили к капле ртути, находящейся под водой, водный раствор нитрата серебра и с удивлением обнаружили, что поверхность ртути словно ожила. На ней появились сверкающие ростки, которые начали ветвиться и постепенно превратились в сверкающие деревца.

В сосуде протекала реакция вытеснения серебра Ag из его нитрата AgNO₃ ртутью Hg:

Выделяющееся серебро образует на капле ртути нитевидные кристаллы. Причина протекающей реакции заключается в том, что серебро — менее активный металл, чем ртуть, поэтому ртуть восстанавливает серебро из растворов его солей в виде металла.

Если каплю ртути поместить на часовое стекло в водный раствор серной кислоты H₂SO₄, содержащий небольшое количество дихромата калия K₂Cr₂O₇, а потом прикоснуться к поверхности ртутной капли иголкой, то капля ртути начнет пульсировать, попеременно прикасаясь к иголке и отходя от нее, принимая то сферическую, то плоскую форму. Такая пульсация может длиться долго; при этом кажется, что капля ртути напоминает живое сердце.

На границе ртуть — раствор серной кислоты образуется своеобразный микроконденсатор — двойной электрический слой, состоящий из ионов. Поверхность ртути получает электрический заряд, который придает капле более плоскую форму из-за взаимного отталкивания одноименно заряженных частиц. Прикосновение острия иглы снимает этот заряд, и капля становится сферической, отдаляясь при этом от острия иглы. Затем капля ртути снова приобретает заряд и, растекаясь, прикасается к игле. Заряд «стекает», капля принимает сферическую форму, и процесс снова повторяется.

Маленькая девочка решила подновить мамин латунный наперсток и намазала его ртутью из недавно разбитого термометра. Чудеса! Старый наперсток заблестел как серебряный! Но недолго пришлось им пользоваться: ровно через неделю наперсток разломился на две половинки.

На поверхности латуни образовалась амальгама, и это привело к потере прочности металла. Что же такое «амальгама»?

Способность жидкой ртути Hg растворять другие металлы и образовывать сплавы — амальгамы — поражала воображение алхимиков и заставляла их делать фантастические выводы о свойствах этого вещества (см. 4.3). Особенно этому способствовало то, что при образовании амальгамы даже желтые и красные металлы (например, медь Cu) приобретают серебристо-белый блеск. Как правило, амальгамы — это просто растворы других металлов в ртути, жидкие или твердые, но они иногда содержат и соединения металлов с ртутью строго определенного состава и с определенными свойствами. Не образуют амальгам только металлы, которые не смачиваются ртутью, — кобальт Co, марганец Mn, никель Ni, молибден Mo, рений Re и некоторые другие. Не существует и амальгамы железа Fe — поэтому ртуть можно перевозить в железных цистернах. Амальгамы были известны давно: так, зеркала в старину делали, покрывая стекло амальгамой олова Sn (см. 1.27); золото издавна извлекали из бедных руд, обрабатывая их жидкой ртутью (см. 10.13). Полученную амальгаму золота разлагали, испаряя ртуть, причем все растворенное золото оставалось в виде мельчайших кристалликов. Из амальгам серебра и меди делали зубные пломбы: амальгама серебра химически инертна и в обычных условиях является твердым веществом, но легко размягчается при нагревании.

Электролиз сильно охлажденного концентрированного водного раствора хлорида аммония NH₄Cl с ртутным катодом или воздействием на NH₄Cl амальгамы натрия NaHg_t дает амальгаму аммония (NH₄)Hg_x:

которая выделяется в виде твердого вещества, устойчивого только при температуре ниже -85° С. При нагревании до комнатной температуры оно становится пастообразным и одновременно разлагается на ртуть Hg, аммиак NH₃ и водород H₂:

Амальгама аммония содержит растворенный в ртути радикал аммония NH₄, напоминающий своим поведением атом щелочного металла.

Ртуть может быть порошкообразной в том случае, если она состоит из мельчайших капелек, поверхность которых покрыта веществом, препятствующим слипанию. Так, при взаимодействии нитрата диртути Hg₂(NO₃)₂ с гидроксидом натрия NaOH или сероводородом H₂S:

выделяющаяся ртуть образует черный порошок из-за присутствия в реакционной смеси оксида ртути HgO или сульфида ртути HgS (см. 1.13).

Некий фокусник пообещал изумленным зрителям продемонстрировать превращение фиолетовых кристаллов квасцов в изумруд, топаз, янтарь или сапфир.

Настоящие драгоценные камни получить из квасцов (см. 151; 3.21), конечно, не удастся. А вот растворы, имитирующие цвета изумруда (см. 10.22), топаза (см. 10.33), янтаря (см. 10.1), сапфира (см. 10.42), получить можно. Для этого фокуснику придется запастись химическими реактивами. Растворив хромокалиевые квасцы [кристаллогидрат сульфата хрома-калия KCr(SO₄)₂∙12Н₂O] в воде, он получит фиолетовый раствор; обработка этого раствора избытком гидроксида калия KOH или натрия NaOH приведет к образованию раствора изумрудного цвета:

Зеленый цвет обусловлен присутствием гексагидроксохромата калия К₃[Cr(ОН)₆]. Если к этому раствору добавить пероксид водорода H₂O₂, то зеленый цвет раствора сменяется на желтый, цвет топаза:

Такая окраска раствора обусловлена присутствием хромата калия K₂CrO₄. При подкислении желтого раствора серной кислотой H₂SO₄ появляется оранжевая окраска, напоминающая цвет янтаря:

Водный раствор дихромата калия K₂Cr₂O₇ имеет оранжевый цвет. Наконец, добавляя к такому раствору пероксид водорода и диэтиловый эфир (C₂H₅)₂O, можно получить сложное пероксосоединение CrO(O₂)₂∙(C₂H₅)₂O, окрашивающее слой эфира в ярко-синий, «сапфирный» цвет.

Химик обнаружил в шкафу запечатанную банку без надписи с кристаллами зеленого цвета внутри. Сохранился лишь обрывок этикетки со словом «дихлорид». При контакте этих зеленых кристаллов с водой раствор оказался фиолетовым; потом из этой фиолетовой жидкости начали выделяться пузырьки газа, а спустя несколько секунд она стала зеленой. При смешивании раствора сульфата меди CuSO₄ с теми же зелеными кристаллами выделились крупинки металлической меди… Какой дихлорид был в банке?

Не так уж много дихлоридов имеет зеленый цвет. Это, во-первых, тетрагидрат хлорида железа FeCl₂∙4Н₂O, гексагидрат хлорида никеля NiCl₂∙6Н₂O, безводные дихлориды меди CuCl₂, иридия IrCl₂ и платины PtCl₂ и безводный дихлорид ванадия VCl₂. Дихлориды иридия и платины в воде практически нерастворимы, дихлориды железа, меди и никеля дают зеленый (для железа — быстро желтеющий на воздухе) водный раствор, газы при этом не выделяются. Значит, дихлорид ванадия? Действительно, зеленые кристаллы VCl₂ образуют фиолетовый раствор, из которого выделяется водород, а окраска раствора становится зеленой:

Очевидно, ванадий в степени окисления (+II) настолько сильный восстановитель, что выделяет водород даже из воды. Не удивительно, что он осаждает и медь Cu из раствора сульфата меди CuSO₄, превращаясь в хлорид оксопентаакваванадия(IV):

окрашивающего раствор в синий цвет.

Термин «дымящая красная азотная кислота» использовался вплоть до сороковых годов нашего века (см. 1.48). Это раствор диоксида азота NO₂ в азотной кислоте HNO₃. Он может быть получен как насыщением концентрированной азотной кислоты диоксидом азота, так и путем взаимодействия компонентов смеси, содержащей 2 моль нитрата натрия NaNO₃ и 1 моль серной кислоты H₂SO₄ при нагревании. Сначала при 100-110ºC, согласно уравнению

из смеси выделяется и перегоняется чистая азотная кислота HNO₃. Если повысить температуру до 150–170°С, то в реакцию вступает образовавшийся в растворе гидросульфат натрия NaHSO₄:

и одновременно большая часть азотной кислоты начинает разлагаться с выделением диоксида азота и кислорода:

Диоксид азота, растворяясь в первых порциях отгоняемой азотной кислоты, и сообщает ей красно-оранжевый цвет. Никакого другого красителя здесь нет.

Каждая хозяйка и каждый школьник знают: крахмал, на который попал иод, синеет. Почему?

Крахмал состоит из длинных полимерных молекул, построенных из фрагментов глюкозы:

и закрученных по спирали так, что глюкозные шестиугольники образуют длинный цилиндрический канал. Молекулы иода I₂ «забираются» в этот канал, превращаются в нем в линейные анионы [I₅]-, отрывающие от фрагментов глюкозы электроны и выстраивающиеся длинной цепочкой:

…[ I₂—I^-—I₂] … [I₂— I^-—I₂]…

Так образуется соединение включения, называемое иногда «канальным» соединением, оно-то и имеет синюю окраску.

Оба препарата применяются садоводами и огородниками для борьбы с возбудителями грибковых болезней плодовых, овощных и декоративных культур. Обе жидкости готовят добавлением к водному раствору сульфата меди CuSO₄∙5Н₂O (медного купороса, см. 1.47), либо порошка гидроксида кальция Ca(OH)₂ (гашеной извести, см. 323), либо карбоната натрия Na₂CO₃ (соды, см. 1.19–1.22):

В первой реакции образуется суспензия гидроксида меди Cu(OH)₂ и сульфата кальция CaSO₄, называемая «бордоской жидкостью», во второй — суспензия основного карбоната меди (CuOH)₂CO3, получившая название «бургундской жидкости».

При горении парообразного цинка на воздухе появляется сине-зеленое пламя и образуются белые хлопья оксида цинка ZnO. В Средние века этот оксид называли «философской шерстью» из-за его волокнистого строения и способности участвовать во многих не всегда понятных реакциях.

Оксид цинка в виде белого порошка используется для приготовления цинковых белил. Однако, применяя эту краску, помните, что оксид цинка при нагревании желтеет, правда, при охлаждении желтизна медленно исчезает. Кстати, если в краску, наряду с оксидом цинка, добавить карбонат цинка ZnCO₃ (тоже белое вещество), то краска приобретет свойство антипирена, огнезащитного вещества: при сильном нагреве начнется ее разложение с выделением диоксида углерода CO₂:

который препятствует распространению огня.

Посетители реставрационной мастерской увидели, как художник-реставратор протирал мокрым тампоном очень темную картину. По мере обработки чернота исчезала, а краски приобретали яркость и свежесть.

Старые мастера писали картины, добавляя в свинцовые белила различные пигменты. Свинцовые белила (см. 1.14) содержали основный карбонат свинца Pb(OH)₂∙2PbСО₃, который очень прочно связывается с маслом и среди всех белых красок обладает наибольшей кроющей способностью. Недостатком таких белил является их свойство постепенно темнеть на воздухе из-за образования черного сульфида PbS (атмосферный воздух всегда содержит следы сероводорода):

При обработке потемневших картин пероксидом водорода H₂O₂ черный сульфид свинца превращается в белый сульфат свинца PbSO₄, и картине возвращается ее прежний облик:

Сульфид свинца — непримечательный осадок бурого цвета. Но можно выделить его из раствора свинцовой соли с получением зеркальной поверхности.

Свинцово-сульфидное зеркало получают, используя любую растворимую соль свинца, например нитрат свинца Pb(NO₃)₂ или ацетат Pb(CH₃COO)₂, гидроксиды натрия NaOH или калия KOH и тиокарбамид CS(NH₂)₂. При действии избытка NaOH на нитрат свинца в водном растворе образуется гексагидроксоплюмбат натрия:

Если к такому раствору добавить тиокарбамид и равномерно нагревать, то вскоре можно почувствовать запах аммиака NH₃:

В тщательно вымытом и обезжиренном реакционном сосуде (пробирка, колба) сульфид свинца осаждается на стекле зеркально блестящим слоем.

Интересно, что в тонком (не более 1∙10^-3 мм) слое сульфид свинца PbS является фотосопротивлением: электропроводность такого слоя при освещении резко возрастает.

Существуют ли ионы, несущие одновременно и положительный, и отрицательный заряд?

Такие ионы называют биполярными, или цвиттер-ионами. В частности, простейшая из аминокислот, а-аминоуксусная кислота H₂NCH₂COOH при pH 5,97 превращается в биполярный ион H₃N⁺CH₂COO^- за счет переноса протона к атому азота. В кислом растворе (рН < 7) такой ион становится основанием, акцептором протонов:

В щелочной среде (pH > 7) биполярный ион оказывается кислотой, выделяя протон:

«Белая сажа», которую широко применяют в резиновой промышленности вместо черной сажи (углерода) при получении бесцветных резин, — это порошкообразный диоксид кремния SiO₂. А «белый графит» получают, обрабатывая обычный темно-серый графит фтором. При 375° C образуется полидикарбонмонофторид (C₂F)_n, а при 600°С — полимонокарбонмонофторид (CF)_n. Оба соединения сохраняют структуру графита, его термостойкость и низкий коэффициент трения, однако первое малоэлектропроводно, а второе — вообще электрический изолятор (чем они и отличаются помимо цвета от обычного графита, хорошо проводящего электричество).

Предполагают, что в 1903 г. русский химик М. Филиппов создал химический лазер. Вот как пишет о нем поэт Л. Мартынов:

Летом 1903 г. химик и писатель Михаил Михайлович Филиппов был найден в своем доме бездыханным. Причина его смерти до сих пор остается тайной, а созданный им аппарат и рукописи исчезли. Филиппов, судя по отрывочным сведениям, видимо, создал химический лазер на основе нитрида трихлора Cl₃N — очень взрывчатой жидкости. Капелька Cl₃N, падая на доску толщиной 7 см, взрывается, пробивая ее насквозь. При этом в больших количествах выделяется лучистая энергия. По словам очевидцев и документам департамента полиции, опасавшегося, что Филиппов взорвет на расстоянии Зимний дворец, в созданный им аппарат входили большая колба с посеребренным дном и катушка Румфорда, что-то напоминающее телефонный аппарат с большим кристаллом хлорида натрия NaCl. Видели толстые доски, прожженные, будто кто-то их проткнул раскаленным гвоздем. На одной из них сохранилась надпись «10 шагов». Кто-то видел, как из окна кабинета Филиппова вылетал слабо мерцающий луч, и затем загорались деревянные строения, предназначенные к сносу. Считают, что Филиппов взрывал пары Cl₃N, которые вспыхивают красно-оранжевым пламенем (источником лучистой энергии вспышки служат возбужденные молекулы хлора). О том, что изобретение Филиппова — не выдумка, писал и Менделеев. Кстати, могилы Менделеева и Филиппова находятся на Волховом кладбище рядом. Не были ли химик Филиппов и изобретенный им аппарат реальными прототипами инженера Гарина и его гиперболоида в одноименном романе А. Н. Толстого?

Свечи стали бездымными только после 1825 г., когда Шёврель (см. 2.39) положил начало новой отрасли в промышленности — производству стеариновых свечей. До этого применяли сильно чадящие сальные свечи, издающие неприятный запах. Правда, восковые свечи (из пчелиного воска) не коптили, издавали приятный аромат, но стоили дорого. Стеариновые же свечи горят очень светлым пламенем и почти не образуют дыма и копоти. Стеарин — это смесь стеариновой CH₃(CH₂)₁₂COOH, пальмитиновой CH₃(CH₂)₁₄COOH и небольшого количества других органических кислот (см. 3.27). Шёврель впервые выделил эти кислоты, омыляя сначала жир (сало) гидроксидом натрия NaOH или гидроксидом кальция Ca(OH)₂, а затем разлагая полученное «мыло» хлороводородной или серной кислотами. При этом стеариновая и пальмитиновая кислоты выделялись в виде белого, жирного на ощупь вещества.

Летом 1837 г. в России было создано Московское общество по выработке стеариновых свечей, открывшее первый свечной завод. Император Николай I назначил графа Строганова попечителем общества, освободив завод от уплаты налога на шесть лет. Позднее стеариновые свечи были заменены парафиновыми. Стеариновые свечи создали новую эру в истории освещения.

Если эта кислота органическая — может. Например, безводная уксусная кислота CH₃COOH (см. 1.50) загорается при контакте с твердым пероксидом натрия Na₂O₂:

Пероксид натрия — сильный окислитель, а уксусная кислота — восстановитель. В приведенной реакции выделяется значительное количество энергии в форме теплоты. Если 80%-ю уксусную кислоту нагреть в пробирке до кипения, то ее пары можно поджечь спичкой; при горении образуются длинные языки слабо светящего пламени:

C прекращением нагрева пробирки и образования паров горение заканчивается.

Во время второй мировой войны польские партизаны обнаружили подземный завод, производивший топливо для немецких ракет, обстреливавших Лондон. Этим топливом оказался гидразин.

Гидразин H₂N—NH₂ (или N₂H₄) — бесцветная, довольно вязкая жидкость, дымит на воздухе и имеет запах, похожий на запах аммиака. Гидразин склонен к самовоспламенению и гигроскопичен, образует взрывоопасные смеси с воздухом, очень ядовит. Это сильный восстановитель: оксиды многих металлов — железа, хрома, меди — при контакте с ним реагируют столь бурно, что избыток гидразина воспламеняется и горит синим или фиолетовым пламенем. Кроме того, под действием этих оксидов идет каталитическое разложение гидразина на азот N₂ и аммиак NH₃:

Благодаря огромному тепловыделению в ходе реакции горения гидразина и большому объему газообразных продуктов:

он и использовался как компонент ракетного топлива.

