Мягкий металл

Было мне не более семи лет, когда случилось то, о чём я хочу рассказать. Среди ребят, населявших нашу шумную весёлую улицу, изредка появлялся долговязый паренёк в аккуратно застёгнутом пиджаке и плоской кепочке.

У него были большие красные руки и близорукие глаза. Он носил очки, и ребята дразнили его «профессором».

Впрочем, не только очки дали повод к этой кличке. Говорили, что он работает учеником в какой-то лаборатории, приносит оттуда всякие порошки и «химические» банки и продымил «опытами» весь домик своей старой бабушки, где живёт после смерти матери.

Каждый раз, завидя его, ребята кричали:

— Профессор, покажи опыт!

А он, ничуть не обижаясь, добродушно отвечал:

— Можно, только, чур, не все сразу…

Так перебывало у него на «химических сеансах» множество ребят не только с нашей, но и с соседних улиц. А однажды и мне посчастливилось попасть в просторную кухню дома, который ребята между собой называли «профессорским».

Пришло нас человек двенадцать. Мы чинно расселись на полу у стенок, наблюдая, как наш «профессор» расставляет на кухонном столе тарелки, узкие высокие стаканы, аптечные склянки с жидкостями, маленький таз и спиртовую горелку.

С того дня прошли десятки лет. Но как свежи в памяти эти воспоминания! Отчётливо помню каждое движение нашего «профессора». Помню и собственное волнение, при виде того как две бесцветные жидкости, слитые в один стакан, вдруг приобрели малиновый цвет, а затем от прибавления нескольких капель третьей жидкости малиновый цвет исчез.

Затем на глазах у всех сама собой зажглась свеча. Изумлённые зрители ахнули, а Петя (так звали нашего «профессора») снисходительно улыбнулся:

— Никакого чуда нет. Просто на свечке у меня насыпана бертолетова соль с сахаром, а на стеклянной палочке, которой я задел свечку, капелька серной кислоты.

Один за другим следовали чудесные опыты, сопровождавшиеся объяснениями.

— Кто хочет сам сделать опыт? — спросил Петя.

Желающими оказались все присутствующие. Понятно, и я вместе со всеми кричала: «я! я!»

И произошло необыкновенное. Петя указал на меня:

— Пусть идёт самая маленькая…

И вот я выхожу на середину кухни. Дрожащей рукой беру из Петиных рук стеклянную палочку, которая, как и всё здесь, кажется мне волшебной.

— Макни палочку сюда, — указывает Петя на одну из склянок, — и рисуй на этой бумажке. Рисуй, что хочешь.

Я так и делаю. Опускаю палочку в склянку, а затем осторожно вывожу на бумаге чёрточки, кружочки, стараюсь изобразить человека, но на бумаге остаются только мокрые бесцветные следы. Ребята смеются надо мной, а я готова заплакать от неудачи и стыда.

— Рано смеётесь! — загадочно говорит наш юный «профессор» и пододвигает ко мне зажжённую спиртовку.

— Суши свой рисунок.

Я покорно выполняю приказание.

— А теперь опусти сюда, — Петя указывает на алюминиевый таз, куда он налил какую-то жидкость из большой бутыли.

Я опускаю бумажку в таз. Ребята соскакивают со своих мест и толпятся около меня. И вдруг все мы видим: на бумажке вырисовался человечек, которого я старательно изображала. Весь он перекошен, глаза около рта, ноги вырастают прямо от подбородка, но всё же это человек яркожёлтого, яичного цвета.

Самый эффектный опыт, так сказать «гвоздь программы», был показан на прощание.

Подвязавшись кухонным полотенцем и поправив очки, наш «профессор» достал из шкафчика, висевшего на стене, жёлтую банку с плотной стеклянной пробкой.

Осторожно открыв её и придерживая краем полотенца, Петя предложил нам подходить по-одному и нюхать содержимое банки. Мы охотно сделали это. Но из банки пахло всего лишь керосином.

— Так и должно быть, — важно сказал Петя. — А теперь смотрите!

Он достал из банки какой-то кубик, обрезал его со всех сторон перочинным ножом, и кубик заблестел, как серебряный. Затем Петя сделал лодочку из тонкой бумаги, отрезал от кубика маленький кусочек, положил его в лодочку и опустил в ковш с водой.

