Text
                    А. А. Карцова
ХИМИЯ
БЕЗ ФОРМУЛ
или
Знакомые незнакомцы
«Авалон»
«Азбука-классика »
Санкт-Петербург
2005


УДК 54 (091) К21 Карцева А. А. К21 Химия без формул. — 3-е изд., перераб. — СПб.: Авалон, Азбука-классика, 2005. — 112 с. ISBN 5-94860-026-2 (Авалон) ISBN 5-352-01489-4 (Азбука-классика) Книга доступно и увлекательно рассказывает о зарождении химической науки, о таинствах алхимиков, о химических элементах в организме человека и о многом-многом другом. Книга предназначена для широкого круга юных читателей, включая тех, кто еще не приступил к изучению химии в школе. Она также познавательна для всех, кто интересуется химией. ISBN 5-94860-026-2 (Авалон) ISBN 5-352-01489-4 (Азбука-классика) © Карцова А. А., 2005 © «Авалон», 2005 © «Азбука-классика», 2005
Моим внукам Лизе, Пете и Марине посвящается «Искать не менее интересно, чем находить». А. и Б. Стругацкие ВМЕСТО ПРЕДИСЛОВИЯ 1 сентября 1651 года на девятнадцатом году жизни Робинзон Крузо отправился в свое кругосветное путешествие... И вы, конечно, знакомы со всеми его приключениями на необитаемом острове. Когда на Робинзона нападало отчаяние, он пытался доказать себе, что в его бедственном положении есть все же немало хорошего. Приняв решение вести дневник, он разделил страницу пополам и слева записал — «худо», а справа — «хорошо». Вот маленький отрывочек из его дневника: Худо Хорошо Я удалён от всего человечества; Но я не умер с голоду и не я пустынник, изгнанный навсег- погиб в этой пустыне, да из мира людей. Так почему же Робинзон не погиб с голоду и одолел все напасти, прожив на острове двадцать восемь лет два месяца и девятнадцать дней? «...Я принес огромный кусок воску (фунтов в пятьдесят весом) да прихватил моток пряжи, топор, пилу
4 Вместо предисловия и молоток, большую кожаную сумку с порохом... Все это очень пригодилось впоследствии, особенно воск, из которого делались свечи...». Когда воск кончился, Робинзон Крузо сделал себе светильник из козьего жира: вылепил плошку из глины, хорошенько ее обжег на солнце, для фитиля взял пеньку из старой веревки. Светильник горел тускло, часто мигал и гас, и, конечно, очень уступал восковой свече, но все-таки это был светильник, который работал». Обследуя местность, Робинзон искал кассаву (дерево, разводимое в Америке и содержащее много питательного крахмала). Ему хорошо было известно, что индейцы, живущие в жарком климате, из корней кассавы изготовляли хлеб. Кроме того, Робинзон обнаружил великолепные экземпляры алоэ и сахарного тростника, кокосовые пальмы, апельсиновые и лимонные деревья; нарвав зеленых лимонов, Робинзон готовил себе воду с лимонным соком. Как-то он развел большой огонь, чтобы испечь на угольях мясо и обнаружил между ними случайно попавший в огонь черепок от разбившегося глиняного кувшина. Черепок раскалился докрасна и затвердел как камень. «Если глиняный черепок так затвердел от огня — подумал Робинзон, то, значит, с таким же успехом можно обжигать на огне и глиняную посуду». Он научился изготавливать глиняные горшки, в которые можно было наливать воду и варить мясо. Так почему же Робинзон не погиб с голоду? Можно предложить несколько версий. И вот одна из них: знание свойств веществ, которые были рядом и тех, что он научился получать, умение наблюдать и извлекать необходимые знания из собственного опыта очень помогли Робинзону Крузо и, в конечном итоге, спасли его.
Вместо предисловия 7 В книге английского математика Иена Стюарта «Проникновение в тайны катастрофы», книге для малышей, написанной серьезно и с огромным уважением к юным читателям, на титульном листе помещены такие слова: «Когда много размышляешь о невероятных событиях, они, в конце концов, становятся понятными». Ну, что ж, давайте поразмышляем. Мы появились на свет, и жизнь наша сразу же с первых дней существования связана с химическими процессами независимо от нашего сознания и «хотения». Человек — часть природы и от нее зависит. А в природе постоянно все изменяется. Так и хочется все время задавать вопросы. Почему трава зеленая? Почему так легко дышится после грозы? Как устроен мир и кто его «устроил»? Происходят ли чудеса в жизни или только в сказках? Кто способен их творить? Наука, которая не позволяет затеряться в этих бесконечных «почему», — химия. Химические превращения сопровождают нас всюду: зажигаем ли мы спички, отбеливаем белье, добавляем ли в тесто соду. Да разве все перечислишь?! Изменение окраски, поглощение или выделение теплоты и света сопровождают химические процессы. Так, взаимодействие негашеной извести (оксида кальция) с водой приводит к сильному разогреванию. В химических викторинах даже есть такой вопрос: можно ли без огня и электричества сварить яйцо? А почему бы и нет?! Поместим яйцо в посуду с негашеной известью и обольем его холодной водой. Произойдет такое сильное разогревание, что вода закипит, и через несколько минут яйцо
8 Вместо предисловия сварится. Получение лекарств и красок, горение бензина, создание самых прочных и самых неустойчивых материалов, приготовление сыра и творога из молока, производство стекла, бьющегося и небьющегося (органического) — это тоже химия. Превращения одних веществ в другие называют химическими реакциями. И тогда каждому понятно: если произошла химическая реакция, образовались новые вещества. Изучают химические превращения и создают новые вещества химики. Химики бывают разные: химики-органики и неорганики, аналитики и радиохимики, химики-экологи, «полимерщики» и т.д. многие из которых за свои научные достижения удостоены степеней кандидатов и докторов наук. Кстати, слово «кандидат» происходит от латинского «кандидатус» — «одетый в белое». В Древнем Риме кандидат, облачившись в тогу белого цвета, обходил горожан и просил подать за него голос. Высшая ученая степень — степень доктора наук (по латыни «доктор» — «учитель»). За особые научные достижения университеты мира стали вручать почетные докторские дипломы «с наивысшим отличием». Такого диплома в 1925 г. в Калифорнийском Технологическом институте был удостоен дважды Нобелевский лауреат (Нобелевская премия по химии и премия мира за усилия по запрещению ядерных испытаний) Лайнус Карл Полинг (1901—1994). По- линг включен в число двадцати наиболее известных ученых за всю историю человечества. Химики владеют секретами исследования вещества. Для этого надо учиться наблюдать, сопоставлять, выстраивать собственные гипотезы и уметь их проверять. Правда, барон Мюнхгаузен, который «не выносит никакого обмана и всегда рассказывает одну только чистую правду», поведал удивитель-
Вместо предисловия 9 ную историю появления специалистов, которым вовсе даже не требуется специального обучения и подготовки: лунные жители вырастают прямо на деревьях. На ветвях растут огромные орехи. Чуть только царю Луны понадобятся новые люди, он приказывает бросить эти орехи в кипящую воду. Через час орехи лопаются, и из них выскакивают совсем готовые лунные люди. Этим людям не приходится учиться. Они сразу рождаются взрослыми и уже знают свое ремесло. Из одного ореха выскакивает трубочист, из другого — шарманщик, из третьего — мороженщик, из четвертого — солдат, из пятого — повар, из шестого — портной. И каждый немедленно принимается за свое дело... Но так, наверное, происходит только у барона Мюнхгаузена. Лайнус Полинг определил химию следующим образом: «Это наука о веществах — об их строении, свойствах, о реакциях, в результате которых одни вещества превращаются в другие». И с этим трудно не согласиться. Каждый раз получение нового вещества — своего рода священнодействие. Да и сама химическая наука долгое время (а может быть, даже и сейчас?!) считалась священной, и занимались ею преимущественно жрецы. Неудивительно поэтому, что в Египте при раскопках обнаружено несколько химических лабораторий, непосредственно соединенных с храмами.
у истоков химии В какой же части земного шара следует искать зарождение первых проблесков химических знаний? Наиболее выдающимися химиками древнего мира являлись, по-видимому, египтяне. Даже само слово «химия» (chemia), по мнению ученых, появилось в Египте. У Плутарха имеются указания на то, что жители Египта, населявшие «черную землю» (чернозем), получили название «хемы». Обсуждаются и другие варианты происхождения этого слова: алхимический писатель IV-ro века Зосима производит слово химия от Хемеса — легендарного автора первой книги по химии, ангела, изгнанного с неба. Некоторые исследователи считают, что слово «химия» произошло от греческого «хима» — металлическое литье. Какие же имеются свидетельства достаточно высокого развития химической науки у египтян? Во-первых, — это искусство бальзамировать трупы. До сих пор не раскрыт учеными секрет бальзамирования. Другое направление, в котором так преуспели древние египтяне, — это производство красок. Применялись как природные красители (пурпур, индиго, ализарин), так и создавались собственные композиции, отсутствующие в природе. Изделия, окрашенные в Египте свыше четырех тысяч лет назад, не потеряли своей свежести и яркости и до сегодняшних дней. Алхимикам были известны многие металлы и сплавы, мыло, нефть, строитель-
У истоков химии ц ные материалы: алебастр, гашеная и негашеная известь, сера, сода и т.д. Один из исследователей Египта обнаружил папирус длиной 20 метров, относящийся к 1552 г. до н.э. До сих пор не расшифрован секрет клеящих компонентов, не позволивших рассыпаться этим листам папируса.
12 У истоков химии Из Египта знания распространялись по другим странам Древнего Востока и побережья Средиземного моря: персы, финикийцы, арабы, греки, римляне принимали эту «эстафету». Значительный вклад в развитие химической науки был вложен народами, населяющими территорию Китая: изобретение фарфора, бумаги, получение сахара из растений, изготовление лекарственных препаратов, пороха, красок. Известный естествоиспытатель Кай Плиний Старший, погибший в 79 г. при извержении Везувия, написал свою знаменитую «Естественную историю» в 37 томах, где дал подробные указания, как использовать те или иные вещества в медицине, как получать скипидар из смолы хвойных деревьев, как отбеливать шерсть с помощью горящей серы.
ОБ АЛХИМИКАХ И АЛХИМИИ Первые арабские химики появились в VIII—IX вв. Они преобразовали слово khemeia в al-kimiya, a сами стали называться «алхимиками». Каково же происхождение слова «алхимия»? Некоторые объясняют его как «златоделие» (древнегреческое хюмос — сок, хюма — литье, химеве- ис — смешивание, ким — древнекитайское — золото; приставка ал — арабского происхождения). Алхимия охватывает период около двух тысячелетий (с 300 до 1600 г.). Ученый монах Роджер Бэкон (1214-1294), получивший блестящее образование в Парижском и Оксфордском университетах, так определил эту науку: «Алхимия есть наука о том, как приготовить некий состав или эликсир, который, если его прибавить к неблагородным металлам, превратит их в совершенные металлы...». Другой алхимик, доминиканский монах и энциклопедически образованный человек («доктор уни- версалис») Альберт фон Болыптедт, более известный как Альберт Великий (1193—1280), составил «Полную энциклопедию средневековых знаний о природе». «Алхимия — отмечал он, — есть искусство, придуманное самими же алхимиками. Имя ее произведено от греческого archymo. С ее помощью включенные в минералы металлы, пораженные порчей, возрождаются — несовершенные становятся совершенными».
14 06 алхимиках и алхимии По-разному относились люди к алхимикам. Было и такое мнение: «Алхимия — история величайшего безумия и величайшей мудрости, на которые способны люди». Одним из первых прославленных арабских алхимиков был Джабир ибн Хайян (721-815), известный в Европе под именем Гебер, посвятивший свою жизнь исследованию возможности превращения неблагородных металлов в золото. Не о нем ли упоминается в пьесе Бена Джонсона «Алхимик» (XVI— XVII в): «...Сегодня Я должен приготовить талисман, Наш перл творенья - философский камень... Вы все еще не верите? Напрасно! Я весь металл здесь в доме превращу Сегодня ночью в золото, а завтра Чуть свет за оловом и за свинцом К лудильщикам я слуг своих направлю...». Казалось, что алхимику известно о происходящем в этом таинственном мире нечто такое, чего не постигнуть обычному смертному. А, может быть, так и было на самом деле? Не удивительно, что коронованные особы, при своем дворе почитали за честь иметь собственного придворного- химика. «Философский камень», который надо было изготовить, по мнению алхимиков, был своеобразным посредником между ржавым железом и золотом, в ржавом железе и спрятанном. Но как же все-таки они пытались получить этот самый философский камень?! Неужели вместе с алхимиками ушла навсегда тайна их ремесла? Вот один из «рецептов» завораживающего эксперимен-
06 алхимиках и алхимии 15 та — сотворения философского камня, опубликованного в «Книге двенадцать врат», принадлежавшей английскому алхимику Джорджу Рипли:
16 Об алхимиках и алхимии «Чтобы приготовить эликсир мудрецов, или философский камень, возьми, сын мой, философской ртути и накаливай, пока она не превратится в зеленого льва. После этого прокаливай сильнее, и она превратится в красного льва. Дигерируй этого красного льва на песчаной бане с кислым виноградным спиртом, выпари жидкость, и ртуть превратится в камедеобразное вещество, которое можно резать ножом. Положи его в обмазанную глиной реторту и медленно дистиллируй. Собери отдельно жидкости различной природы, которые появятся при этом. Ты получишь безвкусную флегму, спирт и красные капли. Киммерийские тени покроют реторту своим темным
Об алхимиках и алхимии 17_ покрывалом, и ты найдешь внутри нее истинного дракона, потому что он пожирает свой хвост. Возьми этого черного дракона, разотри на камне и прикоснись к нему раскаленным углем. Он загорится, и приняв вскоре великолепный лимонный цвет, вновь воспроизведет зеленого льва. Сделай так, чтобы он пожрал свой хвост, и снова дистиллируй продукт. Наконец, сын мой, тщательно ректифицируй, и ты увидишь появление горючей воды и человеческой крови». Загадочно, не правда ли?! И «лев», и «дракон», и «безвкусная флегма» — все это химические соединения. Так, «философская ртуть» — это свинец, а «безвкусная флегма» — обычная вода. Вот только не всегда мы можем согласиться с тем, что она безвкусная. Правда?! «Горючая вода», упоминаемая алхимиками в этом рецепте, — хорошо известный растворитель — ацетон. Ну, а «львы» — зеленый и красный — это различные оксиды свинца, которые и получаются в результате описанных таинственных превращений «философской ртути». Кто же они эти маги и волшебники, труженики и неудачники? Хотелось бы заглянуть в святая святых — лабораторию алхимика! Вот как Гоголь описывал дом-«лабораторию» средневекового алхимика: «...Ветхий, почти валящийся, считаемый необитаемым, по растрескавшимся стенам которого лепится мох и старость, окна глухо заколочены - это жилище алхимика. Ничто не говорит в нем о присутствии живущего, но в глухую ночь голубоватый дым, вылетая из трубы, докладывает о неусыпном бодрствовании старца, уже поседевшего в своих исканиях, но все еще неразлучного с надеждою...»