Можно ли представить себе автомобиль, работающий на металлическом сплаве или на гидриде металла?

Подобные проекты высокоэффективного и, главное, экологически чистого (не загрязняющего окружающую среду) «водородного» автомобиля уже разработаны. Гидриды лития LiH и кальция CaH₂ разлагаются водой с выделением водорода (см. 6.21):

Подсчитано, что запас гидрида кальция, эквивалентный по получаемой в водородном двигателе энергии сорокалитровому запасу бензина, равен 98 кг (см. 6.21).

Установлено, что лантано-никелевый сплав, отвечающий соединению LaNi₅, способен поглощать значительное количество водорода и выделять его при сравнительно слабом нагреве. Такого рода сплавы также начинают применять в водородных двигателях.

Начиная с 1934 г. в Германии был наложен запрет на все публикации, связанные с пероксидом водорода. Как вы думаете, почему?

Свойства высококонцентрированных водных растворов пероксида водорода H₂O₂ своеобразны: они мгновенно воспламеняют органические вещества, многие металлы, а возникший огонь бывает невозможно потушить даже песком или с помощью огнетушителя, так как пероксид водорода является сильнейшим окислителем, и горение идет даже без доступа воздуха. Значит, можно использовать H₂O₂ как окислитель там, где кислорода на окисление топлива не хватает — например, для двигателей подводных лодок. Так пероксиду водорода пришлось принять псевдонимы «аурол», «оксилин», «топливо Т» и «перейти на нелегальное положение», т. е. по военному ведомству. Разложение пероксида водорода в присутствии катализаторов-перманганатов натрия или кальция [NaMnO₄ или Ca(MnO₄)₂] — по реакции

(«холодный процесс») или взаимодействие H₂O₂ с органическим топливом с разогревом до 2000° C («горячий процесс») позволило разработать высокоэффективные энергетические установки не только для подводных лодок, но и для самолетов, а позже и для ракет ФАУ-1 и ФАУ-2 (см. 6.23–6.25).

«Сухой спирт» — это смесь уротропина [гексаметилентетрамина (CH₂)₆N₄] с небольшим количеством парафина. Уротропин называют еще гексамином, уризолом или метенамином. Его получают выпариванием в вакууме смеси формальдегида HCHO и аммиака NH₃:

Впервые это вещество синтезировал Бутлеров (см. 2.33) еще в 1860 г. Это белое кристаллическое вещество со сладковатым вкусом, при горении дает желтовато-голубое пламя (как этиловый спирт), причем золы после сгорания не остается: все продукты горения газообразны:

К настоящим спиртам уротропин не имеет никакого отношения. Как горючее сухой спирт очень удобен: легко воспламеняется, легко гаснет, если закрыть его металлическим колпачком или тиглем. Поэтому его применяют в лабораториях, в турпоходах (в том числе для разжигания костра). При хранении надо беречь его от влаги.

Август-Вильгельм Гофман (1818–1892) — немецкий химик-органик, президент Лондонского и Немецкого химических обществ — каждый раз на лекции о бензоле говорил одно и то же: «Бензол обладает специфическим запахом. Одна моя знакомая дама как-то сказала, что он пахнет стираными перчатками».

На очередной лекции один из студентов, знавший эту шутку профессора, выкрикнул слова «стираными перчатками» еще до того, как Гофман успел их произнести. Профессор удивленно взглянул на студента и спросил: «Вы тоже знакомы с этой дамой»?

Бензол — бесцветная жидкость, легко горючая (см. 9.21), с характерным запахом, отвечающая формуле C₆H₆, содержит в структуре так называемое ароматическое ядро, или бензольное кольцо.

Название графита — неметаллического простого вещества — происходит от итальянского «граффитто» — пишу, рисую. А какими металлами можно писать?

В античной древности для этой цели использовали свинцовые или серебряные палочки. Пригоден для письма или рисования и дисульфид молибдена MoS₂ — минерал молибденит. Кстати, из-за этого свойства сульфида молибдена элемент молибден Mo получил «чужое» имя: «молюбдос», по-гречески означает «свинец», пригодный для письма.

Свинцовый карандаш известен больше других: в немецком языке слово «блайштифт» («свинцовый стержень»), обозначающее карандаш, сохранилось до сих пор. Однако бледно-серый цвет свинцового карандаша был слишком слабым. Более темную черту оставлял штифт (стержень) «из двух частей свинца и одной части прокованного молотком олова». Линия со временем под действием кислорода воздуха темнела, но легко удалялась с пергамента мякишем хлеба или пемзой. Серебряный штифт, доступный только богатым людям, давал темно-серую черту, которая коричневела с течением времени и не стиралась. Сохранились серебряные рисунки Леонардо да Винчи, Альбрехта Дюрера, Луки Кранаха — гениальных художников эпохи Возрождения. Тогда же появились и угольные карандаши-штифты, которые требовали предварительной обработки бумаги раствором клея-гуммиарабика. Родина графитового карандаша — тоже Итглия, Пьемонт. А в Париже изобрели «бархатный соус» — карандаш на основе белой глины и ламповой сажи. Позже Леонардо да Винчи нашел сангину — «красный мел», природный каолин, окрашенный оксидами железа. Следующее изобретение снова пришло из Франции — пастель, мел с добавками различных пигментов…

Знаете ли вы, что некоторые металлы, например цинк, кадмий, магний и алюминий, обладают свойством оставлять металлические следы на стекле?

Самый прочный след оставляет алюминий Al, особенно если смочить стекло заранее несколькими каплями раствора ортосиликата калия K₄SiO₄. Если вы будете пользоваться этим способом, не забудьте очистить стекло от грязи и жира смесью измельченного карбоната калия K₂CO₃ (или мела — карбоната кальция CaCO₃) со спиртом C₂H₅OH. Алюминиевая надпись не удаляется механическим путем и при обработке кислотами.

Своеобразный способ определения качества материала на слух применительно к сере не устарел и сейчас: «трещит» только сера S, содержащая не более 1% примесей. Характерный треск («оловянный крик») отличает белое олово Sn. Этот треск слышен при сгибании бруска или прутка металла.

Соединение необычного состава S₄N4 (нитрид серы), полученное взаимодействием жидкого аммиака NH₃ с серой:

оказалось сильным взрывчатым веществом, поэтому и приходится хранить его под слоем бензола. Если разлагать S₄N₄ при высоком давлении, то образуются обычная сера S₈ либо волокнистая полимерная сера S_x. В том и в другом случае в продукте замечали темные прожилки так называемой «черной серы», нерастворимой в сероуглероде.

Интересно, что сера S₈ — это простейший пример вещества-электрета, на поверхности которого долгое время сохраняются электрические заряды. Чтобы получить эти заряды, пластинку кристаллической серы нагревают, а потом медленно охлаждают в сильном электрическом поле.

О каких соединениях серы упоминал А. С. Пушкин в стихотворении 1832 г.:

Конечно, здесь речь идет о сероводороде H₂S, известном своим отвратительным запахом, и диоксиде серы SO₂, который с глубокой древности использовали для дезинфекции (окуривание горящей серой).

Почему красный фосфор при хранении на воздухе становится влажным?

Красный фосфор при хранении медленно окисляется с образованием декаоксида тетрафосфора:

а образующийся оксид гигроскопичен, т. е. активно поглощает влагу из воздуха:

(кстати, на этом его свойстве и основано использование P₄O₁₀ как осушителя газов и в химических реакциях в качестве водоотнимающего средства). Так как увлажненный красный фосфор содержит примесь метафосфорной кислоты, то для очистки его следует просто промыть водой или, еще лучше, водным раствором карбоната натрия Na₂CO₃, который нейтрализует тетраметафосфорную кислоту:

Применять раствор гидроксида натрия NaOH для этой операции не рекомендуется, так как фосфор с ним реагирует с образованием фосфина PH₃ и д и гидроортофосфата натрия:

После промывки фосфор высушивают в атмосфере сухого азота N₂ или диоксида углерода CO₂, что предотвращает его дальнейшее окисление.

Двое мальчишек забрались ночью на старое кладбище посмотреть на привидение, о котором давно говорили в их деревне. Когда их глаза привыкли к темноте, то они увидели, как вспыхнул и погас огонек на одной могиле, затем он появился на другой, потом на третьей. Мальчики застыли в ужасе.

Появление блуждающих огней на старых кладбищах и болотах вызвано воспламенением на воздухе выделяющихся гидридов фосфора: дифосфана P₂H₄ и фосфина PH₃ (см. 5.72). Эти газы образуются при разложении органических соединений, содержащих фосфор. На воздухе дифосфан самовоспламеняется и зажигает фосфин:

Продуктом их сгорания является декаоксид тетрафосфора P₄O₁₀, который при взаимодействии с влагой воздуха образует мельчайшие капельки тетрамегафосфорной кислоты, дающие неясные, размывающиеся белые контуры «приведения»:

Карбин, одна из аллотропных форм существования углерода, представляет собой линейный полимер. Две его модификации белого цвета содержат ацетиленовые (α-карбин) и этиленовые (β-карбин) фрагменты:

H(—C≡C—C≡C—)_nН,

Н₂(—С=С=С—)_nН2.

На воздухе карбин, как и остальные аллотропные формы углерода, при нагревании окисляется и сгорает, превращаясь в диоксид углерода CO₂. А без доступа воздуха при высокой температуре углеродные цепи принимают гексагональную шестиугольную конфигурацию, и атомы углерода по-разному располагаются относительно двойной и тройной связей. Считают, что в этих условиях может существовать по крайней мере восемь разных форм карбина, различающихся по физическим свойствам. Эти формы устойчивы при температуре от 2700 до 3600°C. Кстати, графит, если его расплавить под сверхвысоким давлением, превращается в бесцветную текучую жидкость состава

содержащую фрагменты α-карбина.

Концентрированная ортофосфорная кислота — это вязкая и липкая масса. Иногда, для проведения специальных синтезов, нужен тонкоизмельченный порошок ортофосфорной кислоты H₃PO₄. Как его получить?

Большинство веществ при сильном охлаждении становятся хрупкими. Ортофосфорная кислота при температуре жидкого азота тоже превращается в твердую и хрупкую массу, которая легко растирается в мелкий порошок.

Четыре модификации углерода — графит, алмаз, карбин и лонсдейлит — имеют кристаллическое строение. Графит и алмаз знают все. Карбин известен многим (см. 5.74). Четвертая разновидность кристаллического углерода «лонсдейлит» мало кому известна. Он обнаружен в метеоритах и получен искусственно, а строение его еще изучается. Сажу, кокс, древесный уголь относили к аморфным полимерам углерода. Однако теперь стало известно, что это тоже кристаллические вещества. Кстати, в саже обнаружили блестящие черные частицы, которые назвали «зеркальным углеродом». Зеркальный углерод химически инертен, термостоек, непроницаем для газов и жидкостей, обладает гладкой поверхностью и абсолютной совместимостью с живыми тканями. Особенно ценным является последнее. А структура зеркального углерода очень сложна и включает пачки из ленточных полимерных фрагментов, особым образом упакованных и перекрученных в пространстве.

Графит в чистом виде не только не спаивается, но и не плавится. Однако на практике бывают случаи, когда требуется соединение деталей из графита. Для этого рекомендуют воспользоваться химической реакцией образования карбида алюминия Al₄C₃:

В графитовый шов помещают прокладку из алюминия, а затем соединяемые детали сдавливают и нагревают место стыка до температуры, при которой алюминий и графит вступают в реакцию (около 1800° С). Образующийся карбид алюминия прочно соединяет («сращивает») детали, и тогда температуру повышают еще на 500° С. При 2300° C карбид алюминия распадается, а детали соединяются исключительно прочно.

Жидкий водород — самая легкая из жидкостей. Литр его весит всего 70 г, почти в 15 раз меньше, чем литр воды.

Твердый водород — это самое легкое твердое вещество на Земле. При температуре -260° C его плотность около 0,076 г/см³. А самое тяжелое вещество — осмий (плотность 22,48 г/см³). Значит, твердый водород легче твердого осмия в 296 раз (см. 4.48).

В число наиболее плотных веществ входит и платина (см. 10.14).

…Однажды в ювелирную мастерскую француза Пьера-Франсуа Шабано при дворе испанского короля Карла III в Мадриде зашел некий маркиз Аранда, чтобы приобрести платиновые изделия. На столе ювелира стоял кованый платиновый кубик со стороной около 10 см. Старый маркиз хотел приподнять его, но не смог. «Вы смеетесь надо мной, — обиделся вельможа. — Платина приклеена чем-то к столу!». Но нет, кубик не был приклеен, просто он был слишком тяжел: его масса составляла 21,5 кг!

Тяжелые жидкости применяют для разделения твердых порошкообразных веществ или для определения их плотности так называемым иммерсионным (погружным) методом. Одна из первых тяжелых жидкостей, примененных для этих целей, — раствор Туле с плотностью 3,2 г/см³, названный так по имени предложившего его в 1878 г. французского ученого. Это концентрированный водный раствор тетраиодомеркурата калия K₂[HgI₄], полученного растворением иодида ртути HgI₂ в избытке концентрированного раствора иодида калия KI:

В 1883 г. немецкий химик К. Рорбах предложил использовать вместо калиевой соли бариевую: плотность насыщенного водного раствора Ba[HgI₄] составляет 3,6 г/см³. Самые тяжелые из водных растворов получены в 1907 г. итальянцем Э. Клеричи. Это концентрированные растворы формиата таллия HCOOTl и малоната таллия CH₂(COOTl)₂, получающиеся в результате взаимодействия карбоната таллия с муравьиной кислотой HCOOH или с малоновой кислотой CH₂(COOH)₂ в водном растворе:

Формиат и малонат таллия обладают исключительно высокой растворимостью в воде. Например, в 100 г воды можно растворить более 500 г формиата таллия, при этом плотность получаемого раствора составляет от 3,40 г/см³ при 20° C до 4,76 г/см³ при 90° С. А раствор, содержащий смесь обеих солей в соотношении один к одному по массе, может достигать плотности 4,324 г/см³ при 20° C и даже 5,0 г/см³ при 95° С. В таком растворе не тонут барит BaSO₄, кварц SiO₂, корунд Al₂O₃ и другие минералы.

Свойства жидкого углерода до сих пор не изучены из-за экстремальности условий его существования. Проблему удалось решить только с помощью суперкомпьютера расчетным путем. Жидкое состояние, как выяснилось, должно существовать для углерода при температуре выше 4500 К и относительно низком давлении, углерод при этом состоит из трех- и пятиатомных «молекул» и должен иметь металлическую электропроводность. Экспериментального подтверждения результаты расчета пока еще не получили…

Подвергнув высокому давлению замороженный ксенон Xe, удалось превратить его в металл. А при очень низкой температуре (около -266° С) ксенон оказался сверхпроводником: электрическое сопротивление его упало до нуля.

Гелий — наиболее легкий после водорода газ (см. 4.32). Он не образует соединений ни с одним химическим элементом. Гелий — самое химически инертное вещество на Земле. Его легкость и инертность используются в создании воздухоплавательных аппаратов. Во время первой мировой войны более 40 немецких дирижаблей, наполненных водородом, сгорело от зажигательных снарядов. Но однажды в дирижабль, сбрасывавший бомбы на Лондон, попал зажигательный снаряд. Дирижабль не вспыхнул, а медленно, истекая каким-то газом, улетел обратно, вызвав переполох в секретных службах Англии. Как выяснилось позже, он был наполнен гелием. Задолго до войны немецкие пароходы, возившие товары в Индию и Бразилию, возвращались обратно, нагруженные монацитовым песком как балластом. Песок содержал радиоактивный элемент торий Th и, следовательно, был гелиевым сырьем. Известно, что земной гелий образуется при радиоактивном распаде атомов урана, тория и некоторых других радиоактивных элементов. Поэтому He накапливается в минералах, подземных водах и газах (см. 9.23). Из монацита и получали He для наполнения дирижаблей. Кроме того, в Германии He добывали из воды минерального источника Наугейм, дававшего до 70 м³ газа в сутки.

Жидкий гелий — самая холодная из всех известных жидкостей. Ее температура кипения — 269° С.

Это неорганический полимер, сополимер карбидов гафния и титана состава (HfC∙4TiC)_n. Он начинает плавиться только при 4215°C! Среди металлов самым тугоплавким остается вольфрам W (температура плавления 3387°C).

Давно известно свойство водорода резко усиливать коррозию металлов и сплавов: это вещество чрезвычайно агрессивно, особенно когда его атомы отщепляют свой единственный электрон и превращаются в положительно заряженные ионы — протоны H⁺. В сто тысяч раз меньшие по размерам, чем любые другие катионы, протоны легко проникают в мельчайшие, едва зарождающиеся трещины и, соединяясь со свободными электронами, переходят снова в молекулярное состояние. Образовавшийся водород H₂ расширяет трещины подобно клиньям. Как избавиться от этого вредного явления?