Быстро-быстро забегала лодочка по воде. Она кружилась и кружилась. А блестящий кусочек на наших глазах становился всё меньше и меньше. Вдруг мы услышали такой звук, словно что-то лопнуло. Вспыхнуло жёлтое пламя и… в ковше не осталось ничего, кроме воды.

Ошеломлённые и напуганные, мы не двигались с места. А Петя, довольный произведённым впечатлением, похвастался:

— Опыт этот надо умеючи делать. Он опасный! Но я умею… Видали? Этот блестящий кусок (он указал на кубик в керосине) — металл. Называется натрий. Видали, как он плавал по воде, а потом исчез? Куда? Он соединился с водой, и она стала щёлочью. Смотрите, красная бумажка от неё посинеет…

Действительно, узенькая бумажная лента красного цвета, опущенная в ковш, посинела.

Я попросила у Пети на память эту «волшебную» бумажку. Тогда я ещё не знала, что она называется лакмусовой и обладает свойством синеть от щёлочи и краснеть от кислоты, но, как и всё Петино «химическое хозяйство», казалась мне удивительной, полной волшебства.

А металл, похожий на серебро, но мягкий, как сыр, плавающий на воде и с шумом исчезающий в ней, надолго поразил моё детское воображение.

Натрий! Само слово звучало, как имя сказочного героя. Стеклянная банка с керосином представлялась мне темницей. Бедный натрий томился в керосиновом плену. Мне хотелось выпустить его на волю… Пусть бы побегал по воде, да не в ковше, а по городскому пруду!

Много лет спустя на уроках химии в школе, а позднее и на лекциях в институте я с благодарностью вспоминала Петю-«профессора» и его химические опыты. Теперь его нет в живых. В годы Отечественной войны, будучи уже известным учёным, он ушёл на фронт и не вернулся.

На уроках химии

В школе мне снова пришлось увидеть натрий. Он хранился в банке, наполненной прозрачным жидким маслом. Было такое чувство, словно я встретила старого друга. Но теперь я, как и другие ребята нашего класса, понимала, что натрий, хранящийся в масле и керосине, совсем не пленник!

Наоборот, пленником он был раньше, до тех пор пока химики не освободили его.

— Вот, взгляните! — говорила нам учительница, показывая горсточку соли, мыло, белый порошок соды, кусок стекла… — В этих веществах содержится натрий. Здесь он действительно живёт, как пленник, как бы связанный по рукам и ногам. В таком «пленённом» состоянии он находится во многих веществах: в минералах, горных породах.

Химики научились освобождать его из плена, защищать от злейших врагов: воды и воздуха. Такой защитой служит керосин или масло…

Мы особенно хорошо поняли это после того, как учительница позволила нам вынуть кусочек натрия из банки и оставить его на открытом воздухе. Мы положили его на стеклянную пластинку и каждый день приходили смотреть, как меняется наш натрий.

А изменялся он поразительно. Его серебристый блеск исчез, весь он покрылся белой корочкой и стал рыхлым, влажным и на ощупь напоминал мыло. Натрия не стало. Вместо него лежала бесформенная серая масса.

Куда же он девался? Почему мы его не видим?

На эти вопросы отвечала химия.

Оказывается, натрий не исчез, а только спрятался. Он стал невидимым. Если бы наши глаза увеличивали в десятки миллиардов раз, мы могли бы рассмотреть натрий в бесформенной серой массе.

Имей мы такое зрение, весь мир выглядел бы совсем иным. Например, кристаллик соли показался бы нам огромным стройным сооружением в виде куба. Мы не могли бы даже весь его охватить взглядом, так велик он показался бы!

Наше зрение показывает нам мир далеко не таким, каков он на самом деле. И всё же человек проникает в самые сокровенные тайны природы. Наука делает его могучим! Она вооружает человека дополнительным зрением.

Благодаря науке мы знаем, что все вещества в природе не сплошные. Их можно раздробить на множество мельчайших частичек, которым дали название — молекулы. Молекулы состоят из ещё более мелких частичек — атомов.

В природе имеются атомы различных сортов.

Есть вещества, в которых обнаруживают атомы только одного какого-либо сорта, например, в золоте — атомы золота, в железе — атомы железа. Такие вещества называют простыми.