18 06 алхимиках и алхимии У Ганса Христиана Андерсена — известного датского сказочника — тоже можно найти весьма уважительное повествование об алхимике Вальдемаре До: («Ветер рассказывает о Вальдемаре До и его дочерях»): «До был горд и смел, но также и знающ! Он много знал! Все это видели... Огонь пылал в его камине даже летом, все об этом шептались, а дверь всегда была на замке. Он работал там дни и ночи, но не любил разговаривать о своей работе: силы природы нужно испытывать в тиши; скоро, скоро он найдет самое лучшее, самое драгоценное на свете - красное золото! Вот почему валил из трубы дым, трещали дрова, и пылал в камине огонь... От дыма и пепла, от забот и бессонных ночей волосы и борода... поседели, кожа на лице сморщилась и пожелтела, но впалые глаза по-прежнему горели жадным блеском в ожидании золота, желанного золота. Ветер сам помогал алхимику раздувать огонь в камине, а неутомимый Вольдемар До ставил один опыт за другим, добиваясь своей цели. Все свое богатство истратил До на бесконечные опыты, но когда, казалось, получил долгожданное золото, его ждало горькое разочарование: это было лишь окрашенное стекло...». Алхимики неистово верили, что они обязательно получат «философский камень», который и превратит неблагородные металлы в благородные (свинец — в серебро, ртуть — в золото), исцелит все болезни, возвратит молодость и продолжит жизнь за ее естественные пределы. Таким образом алхимическое искусство как бы сближено с искусством врачевания: есть порча, болезнь, которая нуждается в лечении (неспроста
20 Об алхимиках и алхимии синонимом «философского камня» является слово медикамент). Древних врачей, хорошо знакомых с алхимической наукой, называли иатрохимика- ми. Основоположником иатрохимии был профессор естественной истории Базельского университета, врач и химик, получивший известность под именем Парацельса (1493-1541) (что по латыни означает «превосходящий Цельса»). Его настоящее имя — Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм. Вот такое длинное имя! Почти, как у императора великой страны Лилипутии, куда попал Гулливер — Гольбасто Момарен Эвлем Гердайло Шефин
Об алхимиках и алхимии 21 Молли Олли Гой. Кстати, Гулливеру многие открытия алхимиков были уже хорошо известны. Помните, когда отправился в свое морское путешествие ученик знаменитого лондонского врача?! В своей толстой записной книжке на первой странице Гулливер записал: «4 мая 1699 г. мы снялись с якоря в Бристоле». Именно Парацельс — врач, владеющей химической наукой, предложил объединить медицину и химию в одну науку — иатрохимию — врачебную химию. Алхимики были уверены, что сера, входящая в состав всех металлов, и является главным загрязнителем, порчей, от которой металлы надо очистить. Что же известно о таком «алхимическом загрязнителе», как сера?
СЕРА Обнаруженная внутри кратеров вулканов, сера издавна считалась продуктом деятельности подземного бога Вулкана. Божественное происхождение серы укреплялось ее способностью гореть красивым синевато-голубым пламенем, распространяя удушливый запах. Известная человеку с давних времен, сера являлась составной частью знаменитого в истории древнего мира греческого огня — легко воспламеняющейся горючей смеси, применявшейся для военных целей. Греческие цари владели секретом изготовления греческого огня на протяжении четырех веков. С помощью греческого огня в 941 году под стенами Царьграда был уничтожен флот киевского князя Игоря. «Словно молнию... которая на небе, греки имеют у себя и пускали ее, сжигая нас, поэтому мы и не одолели их». Для перенесения огня использовались деревянные палочки, обработанные расплавом серы. Не обошлось без серы и производство спичек. В конце XVIII в. стали изготавливать «переносной огонь» — прообраз сегодняшних спичек, основанный на химических реакциях. Самыми первыми в этом ряду были обыкновенные древесные лучинки, с одного конца которых в виде головки помещались бертолетова соль и сера. Когда головка погружалась в серную кислоту, наблюдалась вспышка, и лучинка загоралась. Правда, при использовании таких спичек возникало много неудобств: надо было все время иметь при себе небезопасную серную кислоту.
Сера 23 Серой окуривали сосуды для приготовления и хранения вина. Дымом, который получался при сгорании специально приготовленной смеси серы, масла и смолы, уничтожали вредителей виноградных лоз. Возвратившийся из дальних странствий Одиссей обращается к служанке: «Принеси мне серу, которая очистит всю грязь, и принеси мне огонь, чтобы я мог очистить серой мой дом». Серный цвет (мелкий порошок серы) — прекрасное средство против «мучнистой росы» — болезни, которая и поражала виноградники. В своем трактате «О царстве минералов», написанном в XVI веке, Агрикола посвятил сере совсем не радужную страницу: «Если травы чахлы, бедны соками, а ветви и листва деревьев имеют окраску тусклую, грязную, темноватую вместо блестящего зеленого цвета, это признак, что подпочва изобилует минералами, в которых господствует сера... Сера входит также в состав ужасного изобретения — порошка, который может метать далеко вперед куски железа, бронзы или камня - орудие войны нового типа». Особенно богата месторождениями серы Сицилия. Алхимики обозначали серу в виде треугольника, обращенного острием вверх — это неизменный знак огня А. Крест — свидетельство ее несовершенства и нечистоты. И все-таки, по-видимому, алхимики зря недооценивали серу. Производство спичек, бумаги, лекарственных препаратов, получение пороха, стекла и соды, очистка бензина — все это не обходится без участия серы.
семь металлов алхимиков Чуда не произошло: неблагородные металлы так и не удалось превратить в ослепительное, манящее золото. Почему? Что известно о «благородных» и «неблагородных» металлах? Алхимики были убеждены, что металлы «растут и созревают» в «лоне» Земли. При этом золото считалось вполне «созревшим», а вот железо — явно не дозрело. Они верили, что металлы зарождаются в земных недрах под влиянием небесных светил: золото — под воздействием Солнца, серебро — Луны, железо — Марса, медь — Венеры, свинец — Сатурна, ртуть — Меркурия и, наконец, олово — Юпитера. Именно эта мистическая вера привела их к заключению, что на Земле существует лишь семь металлов, по числу известных в то время планет. Все эти металлы, утверждали алхимики, связаны и со средой обитания человека, и с его настроением, эмоциями, а также с днями недели. Если заглянуть в мифы Древней Греции, то мы найдем там даже упоминания о различных поколениях людей, связанных с тем или иным металлом. «...Создали прежде всего поколенье людей золотое вечно- живущие боги, владельцы жилищ олимпийских...» Время жизни первых людей называли Золотым веком. Люди эти не знали ни изнурительного труда, ни горестей, ни забот.
Семь металлов алхимиков 25 Неистощенная земля обеспечивала им полное изобилие. Второму человеческому поколению — серебряному — уже жилось хуже. Но оно не ведало об этом, так как не дали ему боги разума. Третье людское поколение, созданное Зевсом, называли медным. С малолетства люди были вооружены медными наконечниками, носили медные доспехи, жили в домах с медной кровлей и медными стенами. Постоянно вели войны, и сами же не понимали, зачем. Поколение, появившееся после Троянской войны, греки стали называть железным...
золото По мнению алхимиков, драгоценный и такой желанный для них металл как золото рождается под влиянием Солнца. Для обозначения элементов они изобрели свои символы. Алхимический знак золота — ©. Благополучие, богатство, прибыль, здоровье и наследство символизировал этот знак. Не случайно указан и день недели, связанный с этим металлом, — воскресенье. Латинское имя золота аурум сродни древнегреческому аурора — «заря, светить». По-древнеиндийски золото — хираннам, а желтый — хари. В активных (а подчас и алчных!) поисках золота во времена алхимиков использовались и различные способы его подделки. Вот один из таких «рецептов»: «медь слабо нагреть с вязким раствором золота в ртути до того, чтобы ртуть испарилась и образовался тонкий слой золота на меди». Упоминались и другие варианты подделок: многократное нанесение краски, «приготовленной из красной киновари, красного сульфида мышьяка, золотисто-блестящего серного колчедана, а также из уксуса, квасцов и мочи ребенка». Самые древние предметы из золота обнаружены в захоронениях, которые относят к пятому тысячелетию до н.э. Особенно много золота было найдено в древнем Египте. Из золота был изготовлен саркофаг Тутанхамона — юного фараона, правившего в середине II тысячелетия до н.э. В древнегреческом
Золото 27 мифе об аргонавтах, отправившихся за золотым руном, отразились не только воспоминания о походах за золотом, но и сама технология извлечения золота из быстрых горных рек. Скорее всего, один из первых способов был такой: овечьи шкуры (срезанный пласт овечьей шкуры назывался «руно») с привязанными к ним камнями опускали в быструю реку или ручей. На шкуры наваливали золотонос-
28 Золото ный песок. Легкие песчинки вымывались течением, а более тяжелые — крупинки металла — задерживались шерстью. Шкуру с осевшим металлом сжигали, золу промывали в специальных сосудах, воду затем сливали, а на дне оставалось золото. Перелистаем страницы мифов Древней Греции, посвященные Золотому руну. «По всему свету прошел слух о великом чуде. Все говорили о золотом волшебном руне, вечно сияющем как жар в темной роще на берегу Черного моря, миф о том, как спасались дети царя Афаманта и царицы Нефеллы... Все было готово для жертвоприношения... Вдруг над горой раздался удар грома, воздух прорезал ослепительный свет, и послышался легкий звон... На голых камнях рядом с дрожащими Фриксом и Геллой оказался золотой барашек. Длинное, нежное, но тяжелое руно его сияло точно пламя, золотые рога закручивались крутыми завитками. — Скорее! Не медлите и садитесь на спину, я спасу вас. Тесно прижавшись друг к другу, дети уселись на широкую спину барашка, и он, разбежавшись, поднялся с горы в воздух. Крепко вцепился в золотые рога юный Фрикс, с восторгом озирая проплывающие навстречу облака и пытаясь успокоить испуганную сестру... Радостно встретил царь спасенного Фрикса, а Овна — золотого барашка — принесли в жертву великому гонителю туч, всемогущему Зевсу. Пылающее горячим блеском золота руно повесили на раскидистом платане в священной роще...». Самородки золота редко бывают чисто золотыми. Обычно в них имеется довольно много меди или серебра. Кроме того, в самородном золоте иногда содержится теллур.
Золото 29 Свойства золота разнообразны и удивительны. Золото — один из самых тяжелых металлов, уступает только осмию, иридию и платине. Золото — ковкий металл: из 1 г золота можно изготовить золотую проволоку длиной 3 км, т.е. маминого колечка хватило бы, чтобы протянуть такую золотую «дорожку» через весь город. Золото — очень мягкий металл, его легко расплющить и превратить в тончайшие пластинки. Один из старейших способов его применения — изготовление зубных протезов. С одной стороны, мягкому металлу легко придать нужную форму, но при этом есть опасность его быстрого изнашивания, поэтому зубные протезы изготавливают не из чистого золота, а из его сплавов с серебром и медью. С глубокой древности известны золотые покрытия. Они отличались высокой стойкостью и хорошо отражали свет. Тончайшие листы золота приклеивали к дереву, меди и железу специальными лаками. Иногда поступали иначе: изделие покрывали слоем специального клея и посыпали тончайшим золотым порошком. На вещах, которые сами находились в постоянном употреблении, такое золотое покрытие сохранялось неизменным около 50 лет. Золочению подвергают купола соборов, контакты в ракетах, детали проводников, отдельные части рентгеновских аппаратов. Изготавливают отражатели с золотым покрытием. Позолоченной была поверхность нескольких искусственных спутников Земли, предохраняя их от коррозии и избыточного тепла. А вот совсем другой пример, хорошо знакомый каждому. Золотая каемочка на чашке, из которой так «вкусно» выпить чай или кофе с молоком. Она в самом деле золотая. Для изготовления высококачественного красного стекла (его еще называют «золотой рубин») применяют хлорид золота, который полу-
л5^-л
Золото 31 чается при растворении самого золота в «царской водке». Любопытно отметить, что окраска стекла соединениями золота обходится совсем не дорого: для однородного интенсивного окрашивания всей массы нужно затратить не более 0,001—0,003% хлорида золота. «Золотой рубин» не теряет цвета даже при высокотемпературной обработке. По электропроводности золото занимает третье место после серебра и меди. Сплавы золота и само золото — важные конструкционные материалы, например, при изготовлении радиоламп. Из сплавов золота с платиной изготавливают химическую посуду и аппаратуру. В конце прошлого века химикам впервые удалось получить коллоидные растворы золота. Цвет их оказался фиолетовым. А позднее были получены коллоидные растворы золота синего и красного цветов. Цвет раствора в существенной степени зависит от размеров коллоидных частиц, а также от примесей других металлов, толщины листа, от агрегатного состояния. Так, сплавы золота и серебра в зависимости от содержания серебра имеют неодинаковый цвет: при 20-40% серебра образуется металл зеленовато-желтого цвета, а при 50% — бледно-желтый. Медь и серебро придают ему оттенки от бледно-желтого до яркого желто-красного. Сплав 78% золота и 22% алюминия имеет руби- ново-красный цвет. Измельченное до высокой степени золото может иметь рубиновый и даже темно- фиолетовый цвет. Сплав красного цвета, в состав которого входит 9 частей золота и 1 часть меди, называют «червонным золотом». Из червонного золота чеканили монеты — червонцы. У мелкодисперсного золота тоже червонный цвет. Алхимики называли его «красным львом» и считали панацеей от всех
32 Золото страданий и надежным средством продления жизни. Его прописывали как лекарство в разведенном виде и в малых дозах. Кстати, происхождение слова панацея имеет следующую историю: у древних греков богом здоровья был Эскулап. Его дочери — Панакея и Гигиея считались покровительницами медицины. Мечтая о Всеисцеляющем средстве, люди назвали его панацеей, а наука о сохранении здоровья стала называться гигиеной. Алхимики не ошибались: некоторые соединения золота используются и поныне в качестве лекарственных средств от туберкулеза; мази на основе соединений золота используют для лечения некоторых кожных заболеваний (одной из разновидностей волчанки) и злокачественных опухолей.