Если в состав металла или смазки входит медь Cu, то тончайшая пленка металлической меди, образующаяся на поверхности трущихся деталей, препятствует развитию коррозии: металлическая медь не пропускает ионов водорода. Поэтому рекомендуется натирать детали составом, содержащим хлорид меди CuCl₂ и глицерин CH(OH)(CH₂OH)₂: пленка меди при этом становится плотнее. Другой способ — приработка трущихся поверхностей в присутствии металлсодержащих смазок, содержащих молибден Mo, бор В, кобальт Со, ванадий V и другие металлы.

Палладий, казалось бы, прочный металл из семейства платины, но удержать в нем водород не удастся. Водород будет растворяться в металлическом палладии Pd. При комнатной температуре 1 см³ палладия в состоянии поглотить около 800 см³ (0,8 л) водорода. Сосуд при этом будет разбухать и давать трещины. Если же сосуд с водородом нагревать, то водород начнет протекать через трещины как вода сквозь решето. При 240° C за одну минуту 1 см² стенки палладиевого сосуда толщиной 1 мм пропустит до 40 см³ водорода. Чем выше температура, тем больше проницаемость палладия для водорода (см. 4.52).

Какое вещество искрится при кристаллизации?

Чтобы наблюдать это явление, надо смешать сульфаты калия K₂SO₄ и натрия Na₂SO₄ в молярных количествах, отвечающих реакции

и затем к полученной смеси кристаллических солей добавлять порциями горячую воду. Когда все кристаллы растворятся, раствор следует оставить в темноте для охлаждения и кристаллизации. Скоро раствор, начнет искриться, при 60°С — слабо, а по мере охлаждения — все сильнее и сильнее. Когда кристаллов Na₂SO4∙K₂SO4∙10H₂O выпадет много, вы увидите целый сноп искр.

Если провести стеклянной палочкой по кристаллам, находящимся под маточным раствором, то снова появляются искры.

Свечение и искрообразование вызваны тем, что при кристаллизации соли выделяется большая энергия, почти полностью превращающаяся в световую.

Как описано в Библии (Дан. V, 26, 28), во время пира вавилонского царя Валтасара на стене дворца появилась рука, написавшая непонятные присутствовавшим слова: «Мене, мене, текел, упарсин». Иудейский пророк Даниил, расшифровав эти слова, предсказал гибель Валтасара, что вскоре и произошло.

Если растворить белый фосфор в дисульфиде углерода CS₂ (см. 1.30) и полученным концентрированным раствором нарисовать на мраморной стене руку, а за ней — слова, то можно наблюдать сцену, подобную пересказанной в Библии. Раствор фосфора в дисульфиде углерода бесцветен, поэтому рисунка сначала не видно. По мере испарения CS₂ белый фосфор выделяется в виде мельчайших частиц, которые начинают светиться и, наконец, вспыхивают — самовозгораются:

при сгорании фосфора рисунок и надпись исчезают; продукт горения — декаоксид тетрафосфора P₄O₁₀ — переходит в парообразное состояние и с влагой воздуха дает ортофосфорную кислоту:

которая наблюдается в виде небольшого облачка сизого тумана, постепенно рассеивающегося в воздухе.

Можно добавить небольшое количество белого фосфора в застывающий расплав воска или парафина. Если куском застывшей смеси сделать надпись на стене, то в сумерках и ночью можно ее увидеть Светящейся. Воск и парафин защищают фосфор от быстрого окисления и увеличивают продолжительность его свечения.

Однажды, как рассказывает Библия (Исх. III, I), пророк Моисей пас овец и увидел, «что терновый куст горит огнем, но не сгорает».

Среди синайских песков растет кустарник диптам, который в тех местах зовут «кустом Моисея». В 1960 г. польские ученые вырастили это растение в заповеднике, и в один из жарких летних дней оно действительно «загорелось» голубовато-красным пламенем, оставаясь при этом само невредимым. Исследования показали, что кустарник диптам выделяет летучие эфирные масла. В тихую безветренную погоду концентрация этих легколетучих масел в воздухе вокруг куста резко увеличивается; под действием прямого солнечного света они загораются и быстро сгорают с выделением энергии в основном в форме света. А сам куст остается целым и неповрежденным.

Легковоспламеняющихся веществ такого рода известно много. Так, дисульфид углерода CS₂ (в обычных условиях это бесцветная, очень летучая жидкость) в виде паров легко воспламеняется от любого нагретого предмета и сгорает светло-синим пламенем с такой низкой температурой, что в нем не обугливается бумага (см. 1.30).

Фокусник слил в сосуд два бесцветных раствора и как только смесь начала пениться, погасил свет. Зрители увидели отчетливое оранжевое свечение.

Фокусник прилил к водному раствору гидрохинона C₆H₄(OH)₂, дополнительно содержавшему карбонат калия K₂CO₃ и формальдегид НСНО, концентрированный водный раствор пероксида водорода H₂O₂. В сосуде начались окислительно-восстановительные реакции с превращением гидрохинона в хинон C₆H₄(O)₂ и формальдегида в муравьиную кислоту НСООН. Одновременно протекала реакция взаимодействия K₂CO₃ с образующейся муравьиной кислотой; при это выделялся газообразный диоксид углерода CO₂, который вспенивал раствор:

Энергия, выделяющаяся в окислительно-восстановительных реакциях, почти полностью превращается в световую, чем и обусловлено оранжевое свечение раствора.

В сущности, любая химическая реакция уже необычна и таинственна как сама жизнь. Разве можно привыкнуть к тому, что одно вещество превращается в другое? И все же многие из таких превращений стали обыденными: сталкиваясь с ними ежедневно, мы уже над ними не задумываемся. Другие же превращения по-прежнему удивляют и поражают воображение. Речь в этом разделе пойдет и о курьезах, которые позволяют химикам проявить присущее им чувство юмора.

Шел XVII век. Монастырь. Молодому монаху было поручено приготовить красную краску «скарлет». В соответствии с рецептом он взял водный раствор нитрата ртути Hg(NO₃)₂ и прилил к нему раствор иодида калия KI. Монах увидел, как раствор сначала стал красным, а затем прозрачным и бесцветным. Никакого красного осадка «скарлета» не образовалось. Объяснив происшедшее «дьявольским наваждением», монах бросил работу и стал молиться.

Красный осадок иодида ртути (краска «скарлет»), малорастворимый в воде, образуется только при смешивании строго стехиометрических количеств реагентов, отвечающих реакций

Вероятно, монах вылил в сосуд с раствором нитрата ртути весь раствор иодида калия, рассчитанный на несколько синтезов. Поэтому образовавшийся вначале осадок иодида ртути HgI₂ стал тотчас же взаимодействовать с избытком иодида калия, образуя прозрачный раствор тетраиодомеркурата калия (см. 5.80):

Однажды лаборант, вынув из сейфа банку с сильнейшим ядом — цианидом калия KCN, обнаружил, что крышка не закрыта, характерный слабый запах миндаля исчез, а объем содержимого банки несколько увеличился. Анализ показал, что в банке почти не осталось цианида калия.

В пропаже цианида калия «виноваты» диоксид углерода СО, (углекислый газ) и влага, которые всегда содержатся в атмосферном воздухе. Кристаллы цианида калия в открытой банке долго были в контакте с воздухом, гигроскопичный KCN поглощал влагу из воздуха и подвергался гидролизу:

Продукт гидролиза — гидроксид калия — вступал в реакцию взаимодействия с CO₂:

а легколетучий циановодород HCN выделялся в газообразном состоянии. Общая реакция взаимодействия KCN с воздухом:

Добавим, что HCN в воздухе постепенно окислялся:

и терял свою токсичность, а кислород воздуха действовал на оставшийся цианид калия и медленно превращал его в цианат калия:

Если бы воздух был слишком влажен, то в присутствии большого количества влаги могла бы произойти еще одна реакция, обусловленная разрывом связей углерод — азот в цианид-ионах:

с получением формиата калия HCOOK и аммиака NH₃.

У работницы химического цеха соскочило с пальца золотое кольцо и упало в аппарат с раствором цианида натрия NaCN. Сразу достать его не удалось, а на следующий день кольца в аппарате не нашли. Куда оно исчезло?

Золото взаимодействует с цианидом натрия в водном растворе в присутствии кислорода воздуха, превращаясь в дицианоаурат натрия:

Дицианоаурат натрия — хорошо растворимое бесцветное кристаллическое вещество. Приведенная реакция и является причиной исчезновения кольца.

В 1844 г. русский инженер Багратион (см. 5.22) предложил использовать эту реакцию для извлечения золота из бедных месторождений. После обработки золотоносной породы водным раствором NaCN с продувкой воздуха получают раствор Na[Au(CN)₂], в который затем добавляют избыток цинковой пыли:

Осадок смеси золота и цинка промывают разбавленной хлороводородной кислотой, переводящей цинк в хлорид цинка:

После удаления раствора и промывки осадок представляет собой чистое золото (см. 10.13).

У начинающего лаборанта приключилась целая серия неудач: поставил он в сушильный шкаф вещество, включил нагрев… приходит, открывает шкаф, а там — пустая чашка, вещества как не бывало. Решил он перекристаллизовать соль, стал добавлять ее к кипящей воде, израсходовал все запасы соли, а насыщенного раствора так и не получил. Стал охлаждать раствор, но кристаллы так и нс выпали. Отчаявшись, выпарил раствор досуха и… увидел пустую чашку.

Вещество, без остатка разложившееся в сушильном шкафу, — это, вероятно, был гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃, который даже при комнатной температуре разлагается, а все продукты его разложения газообразны:

Особенно быстро идет разложение в присутствии следов влаги и при нагревании (см. 5.4).

Соль, которую не удалось перекристаллизовать, — нитрит аммония NH₄NO₂. При нагревании раствора этого вещества в воде идет разложение:

Эту реакцию используют в лаборатории для получения чистого азота. Правда, для того чтобы избежать возможного перегрева и взрыва, к нитриту аммония добавляют хлорид аммония NH₄Cl (см. 5.3).

Между прочим, в кипящей воде разложение нитрита аммония с выделением газообразного азота может пройти незамеченным.

На экзамене студенту задали вопрос: «Какое вещество образуется при взаимодействии аммиака NH₃ с диоксидом углерода СO₂?» Студент ответил, что продуктом реакции будет карбонат аммония (NH₄)₂CO₃, однако экзаменатор признал ответ неудовлетворительным. Почему?

Карбонат аммония образуется только при взаимодействии аммиака и диоксида углерода в присутствии воды:

Сухие же газы реагируют между собой с образованием в обычных условиях карбамината аммония — соли карбаминовой кислоты NH₂COOH:

Если эту реакцию проводить при высокой температуре и большом давлении, то продуктом реакции будет уже карбамид (мочевина):

Карбаминат аммония при растворении в воде превращается в карбонат аммония:

Порошок карбоната аммония при стоянии на воздухе в открытых сосудах постепенно выделяет аммиак NH₃ и переходит в гидрокарбонат аммония (см. 6.4):

Странное сражение: большинство уступает меньшинству в битве за овладение азотом!

Если действовать хлором Cl₂ на концентрированный водный раствор хлорида аммония NH₄Cl, то в кислой среде при pH < 4 образуется нитрид трихлора Cl₃N, выделяющийся в виде желтых маслянистых, капель, взрывающихся при нагревании или ударе (см. 5.58). В среде, близкой к нейтральной, при pH 5–8, продуктом реакции является хлоримин NHCl₂ — вещество, не выделенное в индивидуальном состоянии и существующее только в растворе в указанном интервале значений водородного показателя. В щелочной среде при pH > 8,5 получается хлорамин NH₂Cl — бесцветная маслянистая жидкость с резким запахом.

Может ли при добавлении кислоты к раствору соли выделиться гидроксид металла?

На первый взгляд подобное событие кажется совершенно невероятным. Однако вспомним, что гидроксиды некоторых металлов амфотерны и растворимы в избытке щелочи — скажем, гидроксида калия КОН. При этом образуются комплексные соли (гидроксокомплексы) — например, гидроксобериллаты:

Это соединение устойчиво только в избытке КОН, а при осторожном подкислении раствора разрушается, образуя осадок гидроксида бериллия Be(OH)₂:

Правда, дальнейшее действие кислоты будет уже лишено «фантастических» особенностей и укладывается в обычную схему:

гидроксид металла + кислота = соль + вода или

Герои романа Жюля Верна «С Земли на Луну» Барбикен и его два спутника во время полета использовали для регенерации кислорода нагревание бертолетовой соли KClO₃, а для поглощения углекислого газа (диоксида углерода CO₂) — гидроксид натрия NaOH. Каким способом сейчас удаляют из воздуха замкнутых помещений (подводные лодки, космические корабли) образующийся при дыхании людей углекислый газ?

Разложение при нагревании триоксохлората калия KClO₃ (бертолетовой соли) протекает с выделением кислорода O₂:

а поглощение диоксида углерода CO₂ (углекислого газа) гидроксидом натрия приводит к образованию карбоната натрия Na₂CO₃:

В современных системах регенерации дыхательного воздуха и удаление CO₂, и возмещение убыли O₂ совмещены в одном процессе, протекающем без энергетических затрат:

В первом случае используют пероксид натрия Na₂O₂, а во втором — надпероксид натрия NaO₂.

При взаимодействии активных металлов с разбавленными кислотами выделяется водород:

Могут ли менее активные металлы, такие как ртуть или медь, вытеснять из кислот водород?

Общеизвестно, что и ртуть Hg, и медь Cu взаимодействуют с кислотами-окислителями, например с концентрированной серной H₂SO₄ и азотной HNO₃. При этом выделяется не водород, а оксиды серы (SO₂) или азота (NO₂):

Из кислот-неокислителей — разбавленной серной, хлороводородной и других — ртуть и медь не вытесняют водород, так как эти металлы в электрохимическом ряду напряжений стоят правее водорода и имеют положительный электродный потенциал. Однако выделение водорода все же будет наблюдаться, если взять для реакции бромистоводородную HBr или иодистоводородную HI кислоту:

Обратите внимание на продукты реакции: в обоих случаях получаем достаточно устойчивые комплексные соединения — дибромокупрат водорода H[CuBr₂] и тетраиодомеркурат водорода H₂[HgI₄]; катионы меди Cu⁺ и ртути Hg²⁺ в растворе оказываются в ничтожно малой концентрации, и электродный потенциал металла в таких условиях становится отрицательным.

А если комплексообразующий реагент приводит к образованию очень устойчивых комплексов, то выделение водорода может наступить и при взаимодействии с водой. Так, в присутствии цианид-ионов CN~ медь превращается в дицианокупратный комплекс KfCu(CN)₂], восстанавливая водород из воды:

Учтем также, что электродный потенциал меди в неводной среде может сильно отличаться от обычного значения. Например, в ацетонитриле CH₃CN он становится равным не +0,34 В (как в воде), а -0,28 В. Поэтому медь вытесняет водород из хлороводородной кислоты HCl в ацетонитрильном растворе, превращаясь в этих условиях в хлорид меди CuCl:

Известно, что соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, не подвергаются гидролизу. Всегда ли это так?

Если вести процесс гидролиза хлорида натрия NaCl в жестких условиях — при температуре 500° C и давлении 1 МПа, с применением воды в виде перегретого пара, — то хлорид натрия все же гидролизуется. Хлороводород начинает удаляться с паром, и парадокс становится явью:

Обменные реакции типа «соль + кислота = новая соль + новая кислота» идут до конца в том случае, если в результате реакции получается новая кислота, более слабая, чем исходная. Можно ли себе представить, чтобы слабая кислота вытесняла из соли… сильное основание?

На первый взгляд процесс такого рода кажется неправдоподобным. Однако борная кислота B(OH)₃ (см. 3.14) с весьма слабыми кислотными свойствами реагирует с фторидами щелочных металлов так:

В результате взаимодействия действительно выделяется сильное основание — гидроксид калия КОН. А происходит это потому, что сначала образуется трифторид бора BF₃:

а затем получается чрезвычайно прочный комплекс — тетрафтороборат калия K[BF₄]:

Есть целый ряд веществ, которые нельзя потушить струей CO₂ (углекислым газом). В первую очередь это смеси, содержащие твердый окислитель: для их горения не требуется кислород воздуха. Например, черный порох (смесь нитрата калия KNO₃ с серой и углем) горит за счет твердого окислителя — нитрата калия (см. 1.33 и 1.34):

Если загорелся металлический магний (калий, цезий, алюминий, лантан и т. п.), потушить пламя диоксидом углерода не удастся уже по другой причине — это вещество поддерживает горение перечисленных металлов:

Итак, если ваша работа может быть связана с активными металлами, припасайте для их тушения песок и асбестовое одеяло (см. 5.7, 10.27).

А если вы имеете дело с неметаллами? Некоторые из них тоже «неравнодушны» к диоксиду углерода. Так, водород с CO₂ реагирует уже при 200°C, если присутствует катализатор процесса — оксид меди CuO:

При нагревании с диоксидом углерода окисляются также бор B, кремний Si, фосфор P и углерод С:

Правда, эти реакции не переходят в горение с образованием пламени, но все же идут.

Под водой горит белый фосфор P₄ (см. 4.26). Если несколько его кусочков поместить в холодную воду, а затем нагреть смесь, чтобы фосфор расплавился, можно, пропуская в воду струю кислорода O₂, этот фосфор поджечь; он вспыхивает и горит, постепенно окрашиваясь в красно-фиолетовый цвет. Под водой протекают следующие реакции:

Первая реакция отвечает горению фосфора, вторая — образованию ортофосфорной кислоты H₃PO₄, а третья — превращению белого фосфора в красный (см. 5.72).