Но большинство веществ в природе не простые, а сложные. В них находят различные атомы. Например, в соли имеются атомы натрия и хлора. Хлор — газ жёлто-зелёного цвета, противного удушливого запаха.

Учёные говорят, что всё многообразие мира происходит от того, что атомы разных сортов сочетаются между собой в самых различных комбинациях.

Один какой-либо сорт атомов называют химическим элементом. Кислород и водород, из которых образовалась вода, — химические элементы. Натрий и хлор — тоже химические элементы.

Так постепенно на уроках химии по-новому начал выглядеть для меня давно знакомый мир, с зелёными травами и цветными камешками, с яркими цветами и прозрачными водами…

Хотелось без конца спрашивать: а из чего это состоит? А это? Всё вокруг было полно тайн и загадок. Вещи словно скрывали своё настоящее лицо под шапкой-невидимкой.

А заглянуть под эту шапку-невидимку позволяла химия.

Священное искусство

Достоверно о происхождении слова «химия» учёные до сих пор ничего не знают. Одни утверждают, что оно появилось в Египте, другие говорят, что это греческое слово.

Но дело, в конце концов, не в слове! Гораздо важнее узнать, когда и где зародилась эта наука.

И на этот вопрос точного ответа пока нет. Ясно лишь, что химия — одна из древнейших наук, знакомых человечеству. Её возраст исчисляется не сотнями лет, а тысячами.

Её истоки уходят в те времена, когда на Земле появились первые мыслящие существа — люди. И невозможно назвать первого химика, так же как и имя гения, который открыл огонь и первый применил его для человеческих нужд.

А кто первый догадался вспахать землю? Кто научился изготовлять ткани из волокон, а затем окрашивать их?

Всё это — изобретатели далёкого прошлого. Они стремились найти средства обеспечить людей пищей, одеждой, различными материалами, необходимыми для жизни.

Они были зачинателями первых производств, превращали одни вещества в другие. А это значит, что они бессознательно пользовались химическими процессами.

История не сохранила нам имён этих безвестных гениев. Возможно, что среди них были и философы. Они задумывались над загадками природы и как-то по-своему представляли строение окружающих человека веществ. Но их мысли не дошли до нас. Мы знаем о жизни первобытных людей то немногое, что может выяснить наука археология.

Археологи изучают историю жизни народов, населявших Землю в самые отдалённейшие времена. Чем древнее народ, тем труднее добыть какие-либо сведения о нём. Но археологи — люди упрямые и настойчивые.

Производя раскопки, они восстанавливают картины жизни наших древних предков.

Землю можно сравнить с гигантской книгой. Тот, кто потрудится, разберёт её немой язык, найдёт много интересного. В ней сохранились различные изделия людей прошлых эпох: глиняная и металлическая посуда, остатки жилищ, а кое-где и целых городов.

Иногда археологам удаётся найти в земле даже «письменные документы». Правда, эти «документы» написаны не на бумаге.

В Ираке проводились археологические раскопки. Здесь нашли много бронзовой посуды, серебряных и медных украшений. Больше всего заинтересовали учёных глиняные дощечки с непонятными клинообразными надписями. Целая глиняная библиотека хранилась под землёй.

«На каком же языке она написана?» — размышляли учёные.

Нелегко было прочесть эти письмена. Пришлось каждую букву сравнивать с буквами древнееврейского, древнегреческого и других древних языков, сохранившихся на земле.

Так постепенно, букву за буквой, учёные прочли всю глиняную библиотечку. Оказалось, что её написали люди, жившие шесть тысяч лет тому назад. Это были вавилоняне.

Они описывали, как из руды выплавляют медь, серебро, свинец, как по морю отправляют свои изделия в другие страны, как изготовляют стекло бесцветное и окрашенное в различные цвета.

Производство красок и стекла, выплавка металлов, да и самое изготовление хорошо обожжённых глиняных табличек требовали знаний химии.

Не приходится сомневаться, что у вавилонян были свои одарённые инженеры, изобретатели и, конечно, химики.