СЕРЕБРО Серебро, по мнению алхимиков, «рождается» в недрах Земли под воздействием Луны. Алхимический знак серебра — ^, а день недели, который ему соответствует, — понедельник. Сны, грабежи и раны символизировал этот знак. О давнем знакомстве человека с серебром свидетельствует уже само его название: русское серебро, немецкое зилъбер, английское силъвер восходят к древнеиндийскому слову сарпа, которым обозначали Луну и по аналогии с Луной серп — древнейшее орудие земледельца. Латинское название серебра аргентум означает «белое» (как и греческое ар- гос — белый, блестящий). Из документов одного из первых древнеегипетских фараонов Менеса, жившего 3000 лет до н.э., серебро в эти давние времена стоило в два с половиной раза дороже золота. Почему? Наверное, это было связано с его более поздним открытием, что временно и определило его большую редкость и большую в сравнении с золотом ценность. Что же знаем мы об этом металле? Бактерицидные свойства серебра известны очень давно. В древности обеззараживали воду, погружая в нее пластины из металлического серебра. Бактерицидность серебряной воды может сохраняться в течение длительного времени. Серебряные пластины, наложенные на открытые раны, способствовали их быстрому заживлению. Серебряная соль азотной кислоты — нитрат серебра, или ляпис, или, как величали алхимики
Ag* с1еде:в;ро .ЛУНА Понедельник
Серебро 35 это соединение, lapis infernalis, что означает «адский камень» — также хороню известное бактерицидное средство. В виде водного раствора или карандаша ляпис используется для прижигания бородавок. Крем аргосульфан на основе соли серебра обладает антибактериальным действием и используется при ожогах. Коллоидные препараты серебра — колларгол и протаргол — применяют для промывания гнойных ран, смазывания слизистых оболочек верхних дыхательных путей. Серебро незаменимо при производстве сплавов, для изготовления ювелирных изделий, монет, медалей, столовой и лабораторной посуды, музыкальных инструментов. Такое знакомое сочетание как «серебряный звон» произошло от удивительного звучания серебряных колокольчиков. Струны некоторых музыкальных инструментов делают из сплава, содержащего 90% серебра. В 1846 г. был изобретен способ нанесения серебра на стекло, что позволило наладить производство технических и бытовых зеркал. До этого люди использовали отполированные металлические пластины. Бронзовые — быстро тускнели, а золотые зеркала, кроме того, что были очень дороги, придавали изображению неестественный желтоватый оттенок. Хорошо известны очки с фотохромными стеклами, в которых светочувствительным компонентом является хлорид серебра. При освещении такие очки темнеют, а в отсутствии освещения — вновь становятся бесцветными. Почему? Хлорид серебра на свету разлагается с образованием серебра. Это, в свою очередь, приводит к потемнению стекла. Ну, а в темноте имеет место обратная реакция — вновь образуется хлорид серебра. В огромных количествах серебро расходуется для производства кино- и
36 Серебро фотоматериалов. Серебро можно даже «потрогать» на черно-белых фотографиях. Есть сплав, который по внешнему виду очень похож на серебро — такой же «серебряный», но самого серебра не содержит — это мельхиор (его прежнее название, которое, кстати, можно обнаружить на старинных столовых приборах, нейзильбер, что означает новое серебро). Наверное, у многих в доме есть мельхиоровые ложки. Слово мельхиор произошло от фамилий французских ученых, которые изобрели этот сплав. Но в мельхиоре на самом деле нет серебра. А что же есть? Основа этого красивого сплава — другой металл, почитаемый алхимиками, — медь. Кроме того, туда входит никель и цинк. Мельхиор используется в производстве посуды, для изготовления духовых инструментов. Золото, серебро и медь — «денежные» металлы. Некоторые из алхимиков считали, что при смешении меди, ртути и олова в результате превращения металлов образуется серебро. А на самом деле? Получался сплав, который цветом и твердостью напоминал серебро. Известен минерал (электрум), состоящий из 30% серебра и 70% золота. И золото, и серебро относятся к благородным металлам. Что же составляет суть этого благородства?! Устойчивость металлов к различным атмосферным воздействиям, к коррозии, к действию всевозможных химических веществ и, конечно, очень красивый (благородный) вид изделий из золота и серебра.
ЖЕЛЕЗО За понедельником следует вторник. Этому дню соответствовало — железо, зарождающееся, как считали алхимики, в недрах Земли под действием планеты Марс. Алхимическое обозначение железа — cf. Это знак войны. У Плиния Старшего записано: «...Железные рудокопи доставляют человеку превосходнейшее и зловреднейшее орудие. Ибо сим орудием прорезываем мы землю... Сим орудием выстраиваем дома, разбиваем камни... Но тем же железом производим брани, битвы и грабежи...». Алхимики предупреждали: «В железе много нечистой серы». Железо, содержащее какие-либо примеси (в первую очередь, серу, кремний и углерод), подвергается ржавлению гораздо быстрее. Одни из наиболее древних изделий из железа найдены археологами в семидесяти километрах к югу от Каира. Установлено, что эти образцы железа метеоритного происхождения. Поэтому египтяне называли железо «бени-пет», что значило «небесный металл», древние греки — «сидерос», т.е. «звездный». Ценность метеоритного железа поддерживалась легендами и мифами, идущими со времен алхимии и повествующими о его магических свойствах, обусловленных «неземным» происхождением. В железных метеоритах обычно содержится около 91% железа и до 8,5% никеля. Железный век сменил в Европе бронзовый на рубеже первого и второго тысячелетий до н.э. Никельсодержащее железо не поддается ковке в нагретом состоянии, т.к. оно
38 Железо становится хрупким. Оно куется холодным, но это требует затраты гораздо больших усилий. Известно, что российский император Александр I имел шпагу из метеоритного железа, изготовленную на Урале на Златоустовской фабрике «белого» (холодного) оружия. Современный символ железа Fe («феррум») берет начало от романского названия железа. Происхождение русского слова «железо» трактуют так: корень
Железо 39 лез (от слова лезо — лезвие) указывает на предметы, выполненные из этого металла — режущие инструменты и оружие. По другой версии название происходит от санскритского «джалъджа», что означает «металл», «руда». Первое железо не небесного, а вполне земного происхождения было получено скорее всего тогда же, когда была выплавлена из руды первая медь. Красный железняк, или гематит, обнаруживали повсеместно в смеси с глиной (охры, или как их называли, «вохры», которые бывают красного и желтого цвета) на многих раскопанных археологами стоянках каменного века. Его применяли и для окраски глиняных сосудов. Железо — важнейший металл современной техники — в чистом виде практически не используется. Почему? Оно недостаточно прочно и применяется в основном в виде сплавов. При высокой температуре железо соединяется с углеродом. Выплавляют железо в виде чугунов и сталей. Стали содержат до 2% углерода. Сталь, легированная хромом, отличается жаропрочностью, твердостью, стойкостью к коррозии и идет на производство деталей экскаваторов, камнедробильных машин, рельсов. В современных автомобилях применяются стали десятков и сотен различных марок. В чугуне содержание углерода больше: от 2% до 5%. Санкт-Петербург — своеобразный музей чугуна и железа: набережные, ограды парков, мосты, фонари, решетка Летнего сада, купол Исаакиевского собора и т.д. Железо обладает уникальным свойством образовывать сплавы не только с углеродом, но и с многими другими элементами.
40 Железо Железо в отличие от других металлов притягивается магнитом. Проверьте сами: и гвоздь, и канцелярские кнопки (если они железные!), и швейная иголка сразу же «откликнутся». Содержание железа в земной коре 4,65% по массе. По распространенности оно занимает 2-ое место среди металлов после алюминия. Сердцевину Земли, начиная с глубины 2900 км и до ее центра на расстоянии 6370 км от поверхности, занимает ядро, состоящее из сплавов железа.
РТУТЬ Четвертый металл алхимиков —ртуть. Он соответствовал дню недели — среде и планете — Меркурию. Еще алхимиками было замечено, что ртуть способна очень быстро «бегать» по гладкой поверхности, распадаясь на мелкие серебристые капельки и легко вновь соединяясь. Мы могли это наблюдать и сами, когда вдруг при неосторожном обращении разбивали ртутный термометр — обычный медицинский градусник. Эту стремительность и легкость древние римляне сравнивали с быстротой и легкостью передвижения, увертливостью и хитростью бога Меркурия — покровителя ремесел и торговли. Алхимический знак ртути — Ь. Долги и торговля, страх и болезни — вот что символизировал этот знак. Латинское имя ртути — «гидраргиум» означает «серебряная вода». В древние времена на латинском языке ртуть называли «аргентум вивум» — «живое серебро». А откуда же произошло русское имя этого металла — «ртуть»? Полагают, что слово «ртуть» появилось не позднее XII века и происходит от старославянского «руду» и «рудру», обозначавших красный цвет. Первое знакомство с ртутью, по-видимому, началось с ее самого распространенного минерала красного цвета — киновари, или сульфида ртути. Греческое «киннобарис» переводится как «кровь дракона». Название минерала связывают с древней легендой о погибшем в горах драконе. Пролитая им
42 Ртуть кровь и превратилась в минерал красного цвета. Киноварь была одной из первых минеральных красок, используемых человеком. Она широко применялась для окраски дорогой домашней утвари. Красный цвет киновари хорошо известен в хохломской росписи. Металлурги древности получали ртуть накаливанием киновари с последующим охлаждени-
Ртуть 43 ем ртутных паров на холодных предметах. Позднее в XVII веке в классическом труде Агриколы одна из стадий получения ртути описывалась так: «Не перенося жара и испытывая влечение к холоду, она оседает на листьях деревьев, обладающих охлаждающей силой». О ртути знали древние индийцы, китайцы, египтяне. В XVI веке были открыты знаменитые ртутные месторождения в Перу. С древности своими богатыми месторождениями ртути славилась Испания. В середине X века мавританский король Абдар- Рахман III построил дворец, во внутреннем дворике которого был фонтан с непрерывно льющейся струей ртути, даже не предполагая, какую опасность для здоровья таит в себе это роскошное зрелище. А отсутствие цвета и запаха у ртути приводит к еще большей недооценке этой опасности. По-видимому этого не подозревал и Карл III (1630 1685) — английский король из династии Стюартов, который в последние годы жизни, заинтересовавшись алхимией, оборудовал собственную лабораторию. Тайной страстью короля было выделение чистой ртути. Причиной смерти его стало хроническое отравление парами этого металла в результате многочисленных экспериментов по прокаливанию и перегонке ртути. Далеко не сразу было установлено, что пары ртути чрезвычайно ядовиты. Ртуть — единственный жидкий при комнатной температуре металл. Правда, жидкость эта очень тяжелая: один литр ртути весит более 13 кг. Ртуть — тяжелая и при этом достаточно летучая жидкость. Предельно допустимая концентрация (не опасная для здоровья) для ртути в воздухе рабочей зоны определена в 0,01 мг/м3, а для такого классического яда как мышьяк в 50 раз
Ртуть больше — 0,5 мг/м, т.е. даже незначительные количества паров ртути могут оказаться крайне опасными для здоровья. В быту потенциально опасны не только ртутные термометры, но и старинные зеркала. Их металлический слой состоит из 70% олова и 30% ртути. Крайне токсичны некоторые органические соединения ртути, например, диметилртуть, которая со сточными водами попадает на дно водоемов, поглощается водными организмами, накапливаясь в растениях, а потом и в рыбах. Рыбы-хищники, питающиеся более мелкими рыбами, могут «запасти» в себе это опасное вещество в 1000 раз больше, чем оно концентрируется в воде. Этим вызвана так называемая «болезнь Минамата» — по названию приморского города в Японии, где за несколько лет от отравления соединениями ртути умерло 50 человек, а многие родившиеся дети имели врожденные уродства. Другие проявления такого отравления — психические расстройства, так называемая «болезнь шляпников». Дело в том, что для размягчения шерсти, из которой изготовляли фетровые шляпы, ранее широко применяли соединения ртути, и ртутное отравление было широко распространено среди тех, кто имел дело с фетром. Один из первых признаков хронического ртутного отравления — дрожащие пальцы, бессвязная речь, необратимо слабеющая память. Именно такого безумного шляпника и встретила Алиса «в стране чудес», когда попала на странное «безумное чаепитие». «— Какое сегодня число? — спросил он (Шляпник), поворачиваясь к Алисе и вынимая из кармана часы. Он с тревогой поглядел на них, потряс и приложил к уху. — Алиса подумала и ответила: «Четвертое».
?TV'I Ь 45 — Отстают на два дня, — вздохнул Шляпник. Я же говорил: нельзя их смазывать сливочным маслом... Туда верно попали крошки... Время для меня палец о палец не ударит, и на часах всегда шесть... — Поэтому здесь и накрыто к чаю? — догадалась Алиса. — Да, — отвечал он со вздохом. Здесь всегда пора пить чай. Мы не успеваем даже посуду вымыть... Выпьем чашку чая и пересядем к следующей*. Пролитую в помещении ртуть надо собирать самым тщательным образом. Как? Большие капли уда-
46 Ртуть ляют механически, например, совком. А как быть с мельчайшими капельками в щелях пола? Надо провести химическую реакцию и связать ртуть, например, взаимодействием с раствором хлорного железа. Используемый ранее способ обезвреживания пролитой ртути с помощью серы недостаточно эффективен, поскольку при комнатной температуре взаимодействие ртути с серой идет крайне медленно. Избежать острого ртутного отравления или, по меньшей мере, ослабить его способны молоко и яичный белок. Серебристо-белый блеск, характерный для ртути, приобретают многие металлы, растворяясь в ней: и красная медь, и желтое золото. Такие жидкие или твердые сплавы называются амальгамами. Эту способность ртути растворять многие металлы в старину использовали для приготовления зеркал: стекло покрывали амальгамой олова, и оно становилось «серебряным». Некоторые алхимики, чтобы убедить окружающих в своем успехе — получении драгоценного золота из ртути, пользовались способностью ртути «прятать» в себе золото. В измельченном состоянии золото почти мгновенно растворяется в жидкой ртути. Такие амальгамы золота остаются жидкими вплоть до 10-12% растворенного в ртути металла. После испарения ртути в тигле остается чистое золото. Способность ртути растворять серебро в свое время была использована в фотографии для усиления негативов. Для этого их обрабатывали парами ртути в растворах, где находились негативы. При образовании амальгамы количество металла на местах локализации серебра увеличивалось, а поэтому и усиливалось изображение. А вот железо амальгамы не образует, поэтому ртуть можно перевозить в железных емкостях.