На воздухе, в обычных условиях, NO легко присоединяет кислород:

Но при температуре выше 500°C монооксид азота разлагается на азот и кислород с выделением энергии в форме теплоты. Поэтому при 900°C зажженный фосфор продолжает гореть в монооксиде азота, отнимая кислород и превращаясь в оксид фосфора с выделением азота:

Удивительный зеленый цвет пламени костра озадачил путешественников, остановившихся на ночлег. Как вы считаете, чем могла быть вызвана необычная окраска пламени?

Зеленая окраска пламени может быть обусловлена наличием примесей в топливе или материале очага. Зеленый цвет пламени сообщают соединения меди Cu, бария Ba и бора В.

Производные бора так и обнаруживают в испытуемом материале в химической лаборатории: для получения летучего борно-этилового эфира сначала добавляют к образцу этанол C₂H₅OH и серную кислоту H₂SO₄:

а потом поджигают смесь, которая горит красивым зеленым пламенем:

Возможно, под костром путешественников оказались борсодержащие минералы.

Сахар, или сахароза, C₁₂H₂₂O₁₁ (см. 1.61) в обычных условиях не горит. Если поднести к куску сахара зажженную спичку, то сахар будет плавиться, но не загорится. Но если на кусок сахара насыпать совсем немного пепла от сигареты или папиросы и снова поднести огонь, то сахар загорится синевато-желтым пламенем с небольшим потрескиванием:

Суть происходящего изменения в поведении сахарозы состоит в том, что зола табака, содержащая соли щелочных металлов, в основном карбонаты, катализирует процесс горения этого вещества. Считают, что главная роль здесь принадлежит катализатору карбонату лития.

Получение «фараоновых змей» — это очень эффектный опыт. Тиоцианат ртути Hg(NCS)₂ при поджигании дает желто-серый объемистый продукт горения, который принимает порой самую причудливую форму, подобную змее. Тиоцианат ртути разлагается на сульфид ртути HgS, нитрид углерода C₃N₄ и дисульфид углерода CS₂:

Дисульфид углерода сгорает, образуя диоксид серы SO₂ и диоксид углерода CO₂:

Кстати, подобный эффект можно получить, и не используя ядовитых солей ртути. Для этого надо смешать и растереть в ступке дихромат калия K₂Cr₂O₇, нитрат натрия NaNO₃ и сахар C₁₂H₂₂O₁₁. Затем смесь следует увлажнить и смешать с коллодием. Если теперь поджечь смесь с одной стороны, то вспыхивает едва заметный огонек и начинает «выползать» сначала черная, а после остывания — зеленая «змея»:

Если поджечь смесь дихромата аммония и нитрата аммония, то из нее начинает «выползать змея» зеленого цвета. При увеличении доли нитрата аммония «змея» растет медленнее. При нагревании дихромат аммония и нитрат аммония разлагаются:

но сначала влажный нитрат аммония плавится, скрепляет частицы зеленого оксида хрома Cr₂O₃, а затем уже начинает разлагаться с выделением газа — оксида диазота N₂O.

«Гремучая ртуть», или называемый теперь фульминат ртути, Hg(CNO)₂ много лет выполняла роль инициатора взрывов. Одно время она входила в состав «говардова пороха» — капсюльного состава в артиллерии. Алхимики еще во времена Авиценны (см. 1.2) были знакомы со взрывчатой способностью этого вещества. Но только английский химик Эдвард Говард (конец XVII в.) впервые детально изучил синтез и физико-химические свойства Hg(CNO)₂. Говард получал Hg(CNO)₂ прямым взаимодействием ртути Hg, азотной кислоты HNO₃ и этанола C₂H₅OH:

Разложение со взрывом Hg(CNO)₂ происходит даже при случайном касании, а тем более при ударе, трении, нагреве:

Интересно, что сильно увлажненный фульминат ртути взрывобезопасен.

Если прикоснуться горящей спичкой к кучке оранжево-красных кристаллов дихромата аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ произойдет нечто примечательное: начинается «извержение» маленького «вулкана». Из центра стремительно вылетают раскаленные докрасна частицы «пепла», размеры «вулкана» быстро увеличиваются.

Дихромат аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ содержит атомы азота в низшей степени окисления (III) и хрома — в высшей степени окисления (+VI). Между этими атомами при поджигании происходит внутримолекулярный обмен электронами:

или

Эта реакция является экзотермической, протекающей с большим выделением энергии. Раскаленные частицы и зеленоватый «пепел» — это частицы оксида хрома Cr₂O₃, выбрасываемые при разложении дихромата аммония газообразным азотом N₂.

Полки аэростатов заграждения блокадного Ленинграда обеспечивал водородом один из небольших химических заводов города, где добывали водород устаревшим железопаровым способом (см. 1.42). Водяной пар пропускали через раскаленное железо:

Водорода для наполнения аэростатов постоянно не хватало, и приходилось использовать походные армейские установки, в которых для получения водорода использовали взаимодействие аморфного кремния Si с гидроксидом натрия:

Воздух постоянно просачивался в наполненные водородом аэростаты. Когда концентрация водорода падала до 83%, аэростат уже становился взрывоопасным (смесь водорода и воздуха при соотношении 4:1 взрывается). Ленинградцы экономили водород как могли: ведь для производства каждого кубометра его требовались дефицитное топливо и реактивы; было даже предложено использовать отработанный водород как топливо для автомобильных двигателей.

Вещества типа гидридов дают возможность получить водород в полевых условиях (см. 5.62). Дополнительно потребуется только вода, но это, как правило, не проблема. Из 1 кг гидрида кальция CaH₂ или гидрида лития LiH (сухого вещества) можно получить 1,1–3,2 м³ водорода:

А каждый килограмм комплексного соединения — тетрагидридобората лития Li(BH₄)-дает 4 м³ водорода:

Хотя походные «патроны», снаряженные гидридами, довольно дороги, в перспективе их применение может оказаться весьма выгодным.

Известно, что магний Mg с водой не взаимодействует. Но сохранит ли он свою химическую инертность к воде, если его в виде стружки или порошка опустить в водный раствор трихлорида железа FeCl₂?

Магний не взаимодействует с холодной водой из-за образования на его поверхности тонкого слоя малорастворимого в воде гидроксида Mg(OH)₂:

Эта реакция, только начавшись, сразу же прекращается: тонкий и прочный слой гидроксида надежно защищает металл от воздействия воды. А из водного раствора трихлорида железа магний выделяет водород. Почему? Трихлорид железа в воде подвергается сильному гидролизу: сначала он полностью распадается на ионы:

а затем катионы железа образуют в воде аквакомплексы:

которые являются довольно сильными кислотами, выбрасывающими в раствор протоны H ⁺ (см. 3.11):

при этом протоны захватываются молекулами воды и превращаются в ионы оксония (H⁺ + H₂O = H₃O⁺ ). Эти ионы оксония взаимодействуют прежде всего с защитной пленкой гидроксида магния на поверхности металла:

«Обнаженный» металл взаимодействует уже и с ионами оксония, и с водой:

Два инженера-химика разговорились вечером около открытой емкости с пероксидом водорода, подготовленным для розлива в бутыли и отправки заказчику. Один из инженеров работал в цехе производства диоксида марганца. На другой день заводская лаборатория, проверившая качество пероксида водорода, установила, что бутыли заполнены водой, содержащей только примесь пероксида водорода.

Концентрированные водные растворы пероксида водорода H₂O₂ (техническое название «пергидроль») медленно разлагаются при хранении с выделением кислорода и образованием воды (см. 5.63):

Если же в пероксид водорода попадает хотя бы ничтожное количество диоксида марганца MnO₂, то реакция разложения сильно ускоряется. При этом сам MnO₂ не расходуется: он является лишь катализатором реакции. Можно полагать, что инженер из цеха диоксида марганца неосторожно отряхнул свою спецодежду, и следы диоксида марганца попали в емкость с пероксидом водорода. За ночь произошло почти полное разложение продукта. Хорошо, что это были лишь следы MnO₂: при более значительном количестве катализатора реакция разложения могла пойти очень бурно и привести к взрыву.

Знаете ли вы, что снежная (от таяния естественного снега) вода содержит больше пероксида водорода, чем дождевая вода после града или грозы, а дождевая вода после грозы — больше, чем обычная дождевая вода?

Пероксид водорода H₂O₂ образуется не только при взаимодействии водорода с влажным кислородом при электрическом разряде, но и при реакции воды с озоном O₃, который появляется во время грозы под действием электрических разрядов:

Чем больше концентрация озона в воздухе, тем выше содержание пероксида водорода в атмосферных осадках. Отметим, что при температуре ниже 0ºC пероксид водорода разлагается очень медленно (см. 6.25).

Что произойдет, если пламя горящего водорода направить на кусок льда?

При горении водорода на воздухе образуется не только вода:

но и пероксид водорода:

а из-за большого выделения энергии в форме теплоты пероксид водорода тотчас же разлагается на воду и кислород. Если же пламя горящего водорода направить на кусок льда, разложение H₂O₂ приостановится, и стекающая со льда вода будет содержать пероксид водорода. Если к такой воде прилить крахмальный раствор с добавкой иодида калия KI, подкисленный серной кислотой, то этот раствор окрасится в бурый цвет из-за выделения иода (см. 551):

Казалось бы, ответ очевиден: ведь человечество живет в мире железных конструкций и машин.

Железо Fe самовоспламеняется на воздухе, если оно находится в виде очень мелкого порошка. Тонкий порошок Fe можно получить при термическом разложении оксалата железа FeC₂O₄ в атмосфере водорода:

Такой порошок, высыпаемый с некоторой высоты, дает вспышку или сноп искр из-за окисления:

Будучи оставлен на воздухе, а не в защитной атмосфере, очень мелкий порошок железа начинает постепенно раскаляться и часто вспыхивает. Это свойство веществ самовоспламеняться на воздухе называют пирофорностью.

Более крупный порошок или стружки железа горят в атмосфере хлора:

с образованием трихлорида железа. Наконец, в атмосфере кислорода горит и компактное железо (в виде листов, проволоки, балок и др.), если предварительно будет раскалена какая-либо его часть.

Как извлечь из воздуха кислород, не прибегая к сложным процессам сжижения и перегонки жидкого воздуха?

Для этого воспользуемся свойством оксида бария BaO поглощать кислород воздуха при нагревании до 500–600°C:

с образованием пероксида бария BaO₂. Однако при дальнейшем нагреве (выше 700°C) пероксид бария отщепляет кислород и переходит в оксид бария BaO. Описанным способом получения кислорода пользовались в XIX в. вплоть до 90-х годов, когда было предложено сжижать и перегонять воздух. А в лаборатории можно с успехом использовать данный способ и теперь, если нет возможности приобрести кислородный баллон.

Другой вариант добычи кислорода из воздуха (см. 4.36) чисто химическим путем — это длительное нагревание металлической ртути до 300–350°C:

Оксид ртути неустойчив и при нагревании выше 400°C отщепляет кислород:

Для этого надо растворить нитрат серебра AgNO₃ в воде и к полученному раствору добавить карбонат калия K₂CO₃:

Теперь остается отфильтровать выпавший светло-желтый осадок карбоната серебра Ag₂CO₃ и с помощью лупы сфокусировать на нем солнечные лучи. Карбонат серебра при нагревании легко разлагается с выделением диоксида углерода CO₂ и кислорода O₂:

Карбонат серебра превращается в порошок металлического серебра черно-серого цвета. Подобное разложение карбоната серебра произвел в 1774 г. французский химик Лавуазье (см. 2.28) по просьбе шведского химика Шееле (см. 2.7). У Лавуазье была «большая зажигательная машина» с двумя линзами, с помощью которой он пытался сплавить алмазы (см. 10.7).

Всегда ли при взаимодействии карбида кальция CaC₂ с водой выделяется ацетилен C₂H₂?

В обычных условиях при действии воды на карбид кальция выделяется ацетилен (см. 9.50):

Если же карбид кальция нагреть до красного каления и пропускать над ним водяной пар, то вместо ацетилена образуются диоксид углерода CO₂ и водород H₂:

Людовик Монд (1839–1909) — английский химик и промышленник — пришел к выводу, «… что можно было бы извлечь пользу из легкости, с какой никель превращается в летучий газ действием СО…».

Свежевосстановленный никель при нагревании до 50–70°C вступает в необычную реакцию с монооксидом углерода СО:

Продукт реакции — комплексное соединение тетракарбонилникель [Ni(CO)₄] — тяжелая (тяжелее воды) жидкость, бесцветная, текучая и летучая, как диэтиловый эфир (однако еще более, чем эфир, взрывоопасная). К тому же это вещество ядовито. Однако оно обладает в высшей степени полезным свойством: легко распадается при нагревании на никель и монооксид углерода CO. Сенсационное открытие (см. 9.12) карбонила никеля в 1890 г. вызвало поток новых работ в области химии карбонилов, которые вскоре увенчались открытием карбонила железа [Fe(CO)₅] (см. 9.1). Но карбонил кобальта [Co₂(CO)₈] удалось синтезировать лишь через 20 лет. Ввиду большого различия свойств карбонила никеля и других сопровождающих его металлов (меди, кобальта) удалось использовать это вещество для получения высокочистого никеля, в том числе в виде металлических порошков и пленок.

Температура плавления железа, по справочным, данным, составляет 1530°C. Однако зона расплавления в доменном процессе приходится на температуру 1100–1200°C.

Доменный процесс характеризуется наличием в сырье большого количества углеродсодержащих материалов (кокса, карбонатов, монооксида углерода, диоксида углерода), поэтому, строго говоря, плавится при 1100–1200°C не чистое железо Fe, а его смеси с углеродом. Так, реакции восстановления железа из магнетита Fe₃O₄ начинаются уже при 400°C в верхней части домны и продолжаются в более низких областях доменной шахты (900°C):

Образующееся в этих условиях железо имеет губчатую структуру, причем на его весьма развитой поверхности происходит каталитически ускоренный распад монооксида углерода СО:

Углерод поглощается железом, частично превращаясь в карбид железа Fe₃C — цементит (см. 3.45):

а частично — растворяясь в массе металлического железа. Подобные процессы идут и при непосредственном контакте железа с коксом. В результате этого температура плавления железа снижается: каждый процент поглощенного углерода дает почти 100-градусное снижение температуры плавления. В результате смесь железа с углеродом, содержащая 4% углерода, плавится при 1080°C. Затвердевание этой смеси дает сплав, который называют чугуном.

Французский химик Сент-Клер-Девилль (см. 4.51) после многолетних наблюдений сделал в 1863 г. вывод о том, что железо и сталь «не держат водород, а становятся при определенных условиях проницаемыми для этого легчайшего элемента» (см. 5.85). Неожиданные разрывы стволов артиллерийских орудий, аварии химического оборудования для процесса синтеза аммиака NH₃, где используется водород; наконец, некоторые авиационные катастрофы — все это следствия «водородной чумы» железа. Причина в том, что водород, особенно атомарный, активно реагирует с карбидами железа — в частности, с цементитом, упрочняющим стальные изделия:

При этом структура металла изменяется, а его прочность резко падает. Надежное средство борьбы с этим вредным явлением найдено лишь в 30-х годах нашего столетия: предложено легировать стали, работающие в контакте с водородом и его соединениями, такими металлами, как титан Ti, ванадий V и молибден Mo. В этом случае в сплаве присутствуют не карбиды железа, а карбиды добавленных в сталь примесных металлов, которые устойчивы к водороду.

Разрушается ли на воздухе металлический алюминий? Судя по тому, что бытовая алюминиевая посуда служит годами и даже десятилетиями…

Разрушение алюминия на воздухе возможно только тогда, когда устранена самозащита металла — уничтожена пассивирующая пленка на его поверхности. Очистим изделие из алюминия от следов жира и масла и погрузим в водный раствор нитрата ртути Hg(NO₃)₂:

Алюминий вытесняет ртуть из ее соли, и на поверхности изделия появляется тонкий слой амальгамы — раствора алюминия в ртути (см. 5.44), разрушающий пассивирующую пленку. Алюминий, растворенный в ртути, взаимодействует с влагой и кислородом воздуха, превращаясь в тонкий белый порошок или белые хлопья метагидроксида алюминия:

Израсходованный в реакции металл пополняется новыми порциями растворяющегося в ртути алюминия — вплоть до того момента, когда вместо алюминия останется лишь его метагидроксид, содержащий мельчайшие капельки ртути.

Если амальгамированный алюминий погрузить в воду, то начинается выделение водорода:

При травлении стальных изделий с помощью хлороводородной кислоты HCl ржавчина [оксид Fe₂O₃ и метагидроксид железа FeO(OH)] переходят в раствор в виде трихлорида железа FeCl₃:

Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O, FeO(OH) + 3HCl = FeCl₃ + 2Н₂O.

Если после травления деталь недостаточно хорошо промыта, то оставшийся на поверхности FeCl₃ снова вызовет коррозию; хлорид железа — вещество гигроскопичное, поглощая влагу из воздуха, он подвергается гидролизу:

FeCl₃ + H₂O ↔ Fe(OH)Cl₂ + HCl

(см. 6.22). Это действует так же, как обработка металла хлороводородной кислотой — идеальные условия для коррозии! Чтобы при Травлении металла с хлороводородной кислотой взаимодействовала только ржавчина, но не очищаемый материал, в травильный раствор рекомендуют добавлять ингибиторы — вещества, тормозящие процесс взаимодействия железа с кислотами, например уротропин или гексаметилентетрамин (CH₂)₆N₄ (см. 5.64). Тончайшая пленка ингибитора обволакивает только поверхность металла и предохраняет ее от контакта с кислотой, а ржавчина остается незащищенной и беспрепятственно растворяется.