Но гораздо больше знаем мы о химии древнего Египта. Учёных не перестаёт поражать умение египтян бальзамировать трупы. Какие химические вещества употребляли они? Как достигли такого совершенства? Ведь египетские мумии пролежали тысячелетия и не поддались разрушительному действию времени!

А их краски! Яркоголубая, пурпурная, густосиняя… Ткани, найденные на мумиях, которым не менее четырёх тысяч лет, до сих пор не потеряли своей яркости.

Среди развалин старинной столицы Египта — города Фивы — сохранились стены с изображениями работы стеклодувов, металлургов, гончарников.

Египтяне умели изготовлять румяна, душистые масла, мыло, знали секреты консервирования мяса, рыбы, овощей, варили пиво, обрабатывали кожу.

А ведь все эти производства связаны с химией.

Но к занятиям наукой в Египте простые люди не допускались. Они выполняли роль безмолвной рабочей силы.

Всей жизнью управляли жрецы. В их руках находились и производства, и искусства, и науки, которые тоже считались «священными искусствами».

И хотя в Египте ещё не существовало химии в виде той точной науки, какую мы изучаем теперь, но египетские жрецы, среди которых были, конечно, очень образованные люди, понимали, что одни вещества природы могут переходить в другие, и умели управлять этими превращениями.

Для занятий «священной» наукой в Египте был выстроен храм Сераписа. Это был не обычный храм, где молятся богу или приносят жертвы. Здесь располагались лаборатории, музеи, мастерские. Будущие инженеры, строители и даже надсмотрщики над рабами обучались в этом храме…

Во главе каждого отдела стоял сын фараона или знатный сановник. Всё, что делалось в храме, соблюдалось в строгой тайне. Простой человек считался недостойным того, чтобы ему открывали «божественные» тайны.

Но истинные причины были иными! Вооружённые научными знаниями, жрецы могли властвовать над народом. Время от времени они показывали народу какие-либо «чудеса». Этим они укрепляли своё могущество, веру народа в их связь с богами. А между тем «чудеса» были не чем иным, как эффективными физическими или химическими опытами!

Сохранились сведения и о других древних странах, где занимались химическими превращениями. Есть одна старинная книга индийского учёного Каутилайа. Она написана несколько тысячелетий тому назад. Из неё мы узнаём, что индусы издавна знали многие производства, где требовалось понимание химии.

Такие же старинные книги обнаружили у китайцев. Вообще о науке этой страны нам было известно мало. Но исследования последнего времени приоткрывают завесу над историей науки в Китае. Учёные предполагают, что именно здесь зародилась химия.

Китайские философы уже за много веков до европейцев высказывали мысль о том, что все окружающие нас вещества состоят из элементов. Правда, их «элементы» были не те, о которых мы знаем теперь. Элементами они называли воду, огонь, землю, дерево и золото.

Им казалось, что из сочетания этих «элементов» устроены все вещества природы.

Более поздние китайские химики выяснили, что вода — вещество сложное. И задолго до европейцев знали, что в её состав входит газ водород. Только называли его, конечно, не этим именем. Водород они изображали двумя значками: «огонь» и «газ».

Есть у китайцев старинное произведение, написанное философом Вей-по-Иангом. Он жил более двух тысяч лет назад. Называется это произведение «Книга перемен» и почти всё посвящено химии.

В средневековой лаборатории

Химия! Наука чудес и мечтателей… Именно такой была она у древних народов. Искусные химики Вавилона и Египта, Индии и Китая проводили очень сложные химические опыты, но найти им правильное объяснение они не умели.

Представьте себе учёного, склонившегося над котлом, где кипит смесь олова и меди. Два эти металла сплавятся вместе и превратятся в вещество золотистого цвета.

Мы теперь знаем (это покажет нам анализ), что золотистый цвет полученного сплава не имеет никакого отношения к золоту. В нём есть только атомы химических элементов меди и олова.

Но в те времена самого понятия «химический элемент» не существовало. Мы уже говорили о древних китайцах, которые считали, что всё в природе состоит из воды, огня, земли, дерева и золота.

Со временем элементами начали называть не вещество, а его свойства: тепло, холод, влажность и сухость.

Постепенно пришли к мысли, что от сочетания тепла, холода, влаги и сухости зависят качества всех окружающих нас веществ. В металлах видели одно общее свойство — металличность и думали, что если прибавить к какому-нибудь простому металлу немного тепла или сухости, то, наверное, можно будет получить золото.