олово Олово и было пятым элементом неутомимых алхимиков. Его связывали с планетой Юпитер и с днем недели — четвергом. Блестящее олово обозначалось знаком Юпитера "Ч — молнией. Этот знак сулил благополучие и богатство. По-русски «олово» — это олово. По-польски «олув» означает свинец. Средневековая Европа довольно долго путала свинец и олово, и то, и другое считали свинцом, только олово — белым свинцом («плюмбум альбум»), а свинец — черным свинцом («плюмбум нитрум»). Древние римляне называли олово так, как оно сейчас и называется — «стан- нум». На санскрите «ста» — «стоять, стойко держаться», а «ставан» — прочно. Почему же путали олово и свинец? Эти металлы привлекали внимание своей легкоплавкостью. Еще в давние времена было обнаружено, что добавка 10% свинца к олову значительно облегчает его плавку, поэтому неудивительно, что во многих средневековых изделиях из олова всегда обнаруживаются добавки свинца. Способы определения чистоты олова были известны еще с древности. Вот один из них: расплавленное олово выливали на кусок папируса. Если олово было чистым, папирус прогорал. Если же в олове содержались примеси, то папирус не горел, т.к. температура плавления такого «нечистого» олова была ниже температуры воспламенения папируса.
48 Олово Олово известно человеку с древних времен, особенно в сплаве с медью в виде бронзы. Использование этого сплава восходит еще к бронзовому веку (бронзовый век датируется 2-ым тысячелетием до н.э. и заканчивается в начале 1-го тысячелетия до н.э. В этот период бронзу стало вытеснять железо) — периоду истории человечества, когда получили широкое распространение орудия труда и оружие, изготовленные из бронзы Изобретению бронзы предшествовало открытие меди. В течение всего бронзового века главным делом олова было придавать твердость меди. Медные орудия получали все меньшее распространение, чем бронзовые, поскольку последние были тверже и литье их осуществлялось легче (температура плавления бронзы 700—900° С, а меди — 1083°С). Твердую и прочную бронзу нельзя было выплавить без олова, а бронза прекрасно обрабатывается. Из бронзы создано немало художественных произведений: изготовлены и «Царь-колокол» у Московского Кремля, и кони Клодта на Аничковом мосту в Санкт-Петербурге, и «Медный всадник» на площади Декабристов. Одно из семи чудес света — статуя Колосса Родосского высотой 32 метра, созданная в начале III века до н.э. в Древней Греции, была сделана также из бронзы. Но, конечно, бронза — не единственное применение олова. В XV веке во многих странах Европы: Германии и Австрии, Англии и Франции — широко использовалась столовая оловянная посуда, а в XVIII веке из олова стали делать детские игрушки. Особую популярность получили оловянные солдатики. Помните, в хорошо известной сказке Андерсена: «Одному маленькому мальчику подарили в день его рождения коробку с оловянными солдатиками... Самый последний, двадцать пятый солдатик
50 Олово был одноногий, потому что олова на него чуть-чуть не хватило. Ничего не боялся стойкий оловянный солдатик: ни проливного дождя, ни бушующего шторма... Но брошенный в печку, где горели дрова, солдатик почувствовал, что он тает в огне... На следующий день служанка нашла в печке маленький кусочек олова... Вот и всё, что осталось от стойкого оловянного солдатика...», (ведь важным свойством олова является его стойкость к атмосферным воздействиям и влаге). Половина мирового производства олова расходуется на производство белой жести (листовое железо, покрытое слоем олова). Из белой жести изготавливаются консервные банки. Способ консервирования пищевых продуктов в банках из жести, покрытой оловом, был открыт в 1809 г. Золотисто-желтые чешуйки сульфида олова называют «сусальным золотом» (от древнерусского «сусало» — лицо). Его используют при мозаичных работах, им «золотят» дерево, различные гипсовые изделия, произведения прикладного искусства, церковную утварь. В сусальном золоте золота нет совсем. Известно и так называемое сусальное серебро, применяемое для «серебрения» различных предметов. Только серебра-то здесь тоже нет. Сусальное серебро — это амальгама олова, содержащая 30% ртути и 70% олова. Хорошо известны два типа, или две модификации олова — «серое» и «белое». Мы обычно имеем дело с «белым оловом». Структура «серого олова» очень напоминает структуру алмаза, и устойчива эта форма при температурах ниже 13° С. При температуре -25°С происходит переход одной формы в другую, и оловянные изделия разрушаются. Это необычное явление получило название «оловянная
Олово 51 чума». Известно, что при проверке большого интендантского склада в Петербурге, где хранились солдатские оловянные пуговицы, этих-то самых пуговиц обнаружить и не удалось. Вместо пуговиц, числившихся по описи, была обнаружена... труха. В чем же дело? Почему это произошло? Выяснилось, что склад не отапливался, а зима в тот год выдалась на редкость суровая. Обычное олово в таких условиях увеличилось в объеме и превратилось
52 Олово в порошок — серое олово. Соприкосновение обыкновенного «здорового» олова с «больным» (серым) значительно ускоряет процесс распада, т.е. как бы одно олово «заражает* другое. Вот и появилось название такому заболеванию — «оловянная чума». Различные растения обладают способностью сорбировать (поглощать, удерживать) тяжелые металлы. Так, в ягодах брусники и черники, собранных в лесу на расстоянии 20 км от автострады с интенсивным движением, обнаружено 40 мг олова на 1 кг ягод. А это уж совсем не полезно для организма!
/T*JT. Г\
МЕДЬ Знак прекрасной Венеры Киприды был присвоен меди потому, что по легенде возникла Венера из пены морской у берегов Кипра, известного своими медными месторождениями. Именно с планетой Венера (любовь, дружба) связывали алхимики свои представления о шестом металле — меди. Они присвоили этому элементу символ — Р. Заглянем в мифы древней Греции. На греческом острове Крит правил жадный и злой царь Минос. Не доверяя никому, Минос запретил чужестранцам подходить к берегам благодатного Крита и, чтобы никто не нарушал этого запрета, поставил на берегу сторожа, великана Талое а. Талое был не просто великан. Он был выкован из меди Гефестом-искусником, богом огня... (Сын Зевса — Гефест — считался покровителем огня и обработки металлов. Юный Гефест научился превращать бесформенные куски золота и серебра в прекрасные ожерелья, браслеты, серьги). День и ночь шагал Талое по Криту на медных ногах, сотрясая весь остров и швыряя обломки скал на корабли, проходившие мимо Крита... Особенно богат медными рудами остров Кипр. Есть даже мнение, что свое научное «имя» купрум медь получила в честь этого острова. Человек научился извлекать чистую медь из медных руд. Чистая медь — тягучий металл светло-розового цвета, который по тепло- и электропроводности уступает только серебру. Образующаяся на ее поверхности тончайшая оксидная пленка придает меди более темный цвет.
Медь 55 Некоторые медные сплавы трудно отличимы по внешнему виду от золота, что послужило поводом в древней Александрии для чеканки фальшивых монет. За 300 лет до нашей эры Аристотель писал: «В Индии добывают медь, которая отличается от золота своим вкусом». Изучая процессы получения металлов из руд с участием бактерий, ученые различных стран определили, что этим экологически чистым способом можно добывать не только медь, но и цинк, свинец, никель, сурьму, олово, молибден и т.д. Для этого надо перевести их сульфиды в
56 Медь соединения, растворимые в водных подкисленных средах. Такие реакции медленно происходят и без участия бактерий, но бактерии ускоряют их в десятки и сотни тысяч раз! Сплавы меди с другими металлами, например, латунь (содержащая 45% цинка), широко применяются в машино- и судостроении. Сплавление меди и олова привело к открытию бронзы, о которой уже упоминалось ранее. Бронза гораздо тверже меди. Из окрашенных соединений меди хорошо известен минерал ярко-зеленого цвета — малахит. Малахитовую шкатулку, наполненную драгоценными украшениями, подарила хозяйка Медной горы из сказки П. П. Бажова, на свадьбу рудобою Степану. «...Она впереди. Степан за ней. Куда она идет — все ей открыто. Как комнаты большие под землей стали, и стены у них разные. То все зеленые, то желтые с золотыми крапинками, на которых опять цветы медные... Одним словом, изукрашено, что и сказать нельзя. И платье на ней — на Хозяйке-то меняется. То оно блестит, будто стекло, то вдруг полиняет, а то алмазной осыпью засверкает, либо скрасна-медным станет, потом опять шелком зеленым отливает... И видит Степан стены малахитовые с алмазом, а потолок темно-красный..., а на нем цветки медны... Вот тебе подарочек для твоей невесты, — и подает большую малахитовую шкатулку. А там, слышь-ко, всякий женский прибор. Серьги, кольца и протча, что даже не у всякой богатой невесты бывает». Еще в древности люди хорошо были знакомы с медной солью серной кислоты, содержащей кристаллизационную воду — с «медным», или «турецким» купоросом. Голубой раствор сульфата меди алхимики использовали для «превращения» железа в медь.
Медь 57 По крайней мере, так им казалось! Опущенный в раствор этой соли железный гвоздь становился «медным», приобретая красный цвет. На самом деле происходила хороню известная в настоящее время реакция: более активный металл — железо — вытеснял из растворов солей менее активную — медь. Сам сульфат меди получали, прокаливая на воздухе кусочки металлической меди и серы. Полученный продукт белого цвета безводного сульфата меди обрабатывали водой с образованием голубого раствора, а затем раствор медленно упаривали в специальных котлах до выделения красивых темно-синих кристаллов медного купороса. Чем же так привлекала и привлекает химиков эта соль, кроме своей удивительной красоты? В XVII в. медный купорос использовали для изготовления лечебных мазей. Сейчас он применяется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур. С древности хорошо известна масляная зеленая краска медянка, называемая чаще ярь-медянкой. Ее получают действием уксусной кислоты на оксид меди и используют, например, для окраски морских судов, крыш. Издавна народная медицина рекомендовала для лечения разных болезней богатые медью вещества: моллюски, орехи, винный уксус. Медные браслеты и кольца на протяжении 5000 лет используются как средства, помогающие при артритах.
СВИНЕЦ Седьмой металл — свинец. Алхимики обозначали его символом П и связывали с днем недели — субботой. Жизнь и науку обозначал этот знак. Свинцу соответствовала планета Сатурн. Неудивительно, что известную с древности свинцовую соль уксусной кислоты — ацетат свинца — алхимики называли также «сахар сатурн», или «свинцовый сахар». Вкус-то у него «сахарный», сладковатый. Но пробовать его не рекомендуется: это сильный яд. При этом растворы ацетата свинца очень давно уже использовались в качестве охлаждающих компрессов — «свинцовых примочек», а также для производства белил, олиф, в качестве протравы при крашении. Получали свинец уже в VIII-VII тысячелетиях до н.э. из минерала галенита (сульфида свинца) плавлением на кострах. Костры эти разводили в глубоких ямах, на дне которых и скапливался металл. Сам свинец впервые нашел широкое применение там, где сейчас его не используют: для изготовления водопроводных труб. Изготовленные рабами трубы римского водопровода были свинцовыми, и, может быть, поэтому такой непродолжительной была жизнь римлян. Растворимые соли свинца очень ядовиты. Тем не менее, металлический свинец — надежная защита от всех видов радиоактивного излучения. В резину перчаток и фартука врача-рентгенолога введен свинец, защищающий организм от губительных лучей. Свинец применялся при отливке ядер для пращей, монет, изготовления досок для письма, грузил. Введенный в состав других металлов даже в
Свинец 59 Vhi Свинец незначительных количествах, свинец резко меняет их свойства, и подчас весьма коварно. Так, золото, содержащее 1% свинца, теряет свою ковкость и при ударе мгновенно разлетается на куски. Хрустальное стекло своей удивительной красотой и блеском также обязано свинцу. В состав такого
60 Свинец стекла входит до 50% оксида свинца. Впервые хрусталь получил венский ювелир Штрассер в 1790 г. Соединения свинца активно использовались при приготовлении белил — белых красок. Вот как наставляет иеромонах и живописец Дионисий (1701 1733) относительно получения этих материалов: «Возьми свинец и сделай из него тонкие листы; потом в горшок влей уксус, повесь в нем эти листочки, и закрыв его плотно, зарой в перегоревший навоз в теплом месте, и оставь тут на 10 или 15 дней. Потом вынь горшок, вытряси из него листочки на мраморную плиту, сотри их, переложи в широкое блюдо, чтобы высохли; и будет хорошо».
АЛХИМИКИ ВСЕ-ТАКИ БЫЛИ ХИМИКАМИ Неужели и впрямь, алхимия — «искусство без умения, начало которого — ложь, середина — труд, конец — нищета». Алхимику ничего не стоило сказать: «Возьми три унции ртути и смешай их с пятью унциями злости». Разве такое возможно? Конечно, нет. Даже в воображении. Нельзя смешивать несмешиваемое. И все-таки будем справедливы. Алхимия подарила миру целую серию открытий и изобретений: получение аммиака, этилового спирта и диэтилового (медицинского) эфира. Его еще называют серным, т.к. готовят нагреванием винного (этилового) спирта с концентрированной серной кислотой. Один из алхимиков так отметил «снотворное» действие этого эфира: «Ко всему прочему эта сера (т.е. эфир) обладает сладостью, так что его пьют и куры; они при этом засыпают, но затем без вреда опять просыпаются». В 1750 г. врач Гофман предложил в качестве успокаивающего лекарственного средства смесь, состоящую из трех частей спирта и одной части эфира, которая и поныне известна под именем «гофманских капель». Производство фарфора и создание пороха — тоже «дело рук» алхимиков. О порохе, изобретенном монахом-алхимиком Бер- тольдом Шварцем, сообщалось в книге по военному искусству, вышедшей в XIII веке, где описаны также и способы использования пороха для стрельбы: прежде всего в дуло орудия засыпался «пороховой
62 Алхимики все-таки были химиками заряд», поверх него помещался слой «орехов», роль которых выполняли свинцовые шарики. Воспламенение пороха сопровождалось образованием газовой смеси, с огромной силой выбрасывающей свинцовые «орехи» из ствола пушки. Именно в этот период получены алхимиками кислоты серная, соляная, азотная. Не растворяемое в обычных кислотах золото (как-никак, металл благородный!), отступило перед «царской водкой» — смесью трех объемов концентрированной соляной и одного объема концентрированной азотной кислот (которую называли еще «королевской водкой»). Кстати, и «царской» эта смесь стала называться потому, что сумела одолеть «царя металлов» — золото, т.е. в отличие от других кислот золото в этой смеси достаточно легко растворилось. В связи с этим интересно вспомнить и такой случай: в 1943 г. известный физик Нильс Бор, опасаясь гитлеровских оккупантов, растворил свою нобелевскую золотую медаль в «царской водке», а по окончании войны, извлек драгоценный металл, из которого ученому вновь выплавили медаль. Во времена алхимии был открыт и фосфор.