Разве обязательно для удаления ржавчины с железных деталей использовать хлороводородную кислоту?

Для этой же цели можно использовать, например, ортофосфорную кислоту H₃PO₄, а иногда и азотную кислоту HNO₃. Если хотят провести постепенное травление, готовят кислотную пасту. Для этого картофельный крахмал смачивают водой, а потом добавляют в полученную массу кислоту. После снятия остатков пасты по окончании травления следует обработать поверхность металла раствором гидрокарбоната натрия NaHCO₃ (питьевой содой), это поможет удалению остатков кислоты:

Если на золотое кольцо попал иод, оно чернеет. Как его очистить?

Иод взаимодействует с золотом Au уже при обычных условиях:

Черный моноиодид золота AuI восстанавливается гидросульфитом натрия:

Поэтому если подействовать на загрязненное место раствором NaHSO₃, то через 10–15 минут кольцо посветлеет.

Медная посуда и бронзовые изделия покрываются со временем зеленым налетом.

В воздухе всегда присутствуют влага и диоксид углерода CO₂. Взаимодействуя с ними, медь Cu превращается в гидроксид-карбонат меди Cu₂(OH)₂(CO₃) зеленого цвета:

Это вещество тождественно известному зеленому минералу малахиту (см. 10.25). Если надо очистить изделие от зеленого налета, следует подержать его в водном растворе аммиака NH₃:

После растворения зеленого налета нужно обязательно промыть поверхность металла для удаления следов аммиака и солей аммония, так как в их присутствии металлическая медь реагирует с кислородом воздуха:

Химик вел синтез хлорида магния MgCl₂, добавляя при перемешивании к густой водной суспензии оксида магния MgO хлороводородную кислоту HCl. Но вот его позвали к телефону, и он решил продолжить работу завтра, но…

На следующий день его встретила странная картина: стакан со смесью треснул, а его содержимое представляло собой камень, белый и очень твердый. Что это за вещество? В ходе синтеза началась реакция:

но кислоты HCl было введено недостаточно. В стакане на целые сутки осталась смесь хлорида магния, оксида магния и воды. Началось образование хлоридагидроксида магния:

а затем полимеризация Mg(OH)Cl с выделением воды и образованием цепей типа —Mg—О—Mg—О—Mg—О—, между которыми располагались ионы Cl^-. В стакане оказался так называемый «магнезиальный цемент», или «цемент Сореля». Он легко полируется, его можно сверлить и пилить. Если в процессе его образования к исходным реагентам добавить древесные опилки, то можно получить искусственный строительный материал — ксилолит.

Известно, что получение фтора ведут электролизом — так, как это впервые сделал французский химик Муассан (см. 1.45). А можно ли выделить фтор F₂ чисто химическим методом?

Совсем недавно, в 1986 г. выяснилось, что фтор может быть получен взаимодействием гексафтороманганата калия K₂[MnF₆] с пентафторидом сурьмы SbF₅. При нагревании идет реакция:

Фтор выделяется также при нагревании трифторида кобальта CoF₃:

Иод I₂ нашел широкое применение в так называемых «транспортных реакциях». Исходное вещество — металл (например, титан Ti, см. 4.45) — в менее нагретой зоне аппарата реагирует с иодом, образуя летучее вещество — тетраиодид титана:

которое, переместившись в горячую зону реактора, вновь разлагается на исходный металл и иод:

При этом легколетучий иод не расходуется, а служит лишь для переноса вещества из одной зоны в другую — для «транспорта». А если исходное вещество загрязнено, можно подобрать такие температуру и давление, когда примеси не будут реагировать с иодом и переноситься в зону очищенного основного вещества. Особенно эффективен метод «иодного рафинирования» для очистки тугоплавких металлов, например циркония и гафния, незаменимых в ядерной энергетике.

Можно ли увеличить долговечность ламп накаливания путем введения иода в баллон лампы?

Повышение температуры нити накаливания в лампах приводит к увеличению количества испускаемой лучистой энергии. Казалось бы, задача повышения температуры вольфрамовой нити с 2000 до 3000°C не имеет препятствий: температура плавления вольфрама около 3400°C (см. 4.49). Однако оказалось, что уже при повышении температуры нити с 1700 до 2500°C испарение вольфрама с поверхности нити очень сильно возрастает, а колба лампы быстро темнеет; нить утончается и в конце концов перегорает раньше положенного времени. А если внутрь колбы ввести немного иода? Испарившийся вольфрам на стенках колбы прореагирует с иодом:

а иодид вольфрама WI₂ испарится со стенок и устремится к раскаленной нити; на нити произойдет разложение иодида вольфрама на металлический вольфрам и свободный иод. Итак, металл возвращен на место, а иод снова может участвовать в переносе вольфрама — в «транспортной реакции» (см. 6.40). Теперь можно поднять температуру нити и до 2700°С. Такую сверхмощную лампу можно использовать где угодно — для освещения больших площадей, для нагрева металлов и т. п.

При длительном хранении иодоводородная кислота HI окисляется кислородом воздуха с выделением иода:

Выделившийся иод вступает в реакцию с иодоводородной кислотой:

Дииодоиодат водорода придает кислоте коричневую окраску. Очистку от примеси H(I(I)₂) ведут, перегоняя кислоту в присутствии красного фосфора (см. 5.72) в инертной атмосфере — в азоте, аргоне, диоксиде углерода. При этом происходит восстановление H(I(I)₂) до HI:

При температуре 125–127°C отгоняется 57%-я иодоводородная кислота. Вместо красного фосфора рекомендуется применять также диоксодигидрофосфат водорода H(PH₂O₂) или сероводород H₂S:

Чтобы извлечь из реакционной смеси оксохлорат кальция Ca(ClO)₂, один из студентов решил воспользоваться методом экстракции и добавил к оксохлоратухлориду кальция CaCl(ClO) (хлорной извести) этиловый спирт C₂H₅OH. Он начал перемешивать полученную суспензию и низко наклонился над стаканом со смесью, удивленный ее сладковатым запахом. Через несколько минут студент потерял сознание.

При взаимодействии этилового спирта с хлорной известью (см. 3.23) образуется хлороформ CHCl₃ (трихлорметан) — бесцветная летучая жидкость, обладающая сильным наркотическим действием:

Хлор, участвующий в реакции, всегда содержится в некотором количестве в хлорной извести. Выделяющийся в реакции хлороводород способствует дополнительному выделению хлора и дальнейшему образованию хлороформа:

Студент надышался хлороформа и поэтому потерял сознание.

Взаимодействие натрия с водой сопровождается щелчками. Почему?

При контакте с водой металлический натрий (как и другие щелочные металлы) окисляется; выделяется газообразный водород, а в растворе появляется гидроксид натрия:

Эта реакция сопровождается большим тепловыделением, так что натрий плавится. При этом плотность расплавленного металла меньше плотности воды, поэтому капелька расплавленного натрия бегает по поверхности воды: ее подталкивают пузырьки выделяющегося водорода то в одну, то в другую сторону; лопающиеся пузырьки водорода и создают звуковой эффект реакции.

Можно ли получить металлический натрий при электролизе водного раствора хлорида натрия NaCl? Не спешите с ответом: натрий энергично взаимодействует с водой, выделяя из нее водород (см. 6.44)…

Получение натрия возможно, если катодом будет все время обновляемая ртуть Hg. Тогда выделяющийся на ртути натрий тотчас же будет в ней растворяться, образуя амальгаму (см. 5.44):

Амальгама, вытекая из электролизера, попадает в перегонную установку, где ртуть отгоняется, конденсируется в жидкость и возвращается в электролизер. Натрий, температура кипения которого намного выше, чем ртути, остается в кубе перегонной установки, откуда и извлекается.

При комнатной температуре сера практически нерастворима в чистой воде, однако при высокой температуре она взаимодействует с перегретым водяным паром:

Если долго кипятить серу в растворе гидроксида натрия NaOH, то тоже происходит окислительно-восстановительная реакция диспропорционирования, в которой одни атомы серы отдают, а другие — принимают электроны:

Получаемые в результате реакции сульфит натрия Na₂SO₃ и сульфид натрия Na₂S отлично растворяются в воде. Кипячение серы в водном растворе сульфида натрия или сульфита натрия тоже приводит к образованию растворимых веществ — дисульфида натрия Na₂S₂:

или тиосульфата натрия Na₂SO₃S:

Легкость образования этих соединений объясняется способностью серы к «катенации» — образованию цепочек атомов —S—…—S—.

К фиолетовому водному раствору перманганата калия KMnO₄, содержащему сульфат калия K₂SO₄, добавили водный раствор хлорида бария BaCl₂. Ко всеобщему удивлению, из раствора выпал красный осадок, хотя известно, что сульфат бария белый.

При сливании растворов протекала реакция осаждения сульфата бария:

Присутствие KMnO₄ вызвало равномерное распределение ионов этого вещества по всему объему каждого образовавшегося кристаллика осадка из-за изоморфизма KMnO₄ и BaSO₄. Осадок представлял собой не чистый BaSO₄, а твердый раствор на его основе, где часть анионов SO₄^2- замещена на анионы MnO₄^-, а часть катионов Ва²⁺ — на катионы K⁺ . Поэтому такой осадок не обесцвечивается даже при самой тщательной промывке.

Однажды на лекции демонстрировался опыт: плавление серы в пробирке. Вдруг все почувствовали отвратительный запах. Лекция была сорвана. «В чем дело?…» — недоумевал профессор.

Все оказалось просто: в пробирку с серой попали кусочки парафина с пробковой крышки склянки, в которой хранился порошок серы. Смесь парафина — предельного углеводорода с примерной формулой C₂₀H₄₂ — и серы при нагревании выделяет сероводород H₂S:

C₂₀H₄₂ + 21S = 21H₂S↑ + 20С.

Чем сильнее нагревается смесь, тем в больших количествах происходит выделение газа. Если прекратить нагревание, то реакция останавливается и сероводород не выделяется. Поэтому реакция очень удобна для получения сероводорода в учебных лабораториях.

Студент решил побыстрее высушить ацетат кальция Ca(CH₃COO)₂. Фарфоровую чашку с веществом он поставил в нагретую муфельную печь, не погасив стоящую рядом газовую горелку. Произошла вспышка, и из муфеля выбросило язык пламени, опаливший лицо студента…

При сильном нагревании ацетата кальция образуется ацетон, который очень летуч и легко воспламеняется:

Ca(CH₃COO)₂ = (CH₃)₂CO↑ + CaCO₃.

В чистом состоянии ацетон — бесцветная низкокипящая жидкость, имеющая своеобразный запах. По своему строению ацетон — простейший кетон. Приведенная здесь реакция использовалась раньше для получения ацетона (см. 1.50).

Лаборанта попросили высушить для предстоящего синтеза этиловый спирт. Недолго думая, тот налил спирт в колбу и хотел добавить концентрированную серную кислоту: зная серную кислоту как обезвоживающее средство, лаборант решил, что она свяжет воду, а спирт из смеси можно будет без помехи отогнать и собрать уже «сухим». Почему коллеги не дали лаборанту осуществить его намерения?

Если бы лаборант выполнил задуманные операции, то был бы неизбежен несчастный случай из-за перегрева перегонной установки, что грозило взрывом; кроме того, существовала реальная угроза потери лаборантом сознания. Дело в том, что серная кислота действительно отнимает воду у спирта, причем не только присутствующую в его растворе как примесь, но и химически связанную; спирт превращается в диэтиловый эфир:

Диэтиловый эфир, в быту называемый просто эфиром, имеет температуру кипения около 35°C и легко воспламеняется. Он обладает также наркотическим действием, и поэтому раньше его применяли в качестве наркоза. Эфир нельзя долго хранить на свету при соприкосновении с воздухом: в нем образуются органические пероксидные соединения, способные взрываться.

Известно, что главной составной частью фотоматериалов служат галогениды серебра. Существуют ли светочувствительные составы-«бессребреники»?

В процессах копирования, особенно в полиграфии для изготовления печатных форм, широко применяют бессеребряные светочувствительные материалы. Они чаще всего содержат дихроматы аммония, натрия или калия и органические клеящие вещества — желатин, альбумин, шеллак или коллаген. Правда, светочувствительность таких материалов невелика и хорошо проявляется только под действием синих, фиолетовых или ультрафиолетовых лучей. Суть процесса в том, что желатин или заменяющие его органические вещества теряют способность к набуханию на тех участках, где материал подвергался освещению. Причина этого в том, что, например, дихромат аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ под действием света и только в присутствии перечисленных органических веществ переходит в соединение хрома (+III) — сульфат хрома Cr₂(SO₄)₃:

Выделяющийся при этом атомарный кислород [О] частично окисляет органическое клеящее вещество (например, желатин). Полученная соль — сульфат хрома — «задубливает» желатин так же, как хромокалиевые квасцы: желатин теряет способность к набуханию. А дальнейшее — дело техники: освещенную (экспонированную) пластинку проявляют в воде, в теплой воде незадубленный желатин растворяется, и получается бесцветное рельефное изображение. Если проявлять в холодной воде, то незадубленный желатин не растворяется, а набухает и остается на стекле. Теперь можно использовать полезное свойство полученного неоднородного слоя: задубленный слой хорошо окрашивается масляной краской (а незадубленный — нет), а водорастворимые краски, наоборот, хорошо окрашивают незадубленные участки. Это свойство светочувствительного материала и используют в полиграфии.

Незадачливый химик, незнакомый еще со свойствами марганцовой кислоты HMnO₄, решил получить ее из перманганата калия действием концентрированной серной кислоты H₂SO₄: выделение кислот действием сильной и малолетучей серной кислоты на соли этих кислот — обычный метод препаративной химии. Химик начал нагрев реакционной смеси KMnO₄ и H₂SO₄, чтобы отогнать HMnO₄, и тут раздался сильный взрыв, который едва не стоил химику жизни. В чем его ошибка?

При взаимодействии взятых химиком веществ протекает реакция:

с выделением очень неустойчивой марганцовой кислоты HMnO₄ [современное название — тетраоксоманганат(VII) водорода]. Она легко распадается на гептаоксид димарганца Mn₂O₇ и воду:

Оксид выделяется в виде зеленовато-черной маслянистой жидкости, устойчивой только при температуре ниже -10ºC и при полном отсутствии воды. При нагревании Mn₂O₇ взрывается, превращаясь в диоксид марганца MnO₂ и кислород:

Таким образом, при обычных условиях получение HMnO₄ становится невыполнимой задачей, хотя на холоду (ниже 3°С) с величайшей осторожностью выделяют HMnO₄∙2Н₂O. Водные растворы марганцовой кислоты безопасно сконцентрировать только до 20%-го ее содержания, выше которого начинается ее разложение с образованием MnO₂ и O₂.

На занятии химического кружка решено было получить «серебряное зеркало». Как и полагается по методике, были приготовлены растворы нитрата серебра AgNO₃ и гидроксида калия КОН; затем к смеси этих реактивов добавили аммиак NH₃. Подготовленный раствор поставили в темное место до следующего занятия. Через неделю оказалось, что на стенках колбы появился осадок, от которого решили избавиться фильтрованием. Однако при взбалтывании содержимого колбы произошел взрыв!

Хорошо еще, если взрыв обошелся без последствий! Вот почему для серебрения, в том числе и в производственных условиях, строго рекомендовано использовать только свежеприготовленные растворы: полученный в растворе комплекс серебра с аммиаком [Ag(NH₃)₂]OH при Хранении разрушается с образованием нитрида серебра Ag₃N — «гремучего серебра» (см. 3.26). Соединение это весьма неустойчиво и при малейшем сотрясении, даже если оно находится под слоем жидкости, разлагается на азот и серебро:

Реакция идет настолько интенсивно, что происходит взрыв.

Как диэлектрический полимер полиацетилен сделать «органическим металлом»?

Полиацетилен — продукт полимеризации ацетилена — H₂C₂ представляет собой химически активный, легко поддающийся модификации («сшиванию» структуры) полимер с общей формулой (CH)_x. Правда, чистый полиацетилен — хрупкий малостабильный материал, непригодный для технологической обработки. Легче иметь дело с сополимерами ацетилена и других мономеров либо наносить полиацетилен на поверхность более прочных материалов. Например, многослойная пленка полиацетилена получается на поверхности полиэтилена или сополимера этилена с бутадиеном (C₂H₄ и C₄H₆), на которую нанесен катализатор полимеризации ацетилена. Для придания полиацетилену металлической проводимости пленку обрабатывают газообразным иодом, что приводит к образованию комплексов:

Количество введенного иода служит инструментом для управления свойствами полимера: при концентрации иода в продукте около 1% материал становится полупроводником, около 10% — появляются металлические свойства: высокая электропроводность, парамагнитная восприимчивость. Эти качества — результат перестройки электронной структуры макромолекул. «Органический металл» из полиацетиленовой пленки применяют для создания токопроводящих слоев в электронике и электротехнике.