Вот почему золотистый сплав меди и олова заставлял химика древности радоваться. Он был убеждён, что в его котле «сварился» драгоценный металл.

«Я нашёл способ стать богатым…» — взволнованно размышлял он.

И новые порции меди и олова бросал химик в котёл.

Но проходило немного времени и кусок «золота» тускнел, покрывался зелёными пятнами.

— Моё сокровище заболело, — сокрушался наивный исследователь, — в него вселился злой дух. Надо изгнать его… или умилостивить…

А когда химики ознакомились с ртутью, они обрадовались:

— Да ведь она совсем как серебро! Только жидкая…

— Может быть, из неё надо убрать влажность, прибавить сухость и какую-нибудь жёлтую краску и получится золото?

Много веков бесплодного труда ушло на попытки изобрести «способ» превратить простые металлы в драгоценные. Таинственные рецепты передавались из поколения в поколение. За большие деньги секреты продавались в другие страны. Люди теряли целые состояния, сходили с ума, лишались жизни во время неосторожных опытов.

Особенно усердно занимались подобными превращениями учёные средних веков. В Германии, во Франции, в Италии сотни химиков, которых тогда звали алхимиками, закрывались в своих лабораториях. Таясь друг от друга, они добывали «философский камень».

Что это за философский камень, никто из них точно объяснить бы не мог. Но его необыкновенные свойства не давали покоя средневековым мечтателям.

Все надежды человечества должен был выполнить этот камень! Излечивать неизлечимые болезни, делать стариков молодыми и главное — превращать простые металлы в золото.

Алхимики кипятили, выпаривали, высушивали различные смеси, прокаливали их на огне, читали над ними заклинания, призывали на помощь бога и дьявола. Искали таинственные связи между своей работой в лабораториях и положением звёзд на небе. Каждому металлу, по их мнению, соответствовало какое-нибудь светило: золоту — Солнце, серебру — Луна, меди — Венера, железу — Марс, свинцу — Сатурн, олову — Юпитер, ртути — Меркурий.

Дело дошло до того, что когда в шестнадцатом веке стала известна сурьма, учёные отказались признать её металлом.

— Каждый металл должен иметь на небе свою планету, а сурьма не имеет! — говорили они.

Ни небесные светила, ни заклинания не помогли алхимикам.

Атомы химического элемента железа, олова или ртути, сколько над ними ни мудрили, не изменялись. Они не становились атомами другого химического элемента — золота.

Учёные последующих веков смеялись над алхимиками.

— Как можно надеяться на превращение химических элементов! — рассуждали они. — Ведь каждый химический элемент — это атомы определённого сорта. Переходить в атомы другого сорта они не могут.

Но оказалось, что и эти учёные ошиблись. Всемогуществу науки нет предела. Мы живём в такое время, когда мечты алхимиков о превращении одних химических элементов в другие сбываются.

В нашем обиходе появилось новое слово — радиоактивность. Слово это происходит от названия металла радия.

С тех пор, как открыли радий, учёным пришлось пересмотреть свой взгляд на неизменяемость химических элементов.

Радий проявил неожиданные свойства: он превращался в другие химические элементы. И оказалось, что он не одинок. У него обнаружилась большая группа родственников — элементов, обладающих такими же свойствами.

Прежде чем стала известна радиоактивность, наука прошла длинный и трудный путь. Надо было открыть и хорошо изучить химические элементы, из которых состоят вещества природы. Понять, какая разница и какое сходство между химическими элементами, выяснить, каким законам они подчиняются.

Химия должна была стать точной наукой. Ведь она в течение тысячелетий была всего лишь служанкой египетских жрецов и средневековых алхимиков. Словно лёгкое судно, плыла она по неизведанным морям. Не было у неё ни капитана, ни ясного направления. Она обросла предрассудками, как дно корабля обрастает ракушками.

Химии предстояло очиститься от ложных представлений и выйти на настоящую дорогу.

Это случилось только в восемнадцатом веке. Капитаном, который дал верное направление химии, стал великий русский учёный — Михаил Васильевич Ломоносов.

И труды, и сама жизнь этого человека интересны и поучительны.