фосфор В 1669 г. солдат-ал химик Хённиг Бранд, подобно другим алхимикам, пытаясь отыскать «философский камень», выпарил мочу, смешал остаток с углем и песком и продолжил выпаривание. Вскоре в реторте образовалось вещество, которое светилось в темноте. Бранд показывал новое вещество за деньги и небольшими порциями его продавал. В 1680 г. новый элемент независимо был получен английским физиком и химиком Робертом Бойлем. В 1715 г. фосфор обнаружили в мозговой ткани, а затем в 1769 г. — в костях. Позднее химик Марграф опубликовал простой и доступный способ получения фосфора, тем самым прекратив «фосфорную спекуляцию». Имя, данное этому веществу, происходит от двух греческих слов «фос» — свет и «феро» — несу. Конан-Дойль в своей «Собаке Баскервилей» тоже отдал дань этому элементу: «...Это была собака огромная, черная как смоль. Из ее отверстой пасти вырывалось пламя, глаза метали искры, по морде и загривку переливался мерцающий огонь. Ни в чьем воспаленном мозгу не могло возникнуть видение более страшное, более омерзительное, чем это адское существо, выскочившее на нас из тумана... Его огромная пасть все еще светилась голубоватым пламенем, глубоко сидящие дикие глаза были обведены огненными кругами. Я дотронулся до этой светящейся головы и, отняв руку, увидел, что мои пальцы тоже засветились в темноте. Фосфор, — сказал я».
Фосфор 65 Белый фосфор светится в темноте, поскольку происходит постоянное окисление его пара кислородом воздуха, сопровождающееся свечением. Окисление белого фосфора на воздухе — классический пример хемилюминесценции — свечения, сопровождающего химические реакции. Некоторые живые организмы также обладают способностью излучать довольно яркий свет. Это явление, известное с древних времен, получило в XX веке название «биолюминесценция». Академик С. И. Вольфкович (1896-1980) вспоминал, как и он «тоже засветился». В Московском университете в 1920 г. была установлена электрическая печь, в которой получали фосфор. Для промышленного производства фосфора использовался фосфат кальция, входящий в состав минерала апатита, названного так в честь греческой богини обмана Апа- ты (одна из дочерей богини Ночи, рожденной в наказание коварному и хитрому Крону, обманувшему своего отца Урана и отнявшему у него власть). Но причем здесь фосфорсодержащий минерал? Причиной тому явился внешний вид минерала: неспециалисты не могут его отличить от других пород. Ну, так вот, в Московском государственном университете проводились первые эксперименты по промышленному получению фосфора; необходимые меры предосторожности еще не были известны, а газообразный фосфор — ядовит и может легко воспламеняться. В течение длительного рабочего времени у электропечи одежда и даже ботинки пропитывались образующимся в процессе химической реакции газообразным фосфором. Идя зимним вечером по темным московским улицам, будущий академик «светился», что и зафиксировала следовавшая за ним толпа уличных зевак, уверенная, что это не что иное как пришелец из потустороннего мира.
66 Фосфор Основной потребитель фосфора — спичечная промышленность. В 1833 г. была применена новая технология при изготовлении спичек: в состав спичечной головки ввели белый фосфор. Ничтожное трение о шероховатую поверхность — и огонь «готов». Но эти спички были небезопасны для здоровья: горящий белый фосфор издавал неприятный
Фосфор 67 и весьма токсичный запах. И все-таки от фосфора отказываться не хотелось. Да и ненужно было. Ядовитый белый фосфор вскоре был заменен на практически не ядовитый — красный. Впервые такие спички стали изготавливать в Швеции в 1867 г. Их и называли — шведские.
ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Выдающийся английский ученый XVII века Роберт Бойль утверждал, что элементом нужно считать вещество, не разлагаемое на составные части. Всего таких элементов, считал Бойль, существует 15. Спустя столетие французский химик Антуан Лавуазье составил первый список химических элементов. Из названных 35 только 23 были ими в действительности. В 1869 г. профессор Петербургского университета Дмитрий Иванович Менделеев, работая над Периодической системой, уже имел информацию о 63 химических элементах. А сегодня их известно — 110! Менделеев писал: «Понятие 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». Число элементов ограничено, а их комбинации дают все многообразие веществ. И подобно тому, как не похожи мы друг на друга, как интересен и индивидуален каждый, так индивидуальны химические элементы, так не повторяют друг друга вещества, в состав которых они входят. Вот почему так многообразен и любопытен наш мир.
Химические элементы 69 Как же получали элементы свои имена? Что хотели химики прошлого и настоящего отразить в названиях элементов? Пожалуй, наиболее всего их впечатлял цвет. Так имя элемента «хлор» произошло от греческого «хлорос» — желто-зеленый. А вот пары йода имеют фиолетовую окраску. Отсюда и соответствующее название этого элемента — от греческого «йодес» — «цвет фиалки». Характерный желтый цвет серы также нашел отражение в имени этого элемента — от древнеиндийского «сира», что означает светло-желтый. Металл серо-стального цвета — хром — получил такое имя (греческое «хрома» — цвет, окраска) из-за того, что его различные соединения имеют и различные цветовые оттенки: зеленые, желтые, синие, оранжевые. Конечно, не только цвет — характерная особенность этого элемента. Твердость хрома является наибольшей среди других металлов. Сталь, содержащая хрома более 10%, может быть использована для постройки корпусов подводных лодок. Металл индий, о существовании которого алхимики и не подозревали, был открыт в 1863 г. с помощью спектрального анализа. В спектре излучения его солей имеется яркая синяя линия, цвет которой идентичен известной еще с древности синей краске индиго. «Король красителей», индиго, добывали из кустарника индигоноска, распространенного в Индии, на острове Ява и в Южной Африке. Индиго применялся для окрашивания тканей еще при египетских фараонах. Если индий добавить к серебру, усиливается блеск и не наблюдается потускнение такого сплава на воздухе. Поэтому и используется сплав и сам чистый индий для покрытия рефлекторов.
70 Химические элементы А вот в имени другого элемента — брома — отражен характерный, специфический удушающий запах, который раздражающе действует на слизистые оболочки глаз и носа. Греческое «бромос» означает «зловоние», «зловонный». Как же понять тогда распространенное в быту: «Врач ему прописал бром. Или: он пьет бром»? Разве такое возможно?! Конечно, это не совсем так, а точнее — совсем не так. В чистом виде бром — ядовитая тяжелая тёмно-красная жидкость, которую «пить» нельзя. «Принимают бром» в виде растворов бромида натрия или калия, которые оказывают благотворное воздействие на возбужденную нервную систему. Соединения брома используются и при лечении сердечно-сосудистых заболеваний, язвенной болезни, эпилепсии. Главным поставщиком брома является море. Его достаточно много в организмах рыб, земных животных. В названиях многих химических элементов встречаются и имена мифологических героев и богов. В 1868 г. в Индии наблюдалось солнечное затмение. В разных странах мира на Солнце были направлены телескопы. Богу Солнца Гелиосу обязан своим именем элемент №2 — гелий, который впервые и обнаружили на солнце. Английский ученый Локьер предложил назвать его гелием, от древнегреческого «гелиос» — солнце. А в 1881 году, через 13 лет, этот элемент был обнаружен и на Земле, в раскаленных газах вулкана Везувия. Благодаря своей легкости и негорючести гелий нашел применение в качестве наполнителя для оболочек дирижаблей. В 1801 г. был открыт элемент ниобий («источающий воду»), получивший свое имя в честь дочери царя Тантала — Ниобы. Ниоба в греческой мифологии — символ безутешной матери, оплакивающей своих потерянных детей.
Химические элементы 71 Чтобы получить в свободном виде тантал — металл голубовато-стального цвета, отличающийся чрезвычайной химической стойкостью (его не удается растворить даже в «царской водке»), пришлось и впрямь испытать «танталовы муки». Древнегреческий царь Тантал был осужден на вечные муки. Он должен был стоять в воде, его томили голод и жажда, но когда он хотел напиться, вода отступала, а когда хотел сорвать сочный плод с дерева, росшего рядом, оно тут же убирало свои ветви от Тантала. Когда хотят сказать о чьих-то невероятных муках, говорят «танталовы муки». Ну, и, конечно, элемент №61 — прометий, названный в честь мифического героя Древней Греции Прометея. Давайте вспомним легенду о Прометее. В давние-давние времена, когда люди еще не знали огня, убежищем служили им пещеры, откуда убегали они без оглядки, если хищники нападали на их дом. Миром правили боги, жившие на Олимпе. Юный Прометей по дороге на Олимп не раз встречал испуганных несчастных людей, дрожащих от холода, в поисках пищи. Прометей возлюбил людей сильнее, чем своих братьев богов. Как вестник мира поднимался он на Олимп с жезлом в руке. Боги привыкли к этому и не заметили, как однажды Прометей явился к ним с полым тростником вместо жезла, в который он положил тлеющий уголек из очага богов. Спустившись на Землю, он вынул уголек и своим дыханием раздул для людей огонь, научив их управлять огнем. Только после этого они стали людьми, а до того жили как дикие звери. Люди возблагодарили титана. Но за такую великую дерзость всемогущий Зевс приковал Прометея цепями к горам Кавказа и повелел своему орлу каждый день терзать тело несчастного пленника.
72 Химические элементы Полученные американскими радиохимиками Джейкобом Маринским, Лоренсом Гленденином и Чарльзом Кориэллом в 1948 г. 3 мг радиоактивного элемента прометия из продуктов деления урана оповестили мир о новом открытии. Объясняя, почему новому элементу дано такое имя, американские ученые отметили два обстоятельства: овладение людьми энергией ядерного деления, дающее возможность получения новых нестабильных элементов, и предостережение человечеству о грозящей опасности — ядерной войне. Есть элементы, получившие свое имя в честь ученых, городов, стран. Русский химик-неорганик и фармацевт Карл Карлович Клаус назвал открытый им элемент рутением в честь России. «Более целого года трудился я над этим предметом... Этот новый металл, который мною назван рутением в честь нашего отечества, принадлежит без сомнения к телам весьма любопытным». Путешествие по Периодической системе интересно и увлекательно, как любое настоящее путешествие. Убедитесь в этом сами!
Главные элементы живой и неживой природы КРЕМНИЙ Если углерод является главным элементом живой природы, то кремний, так во многом похожий на углерод, считают главным элементом неживой природы. Его даже называют «королем» неорганического мира. Латинское имя кремния «силициум» {«силекс» — «камень»). Твердый песок и мягкая глина, горный хрусталь и скалы, кварц и драгоценный камень аметист... Этот ряд можно было бы продолжить. Что их объединяет? Все они содержат кремний. В Периодической системе Менделеева этот элемент имеет номер 14. Что же известно о четырнадцатом элементе? Древние хорошо знали такие соединения кремния как горный хрусталь (кварц), драгоценные, полудрагоценные и поделочные камни — аметист, агат, яшма, изумруд и т.д. В чистом виде кремний впервые был получен в 1823 г. Берцелиусом. Содержание кремния в поверхности земной коры составляет -30% . Из природных соединений кремния изготавливались орудия труда и защиты: наконечники стрел, каменные топоры. Соединения кремния требуются для создания водозащитной одежды и водозащитного крема. Особо чистый кремний — важный полупроводник, основа фотоэлементов. Изготовленные из чистого кремния атомные и солнечные батареи открыли перспекти-
Кремний 75 вы в использовании энергии Солнца как на Земле, так и в Космосе. Было установлено, что кремний распространен не только на Земле. Микроколичества этого элемента найдены и в лунном грунте, и в метеоритах. Известный русский ученый Н. А. Морозов в своем рассказе «Эра Земли», написанном в 1910 г., представил фантастическую картину далекого прошлого, когда на раскаленной Земле бушевал океан расплавленного кварца, кварцевые облака сгущались в атмосфере, в жилах человекоподобных существ текла кровь из расплавленного кварца. И тем не менее... Английский физик Д. Бернал предположил, что зарождение жизни на нашей планете возможно связано с каталитическим действием кварца и алюмосиликатов. Многие представители низших форм жизни извлекают кремний из окружающей среды, используя его прежде всего для построения своих оболочек, панцирей или скелета. А вот еще любопытная информация, касающаяся кремния. В стволах бамбука, произрастающего в Азии и Южной Америке, часто находят практически чистую поликремниевую кислоту — «табашир». Всемирную известность табашир приобрел благодаря великим арабским врачам X и XI веков, которые и дали это название. С конца прошлого столетия он считается первостепенным средством для лечения ряда болезней (туберкулеза, астмы, камней в почках, заболеваний желудочно-кишечного тракта и глаз). Прокаленный табашир до сих пор продается на базарах восточных городов в качестве народного лекарственного средства. В индийской медицине уже более двух тысяч лет табашир, именуемый банзалоганом, употребляется в смеси с раз-
76 Кремний личными травами. Он легко впитывает воду, и если его положить на язык, он мгновенно к нему прилипает. Некоторые животные получают необходимый для организма кремний, поедая мох или древесную кору, отличающиеся высоким содержанием этого элемента. В начале XX века была установлена способность соединений кремния препятствовать развитию атеросклероза. При этом заболевании значительно снижается содержание кремния в соединительных тканях стенок кровеносных сосудов. Уменьшение количества кремния, поступающего в организм с пищей и питьевой водой, приводит к так называемой «силикозной анемии», наблюдаемой при рахите. При заболевании шерсти у овец их кормят просом, оболочка которого содержит много кремния. Живущие в неволе обезьяны зимой теряют шерсть. Волосяной покров их восстанавливается, когда они, выпущенные в вольеры, начинают поедать глину. То же наблюдается у оленей и лосей в ответственные периоды жизни, например, когда у них интенсивно растут рога. Один олень может в этот период съесть до 5 кг глины. В Северной Африке встречается такое заболевание костей как остеомаляция из-за полной потери кремния в костной ткани. При этом избыток кремния в живом организме крайне опасен: у рабочих горнорудной промышленности отмечено профессиональное заболевание силикоз — следствие длительного вдыхания песчаной пыли. Соль кремниевой кислоты — силикат натрия — основа силикатного клея. Если разбавить силикатный клей водой в отношении 1:1, пропитать в полученном растворе кусочки различной ткани, древесные лучинки и затем тщательно высушить, то им можно придать огнезащитные свойства. Если же
Кремний 77 подготовленный таким образом раствор клея залить в стеклянную банку, куда предварительно помещены кристаллики окрашенных солей, например, соли никеля, хрома, или медного купороса, то... Прямо на глазах начнут расти кристаллы-водоросли. Диоксид кремния — основа стекла. Это хорошо знали герои «Таинственного острова» Жюля Верна. «...В те же дни Сайрес Смит попробовал изготовить стекло... В состав стекла входят мел, песок и сода... На берегу было сколько угодно песка, из отложений известняка поселенцы добывали мел, из водорослей — соду. Из серного колчедана — серную кислоту. А из земных недр — каменный уголь для нагревания печи до нужной температуры. Оказалось, что всего труднее изготовить «трость» стеклодува — железную трубку пяти-шести футов длиной, одним концом которой набирают расплавленную стеклянную массу... Сто частей песку, тридцать пять мелу, сорок сернокислого натрия смешали с двумя-тремя частями угольного порошка и эту массу положили в тигли из огнеупорной глины. Когда все это расплавилось под действием высокой температуры в печи, вернее, превратилось в вязкое месиво...». В качестве сырья для производства стекла использовались кварц, гравий, песок, зола водорослей. Для окрашивания стекол к стекольной массе добавлялись медь, хром, железо, марганец, уголь, винный камень, серебро. Монополией на производство многих видов стекла — оконное стекло, зеркала, цветные стекла для церковных витражей — владела Венеция. Мастерам-стеклодувам ни под каким видом нельзя было покидать город. Ослушничество жестоко каралось. Научная история роли кремния в жизненных процессах берет свое начало в 1789 г., когда дат-
78 Кремний ский ученый П. Абильгард выделил кремнезем из морских губок. Кремний был одним из главных элементов древнейших организмов. В 1848 г. кремний был обнаружен в шерсти животных и человека. Возможность существования кремниевых организмов обсуждается и в научно-популярной книге известного американского ученого-фантаста А. Азимова «Вид с высоты». Многие представители низших форм жизни извлекают кремний из окружающей среды, используя для построения своих оболочек, скелетов, панцирей. К ним относятся такие простейшие организмы как радиолярии, солнечники, кремниевые губки. Рекордсменами по содержанию кремния среди наземных растений являются хвощи, мхи и папоротники. Микроорганизмы, разрушающие силикаты, стали называть «силикатными бактериями». Они могут использоваться и для профилактики силикоза. До изобретения спичек кремний являлся источником огня. В качестве зажигательного средства применялся кремень — разновидность кремнезема, образующая при ударе искры. Правда, Барон Мюн- хаузен предложил еще один вариант. Помните, когда он охотился на уток, и вдруг обнаружил, что в ружье нет кремня, какой выход нашел он из этого положения? Ударил себя кулаком по правому глазу. Из глаза, конечно, так и посыпались искры, и порох в то же мгновение вспыхнул. И он убил одним выстрелом десять отличнейших уток. Поверим?!