Склянка с формалином была забыта на окне, а на следующий день все увидели, что раствор помутнел и выпал белый осадок. Почему он «испортился»?

Формалином называют водный раствор газообразного вещества формальдегида HCHO (муравьиного альдегида, или метаналя). При упаривании формалина, нагреве на свету, при длительном хранении происходит полимеризация формальдегида с образованием длинных цепей параформальдегида, или параформа:

где n варьируется от 8 до 100. При нагревании параформ снова превращается в формальдегид, который можно поглотить водой, опять получив формалин. Для предотвращения полимеризации к формалину часто добавляют метанол CH₃OH.

Одна из важнейших пластмасс — винипласт, или поливинилхлорид. Насколько сложен ее синтез?

Вначале проводят гидрохлорирование (обработку хлороводородом HCl) ацетилена C₂H₂ в газовой фазе при температуре около 150–200°C в присутствии катализатора — активированного угля, пропитанного водным раствором хлорида ртути HgCl₂:

Продукт реакции винилхлорид (монохлорэтилен, хлорэтен) CH₂CHCl — газ с эфирным запахом — затем пропускают через воду, содержащую катализатор и эмульгатор; при этом происходит эмульсионная полимеризация с образованием поливинилхлорида (—H₂C—CHCl—)_n, где n в пределах 1000–2000.

Какие твердые искусственные материалы в десять и более раз легче корковой пробки?

Это пенопласты. Рассмотрим, как ведут синтез одного из них — полиаминопласта. Если через водный раствор карбамида (NH₂)₂CO (мочевины, см. 6.5; 8.5; 9.19) пропустить формальдегид НСНО, то в результате взаимодействия этих веществ в растворе появляется карбамидоформальдегидная смола:

где n >100. К этому раствору добавляют хлороводородную кислоту HCl и пропускают воздух. При этом получается пористая белая масса — пеноаминопласт, плотность которого составляет всего 0,01 г/см³, что в 100 раз меньше плотности воды.

Известно, что тетрахлоридом углерода CCl₄ можно загасить огонь. Насколько химически инертно это вещество?

Действительно, если, например, к горящему этанолу C₂H₅OH прилить CCl₄, то огонь погаснет. А если смешать несколько миллилитров CCl₄ с цинковой пылью и добавить к этой смеси оксид магния MgO или оксид кальция CaO до получения пастообразной массы, то уже при нагревании всего до 200°C начнется бурная реакция с выделением густого дыма и повышением температуры выше 1000°C. В этом случае тетрахлорид углерода взаимодействует с цинком, образуя хлорид цинка ZnCl₂, который испаряется и, образуя в воздухе кристаллы, поглощает влагу:

Получается густой белый дым.

В центр застывшего слоя желатины, содержащего дихромат калия, поместили большую каплю водного раствора нитрата серебра. Через сутки на слое желатины обнаружили странные концентрические кольца.

В застывшем слое желатины протекала обменная реакция между дихроматом калия K₂Cr₂O₇ и нитратом серебра AgNO₃ с образованием дихромата серебра Ag₂Cr₂O₇ красно-бурого цвета:

с отложением его кристаллического осадка в виде концентрических колец. При диффузии (постепенном проникновении) нитрата серебра в студень на каком-то расстоянии от центра капли образуется пересыщенный раствор Ag₂Cr₂O₇ и начинается кристаллизация этой малорастворимой соли. В процессе выпадения осадка к месту роста кристаллов подтягиваются находящиеся вблизи дихромат-ионы, благодаря чему вокруг кольца с осадком дихромата серебра образуется зона, свободная от дихромата калия. Диффузия AgNO₃ сквозь кольцо осадка и зону, свободную от K₂Cr₂O₇, продолжается до тех пор, пока ионы серебра Ag⁺ не подойдут к участкам желатины, содержащим дихромат-ионы. В этом месте начнется образование второго красно-бурого кольца Ag₂Cr₂O₇. Затем все процессы повторяются вновь. Вся картина на желатине получила название колец Лизеганга по имени их первооткрывателя, немецкого физико-химика Р. Лизеганга.

Если смешать водные растворы триоксобромата калия и лимонной кислоты и добавить немного серной кислоты и сульфата церия, раствор начнет в строго определенные интервалы времени то принимать желтую окраску, то обесцвечиваться.

В растворе протекают «колебательные реакции», которые открыл и изучил советский химик Борис Павлович Белоусов (1893–1970). Вначале происходит окисление ионов Ce³⁺ сульфата церия Ce₂(SO₄)₃ бромат-анионами BrO₃^-:

Из-за появления ионов Ce⁴⁺ окраска раствора становится желтой. Затем катионы Ce⁴⁺ окисляют лимонную кислоту (СН₂СООН)₂С(ОН)СООН в ацетондикарбоновую кислоту (CH₂COOH)₂CO

Эта реакция вызывает обесцвечивание раствора. Появившиеся ионы Br^- тотчас же взаимодействуют с триоксоброматными ионами BrO₃^- с образованием брома Br₂, который немедленно окисляет катионы Ce³⁺ :

Реакции (1), (3) и (4) протекают быстро и вызывают внезапное появление желтой окраски раствора, вызванной присутствием катионов Ce⁴⁺ . Ритм реакций можно ускорить или замедлить, изменяя концентрации взятых реагентов и температуру.

После реакций (3) и (4) опять вступает в дело реакция (2), и все они повторяются вновь, пока не будет израсходован один из реагентов — бромат калия KBrO₃ или лимонная кислота.

Остается добавить, что катионы Ce³⁺ и Ce⁴⁺ участвуют в реакции в виде аквакатионов [Ce(H₂O)₆]³⁺ и [Ce(H₂O)₆]⁴⁺ .

Можно ли химическим методом измерить количество света?

Окислительно-восстановительная реакция взаимодействия хлорида ртути HgCl₂ с оксалатом аммония (NH₄)₂C₂O₄ в водном растворе с выделением белого малорастворимого дихлорида диртути Hg₂Cl₂:

протекает только под действием видимого света. Количество света может быть установлено по массе выделившегося дихлорида диртути. Рассматриваемая реакция лежит в основе работы простейших химических фотометров.

Если серебряную пластинку Ag изолировать от слоя расплавленной серы двумя пластинками твердого сульфида серебра Ag₂S, положенными друг на друга, то по истечении одного часа масса серебра уменьшится почти на 0,1 г, а масса пластинки сульфида серебра, находящейся в контакте с расплавленной серой, увеличится в полном соответствии с реакцией

Масса же пластинки Ag₂S, находящейся в контакте с пластинкой серебра, практически не изменится. Это означает, что реакция протекает на границе жидкой серы и слоя Ag₂S за счет переноса катионов Ag⁺ и электронов от серебряной пластинки через два слоя сульфида серебра. На границе соприкосновения Ag₂S с расплавом серы переместившиеся электроны превращают атомы серы, прилегающие к слою Ag₂S, в сульфидные анионы S^2-, а «пробежавшие» два слоя сульфида серебра катионы Ag⁺ присоединяют эти анионы, наращивая массу пластинки Ag₂S.

При изучении взаимодействия щавелевой кислоты с перманганатом калия в присутствии серной кислоты нетерпеливому экспериментатору может показаться, что реакция вовсе не идет.

Если к водному раствору щавелевой кислоты H₂C₂O₄ (см. 3.31) добавить серную кислоту H₂SO₄ (см. 1.49) и затем немного разбавленного водного раствора перманганата калия KMnO₄ розового цвета, то первая порция раствора перманганата калия будет обесцвечиваться оень медленно (см. 5.47). Но последующие порции добавляемого розового раствора KMnO₄ обесцвечиваются все быстрее и быстрее, так как в растворе появляются катионы марганца [Mn(H₂O)₆]²⁺ , катализирующие реакцию. Такие реакции, продукты которых выступают в роли катализаторов, называют самоускоряющимися, или аутокаталитическими.

К водному раствору диоксида серы SO₂ добавили раствор триоксоиодата водорода HIO₃ (иодноватой кислоты) и суспензию крахмала. Когда смесь станет синей?

В первый момент HIO₃ окисляет SO₂ до серной кислоты H₂SO₄:

Но как только в растворе появляется иодоводородная кислота III, начинается протекание еще двух реакций:

Скорость последней реакции (3) больше, чем реакции (2), и поэтому иод в растворе не появляется; раствор станет синим, когда весь SO₂ будет окислен. Только в этом случае выделившийся иод сможет прореагировать с крахмалом с образованием продукта характерного синего цвета (см. 5.51).

Реакции (1), (2) и (3) являются цепными и аутокаталитическими, т. е. самоускоряющимися. Реакция (1) создает цепь, а реакции (2) и (3) ее развертывают. Если в первой реакции образуется 1 моль HI, то в третьей — уже 6 моль HI. Катализатором трех реакций является иодоводородная кислота. C ее появлением скорость реакций нарастает, достигает какого-то максимума, а затем уменьшается вследствие понижения концентраций исходных реагентов и продукта их взаимодействия HI.

Мы живем в мире простых и самых сложных химических веществ. Одни из них совершенно необходимы для жизни человека, а другие смертельно опасны, но без них нельзя создать лекарства и новые материалы. Есть и такие вещества, воздействие которых на живое определяется дозой: в малой дозе они полезны, а в большой — вредны. Этот раздел — попытка авторов вручить читателю компас в мире окружающих нас веществ.

Ежегодно десятки миллиардов тонн кислорода расходуются на дыхание людей и животных, на нужды промышленности, которые все растут. А кислорода в воздухе пока практически не становится меньше.

Считают, что зеленые растения в результате фотосинтеза выделяют почти шесть тонн кислорода на каждую тонну кислорода, израсходованную на их дыхание. Причем 80% кислорода передают в атмосферу водоросли морей и океанов, так называемый фитопланктон, и лишь 20% — наземные растения. Поэтому-то океан часто и называют легкими Земли. В фитопланктоне, составной частью которого являются сине-зеленые водоросли, протекает реакция фотосинтеза:

Из диоксида углерода CO₂ и воды образуется глюкоза C₆H₁₂O₆, а «нежелательный» кислород O₂ выделяется в атмосферу. Энергия, необходимая для осуществления этого синтеза, передается фитопланктону солнечным светом (см. 5.1).

Пероксид водорода H₂O₂, вернее, его водный 3%-й раствор, известен как кровоостанавливающее средство при травмах кожи. Знаете ли вы, что его предлагают использовать и в более тяжелых случаях, как средство для лечения открытых ран?

При лечении открытых ран H₂O₂ служит для обогащения крови больного кислородом O₂ непосредственно возле поврежденного места тела:

После хирургической обработки раны пациенту делают инъекции 0,01%-го водного раствора пероксида водорода, вводя его в артерии, снабжающие кровью поврежденный орган или участок тела (см. 6.23).

В 1952 г. в Лондоне погибло от смога в течение трех-четырех суток более 4000 человек. В 1963 г. смог, опустившийся на Нью-Йорк, убил 350 человек. Постепенно гибнет под подушкой коричневого смога мегаполис Мехико.

Термин «смог» — производное от английских слов «смоук» (дым) и «фог» (туман). Смог образуется преимущественно над большими городами в результате действия солнечного света на воздух, загрязненный выбросами углеводородов, оксидов азота и других продуктов сгорания топлив в автомобильных двигателях, на тепловых и силовых станциях. Смог представляет собой туман с голубоватой дымкой, содержащий вредные для человека вещества: диоксиды азота NO₂ и серы SO₂, монооксид углерода СО и альдегиды. Смог поражает прежде всего слизистые оболочки глаз и дыхательных путей человека и животных. При больших концентрациях он действует удушающе. Потери урожаев сельскохозяйственных культур и природной растительности при систематическом действии смога оцениваются более чем в 1 млрд. долларов ежегодно, и цифра эта с каждым годом возрастает.

В последние 10–15 лет число заболеваний раком легких приблизилось к числу заболеваний раком желудка.

Считают, что вероятность заболевания раком легких на 70–80% зависит от внешней среды, от увеличения в воздухе канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, и прежде всего одного из наиболее опасных канцерогенов — бензпирена.

Бензпирен образует светло-желтые кристаллы. Попадание нескольких капель его спиртового раствора на кожу мыши вызывает в течение трех месяцев развитие раковой опухоли. Бензпирен присутствует в табачном дыме, в воздухе больших городов (см. 7.3). Главный его источник — автомобильный транспорт. Особенно много его выделяется с выхлопными газами автомобилей во время торможения, разгона, при работе двигателя на холостом ходу. Бензпирен содержится в дыме, образующемся при сжигании опавшей листвы. Во многих городах концентрация бензпирена в воздухе давно превысила в несколько раз предельно допустимые дозы, отсюда и рост пролонгированной смерти людей.

Известно, что водолазы-аквалангисты, выполняя работы на большой глубине, дышат не сжатым воздухом и не чистым кислородом, а кислородно-гелиевой смесью. Почему?

Газы, которые служат для обеспечения дыхания, при росте давления изменяют свою биологическую активность, причем каждый газ проявляет новые свойства, часто вредные для организма. Наш организм нуждается в постоянном притоке кислорода. Если содержание O₂ при обычном давлении ниже 16%, то наступает явление кислородного голодания, вызывающего внезапную потерю сознания. Если же дышать чистым O₂, то через двое-трое суток даже у совершенно здоровых людей наступает отек легких. При увеличении давления это явление наступает гораздо раньше: уже примерно через два часа на глубине 10–15 м при дыхании чистым кислородом могут наступить судороги, полная потеря сознания. Поэтому по мере увеличения глубины и, следовательно, степени сжатия вдыхаемого воздуха содержание в нем кислорода должно снижаться. Например, на глубине 100 м во вдыхаемой смеси допускается не более 2–6% O₂, а на глубине 200 м — всего 1–3% O₂. Весь остальной объем смеси занимает газ-разбавитель. В земной атмосфере таким газом-разбавителем служит азот. При нормальном давлении он инертен к нашему организму. Однако при погружении водолаза на глубину 40–60 м азот вызывает у человека «азотный наркоз», сходный с алкогольным опьянением (см. 7.9): нарушение критического мышления, беззаботное отношение к собственной безопасности, веселое настроение. Были случаи, когда подобное азотное опьянение приводило к гибели водолаза.

Хорошим разбавителем кислорода оказался гелий He — химически инертный газ, не имеющий ни вкуса, ни цвета, ни запаха. Гелий безвреден для человека и не вызывает при большом давлении наркотических явлений. Впрочем, есть у гелия один изъян: сжатый гелий делает человеческую речь неразборчивой, похожей на паническое утиное кряканье. Кроме того, гелий из-за высокой теплопроводности при резких движениях гидронавтов в подводном доме может вызвать переохлаждение тела (см. 5.83).

Мы более или менее точно знаем, что вдыхает человек. А что он выдыхает?

В составе выдыхаемого человеком воздуха кроме диоксида углерода CO₂, азота N₂ и неизрасходованного кислорода O₂ присутствуют в небольшом количестве вещества, образовавшиеся в результате сложных биохимических реакций, протекающих в нашем организме: углеводороды, спирты, аммиак NH₃, муравьиная HCOOH и уксусная CH₃COOH кислоты, формальдегид HCHO и даже ацетон (CH₃)₂CO. На высоте 10 км в сильно разреженном воздухе в выдыхаемом газе резко возрастают концентрации аммиака, аминов, фенола C₆H₅OH, ацетона и даже появляется сероводород H₂S.

На живые организмы токсическое воздействие оказывает не молекулярный кислород O₂, а его производные: озон O₃, возбужденные молекулы кислорода O*₂, радикал гидроксил ОН (см. 3.53), атомарный кислород О, радикал гидропероксид HO₂, ион-радикал надпероксид O₂^-.

Все эти частицы образуются в результате тех или иных фотохимических реакций. Например, диоксид азота NO₂, входящий в состав выхлопных газов автотранспорта и газовых выбросов заводов, разлагается под действием света (hν) на монооксид азота NO и атомарный кислород О, а последний с кислородом образует озон:

Диоксид азота, взаимодействуя с влагой воздуха, превращается в смесь двух кислот: азотной HNO₃ и азотистой HNO₂:

Азотистая кислота под действием света выделяет гидроксил:

Активные формы кислорода действуют на живые организмы и их биологические формы разрушительно. Кстати, теперь объясняют возникновение лучевой болезни образованием активных форм кислорода при разложении воды организма под действием ионизирующих излучений:

Очевидно, что встреча живого организма с активными формами кислорода, входящими, между прочим, в состав смога (см. 7.3), не сулит ему ничего хорошего.

Надежно ли защищает озоновая оболочка Земли от смертоносного ультрафиолетового излучения все живое?

Толщина слоя озона O₃ в стратосфере в 30 м — гипербола. Его распределение по высоте неравномерно. Наибольшая концентрация озона наблюдается на высоте 15–25 км. На этой высоте солнечная радиация (hν) «дробит» молекулы кислорода O₂ на атомы, которые и образуют озон:

Если собрать весь озон, находящийся в атмосфере, и опустить его до поверхности Земли, то при давлении в 0,1 МПа и температуре 25°C получится слой озона всего в 3 мм.