«Юноши с особенным вниманием и особенной любовью должны изучать его жизнь», — писал о Ломоносове Белинский.

И образ крестьянского парнишки, который отправился пешком от берегов Белого моря до Москвы, чтобы учиться, действительно стал одним из любимых образов нашей молодежи.

Кто не мечтает в детстве о подвигах, о доблести, о геройстве! Жизнь Ломоносова — неисчерпаемый пример настоящего героизма. Не о богатстве и славе мечтал он, оставляя родной дом. В те времена занятия наукой их не давали. Настойчивый и волевой, Михайло Ломоносов с детства тянулся к знаниям и мечтал с помощью науки послужить своему народу.

М. В. Ломоносов.

Трудно назвать науку, которую бы не изучал Ломоносов. И не только изучал, но впоследствии внёс в неё много нового и ценного.

Пушкин говорил, что «соединяя необыкновенную силу воли с необыкновенною силою понятия, Ломоносов обнял все отрасли просвещения… Он всё испытал и всё проник…»

От всеобъемлющего ума этого человека не ускользнуло ничего: жизнь мельчайшей травинки и великие законы природы. И не только естественные науки привлекали его. Он занимался историей, металлургией, экономикой, писал стихи, создавал картины из стекла…

Ломоносов сделал такие открытия в науке, которые лишь через десятки лет после его смерти стали понятны учёным.

Мера и вес

Как устроены вещества, окружающие нас? Где найти ключ, который откроет неведомые тайники? И где глаза, способные заглянуть в скрытый от нас мир?

Эти вопросы волновали мыслящих людей всех времён. Искал на них ответа и Ломоносов. «Химия первая проникнет во внутренние чертоги тел», — предсказывал он.

Но истинным химиком Ломоносов считал не того, кто проделывает бесчисленное множество опытов, а того, кто находит им объяснения, кто, исследуя природу, мог выведать у неё самые сокровенные секреты. Химик должен быть вооружён знаниями математики, геометрии, физики и химии.

Именно таким учёным был сам Ломоносов. Он взял от науки всё, что можно было получить от неё в восемнадцатом веке. По крупицам собирал он истинные знания, очищая их от религиозных предрассудков, от всего наносного, что накопилось за тысячелетия.

И как из маленького семечка садовод выращивает высокое, стройное дерево, Ломоносов из крупиц истины сумел создать целое учение, объясняющее законы природы.

За две тысячи лет до Ломоносова жил в древней Греции философ Демокрит. Это он первый высказал мысль о том, что все вещества, окружающие нас, только кажутся сплошными, а на самом деле состоят из очень маленьких невидимых частичек.

«Если бы этого не было, то как бы могла растворяться в воде соль?» — спрашивал Демокрит.

Предположение древнего философа объясняло многие необъяснимые явления природы.

Почему вода превращается в пар?

Почему мы ощущаем запах цветов?

Почему железные предметы от нагревания расширяются?

На все эти вопросы Демокрит давал ответы.

Частички воды благодаря сильному нагреванию отрываются от всей массы воды и улетают в виде пара.

Частички пахучих веществ отделяются от цветов, разлетаются по воздуху, и мы можем их ощущать.

Частички железа от нагревания расходятся, предмет становится шире, больше.

Демокрит утверждал, что всякое вещество можно дробить на всё меньшие и меньшие части. И в конце концов получить такие мельчайшие частички, которые уже будут неделимыми. Он назвал эти частички «атомами», что по-гречески обозначает «неделимые».

Теперь-то мы знаем, что это название неточно. Для нас слово «атом» утратило своё первоначальное значение «неделимого». Каждый школьник в наши дни знает, что учёные раздробили атом на ещё более мелкие частички. При этом удалось извлечь из атома огромное количество энергии. А эту энергию можно по-разному использовать. Учёные, которые хотят мирной жизни, трудятся над тем, как бы атомной энергией двигать поезда, теплоходы и самолёты, помогать врачам бороться с болезнями. А те, кто не хочет мира, угрожают уничтожить человечество атомной бомбой.

Вот как по-новому зазвучало для нас слово «атом».

А ведь ещё совсем недавно атом считался самой мельчайшей частичкой вещества, неспособной больше дробиться.