УГЛЕРОД Ученые обнаружили, что алмаз, графит и сажа состоят из совершенно одинаковых атомов углерода и отличаются лишь кристаллической структурой. Но именно это отличие явилось причиной совершенно разных их свойств: графит — мягкий, алмаз — одно из самых твердых известных веществ. Графит — проводит электрический ток, алмаз — изолятор. Название графита происходит от итальянского «граффитто» — пишу, рисую. Родина графитового карандаша — Италия. Во времена Леонардо да Винчи появились первые угольные карандаши-штифты (штифт — стержень). Уголь вследствие высокой пористости обладает свойством сорбировать (задерживать на своей поверхности) газы, а затем при нагревании их десор- бировать — «освобождать». В годы первой мировой войны впервые было применено химическое оружие. Для защиты от токсичных газов эффективным оказался противогаз, действие которого основано на сорбционных свойствах активированного угля. Противогаз был изобретен химиком Н. Д. Зелинским — профессором Московского университета. Действие противогаза основывалось на сорбционных свойствах активированного угля. К концу 1916 г. было произведено 10 миллионов противогазов с активированным березовым углем.
СЛЕДСТВИЕ ВЕДЕТ ШЕРЛОК ХОЛМС Химия и Шерлок Холмс?! Совместимо ли? Помните, как о себе говорил сам Шерлок Холмс: «Театр потерял в моем лице ровно столько же, сколько выиграло правосудие... Мне не надо говорить, Уотсон, что никто не знает лондонского уголовного мира лучше меня». И здесь уж сомневаться не приходится. И все-таки... Перечитайте внимательно Конан-Дойля и вы убедитесь, что Шерлок Холмс был совсем неплохим естествоиспытателем. «...Есть грех... Я даже написал несколько работ. Одна из них под названием «Определение сортов табака по пеплу» описывает 140 сортов сигарного, сигаретного и трубочного табака... Табачный пепел — одна из самых частых улик...». Или: «Я имею возможность вести образ жизни, соответствующий моим наклонностям, и серьезно заняться химией». Какой, спросите вы? Ответ опять же дает сам Холмс. «Я вернулся в Лондон и там около двух месяцев делал опыты по органической химии». Так и видишь, как Шерлок Холмс, с удовольствием потирая руки, предвкушает, как приступит он к очередному исследованию в своем рабочем кабинете, который «...был оборудован под химическую лабораторию. На полке, висевшей на стене, против двери стояли два ряда бутылей и пузырьков со стеклянными притертыми пробками, стол был уставлен бунзеновскими горелками, пробирками и колбами. По углам на полу стояли большие бутыли в корзинах, в которых держали кислоту. Одна из
Следствие ведет Шерлок Холмс >0 них, по-видимому, треснула, т.к. из-под нее вытекала струйка какой-то темной жидкости, и комнату наполнял тяжелый сладковатый запах, похожий на запах дегтя...». И ничего, что в книге С. Ф. Ахметова «Грани гранита» знаменитому сыщику брошен упрек. Высшей квалификации в минералогии Холмс, по- видимому, приобрести не успел. Перечитайте «Голубой карбункул», и вы убедитесь сами. Герой этой любопытной истории нашел в зобу гуся «ярко сверкающий голубой камень... Камень был такой чистой воды, что светился на темной ладони, точно электрическая искра». За расследование, как всегда, взялся неутомимый Холмс: «Славный камень... Этому камню нет и 20 лет... Он имеет все свойства карбункула, кроме одного: он не рубиново-красный, а голубой...» И далее, размышляя, извлекая из глубин своей памяти сыщика удивительнейшие истории, Шерлок Холмс продолжает: «Из-за сорока грамм кристаллического углерода многих ограбили, кого-то облили серной кислотой»... Да, конечно, С. Ф. Ахметов прав: если речь идет о кристаллическом углероде — то это либо алмаз, либо графит, но уж никак не гранат (карбункул), в составе которого нет и следов углерода... Уходящий XX век поразил научный мир открытием, которое, наверное, по достоинству оценят лишь в XXI веке. Получена новая форма все того
82 Следствие ведет Шерлок Холмс же углерода, молекулы которого состоят из 60 одинаковых атомов — атомов углерода. «Собравшись» вместе в одной молекуле и разместившись в узлах пяти- и шестичленных циклов, они образовали каркасную структуру, очень напоминающую футбольный мяч. При определенных условиях молекулы С60, называемые фуллеренами, могут раскрывать свои «створки», пропуская внутрь полости другие атомы и ионы, в результате чего образуются новые вещества. Уже сегодня на основе фуллеренов созданы сверхпрочные материалы, суперпроводники, новые лекарственные препараты. И это еще только начало пути.
СОЕДИНЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИЕ Углерод — главный элемент живой природы, органической. Химия изучает не только вещества, которые существуют в природе, но и возможность создания из них новых веществ, в природе отсутствующих. А зачем? Затем, что они очень могут пригодиться в нашей жизни. Пластмассы, лекарства, краски и многое-многое другое. И все это органические вещества, в каждом из них обязательно присутствует элемент углерод. Среди наиболее распространенных в природе органических веществ большую роль играют углеводы. А к ним относится хорошо известная каждому — сахароза (да, наш обыкновенный сахар). Еще за три тысячелетия до нашей эры сладкий сок и порошок, полученный из сахарного тростника, врачи Индии считали очень действенным лекарственным средством. Размеры сахарного тростника впечатляют: высота его достигает 6 метров, а толщина стебля — 5 см, листья, узкие и длинные, — полтора- два метра. Несмотря на такие внушительные размеры это растение очень капризное и изнеженное: требует много воды, боится заморозков и погибает уже —3°С. Сахарный тростник — первое растение, из которого люди стали добывать сахар. С сахарной свеклой человечество познакомилось гораздо позже. Две трети мировой продукции сахара получают из сахарного тростника. Родина сахарного тростника — Бенгалия. До нашего времени сохранились в нижнем и среднем течении Ганга его древнейшие
84 Соединения органические плантации. Получение сахара из сахарного тростника состояло в сгущении сока и его осветлении с помощью молока. Египтяне очищали сахарный сироп известью или золой. Первыми европейцами, отведавшими сладкий сок тростника, оказались воины Александра Македонского, которые в 327 году до нашей эры вторглись в Индию. В XII веке плантации тростника появились на острове Кипр, позднее — на побережье Испании и Италии, Кубе, Филиппинах, Индонезии, Бразилии. Вспомните, именно в Бразилии Робинзон Крузо познакомился с сахарным производством. Его друг капитан привел Робинзона в дом своего приятеля — владельца сахарной плантации и сахарного завода. Робинзон даже сам решился заняться производством сахара, видя как припеваючи живут здешние плантаторы, но жажда новых морских приключений одержала верх и позвала его в дорогу. Из сахара наш организм получает глюкозу — источник энергии для нервной ткани. Глюкоза, которая содержится во фруктах и овощах, необходима для лечения ослабленных людей. К углеводам относится и крахмал. О его свойствах и применении известно довольно много. Он содержится во многих растениях и используется как питательное вещество, а также для приготовления крахмального клейстера (для накрахмаливания белья). Присутствие крахмала в различных объектах можно легко проверить самому: настойка йода, вступая в реакцию с крахмалом, приобретает сине-фиолетовый цвет. Попробуем?! Для этого надо примерно в 10 раз разбавить настойку йода водой, поместить испытуемый объект на блюдце и пипеткой (она, конечно, есть в домашней аптечке) внести одну каплю разведенной настойки йода на испыту-
Соединения органические 85 емый объект. В прошлом веке эту реакцию использовали, чтобы уличить недобросовестных торговцев, которые «для густоты» добавляли в сметану пшеничную муку. Если к такой сметане прилить каплю йодной настойки, то появившийся синий цвет сразу «выдаст» обманщиков. Строительный материал растений — целлюлоза — тоже углевод. Герои Жюля Верна, по-видимому, с большим уважением относились к химической науке, знание которой позволяло получить много полезных вещей. Перелистаем вновь страницы «Таинственного острова»: Сайрес Смит готов был изготовить порох, так как в его распоряжении были селитра, сера и уголь, но выделка его требует особой тщательности и без специальных приспособлений трудно получить порох хорошего качества. Поэтому Сайрес Смит предпочел изготовлять пироксилин, то есть взрывчатое вещество, обычно получаемое из хлопчатой бумаги. Однако можно было бы обойтись и без хлопка, который применяется только ради содержащейся в нем клетчатки. А клетчатка — иными словами, первичная ткань растений — имеется почти в чистом виде не только в хлопке, но и в волокнах льна и конопли, в бумаге, старых тряпках, в сердцевине бузины и т.д. Бузина же росла в изобилии близ устья Красного ручья... Преимущества пироксилина в том, что он не боится сырости, не загрязняет ствола ружья и обладает в четыре раза больше взрывной силой, чем порох. Чтобы получить пироксилин, достаточно погрузить на четверть часа клетчатку в дымящую азотную кислоту, затем промыть ее в воде и просушить...». Среди органических веществ, выделенных из природных материалов и полученных химиками, очень много полезных и необходимых человеку.
86 Соединения органические К ним относятся и различные органические красители. Естественные органические красители готовили из растительных и животных организмов. Среди растений наиболее широко использовались хна, индиго, орех, дуб, черника, вайда («синиль- ник») и др. Так, желтые красители получали из коры плода граната, коры барбариса, лука и др.; красные — из корня марены, а также из некоторых видов моллюсков южных морей — пурпурных улиток. Пурпур — красящее красновато-фиолетовое вещество, один из самых высоко ценимых красителей античного мира. Чтобы извлечь 1 грамм пурпура необходимо было использовать десять тысяч моллюсков. Многие, наверное, видели яркокрасную краску кармин. А известно ли вам, что эта краска готовилась из самок насекомого — кошенили, обитающего на волчьих ягодах, листьях различных пород кактусов? Кошениль собирали щетками на специальные железные листы и высушивали нагреванием. Чтобы получить краситель, кошениль кипятили с водой и после обработки различными веществами выпаривали. Кармин применялся в парфюмерии, как акварельная и типографская краска, а также для подкрашивания кондитерских изделий, ведь он совсем не токсичен. Кармин неустойчив, на свету быстро выцветает. Синие красители получали из индигоносных растений; коричневые — асфальт (битум) — получали из моллюска каракатицы. Наиболее известные в древности краски — охра и сурик — использовались в живописи. Приготовленные краски тысячелетиями сохраняли свой цвет. Цвет и особенно запах органических веществ, являясь их неотъемлемыми свойствами и характеристиками, позволяют распознать вещества. Боль-
Соединения органические 87 шинство органических соединений достаточно летучи и имеют характерный запах. Помните, в сказке Андерсена «Цветы маленькой Иды» по ночам, когда все засыпают, открываются двери королевского дворца и цветы начинают свой бал «...Впереди шли две прелестные розы с маленькими золотыми коронами на головах — это были король с королевой. За ними, раскланиваясь во все стороны, шли чудесные левкои и гвоздики. Музыканты — крупные маки и пионы — дули в шелуху от горошка и совсем покраснели от натуги, а маленькие голубые колокольчики и беленькие подснежники звенели, точно на них были надеты бубенчики... Затем шла целая толпа других цветов, и все они танцевали — и голубые фиалки, и красные ноготки, и маргаритки, и ландыши. Цветы так мило танцевали...» А старик-смотритель ничего не видел, а только бормотал: «Тут что-то пахнет цветами!» Как насчет бала цветов? Может, бывает и такое. Но уж, то, что есть цветочный запах и по характерному аромату мы безошибочно узнаем цветы — это точно. И все эти ароматы — тоже композиции химических соединений. В каждом аромате есть свои, доминирующие вещества, а присутствие других соединений усиливает аромат и делает его непохожим на остальные. И любопытно, что это знаем не только мы с вами, но и пчелы, и птицы... Запахи нас сопровождают повсюду, притягивают и отталкивают, волнуют и что-то напоминают. «...И всюду видел Пиктор ... всех оттенков цветы, цветы-глаза и цветы-лица... Здесь пел цветок песнь лиловую, там пел цветок колыбельную синюю... А дальше — еще цветок, он благоухает садами далекого детства, и голос матери слышен в его аромате.