Озоновая оболочка Земли химически неустойчива и может местами утончаться от воздействия ряда веществ. Первая гипотеза появления озоновых «дыр» предполагала возможность разрушения озона под действием фреонов — фторуглеродных соединений, например дифтордихлорметана CCl₂F₂, которые широко применяются в качестве теплоносителя в холодильных агрегатах и газа-разбрызгивателя в аэрозольных баллончиках. Фреоны, а также другие многотоннажные вещества, содержащие хлор (CCl₄, C₂H₄Cl₂ и др.), подвергаются фотодиссоциации под действием солнечного излучения (hν):

Затем атомы хлора, взаимодействуют с озоном, а образовавшаяся молекула-радикал ClO еще и препятствует появлению озона:

Вторая гипотеза предполагает участие в разрушении озона клатратов — твердых соединений газов с водой (см. 5.11, 5.12). В стратосфере при минус 60–90°C озон может превращаться в клатрат, например O₃∙5,75Н₂O, который механически выносит озон из стратосферы. В слоях более близких к поверхности Земли, где температура выше, такой клатрат распадается на кислород и воду.

Эти причины привели, видимо, к существенному уменьшению концентрации озона над Антарктидой, где динамический режим атмосферы собрал большую массу разрушителей озона. В заключение заметим, что озон не только поглощает биологически активную часть ультрафиолетового излучения Солнца, но и принимает участие в формировании теплового режима поверхности нашей планеты. Он задерживает уходящее от Земли тепло в тех спектральных интервалах («окна прозрачности»), где CO₂ и H₂O поглощают это тепло плохо.

Монооксид диазота N₂O употребляют в больницах как наркотический газ. Каковы последствия вдыхания этого газа?

Монооксид диазота N₂O, известный в прошлом столетии больше под названием «веселящий газ», обладает слабым приятным запахом и сладковатым вкусом. В смеси с воздухом он действует на человека по-разному. Все зависит от возраста, концентрации N₂O и принятой дозы. Вот как описывает действие газа американский химик Вудхауз (см. 2.46): «Я дал вдохнуть… Генри Латробу, 14 лет от роду. Через минуту я мог наблюдать его действие. Генри двигался по лаборатории прыжками, высоко поднимая ноги… Господин Томас Люис впал в ужасный гнев. Он схватил меня за шиворот, дергал за галстук, оторвал воротник, бегал по комнате и лез со всеми в драку… У. Тейлор упал в обморок, длившийся несколько минут».

Французский химик XVIII в. Пилатр де Розье заинтересовался, что будет, если вдохнуть водород: до него этого никто не пробовал. А что было дальше?

Не заметив сначала никакого эффекта, Розье решил убедиться, проник ли водород в легкие. Еще раз глубоко вдохнув водород, он выдохнул его… на огонь свечи. Водород был, конечно, смешан с воздухом, и произошел взрыв! Розье впоследствии писал: «Я думал, что у меня вылетят все зубы вместе с корнями». Тем не менее он остался доволен результатом опыта, который едва не стоил ему жизни.

Знаете ли вы, что в воздухе угольных пластов, готовых к внезапному разрушению, повышается содержание этана C₂H₆ и пропана C₃H₈?

Определяя состав шахтных газов, можно заблаговременно узнать о том, что пребывание в шахтах стало опасным. Есть и еще более точный метод: оказалось, что состав примеси различных изотопов (см. 4.60) гелия, Не-3 и Не-4, в шахтном воздухе меняется, когда вблизи появляются глубинные геологические деформации, например трещины или пустоты, заполненные взрывоопасными газами. Если изменение соотношения изотопов Не своевременно обнаружено, то становится возможным изолировать деформации или прекратить все работы. Изотопный способ универсален и пригоден для предотвращения несчастных случаев не только в угольных, но и в соляных и рудных шахтах.

Верно ли, что холод способствует взрывам в угольных шахтах?

Жидкие включения метана CH₄ и диоксида углерода CO₂ при падении давления склонны бурно вскипать, разрушая пласты горной породы. Поскольку сжижение газов идет тем легче, чем ниже температура угля, то подобные катастрофы в неглубоких выработках в холодную погоду наиболее вероятны.

В 1812 г. на шахте Феллинга в Англии, вблизи г. Ньюкэстл, взрывом метана CH₄ («рудничный газ») за несколько секунд было убито более 100 шахтеров, сотни остались калеками. Правительство обратилось за помощью к химику Дэви (см. 2.44). После долгих экспериментов, проведенных совместно с Фарадеем (см. 2.45), во время которых Дэви неоднократно повреждал лицо и руки осколками взрывающихся стеклянных сосудов, они предложили простую конструкцию шахтерской масляной лампы, не вызывающей в шахтах взрыва смеси метана с воздухом.

Дэви окружил пламя лампы металлической сеткой. Газ проникал вместе с воздухом через сетку к пламени, взрывался и тушил лампу, но через металлическую сетку взрыв из лампы не передавался наружу. Сетка охлаждала продукты взрыва до такой температуры, при которой воспламенение метана за пределами лампы становилось невозможным.

Дэви предложили взять патент на его изобретение, и он смог бы получать огромные доходы, но он отказался, заявив, что «лучшим вознаграждением за его работы будет сознание того, что я сделал добро мне подобным».

В угольных районах Англии Дэви стал наиболее популярным человеком. Благодарные шахтовладельцы подарили ему серебряный сервиз стоимостью 2500 фунтов стерлингов, а принц-регент даровал Дэви звание баронета.

Дорога через известный всему миру перевал Саланг в Афганистане представляет собой горный тоннель длиной более 4 км. В тот день из-за сильного снегопада много советской и афганской техники скопилось с двух сторон тоннеля. Начальник тоннеля вместо того чтобы установить одностороннее движение, разрешает колоннам автомашин движение с двух сторон тоннеля. В центре тоннеля неожиданно сталкиваются две машины, возникает затор, в который попадает еще около ста машин. Водители двигатели не глушат, так как знают, что из-за «севших» аккумуляторов снова им двигатели не завести. От работающих дизелей в тоннеле постепенно скапливаются монооксид углерода СО (угарный газ), диоксид азота NO₂ и другие вредные продукты сгорания топлива. Один за другим находящиеся в тоннеле люди теряют сознание и умирают.

Монооксид углерода СО — бесцветный газ, без запаха и вкуса. Уже при концентрации этого газа 2 мг в 1 л воздуха у человека наступают потеря сознания и смерть: монооксид углерода вытесняет кислород из гемоглобина крови, нарушая тканевое дыхание, одновременно он поражает центральную нервную систему.

В 1890 г. парусник «Мальборо» с экипажем в 23 человека вышел из Новой Зеландии в Англию. Командовал кораблем капитан Хид, опытный моряк. Последний раз «Мальборо» видели вблизи Огненной Земли. В Англию парусник не прибыл. Считали, что корабль погиб в штормах, свирепствующих в этом районе. Спустя 23 года, в 1913 г., близ Пунта-Аренас у берегов Огненной Земли парусник увидели снова. Когда поднялись на его борт, то обнаружили странную, необъяснимую картину. Корабль оказался невредимым, но от экипажа остались одни скелеты, покрытые остатками одежды. Один скелет — у штурвала, десять — на вахте у своих постов, трое — на палубе у люка, шесть — в кают-компании. Казалось, людей сразила какая-то внезапная напасть. Вахтенный журнал был покрыт плесенью, и записи в нем были неразборчивы. Часть экипажа исчезла. Полагают, что в районе движения корабля произошло извержение подводного вулкана, выбросившего из воды большое количество ядовитых газов: монооксида углерода, дициана (CN)₂, циановодорода HCN. Облако газа накрыло корабль и вызвало мгновенную смерть почти всего экипажа.

Применение немецкими войсками в первую мировую войну хлора в качестве отравляющего вещества было неожиданным. Вначале для химической защиты кустарно изготовляли маски из марли, пропитанной водным раствором тиосульфата натрия Na₂S₂O₃, который реагирует с хлором Cl₂ в соответствии с реакцией

Образующиеся сульфат натрия Na₂SO₄, сера S и хлороводород HCl оставались во влаге марли и не попадали в легкие человека.

Когда немцы стали применять кроме хлора и другие отравляющие вещества: хлорпикрин, иприт, адамсит и др., — то наши маски перестали спасать солдат. Однако скоро в России были изобретены и стали широко использоваться противогазы Куманта—Зелинского—Авалова. Инженер Кумант предложил резиновую маску, к которой прикреплялся сам противогаз, а химик Зелинский (см. 2.37) внес оригинальную идею: использовать активированный березовый уголь как абсорбент. Инженер Авалов изобрел клапан, и дышать в противогазе стало несравненно легче.

Газообразный хлор оказывает сильное раздражающее действие на глаза и легкие человека: при концентрации более 2 мг хлора на 1 л воздуха быстро наступает смерть. Для борьбы с хлором химики предложили «антихлор». Это название дали веществам, легко вступающим в реакцию с хлором и обезвреживающим его. Кроме тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ к антихлорам относят сульфит натрия Na₂SO₃, гидросульфит натрия NaHSO₃, аммиак NH₃, пероксид водорода H₂O₂. C первыми двумя веществами хлор взаимодействует в присутствии воды с образованием сульфата натрия и хлороводорода:

Реакции хлора с аммиаком и пероксидом водорода протекают с выделением соответственно азота N₂ и кислорода O₂:

Антихлор применяют как дегазирующее средство при утечке хлора, а также для устранения его разрушающего действия при отбеливании тканей из натуральных волокон.

Жизнедеятельность человека связана с образованием большого количества бытовых и промышленных отходов, чаще всего животного и растительного происхождения, которые носят название биомассы. Если биомассу систематически не перерабатывать, то в ней будет погребено все население Земли. Биомасса заключает в себе большие запасы энергии. В отсталых странах ее варварски уничтожают простым сжиганием, загрязняя при этом атмосферу. Но биомассу можно превратить в полезное для человека сырье, если ее перерабатывать в специальных установках без доступа воздуха при помощи анаэробных бактерий, разлагающих биомассу с образованием биогаза. Биогаз состоит главным образом из метана CH₄. Многие водяные растения, водоросли, засоряющие каналы и водоемы, отходы древесины могут быть использованы для получения биогаза, производство которого быстро растет во всех странах: например, в Китае у населения имеется более 4 млн. небольших генераторов биогаза. Остаток от переработки биомассы содержит много азота и может служить ценным удобрением, а сам биогаз используют для отопления, приготовления пищи, для получения электроэнергии.

Много ли пресной воды нужно человеку? И хватит ли ее растущему населению Земли?

Чтобы выжить, человеку требуется около 1,5 л воды в сутки. На бытовые нужды один человек расходует от 200 до 600 л воды. Много ее потребляет промышленность. Например, для выплавки 1 т стали нужно до 200 м³ воды, а для выпуска 1 т бумаги требуется почти 20 000 м³ воды.

Боды на Земле много — 1,4 млрд., км³, но из этого количества только 35 млн. км³, или 2,5%, приходится на долю пресной воды. Однако большая ее часть, 24 млн. км³, находится в форме ледников и снежного покрова Антарктиды, Гренландии и Арктики, а также в подземных запасах. В реках и озерах, основных источниках пресной воды, сосредоточено всего 95 000 км³, или 0,007%, от общих запасов воды на Земле. Таким образом, ресурсы пресной воды очень ограниченны и более чем любой другой фактор определяют предельную численность населения конкретного региона. Пресная вода становится критическим ресурсом, который вскоре положит верхний предел экономического развития некоторых стран. Благоразумие требует, чтобы любое государство научилось управлять запасами пресной воды.

Для какой цели при очистке воды перед ее фильтрованием в нее вводят сульфат алюминия?

Сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃, растворяясь в воде, вступает в реакцию с содержащимся в ней гидрокарбонатом кальция Ca(HCO₃)₂:

В результате этого взаимодействия в осадок выпадает метагидроксид алюминия AlO(OH) в виде хлопьевидного вещества, захватывающего находящиеся в воде примеси, в том числе и мелкие взвешенные частицы, придающие воде желтоватый оттенок. Осадок поглощает также и большую часть бактерий; сорбирует примеси и бактерии и осадок сульфата кальция CaSO₄, выпадающий вместе с AlO(OH).

В горах зону выше 8000 м называют «летальной». «Выжить — единственное слово, которое подходит для описания состояния и поведения человека на этой высоте, где он может пробыть три-четыре дня почти исключительно за счет своих внутренних ресурсов. Как же удается альпинистам покорять вершины-восьмитысячники?

Специалисты, изучавшие воздействие больших высот на человека, считают, что высокогорье можно разбить на несколько условных зон, в границах которых происходят те или иные изменения в организме. Высоты до 5400 м — это зона полной акклиматизации. Здесь отдых и полноценное питание полностью восстанавливают силы. Зона неполной акклиматизации простирается до 6000 м. Еще выше, до 7000 м, идет зона адаптации, где полное восстановление жизненных сил еще возможно, но на короткое время. И, наконец, на высоте 8000 м в зоне частичной, временной адаптации, энергетический баланс организма становится отрицательным. Здесь люди могут находиться до тех пор, пока не исчерпают свои внутренние резервы.

Вдыхание очень сухого горного воздуха намного увеличивает потери влаги через легкие, а обезвоживание организма сильно сказывается на работоспособности и состоянии альпиниста. Поэтому на больших высотах рекомендуют пить до 4–5 л воды в сутки. При обильном потоотделении теряются не только вода, но и минеральные вещества, что компенсируется введением минеральных солей в питьевую воду. Рационы высотных экспедиций включают кислые продукты, так как они повышают индивидуальный «высотный потолок» человека.

«От двух стаканов этой воды происходит опьянение, за которым следует глубокий сон», — писал о минеральной воде «Нарзан» в 1874 г. путешественник Яков Рейнего.

Путешественник, оставивший нам столь яркий отзыв о «Нарзане», был чрезмерно впечатлителен. Минеральные воды обладают лечебными, в том числе и успокоительными свойствами. Они содержат, как правило, катионы натрия Na⁺ , кальция Ca²⁺ и магния Mg²⁺ и хлоридные Cl^-, сульфатные SO₄^2- и гидрокарбонатные HCO₃^- анионы. Кроме того, минеральная вода насыщена диоксидом углерода CO₂, который делает воду более приятной на вкус, лучше утоляющей жажду. Но сам CO₂ не всегда приятен. В 1986 г. на берегах озера Ниос (Камерун) в результате выброса со дна озера колоссального количества глубинного CO₂ погибло более 1700 человек.

Известно, что при ветре с моря в воздухе ощущается присутствие соли, попадающей в атмосферу с брызгами морской воды. Связь соленых ветров с солеными дождями очевидна. Одна дождевая капля массой 50 мг «вымывает» соль из почти 16 л воздуха, а 1 л дождя растворяет в себе соль, содержащуюся в 300 м³ воздуха. Только за счет штормовых ветров из океана в воздух попадает 27 млрд., т солей в год. Значит, за 80 лет на 1 км² суши с дождями поступает свыше 1000 т растворенных солей.

Кислотными дожди называют только в том случае, если значение pH (см. 7.26) дождевой воды станет меньше 5,6. Кислотность дождей вызвана и появлением в атмосфере во все возрастающем количестве диоксида серы SO₂ и диоксида азота NO₂, которые содержатся в продуктах сгорания топлива (нефти, угля, газа, дров) и выбросах нефтеперерабатывающих, металлургических, химических заводов, автомобильного транспорта. Диоксид серы и диоксид азота, соединяясь с кислородом и влагой воздуха, превращаются в серную и азотную кислоты:

которые вместе с дождями выпадают на землю. Поэтому водородный показатель дождевой воды становится равным 3–4 и даже 2. Это уже не вода, а столовый уксус!

Знаете ли вы, что в человеческом организме примерно 35 л жидкости непрерывно осуществляют «орошение» тела?

В этот объем входит 5 л крови, 2 л лимфы, 28 л внутриклеточной и внеклеточной жидкости. Кроме того, в органах человеческого тела циркулирует еще около 9 л жидкостей разного состава: 1,5 л слюны, 2,5 л желудочного сока, 1 л желчи, 0,7 л панкреатического и 3 л кишечного сока. В нашем организме есть еще спинномозговая и мозговая жидкости (около 0,1–0,2 л). Естественно, что все эти жидкости — водные растворы неорганических и очень сложных органических веществ.

«Серебряная вода» — это взвесь мельчайших частиц серебра Ag в воде. Она образуется при хранении воды в серебряных сосудах или вообще при контакте воды с серебряными изделиями. Частицы серебра в такой воде уже при концентрации 10^-6 мг/л обладают антисептическими свойствами, т. е. убивают микроорганизмы.

В IV в. до н.э. войска Александра Македонского вторглись в Индию. На берегах р. Инд в войске разразилась эпидемия желудочно-кишечных заболеваний, которая, как ни странно, не затронула ни одного военачальника. Оказалось, что простые воины пользовались оловянной посудой, а их командиры — серебряной. Невесомых количеств растворенного серебра оказалось достаточным для дезинфекции воды и пищи… «Святую воду» тоже «серебрят» с помощью церковной утвари (серебряные чаши, кресты). Она долго хранится и не портится. Если в вашем доме есть серебряная ложка или другой серебряный предмет, то вы сможете приготовить «серебряную воду» и убедиться в ее полезных свойствах.

Наилучшим бактерицидным действием обладают активированные угли, на поверхности которых выделялось серебро путем восстановления катионов серебра Ag⁺ при помощи растворов формальдегида HCHO (см. 6.55) или тартрата калия-натрия KNa(C₄H₄O₆)∙4Н₂O:

Выделившиеся мельчайшие частицы серебра закреплялись на поверхности угля, а в растворе оставались муравьиная HCOOH (см. 3.31) и азотная кислоты.