На долгие века были забыты высказывания Демокрита. Но зерно истины, брошенное в глубокой древности, не потерялось. Михаил Васильевич Ломоносов вдохнул новую жизнь в идеи Демокрита.

Он нарисовал отчетливую картину строения веществ; рассказал о химических элементах, сочетание которых создаёт многообразие мира; показал, как мельчайшие невидимые частички — атомы — соединены в более крупные частички — молекулы. Ломоносов не употреблял названий, к которым мы привыкли. Химический элемент он называл «началом», молекулу — «корпускулой». Но созданная им теория и теперь — двести лет спустя — является основой научной химии.

Древним же философам принадлежит мысль о том, что в природе ничего не исчезает бесследно и ничего не создаётся вновь.

Римский поэт Тит Лукреций Кар, живший на несколько столетий позднее Демокрита, оставил поэму «О природе вещей». В этом произведении излагаются философские взгляды того времени:

писал поэт.

Эти мысли древних философов были известны учёным. Однако никто до Ломоносова не пытался доказать их опытами и вывести из этих опытов всеобщий закон природы.

На каждом шагу в жизни мы найдём подтверждение этого закона.

Представим себе для примера поле, засеянное рожью.

На один гектар надо затратить около ста шестидесяти килограммов зерна.

К осени с этого же гектара, если хорошо обработать землю и дать растениям хорошее удобрение, можно снять более двух тысяч килограммов зерна.

Откуда же взялся прирост?

Может быть, из ничего? Но тот, кто изучал жизнь растений, знает, что растение питается воздухом и солями из почвы. За счёт этой пищи оно растёт, созревает и даёт урожай.

Из «ничего» — прироста урожая не будет!

А вот другой пример.

Возьмём тридцать килограммов дров. Сожжём их в печи. А теперь взвесим золу. Ведь это всё, что у нас осталось от дров! Она весит всего полкилограмма.

Куда же девались двадцать девять с половиной килограммов? Может быть, бесследно исчезли?

Так кажется только с первого взгляда. Но представьте себе, что в дымоходе нашей печи установлен газоуловитель. Да такой мощный, что ни один пузырёк газа не удерёт от этого строгого контролёра!

Если мы взвесим всё собранное уловителем и прибавим к весу золы, то получим цифру большую, чем тридцать килограммов.

Откуда же взялся дополнительный вес?

Чтобы понять, что здесь произошло, надо вспомнить об одном химическом элементе, который входит в состав воздуха. Называется он кислородом. Это очень деятельный элемент. Он легко вступает в самые различные «химические дружбы». Он употребляется животными и людьми для дыхания, он участвует в горении.

Так вот, когда дерево горело, к каждому его элементу присоединился кислород. Весь углерод, соединившись с кислородом, улетел в виде углекислого газа, водород превратился в водяные пары. Азот и сера тоже образовали летучие вещества. А металлы, входившие в состав дерева, обратились в горсточку золы…

Но если даже мы не поставим газоуловителя в трубе нашей печи, дым не пропадёт бесследно. Он рассеется в воздухе. Водяные пары осядут в виде капель влаги, а углекислый газ пойдёт в пищу растениям. Может быть, ветер унесёт частички газа, который вылетел из нашей трубы, далеко-далеко на юг. И им будет питаться зелёный лист виноградной лозы или лист орехового дерева. А может быть, он улетит на север, где из-под снега выглядывает веточка мха. Ей тоже нужен углекислый газ.

Закон Ломоносова помогает нам понять жизнь невидимых путешественников — химических элементов. Они никогда не исчезают, хотя беспрерывно меняют своё местожительство. Они всегда в движении, соединяются друг с другом, расходятся и вновь встречаются.

Словно герои древних сказок, они меняют облик, прячутся под шапками-невидимками. Но ни один атом ни одного химического элемента не может ни потеряться, ни создаться из ничего.

Ломоносов писал:

«Сколько у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте…

Сей всеобщий закон простирается и в правила движения: ибо тело, движущее своей силой другое, столько же теряет, сколько сообщает другому…»

Мы теперь называем этот закон — законом сохранения материи и энергии.

Ломоносов доказывал его убедительными опытами. Он брал вещества и точнейшим образом взвешивал их до и после опыта. И оказывалось, что какие бы химические изменения ни происходили с этими веществами, общий их вес не изменялся.