88 Соединения органические И еще цветок! Он звонко смеется... Коснувшись его губами, ощутил Пиктор пряную буйную сладость, вкус меда и смол, вкус поцелуя...» (Г. Гессе. Превращение Пиктора) На сегодняшний день известно около тридцати тысяч натуральных и синтетических пахучих веществ. И почти все известные соединения, обладающие запахом, являются органическими и делятся они на растительные (эфирные масла) и животные (мускус, амбра). Какова же история душистых веществ? Еще у доисторических племен различные религиозные церемонии сопровождались благовонным дымом тлеющих веток или коры деревьев — ладана, сандалового дерева. Для создания нового запаха парфюмер смешивает различные душистые вещества растительного и животного происхождения. Рецепты таких необычных композиций часто являются тайной, своеобразным секретом и магией их составителей. Пожалуй, самыми любимыми натуральными источниками восхитительных ароматов растительного происхождения на протяжении многих веков оставались роза и жасмин. Очень многие духи содержат какой-либо из этих компонентов. Многие душистые вещества обладают и антисептическим действием. Так, ветка черемухи, помещенная под колпак с болотной водой, через 30 мин уничтожает все микроорганизмы. Многие виды живых организмов пользуются запахом как средством информации. Химические вещества, используемые в передаче информации, называют феромонами (с древнегреческого — «переносчики возбуждения»). Феромоны — это вещества, вырабатывамые и выделяемые в окружающую среду живыми организмами и вызывающие специфическую ответную реакцию воспринимающих
Соединения органические 89 их особей того же биологического вида. Для осуществления передачи информации необходимы три основных элемента: датчик сигналов, передающая среда и приемник сигналов. Такая химическая сигнализация распространена в природе и встречается не только у большинства животных, насекомых, но и у водорослей и низших грибов. У многих насекомых, образующих семьи или просто «сообщества» (термиты, муравьи, осы, пчелы), вырабатываются в организме особые химические вещества (и это все органические соединения), с помощью которых они оповещают своих соплеменников об опасности. Например, рыжие лесные муравьи обладают феромоном тревоги — муравьиной кислотой, которая одновременно служит их оружием. Есть феромоны тревоги и защиты, любви и следа. Многие виды муравьев на бегу брюшком прочерчивают на дорожках пахучие метки, определенным образом ориентированные. «Сигнальные» химические метки испаряются в течение нескольких часов и таким образом обеспечивают муравьям надежную ориентировку. Конечно, очень интересно расшифровать эти знаки, уметь понимать этот «язык», а иногда и воспользоваться им. Вы спросите, зачем и как? Уже сегодня феромонные ловушки находят применение для контроля численности насекомых-вредителей. Кроме того массовое отвлечение насекомых в феромонные ловушки для дальнейшего уничтожения — один из возможных вариантов спасти сады, огороды и наши собственные дома от непрошенных вредителей.
ИЗ ДОМАШНЕЙ АПТЕЧКИ Заглянем в домашнюю аптечку. Многие из хранящихся здесь лекарств нам давно хорошо знакомы. Например, йодная настойка. Склянка с йодом есть в любом доме. Антисептические и стерилизующие свойства этого элемента хорошо известны. Препаратами иода обрабатывают ссадины и порезы. Йод и его соединения широко применяют при лечении ревматизма, бронхита, атеросклероза, различных кожных заболеваний. Недостаток йода приводит к увеличению щитовидной железы. В деревушках французских Альп, в отрогах Гималаев, в высокогорных аулах Памира многие местные жители болели эндемическим зобом. Долгое время врачи не знали истинной причины возникновения этого заболевания и даже считали, что эта болезнь является инфекционной, подобно холере, тифу, скарлатине. В 1854 г. во Франции вышла статья о том, что распространение зобной болезни находится в прямой зависимости от содержания йода в воде, в почве, в воздухе. До 60-х годов прошлого столетия единственным источником промышленного получения йода была зола черноморской водоросли филлофоры. В тонне филлофоры содержится до 3 кг йода. Йод обнаружен в некоторых пищевых продуктах, например, таких как яйца, молоко, рыба, морская капуста. Как многие химические препараты, чистый йод имеет характерный запах, к тому же не совсем приятный. Чтобы избежать неприятных ощушений, в медицине часто применяют не сам индивидуальный
Из домашней аптечки 91 йод, а его комплексы с различными полимерными материалами — йодофоры, не имеющие раздражающего запаха. Известно, что если на срез картофеля капнуть разбавленным раствором йода, сразу же появляется синее окрашивание, что связано с образованием йод-крахмального комплекса. Оказалось, что полученное соединение обладает ярко выраженными антимикробными свойствами и при этом совершенно нетоксично. Такой комплекс может быть использован и в борьбе с плесенью, в качестве консервирующей добавки для увеличения срока жизни различных пищевых продуктов. Раствором, содержащим такой антисептик, можно защитить и све-
92 Из домашней аптечки жие фрукты — сливы, виноград, персики: плоды окунают в разбавленный раствор йод-крахмального комплекса и затем подсушивают на воздухе. Обработанные таким образом фрукты могут прекрасно сохраняться в течение нескольких месяцев. В некоторых южных районах нашей страны отмечается недостаток йода в питьевой воде. Чтобы ликвидировать этот дефицит, йод специально вводят как в пищевые продукты, так и в питьевую воду. Или вот другой препарат, молекулы которого состоят из двух атомов водорода и двух атомов кислорода. Это перекись (химики называют пероксид) водорода. Его 3%-ный раствор — кровоостанавливающее средство. На свету это соединение неустойчиво и распадается на водород и кислород. Именно поэтому перекись водорода обладает сильными окислительными свойствами: отбеливает ткани, обесцвечивает волосы. Более концентрированный раствор перекиси — 30%-ный — называют пергидролем. А вот таблетки карболена, или активированного угля — их принимают внутрь при отравлениях до и после промывания желудка. Борный спирт — это раствор борной кислоты в этиловом спирте. Растворы борной кислоты с давних времен применялись в медицине как дезинфицирующее средство. Немало борной кислоты расходуется для приготовления борного вазелина, растворов для полоскания горла и других антисептических средств. О лечебном действии борной кислоты впервые сообщил в конце XVII в. французский врач Вильгельм Гомберг Ее стали вводить в качестве антисептика в пищевые продукты, кремы и мази, использовать пари засолке икры и консервирования мяса. Однако в 1983 г. в Англии появились тревожные
Из домашней аптечки 93 сообщения о массовом отравлении грудных детей сладким сиропом, которым обмазывались соски-пустышки. В качестве консерванта в составе этого сиропа находилась борная кислота. В наглей стране в 1987 г. Министерство здравоохранения запретило использование борной кислоты детям и кормящим мамам. Можно найти в аптечке и глицерин — прозрачную сиропообразную жидкость, сладковатую на вкус. Глицерин применяется для снятия боли при ожогах. Если смазать руки глицерином, то кожа становится мягкой и гладкой. Из глицерина и го-
94 Из домашней аптечки товят специальные препараты для смягчения кожи, различные косметические средства. Значительное количество глицерина идет на производство нитроглицерина, который нашел применение и в качестве лекарственного кардиологического средства и при производстве... динамита. Здесь же можно обнаружить и нашатырный спирт — водный раствор аммиака. У самого аммиака интересная биография. При обычных условиях аммиак легкий бесцветный газ с резким характерным запахом. Соли его известны с древности. Они были впервые получены египетскими жрецами из храма бога Амона — бога Солнца. Английский химик Пристли называл аммиак «щелочным воздухом». Аммиак обладает удивительными свойствами. В отличие от других сжиженных газов его можно хранить в обычной химической посуде. Испаряется он довольно медленно. Если его налить в сосуд Дью- ара, он хранится там длительное время. На ранних стадиях эволюции Земли в ее атмосфере было довольно много аммиака. В настоящее время аммиак обнаружен во многих космических объектах Солнечной системы: предполагается, что в атмосфере Юпитера и Сатурна «идут» ливни из жидкого аммиака и снегопад — из твердого. Медики используют водные растворы аммиака (нашатырный спирт) в повседневной практике: например, ватка, смоченная в нашатырном спирте, помогает при обмороках. А вот и марганцовка, или перманганат калия — неизменный «представитель» любой домашней аптечки. Его еще называют «минеральным хамелеоном». Почему? Вспомним, кто такой хамелеон. Это очень любопытное животное, обитающее в Южной Азии, Африке — ящерица длиной около 30 см. На спине — изогнутый гребешок. Живет хамелеон на
Из домашней аптечки 95 деревьях, питается насекомыми. Но главная его примечательность — способность изменять окраску в зависимости от цвета окружающей среды. В обычном состоянии его кожа имеет зеленоватый цвет (под цвет листьев). Окраска кожи хамелеона меняется утром и вечером. Сидящий на сухой черной ветке, хамелеон и сам чернеет, становясь похожим на эту ветку. Такая способность изменять окраску кожи выработалась у хамелеона в процессе борьбы за существование, помогает ему приспособиться, спрятаться, защититься. Но при чем здесь перманганат калия? Марганцовка тоже легко изменяет свой цвет: ее водный раствор фиолетово малиновый, в присутствии кислот — красный, при сильном разбавлении — слабо розовый. Если к слабо-розовому раствору перман- ганата калия добавить по каплям раствор пероксида водорода, окраска просто исчезает.
У МАМЫ НА КУХНЕ Здесь тоже немало интересного. Давайте поближе познакомимся с поваренной солью. Легко предвидеть ваше недоумение: зачем знакомиться, если мы давно уже хорошо знакомы. Соленая, чего еще можно рассказать о ней. И все же попробуем. Поваренная соль Суточная потребность в поваренной соли для взрослого человека — 10—15 г, а в условиях жаркого климата это количество возрастает до 20—30 г. Почему? Хлорид натрия выводится из организма с потом, и для восстановления этих утрат его вводимое количество должно возрасти. Старый «домашний» способ сохранить соль в солонке сыпучей — добавить к ней немного сахара или несколько зерен риса. Если измельчить поваренную соль с кусочками мелкоизмельченного льда, можно получить сильно охлаждающую смесь (—20°С), т.к. водный раствор соли замерзает при отрицательных температурах. Один из источников соли — морская вода. С древности люди использовали важнейшие способы добычи поваренной соли, например, естественное испарение морской воды в «соляных садках» (так называемая «морская соль»). В сочинениях древних даны и рецепты добычи соли. Растворы на больших противнях тщательно выпаривались, и в процессе
У мамы на кухне 97 кипячения добавлялась кровь, чтобы с образовавшейся пеной удалить всевозможные примеси. При замерзании морской воды образующийся лед — не соленый, а не замерзшая вода оказывается еще солонее, чем исходный образец морской воды. В южных районах нашей страны есть озера, в которых осаждается поваренная соль красного цвета. Это явление нашло отражение и в именах озер, расположенных в низовьях Волги: Розовое, Красное,
98 У мамы на кухне Малиновские. Большое и Малое Малиновские озера были личной собственностью Екатерины II Она любила, принимая именитых иностранных гостей, подавать к столу экзотическую розово-фиолетовую соль, «приправленную» микроорганизмами — галлофилами (что означает — «любители соли»). Встречается поваренная соль и синего цвета, правда, это уже большая редкость. И это еще не все. У древних народов нередко бывали войны из-за соляных источников, так называемые соляные бунты. Так, в 1648 г. налог на соль, введенный царем Алексеем Михайловичем, явился причиной такого бунта. В некоторых странах соль выполняла роль денежной единицы — выпускались монеты из каменной соли. Римским воинам и крестоносцам выплачивали жалованье брусками каменной соли. В Китае в конце XIII века использовались монеты из каменной соли. Вместе с янтарем, лазуритом и ониксом, соль относится к поделочным камням. В Польше около г. Велички есть соляное месторождение. Протяженность «улиц» такого подземного соляного города более 200 км. Открыт даже подземный музей, скульптуры в котором выполнены исключительно из каменной соли. Вот такая необычная обычная поваренная соль! И, конечно, в кухонном шкафчике мы обнаружим соду (питьевую, или пищевую). Она используется не только при приготовлении пищи, но и в медицине, например, для полоскания горла. Уксус А уксус! Эта пищевая приправа всегда найдется в кухонном шкафу. Уксус — слабый водный раствор уксусной кислоты. Самой первой кислотой,
У мамы на кухне 99 которую научился получать и использовать человек была уксусная кислота. С древнейших времен люди выращивали виноград и запасали впрок виноградный сок. При хранении сок бродил, получалось вино. Если вино скисало, образовывался уксус. Отсюда понятно и происхождение слова «уксус» — от греческого «оксос» — кислый. В воздухе есть зародыши особых бактерий — «уксусного грибка», они- то и попадают в спиртовую жидкость, размножаются и перерабатывают спирт в уксусную кислоту. Чистая (безводная) уксусная кислота при 16° С замерзает. Ее называют «ледяной», т.к. образующиеся кристаллы очень напоминают лед. В кулинарии используют уксусную эссенцию — концентрированный (80%-ный) раствор уксусной кислоты в воде. А вот столовый уксус, наоборот, представляет собой разбавленный раствор — 5—10%. Наверняка, наблюдали сами, как мама «химичит», когда печет пироги или блины — «гасит» соду уксусом. При этом раздается характерное «шипение». Если на соду капнуть уксусом, образуется неустойчивая угольная кислота, которая распадается на воду и углекислый газ. Он-то и «шипит». Лимонная кислота Люди стали пользоваться уксусом почти 3000 лет назад. В древности уксус был единственной пищевой кислотой. Позднее появилась важная «добавочка» к различным кулинарным изделиям — лимонная кислота... Впервые она была выделена из сока незрелых лимонов. В растительном царстве лимонная кислота весьма распространена: ее обнаружили в плодах крыжовника, в листьях махорки, в хвое и свекловичном соке, в листьях хлопчатника и в малине.
