Страница 1 из 83
Путешествие в Страну элементов
Пути неорганической химии
Сто с небольшим химических элементов входят в перечень «строительных деталей», из которых воздвиг себя мир, живой и неживой.
Нам повезло: Земля не обделена. В доступной для наблюдения части вселенной не обнаружено ни одного элемента, какого нет в нашем распоряжении.
Земной шар — своего рода исполинская химическая лаборатория, действующая вот уже довольно продолжительное время. В нем возникали условия для протекания всевозможных реакций. Нужны были высокие давления — пожалуйста: в недрах вещество сжималось с силой в сотни тысяч, даже в миллионы атмосфер. Температуры? Шар кипел и бурлил огненным месивом. Время? Сколько угодно — дни, тысячелетия, сотни миллионов лет. Природа не считается с затратами.
В результате запутанных, бесконечных химических пертурбаций и сформировалась (да и сейчас потихоньку продолжает формироваться) наша планета.
Кто-то своими руками сотворил огонь. Кто-то из жесткой, грубой шкуры убитого зверя выделал кожу. Кому-то посчастливилось из руды получить железо. Человек искал впотьмах, на ощупь и натыкался иной раз на такие крупные удачи. Это было загадочно, необыкновенно, и потому искусство совершать какие бы то ни было химические превращения долгое время считалось священным. Оно попало в руки жрецов. Из стран Востока на заре нашей эры достижения прикладной химии перенеслись в Грецию. Ей наследовал Рим. А когда одряхлевшая империя рабовладельцев рухнула, лидерство в науках и ремеслах перешло к арабам. Прикладное и мистическое начала своеобразно переплелись в деятельности арабских химиков. С фанатичным упорством трудились они над тем, чтобы составить рецепт получения золота из других металлов, а также эликсира против всех болезней и даже самой смерти. Соединяя различные вещества, алхимики («ал» — приставка арабского происхождения) «между делом» синтезировали многие практически ценные соединения. Но хотя с помощью черной магии в соавторы привлекались всевозможные духи, главной цели своих трудов они не достигли.
Европейские преемники арабских магов на протяжении нескольких столетий — XII–XV веков — чадили и колдовали в своих тщательно засекреченных лабораториях, составляли умопомрачительные рецепты «философского камня», морочили головы коронованных невежд и, случалось, уличенные в надувательстве, кончали свои дни на виселице.
Все это наукой и не пахло. Алхимия скорее была нелепо поставленной и витиевато зашифрованной, слепой и спотыкающейся прикладной химией.
Люди уже знали множество химических соединений. Они освоили производство стекла, применяли порох, чеканили монету и отливали бронзовых богов, ковали великолепные клинки и получали краски, сохранявшие свежесть вопреки стараниям всеразрушающего времени.
Прикладная химия была уже немолодой и многоопытной, за ее плечами тянулась длинная вереница веков, когда родилась наука химия. Это случилось удивительно недавно — какие-нибудь две с половиной сотни лет назад.
В XVII веке природу уже изучают ботаника, зоология, минералогия. Сначала исследователи ограничивались лишь «инвентаризацией» окружающего мира. Они составляли списки всего, чем он богат. Следующий шаг — попытки разобраться в обширных наблюдениях, сделать обобщения, перейти от индивида к виду.
Такой же путь предстоял и химии. Но если сороконожку, антилопу гну, одуванчик, полевой шпат природа демонстрирует «в чистом виде», то химические индивиды, как правило, замаскированы ею в более или менее сложных обличьях.
Надо было научиться извлекать их. «Нужные и в химических трудах употребительные натуральные материи сперва со всяким старанием вычистить, чтобы в них никакого постороннего примесу не было, от которого в других действиях обман быть может», — наставлял химика Михайло Ломоносов, величайший основоположник научной химии, автор первого, отправного ее закона — закона сохранения вещества.
Разделять — вот главное устремление химиков XVIII века; определять вес и меру — вот главные средства для достижения этой цели. «Природа даже через посредство людей никогда не производит соединения иначе, как с весами в руках — по весу и по мере!» — восклицал французский химик Л. Пруст. Эпоха гаданий и домыслов отошла в прошлое, уступив место эпохе уверенной, целенаправленной, напряженной работы. Весы, внесенные в химическую лабораторию, изгнали из нее теорию флогистона и ряд других допущений, опровергнутых измерениями.
Однако опыты способны не только ниспровергать старое и открывать новое, но и порождать беспощадно сложные вопросы. Как доказать, что в пробирке химический индивид, а не группа их? Что представляют собой однородные тела, которых так много в природе, — химические соединения или просто смеси?
Усилия великих умов были сконцентрированы на решении задачек из учебника для начальной школы, составленного строгим учителем — природой. В ходе решения химики знакомились с членами скрытной семьи элементов, всякий раз добиваясь этой чести наблюдательностью, терпением и остроумием эксперимента. То была бурная, весенняя пора метода химического анализа. Он помогал опознавать химические индивиды, давать им точные количественные характеристики.
Вновь после продолжительного перерыва наука вернулась к вопросу, живо обсуждавшемуся философами античности: что представляет собой вещество? Теперь, в XIX веке, на этот философский и естественнонаучный вопрос должны были дать ответ естествоиспытатели, творцы молодой неорганической химии. Правда, его уже в XVIII веке дал Ломоносов в своей корпускулярной теории. Но отсутствие необходимых точных данных о количественном составе сложных веществ не позволяло в его время проверить гениальные предположения ученого. Теперь эти данные были.
Точно славный богатырь Илья Муромец, ставший на ноги в «тридцать лет и три года», химия наверстывала свой затянувшийся младенческий и алхимический период бурными темпами, сказочными деяниями. Она вскрывала гармонию в головоломном хаосе разнообразия, сотворенного природой. Группируя немые и слепые факты, устраивая «очные ставки» между ними, устанавливая причинные связи между явлениями, неорганическая химия заставляла мертвую материю выбалтывать строжайшие секреты мироздания, открывала поистине фундаментальные законы природы. Среди них ярчайшее проявление научной прозорливости — периодический закон, периодическая система элементов Д. И. Менделеева. На этих законах природы воздвигалась могучая, безграничных возможностей наука.
В значительной мере именно она, неорганическая химия, формировала убеждение в материальности и познаваемости мира, опрокидывала одно за другим вздорные, трусливые басни о неисповедимой деятельности некоего всевышнего творца. Неорганика становилась фактором, определяющим духовный и материально-технический облик эпохи, непременным элементом знаний каждого культурного человека.
Неорганика неотступно двигалась вперед. Для дальнейшего, более полного и разностороннего познания естества, установления новых закономерностей химия вынуждена была обратиться к физическим методам исследования.
«Химик, не являющийся в то же время физиком, представляет собой ничто», — заявил Бунзен, один из авторов способа спектрального анализа.
В середине XIX века от неорганической химии, проявляющей равный интерес ко всем «кирпичикам мироздания», отпочковалась химия органическая, избравшая своим объектом соединения одного элемента — углерода.
Нашу Землю можно назвать планетой торжествующего углерода. Ни один элемент не «создал» столько соединений на земном шаре, сколько углерод. Соединения углерода считаются носителями жизни; все остальные вещества, хотя и изменяются со временем, рассматриваются как представители мертвого мира — так они малоподвижны, когда предоставлены самим себе.