«Свинцовая вода», или, иначе, свинцовая примочка, — это 2%-й водный раствор основного ацетата свинца Pb(OH)(CH₃COO), наиболее распространенное средство первой помощи при ушибах. Поскольку такой раствор обладает высокой теплоемкостью, он оказывает охлаждающее действие и предотвращает образование кровоподтеков при ушибах. Надо только помнить, что все соединения свинца токсичны, и применять свинцовую примочку не следует, если на коже образовались ссадины и порезы.

Представьте себе разгар летнего сезона у моря. На пляже множество отдыхающих. Как обезвредить песок от возможного заражения грибком и другими болезнетворными микроорганизмами, не применяя для этого никаких посторонних реагентов?

На первый взгляд задача кажется неразрешимой. Однако вспомним, что есть еще морская вода! Морская вода — раствор многих солей, в том числе хлоридов и бромидов натрия и кальция. Если морскую воду некоторое время подвергать электролизу, то в ней начнут накапливаться оксохлорат ClO^- и оксобромат BrO^- анионы, которые обладают бактерицидным действием. Например, появление анионов ClO^- вызвано реакцией, протекающей около анода:

Теперь обработанную морскую воду можно использовать для опрыскивания пляжного песка. Необычное дезинфицирующее средство быстро разлагается под действием солнечного света с выделением кислорода O₂:

В песке не остается никаких вредных веществ, а число бактерий в каждом грамме песка снижается более чем в семь раз! Вот и решение проблемы.

Знаете ли вы, что кровь здорового человека имеет значение водородного показателя pH 7,3–7,4?

Водородный показатель (символ pH) — это отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации (моль/л) ионов оксония H₃O⁺ , т. е. протонов H⁺ , связанных с молекулами воды: pH = -lg[H₃O⁺].

Если значение pH крови равно 7,2, то это означает, что в организме произошли серьезные нарушения нормальной жизнедеятельности.

Если pH 7,1, то появились необратимые изменения, грозящие смертью. Такие значение pH и даже ниже имеет жидкость клеток, пораженных раком. А вот желудочный сок, содержащий хлороводородную кислоту HO, имеет pH 0,9–1,6.

Кальций принимает активное участие в построении костного скелета и в обмене веществ. Суточная потребность взрослого человека в кальции Ca составляет около 1 г и зависит от рода пищи. Особенно много кальция поступает в наш организм при молочной диете. Если в пище содержится мало кальция, то может наступить размягчение костного скелета. Кости легко искривляются или ломаются.

Кальций, содержащийся в крови в виде аквакатионов [Ca(H₂O)₆]²⁺, способствует регулированию работы сердца. Эти ионы являются возбудителями сердечной деятельности. Ионы калия K⁺, наоборот, вызывают ослабление работы сердца вплоть до его остановки. Совместное присутствие ионов калия и кальция в кровяной жидкости поддерживает нормальную сердечную деятельность. Кальций выполняет в живом организме важнейшую защитную функцию. Кровь, лишенная этих ионов, не свертывается на воздухе, и малейшая царапина грозит человеку смертью вследствие истечения кровью. Интересно отметить, что соотношение солей в кровяной сыворотке близко к их соотношению в морской воде, той среде, в которой, как полагают, зародилась жизнь.

Химические элементы не распределяются равномерно в животном и растительном мире. Так, золото Au скапливается в телах высших животных, например в мозге теленка содержится до 0,001% золота («золотой теленок»?), а в организме женщин золота в среднем в пять-шесть раз больше, чем у мужчин. В чем тут дело, пока неизвестно. В некоторых грибах находят до 0,05% серебра Ag («серебряный гриб»!). В золе отдельных видов ракушек обнаружили до 12% цинка Zn. Сравнительно много цинка в подорожнике и фиалках. Было установлено, что к моменту нереста рыб цинк из тканей тела рыб-самцов переходит в их молоки. Некоторые морские организмы аккумулируют стронций Sr из окружающей воды. Известны радиолярии, скелет которых целиком состоит из сульфата стронция SrSO₄. Мухоморы накапливают в своих клетках ванадий, а рыжие муравьи — до 0,05% марганца Mn.

Даже в человеческом организме химические элементы предпочитают одни его части другим: калий K и медь Cu концентрируются в сердце, олово Sn-в языке, цинк — в зубах и половых железах, мышьяк As — в волосах и ногтях, железо Fe — в гемоглобине крови.

C развитием промышленности из недр Земли и ее вод извлекаются и переносятся в биосферу все возрастающие количества различных химических соединений, состоящих из тех или иных химических элементов. Суммарный поток химических элементов, проходящих через биосферу, достигает 5∙10⁸ т/год. Для благополучного существования биологических объектов необходимо, чтобы концентрация некоторых химических элементов в продуктах питания изменялась только в очень узких пределах (например, 10^-6–10^-4%). Это касается прежде всего свинца Pb, меди Cu, бора В, иода I, ванадия V, никеля Ni и ртути Hg. За этими пределами, как в случае превышения, так и при занижении содержания данных химических элементов, наблюдаются функциональные расстройства организма, различные заболевания, появление уродов в потомстве и даже гибель целых видов флоры и фауны.

Газообразный фтор F₂ — газ, смертельный для человека (см. 1.45). Влияние же фтора, существующего в виде фторидных анионов F^-, на животный и растительный мир хорошо известно: в малых количествах он полезен, в больших вызывает серьезные нарушения жизнедеятельности. В организм человека и животных фторидные ионы попадают с питьевой водой. Если фторидных ионов в воде меньше 0,5 мг/л, то зубы, например, подвержены кариесу, а при содержании F^- более 1,2 мг/л наблюдается уже болезнь зубов, так называемый флюороз, и происходит нарушение в организме фосфорно-кальциевого обмена.

Известен такой случай. После второй мировой войны по «плану Маршалла» некоторые фирмы США ввозили во Францию пиво. Пиво быстро теряло свои качества при длительной перевозке. Чтобы увеличить устойчивость пива, к нему стали добавлять незначительные количества фтороводородной кислоты HF, при этом пиво свои вкусовые качества сохраняло. Вскоре во Франции были зарегистрированы десятки тысяч случаев разрушения зубной эмали у любителей заморского пива. Фтор лишний раз оправдал свое греческое название «фторос» — разрушающий.

В некоторых удаленных от моря горных районах почти все население страдало болезнью, известной под названием «зоб» и выражающейся в увеличении щитовидной железы. В одной из провинций Китая жители стали добавлять в пишу в качестве приправы золу морских губок и с удивлением обнаружили исцеление от «зоба».

Зола морских губок содержит до 8,5% иода (см. 4.39). В человеческом теле находится около 25–30 мг иода в виде его различных соединений. Из этого количества примерно 15 мг находится в щитовидной железе. Появление «зоба» вызывается недостатком иода в человеческом организме. Ежедневное потребление небольших количеств (0,1 мг) иодидов натрия NaI или калия KI в виде примеси к пищевой соли NaCl позволяет полностью избавиться от этой болезни.

Иод содержится во многих продуктах животного происхождения: молоке, мясе, масле, яйцах и особенно в рыбе. Много иода в луке, морской капусте — ламинарии, в морском воздухе (см. 1.58).

В результате Чернобыльской катастрофы (см. 7.55) на большой территории произошло распыление радиоактивного иода. Этот опасный изотоп (см. 4.60) иода способен поглощаться из воздуха живыми организмами и концентрироваться в щитовидной железе. Приемом больших доз иодида калия KI под контролем врачей удалось во многих случаях вывести его из организма.

Обычный лошадиный рацион включает овес, сено, свежую траву. Но оказывается, что в этом корме недостает соединений химического элемента селена Se, необходимого для живого организма микроэлемента. Селен защищает поджелудочную железу, способствует усвоению и переработке жиров и удержанию витамина E в плазме крови. Если селена мало, начинается заболевание мышц животных, дистрофия, да и потомство появляется слабое. Так что селеновый дефицит приходится восполнять специальными селенсодержащими добавками или подкормками, например мукой из жмыха льняного семени.

Фитонциды — оружие, убивающее практически все виды болезнетворных бактерий — возбудителей чумы, тифа, холеры и туберкулеза.

Фитонциды — сложные органические летучие вещества, состав которых полностью еще не изучен. Они выделяются чесноком, луком, порезанными листьями черемухи, соком хвои сосны, ели и можжевельника.

В прошлом столетии в странах Востока люди носили на шее дольки чеснока для предохранения от заболеваний во время эпидемий. В годы Великой Отечественной войны в госпиталях прикладывали к поверхности гнойных инфицированных ран кашицу из лука или чеснока. Фитонциды, проникая во все складки тканей, хорошо дезинфицировали раны, способствуя их быстрому заживлению. Пожевав несколько минут дольку чеснока, вы избавитесь от всех бактерий, поселившихся во рту.

Подсчитано, что 1 га хвойного леса выделяет летом до 5 кг фитонцидов, а можжевелового леса — почти 30 кг. Вот почему воздух сосновых боров так полезен.

По одной из легенд, в 1721 г. во время эпидемии чумы в г. Марселе четырем преступникам, приговоренным к смертной казни, было приказано хоронить мертвых. Эти невольные могильщики не заболели чумой: они пили вино, настоянное на измельченном чесноке. Такую настойку и прозвали «уксусом четырех разбойников». Чума не раз бушевала и в России. Первым средством от заболевания было «часто нюхать “уксус четырех разбойников” и …оным мыть подмышки и в пахах».

Чеснок — своеобразное «бинарное химическое оружие» против бактерий. Издавна люди ломали голову над тем, почему чеснок не пахнет, пока его не начали резать или толочь. Оказалось, что запах появляется из-за распада содержащегося в чесноке вещества аллиина под действием фермента аллиинлиазы. В целой дольке чеснока они находятся в разных местах: аллиин — в цитоплазме не входящей в ядро клетки части протоплазмы, а фермент — в полостях разного размера и формы, называемых вакуолями. При нарушении целостности дольки эти два вещества вступают во взаимодействие с образованием очень неустойчивой аминокислоты — аллицина, распадающейся с выделением диаллил сульфида (H₂CCHCH₂)₂S, придающего чесноку его характерный устойчивый запах.

В русской народной медицине чесноком лечат множество хвороб, особенно различные расстройства пищеварения. Настойка чеснока на водке помогает размягчению и выводу камней из почек и мочевого пузыря. При гипертонической болезни и атеросклерозе рекомендуют съедать две-три дольки чеснока в день.

Как известно, избыток сахара C₁₂H₂₂O₁₁ (см. 1.61) в пище приводит к сердечнососудистым заболеваниям, к диабету. Выяснилась любопытная деталь: в странах с невысокой смертностью от диабета и от заболеваний сердца и сосудов едят в основном неочищенный сахар, а в странах, где смертность от тех же заболеваний высокая, употребляют очищенный сахар — сахар-рафинад. Исследователи установили, что в неочищенном сахаре содержание примесей соединений хрома Cr на 30% больше, чем в очищенном сахаре. Как оказалось, хром регулирует механизм действия инсулина, он поддерживает нормальную терпимость организма к глюкозе.

В 1970 г. американский химик, лауреат двух Нобелевских премий Лайнус Полинг (р. 1901 г.) объявил, что витамин C — лучший, безвредный и чудодейственный препарат, способный излечивать простудное заболевание. Нужно только принимать его в увеличенных дозах — от одного до четырех граммов ежедневно, тем больше, чем острее форма заболевания. Витамин C содержит аскорбиновую кислоту. Кислота образует бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде. Она синтезируется всеми хлорофиллсодержащими растениями, пресмыкающимися и земноводными. Человек утратил способность к ее биосинтезу из глюкозы в результате потери в ходе эволюции способности вырабатывать ряд ферментов.

Исследования последнего времени показали, что витамин С, принимаемый в больших дозах, способен резко понизить сопротивление организма простудным заболеваниям. Было установлено, что наш организм может бороться против излишка витамина С, причем процесс его вывода продолжается до тех пор, пока не наступит резкая недостаточность этого вещества. Чем больше организм получает витамина С, тем больше его и выводит. В Канаде, например, в 1965 г. были отмечены случаи рождения детей, больных цингой. Видимо, их матери увлеклись большими дозами витамина С, думая, что этим они охраняют свое здоровье. Суточная потребность здорового человека в витамине C колеблется от 0,05 до 0,1 г. В случае простудного заболевания доза может быть увеличена только до 1 г.

В XVIII в. считалось, что «…в некоторых случаях и болезнях самое железо составляет весьма хорошее лекарство, и принимаются с пользой наимельчайшие оного опилки, либо просто, либо обсахаренные». Кроме этого рецепта рекомендовалось употреблять кислое виноградное вино, настоянное с железными опилками, которое называли кто «стальным вином», кто «железной водой».

Граф А. П. Бестужев-Рюмин (1693–1766) — канцлер императрицы Елизаветы и генерал-фельдмаршал Екатерины II — предложил капли, получившие название «бестужевских», как укрепляющее и возбуждающее средство. Капли представляли собой раствор трихлорида железа FeCl₃ в смеси этанола C₂H₅OH и этилового эфира (C₂H₅)₂O. Екатерина II их часто употребляла.

Железо является важнейшей составной частью организма человека и животных. Оно входит в состав гемоглобина и различных ферментов, находящихся в печени и селезенке, стимулируя работу кроветворных органов. Врачи и сейчас выдают рецепты на прием внутрь порошкообразного железа в виде таблеток, покрытых оболочкой, или в капсулах, взрослым обычно по 1 г на прием.

Подорожник быстро останавливает кровь и обеззараживает рану при порезах. В его листьях находится много металлов в виде их различных соединений, особенно железа Fe, кобальта Co, цинка Zn (см. 7.28). Соединений, например, кобальта Co в подорожнике в 10–40 раз больше, чем в соседствующих растениях. А человеческий организм как раз и нуждается в этих металлах из набора «кроветворных». Русская медицина использовала целебные свойства и другого хорошо известного растения — крапивы. Крапива также является кровоостанавливающим и ранозаживляющим средством. Кроме того, ее настои и отвары издавна использовались при болезнях печени и желчных путей, почечно-каменной болезни, дизентерии, водянке, простудных заболеваниях, подагре, малокровии, как лактогенное средство (повышающее выделение молока у кормящих матерей). В народе часто крапиву называли «стреканкой», «жгучкой» и «жигалкой». А жжется она муравьиной кислотой HCOOH (см. 3.31), которая выделяется из ее волосков. Это ее свойство также используется в народной медицине от «ломотного» ревматизма: свежесорванную крапиву либо накладывают на больное место, либо пропаривают его веником из крапивы. Листья крапивы — кладовая белка, витаминов и микроэлементов, необходимых для регулирования обмена веществ у человека. Витамина C в крапиве больше, чем в лимонах и черной смородине, каротина больше, чем в ягодах облепихи и моркови. Крапива по содержанию белков, крахмала и сахара не уступает бобовым растениям.

Желтые шаровидные соцветия бессмертника, растения с сухими невянущими цветками, содержат смесь сложных органических веществ, которые называют флавоноидами. Они обладают способностью стимулировать выделение желчи, разжижать ее, усиливать работу желудка и поджелудочной железы, снижать воспалительные заболевания печени и желчных путей. Отвар и настой цветов бессмертника — старинное народное лекарство. Русские крестьянки прятали пучки бессмертника по сундукам и чуланам, чтобы не заводилась моль. Помещали их и за двойными рамами — всю зиму они будут напоминать о погожей поре. Поэтому бессмертник называли еще «мороз-травой».

В некоторых живых организмах есть два сильных яда: сакситоксин, или батрахотоксин, состава C₁₀H₁₇N₂O₄ и тетродотоксин состава C₁₁H₁₇N₃O₈. Яд сакситоксин содержит южноамериканская лягушка — пятнистый древолаз, или кокой. Ее яд годами остается активным и не имеет пока противоядия. Попадая в царапины и порезы кожи человека в количестве всего 0,001 мг, он приводит к смертельному исходу из-за нервно-мышечного паралича сердца. Яд гремучей змеи (кураре) в 30 раз менее эффективен, чем яд этой лягушки. Пожалуй, кокой — самое ядовитое животное на Земле. Укус скорпиона или паука каракурта не всегда смертелен, но очень опасен. Наиболее ядовит австралийский паук — хвостатый птицеед атракс. C 1927 по 1972 г. от его укусов погибло 20 человек. Смерть наступала от паралича дыхательного центра. Противоядие пока не найдено. Другим опасным пауком является родич крестовика — веррукоза, обитающая в Северной и Южной Америке. От ее укуса человека будут мучить почти месяц боль и кровавая рвота, заканчивающаяся иногда смертью. В Индийском океане у берегов Северной Австралии и у берегов Филиппинских островов встречается очень ядовитое морское животное кубомедуза хироникс, которую называют еще «смертоносной морской осой». Человек, пораженный этой медузой, неминуемо погибает. Яд медузы поражает центральную нервную систему и приводит к параличу сердца. Блюда из такой японской рыбы, как фугу или тетродон, являются деликатесом. Но эта рыба содержит в коже, печени, икре и молоках один из сильнейших ядов — тетродотоксин. Смертельная доза яда — 1 мг.