100 У мамы на кухне Кстати, используя лимонную кислоту можно приготовить чернила для тайнописи: выдавить несколько капель лимонного сока в чашечку и написать этими «чернилами» важное письмо. Когда бумага высохнет, надпись, конечно, будет незаметной. Прочитать текст можно после того, как лист будет проглажен горячим утюгом. Используя лимонную кислоту, можно приготовить лимонад. Волшебникам все под силу. Нальем в стакан охлажденную кипяченую воду, поместим туда чайную ложку варенья, щепотку лимонной кислоты, хорошо перемешаем и добавим маленькую щепотку пищевой соды. Снова размешаем. Можно угощать гостей. Лимонад готов. Лимонная кислота — кислая на вкус. Чтобы это утверждать, совсем не обязательно знать химию. Надо просто попробовать. Это верно. Но, во-первых, далеко не все можно и нужно пробовать, а во-вторых, знание того, является ли данный раствор кислый или щелочной, очень важно не только в быту, но и в технике, и в медицине. И «кислый или щелочной характер» надо уметь определять..., не пробуя на вкус. Для этого служат индикаторы.
НА ЧТО УКАЗЫВАЮТ ИНДИКАТОРЫ? Обычный чай — индикатор. Добавим лимонный сок — появится кисловатый привкус (говорят, кислая среда), и чай — посветлеет. А если добавить немножко соды, наоборот, среда станет щелочная, и чай потемнеет. Кислотно-щелочные индикаторы (от английского indicate — указывать) широко распространены в природе: отвары или экстракты цветов многих растений: пионы, тюльпаны, клевер, нарцисс, ромашка и фиалка, морошка, шиповник, календула, свекла, анютины глазки, малина и др. На что же они как индикаторы указывают! На среду: кислую, щелочную, нейтральную. Соки ярко окрашенных плодов и ягод, клеточный сок лепестков цветков обладают свойствами кислотно-основных индикаторов. Ярко-синий отвар ириса имеет красный цвет в кислой среде, но зелено-голубой — в щелочной; отвар клевера желтый — в кислой среде и зеленый — в щелочной. В кислых растворах многие растительные индикаторы — красные, в щелочной — зеленоватые или синие. Например, сок черной смородины, черники. Впервые индикаторы обнаружил английский химик Роберт Бойль. Случайно капнув серной кислотой на букетик фиалок, он увидел, что цветки фиалок изменили свой цвет. Р. Бойль стал проверять действие кислоты на другие растения. Оказалось, что многие из них в присутствии кислот изменяют свою окраску. Именно индикаторы помогли Р. Бойлю
102 На что указывают индикаторы? открыть новую кислоту — фосфорную, которую он получил при сжигании фосфора и растворении образовавшегося белого продукта в воде. Одним из давно известных индикаторов является лакмус. Он был впервые выделен в 1640 г. ботаниками из растения Helitropium turnesole. По-гречески «гелиотроп» — поворачивающийся к солнцу. В аптеках продается и другой хорошо известный кислотно-основный индикатор — фенолфталеин {в быту его называют пурген). Он в щелочной среде окрашивается в ярко-малиновый цвет, а в кислой — бесцветен. Индикатором воды может служить и медный купорос, который мы уже упоминали раньше. Если эту соль прокалить при помешивании на песчаной бане, через некоторое время кристаллогидрат сульфата меди потеряет воду и одновременно с этим потеряет свой синий цвет, превратившись в порошок серо-белого цвета. Если несколько кристалликов такой соли добавить к какому-либо веществу, в котором есть вода, вновь появится синяя окраска.
ЭЛЕМЕНТЫ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА Химические элементы, простые и сложные вещества, которые они образуют, окружают нас повсюду. Да и сами мы «храним» в себе значительную часть элементов Периодической системы, многие из которых мы уже упоминали. В организме человека — 60% воды, 34% органических веществ (содержащих углерод, водород, кислород, азот, фосфор, серу) и 6 % неорганических соединений, включающих 22 элемента (кальций — Са, фосфор — Р, кислород — О, натрий — Na, магний — Mg, сера — S, бор — В, хлор — О, калий — К, ванадий — V, марганец — Мп, железо — Fe, кобальт — Со, никель — Ni, медь — Си, цинк — Zn, молибден — Мо, хром — Сг, кремний — Si, йод — I, фтор — F, селен — Se). При весе 70 кг человек содержит (в граммах): кальция — 1700; калия — 250; натрия — 70; магния — 42; железа — 5; цинка — 3. Основное количество кальция и фосфора входит в состав костей. Небольшое количество фосфорных солей кальция, магния, калия, натрия обнаружены в волосах, мускулах, ногтях. Фосфорная кислота, образуя различные соединения с органическими веществами, активно участвует в процессах обмена веществ живого организма с окружающей средой. Огромное значение в нервной и умственной деятельности человека имеют органические производные фосфора, содержащиеся в ядрах клеток мозга и нервной ткани. Поэтому и рекомендуют
104 Элементы в организме человека людям, занятым напряженным умственным трудом, пищу, богатую фосфором: яйца, бобы, молоко, сыр, цветную капусту, рыбу и т.д. Наш известный отечественный геохимик А. Е. Ферсман неслучайно назвал фосфор «элементом мысли». В крови взрослого человека около 5 г железа. Значительно меньше его в печени, селезенке, а также в костном мозге. Красный пигмент крови — гемоглобин — состоит из железосодержащего органического соединения и белка глобина. Природа доверила
Элементы в организме человека 105 этому пигменту доставку кислорода живой клетке. А вот в крови кальмаров, улиток, пауков растворен дыхательный пигмент — гемоцианин, где вместо железа «работает» медь. И кровь у них (вернее, гемолимфа) окрашена в голубой цвет. В наш организм железо поступает только с пищей. Мясо, рыба, яйца, творог — источник хорошо усваиваемого железа. Недостаток железа вызывает анемию, или как раньше называли это заболевание «бледную немочь»: зеленовато-бледный цвет лица, слабость, головокружение, обмороки, плохой аппетит. В XVII в. в некоторых европейских странах при малокровии даже прописывали настой железных опилок в красном вине. В аптеках имеются специальные препараты, содержащие железо. Вот некоторые из них: железо восстановленное — таблетки или капсулы, таблетки «гемостимулина», драже «Ферроплекс», сироп алоэ с железом. В тканях взрослого человека 0,2 г меди на 70 кг массы. Некоторые мозговые заболевания (например, атаксия) сопровождаются недостатком меди в организме. Недостаток меди влечет за собой разрушение кровеносных сосудов. Большинство металлов входят в состав ферментов — биокатализаторов, контролирующих реакции в живом организме. Ферменты в природе встречаются только в живых организмах, этим они отличаются от катализаторов — «ускорителей» химических реакций, применяемых в технике. Ферменты — наши невидимые помощники: помогают нам дышать, строить наши клетки, ткани. Марганец входит в состав 12 различных ферментов; железо — 70, а цинк — более 100. В мозгу человека, в железах внутренней секреции, в почках, печени и костях обнаружено... серебро.
106 Элементы в организме человека Установлено экспериментально, что суточный рацион человека должен содержать примерно 0,9 мг серебра. Некоторыми растениями, например, капустой, огурцами, серебро избирательно накапливается. Между человеческим организмам и окружающей средой происходит постоянный обмен химическими веществами, и он не всегда благоприятен. Многие токсичные вещества, обладая свойством концентрироваться, накапливаться в организме, приводят к изменению его химического состава и, конечно, самое главное — к ухудшению состояния здоровья. Мы уже раньше говорили об ядовитости соединений свинца. Симптомами свинцового отравления являются сильные боли в суставах и в области живота, потеря аппетита, бледность лица. В организме человека свинец, в первую очередь, накапливается в печени, почках и костях, обладая при этом весьма неприятным свойством: он увеличивает токсичность других соединений. Универсальным средством против различных отравлений солями металлов является молоко, о чем хорошо знали в начале новой эры и знают в наши дни. А еще лучше помогают фруктовые соки. С пищей и водой человек получает так необходимый для его организма фтор. У человека фтор содержится фактически во всех органах и тканях, но больше всего его в волосах, ногтях, костях и зубах. Одна из причин кариеса — недостаток фтора в организме. Для его предупреждения достаточно каждый день добавлять в питьевую воду 0,5 мг фтора на литр. Элемент хлор «разместился», в основном, в желудочном соке в виде соляной кислоты. Соляная кислота — сильный бактерицид. Большинство бактерий, попавших в желудок с пищей, погибают под действием соляной кислоты. Так что, когда у че-
Элементы в организме человека 1Q7 ловека пониженная кислотность желудочного сока, ему прописывают слабый раствор соляной кислоты. В организме взрослого человека содержится 200 г хлорида натрия, из которых 45 г растворено в крови. Специальные исследования показали, что жизненно необходимым элементом является для человека йод. Его содержание в организме достигает 20—25 мг. Примерно половина этого количества сосредоточена в мышцах. В крови, почках и печени человека обнаружен и бром. Вот, оказывается, как не прост по своему составу человек, т.е. мы с вами!
ВМЕСТО ПОСЛЕСЛОВИЯ За «химией без формул» появится более серьезная наука, осмыслить и описать которую помогут химические формулы. И как же это все запомнить? И надо ли? Вот, что по этому поводу утверждал мудрый Шерлок Холмс: «Видите ли, мне представляется, что человеческий мозг похож на маленький пустой чердак, который вы можете обставить, как хотите. Дурак натащит туда всякой рухляди, какая попадется под руку, и полезные, нужные вещи уже некуда будет всунуть, или в лучшем случае до них среди всей этой завали и не докопаешься. А человек толковый тщательно отбирает то, что он поместит в мозговой чердак. Он возьмет лишь инструменты, которые понадобятся ему для работы, но зато их будет множество, и все он разложит в образцовом порядке».
Литература О химических элементах и о химических превращениях вы можете найти много интересного в следующих книгах: 1. Ю. Н. Кукушкин. Рассказы о химии и веществах. Синтез, СПб.— 1995. 2. В. Рич. Охота за элементами. М., Химия. — 1982. 3. В. В. Станцо. Обыкновенное вещество. М., Химия. — 1981. 4. И. А. Леенсон. Занимательная химия. М., Дрофа. — 1996. 5. Б. Д. Степин, Л. Ю. Аликберова. Книга по химии для домашнего чтения., М. Химия. — 1995. 6. Г. И. Штремплер. Домашняя лаборатория. (Химия на досуге). М., Просвещение, Учебная литература. — 1996 г.
Содержание Вместо предисловия 3 У истоков химии 10 Об алхимиках и алхимии 13 Сера 22 Семь металлов алхимиков 24 Золото 26 Серебро 33 Железо 37 Ртуть 41 Олово 47 Медь 54 Свинец 58 Алхимики все-таки были химиками 61 Фосфор 63 Химические элементы 68 Главные элементы живой и неживой природы. Кремний 73 Углерод 79 Следствие ведет Шерлок Холмс 80 Соединения органические 83 Из домашней аптечки 90 У мамы на кухне 96 На что указывают индикаторы? 101 Элементы в организме человека 103 Вместо послесловия 108 Литература , 109
КАРЦОВА Анна Алексеевна Химия без формул Редактор К. Б. Васильев Верстка и дизайн М. К. Васильев Художник В. А. Козин Корректор Н. П. Колдина Издательство «Авалон» e-mail: avalon@pv7874.spb.edu Издательство «Азбука-классика» 196105, Санкт-Петербург, а/я 192. Подписано в печать 28.07.2005. Формат 60*90 l/t Гарнитура «Школьная». Печать офсетная. Усл. печ. л. 7. Тираж 5000 экз. Заказ № 2485. Отпечатано с диапозитивов в ФГУП «Печатный двор» им. А. М. Горького Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям. 197110, Санкт-Петербург, Чкаловский пр., 15.
ПО ВОПРОСАМ ПРИОБРЕТЕНИЯ КНИГ ИЗДАТЕЛЬСТВА «АЗБУКА» ОБРАЩАТЬСЯ: Санкт-Петербург: издательство «Азбука» тел. (812) 327-04-56, факс 327-01-60 «Книжный клуб «Снарк» тел. (812) 103-06-07 000 «Русич-Сан» тел. (812) 589-29-75 Москва: 000 «Азбука-М» тел. (095) 150-52-11, 792-50-68, 792-50-69 000 «ИКТФ Книжный клуб 36,6» тел. (095) 540-45-44 www.ctub366.ru, ctub366@aha.ru Екатеринбург: 000 «Волео Книга» тел. (3432) 42-07-75 Новосибирск: 000 «Топ-книга» тел. (3832) 36-10-28, www.opt-kniga.ru Калининград: Сеть магазинов «Книги и книжечки» тел. (0112) 56-65-68, 35-38-38 Хабаровск: 000 «МИРС» тел. (4212) 29-25-65, 29-25-67 ioiej30ok@bookmirs.khv.ru Челябинск: 000 «ИнтерСервис ЛТД» тел. (3512) 21-33-74, 21-26-52 Казань: 000 «Таис» тел. (8432) 72-34-55, 72-27-82 tais@bancorp.ru ЗАРУБЕЖНЫЕ ПАРТНЕРЫ Украина: 000 «Азбука-Украина», 04073 г. Киев Московский пр., 6 (2 этаж, офис 19) тел. (+38044) 490-35-67 saie@azbooka.net Израиль: «Спутник» (Кфар-Соба) тел. + 972-9-767-99-98 zakaz@sputnik-books.com Каталог «Аврора» Официальный представитель издательства «Азбука» Германия, Франкфурт-на-Майне, тел. (069) 37564252; e-mail: ovrora-kotaiog@уапёех.ru INTERNET-МАГАЗИН Все книги издательства в Internet-магазине «ОЗОН»; http://www.ozors.ru/ КНИГА — ПОЧТОЙ ЗАО «Ареал», СПб., 192242, о/я 300; тел.: (812) 174-40-63; www.areaicom.ru; e-mait: postbook@areot.com.ru
или ЗНАКОМЫЕ НЕЗНАКОМЦЫ fa» **■*&# *\\ •--*-- ?ш у. • -•; ж Г^.Шл *--*S»Jw А. А. КАРЦОВА
Анна Алексеевна Карпова Доктор химических наук, профессор Санкт-Петербургского государственного университета. Заслуженный учитель России. Преподает химию в Академической гимназии при Санкт- Петербургском университете. Книга доступно и увлекательно рассказывает о зарождении химической науки, о таинствах алхимиков, о химических элементах в организме человека и о многом-многом другом. Книга предназначена для широкого круга юных читателей, включая тех, кто еще не приступил к изучению химии в школе. Она также познавательна для всех, кто интересуется химией.