Размышляя над различными явлениями природы, Ломоносов задавал себе вопрос: что происходит с металлом, который подвергают прокаливанию?

«Нет никакого сомнения, — писал он, — что частички воздуха, непрерывно текущего над обжигаемым телом, соединяются с ним и увеличивают его вес».

Теперь это утверждение Ломоносова нам понятно. Мы знаем о вездесущем газе кислороде, который является составной частью воздуха и соединяется со многими элементами во время горения, а особенно охотно с металлами.

Но современники Ломоносова иначе объясняли процессы горения.

Среди некоторых учёных утвердилась вера в особое загадочное вещество «теплотвор». Где оно находится, как выглядит и какие имеет свойства, никто точно не знал. Но учёные думали, что «теплотвор» входит в нагретые тела, а когда они охлаждаются — из них выходит.

М. В. Ломоносов за опытами.

Убеждение это было прочно, и никто не осмеливался подвергнуть его сомнению.

Один английский учёный, Роберт Бойль, проделал такой опыт. Он поместил кусок свинца в тугоплавкую стеклянную колбу с узким изогнутым горлом. Такие колбы называются ретортами. Отверстие реторты он запаял и взвесил её. Затем поставил на огонь. Два часа длилось нагревание. Кусок свинца за это время превратился в порошок — в окалину. Тогда Бойль снял реторту с огня и вскрыл её. Воздух со свистом ворвался внутрь реторты, но Бойль не обратил на это никакого внимания.

Взвесив реторту с окалиной свинца и сравнив с первоначальным весом, учёный увидел прибавку.

Какой же вывод из этого сделал Бойль? Не подозревая о роли газа кислорода, о его способности соединяться с металлами, Бойль и не искал никаких новых объяснений своему опыту. Он удовольствовался старым.

«Всё дело в теплотворе! — решил Бойль. — Во время нагревания он проник сквозь стеклянные стенки реторты, вошёл внутрь металла и отяжелил его…»

Ломоносов не верил в существование загадочного теплотвора.

«Что происходит в запаянной реторте во время прокаливания? — думал он. И сам себе отвечал: — Химическая реакция. Частички воздуха, которые остались в реторте, присоединяются к частичкам свинца. Образуется новое вещество — окалина. Вес металла, конечно, становится при этом больше. Но одновременно должен убавиться вес воздуха, потому что часть его использовалась на образование окалины. Значит, общий вес всех веществ, заключённых в реторте, не убавился и не прибавился. — Таков закон природы…»

Когда Ломоносов все эти свои сомнения излагал перед учёными, они только плечами пожимали.

— Дерзкий человек! Он хочет нарушить основы науки! — говорили учёные. — Он не верит в «теплотвор»!

Ломоносов решил повторить опыт Роберта Бойля и показать, в чём была его ошибка. Он взвесил запаянную реторту, в которой находился свинец, прокалил её и снова взвесил.

После прокаливания вес не изменился. В чём же дело? Почему у Бойля получилось иначе?

— Очень просто, — объяснил Ломоносов. — Бойль открыл реторту до взвешивания. Впустил в неё внешний воздух. Он занял место того, который во время опыта соединился с металлом. Вот за счёт этого ворвавшегося внешнего воздуха реторта и стала тяжелее…

А Ломоносов взвешивал, не открывая. В его реторту не проникло ничего извне. И, конечно, результаты его опыта надо было признать более точными. Так просто и наглядно доказал великий учёный справедливость своих слов о том, что материя не может ни исчезнуть, ни возникнуть из ничего.

Несмотря на убедительность опытов и ясность мыслей, учение Ломоносова мало распространялось. Русские цари и все те, кто правил Россией, относились с недоверием к своим отечественным учёным.

Многие труды Ломоносова остались ненапечатанными. Проходили десятки лет, рукописи Ломоносова лежали покрытые архивной пылью. Другие учёные открывали то, что давно было открыто Ломоносовым. Слава о них гремела на весь мир, а имя гениального русского учёного оставалось неизвестным.

Так случилось и с законом сохранения вещества.

Много времени спустя после Ломоносова его вновь открыл французский учёный Лавуазье. Некоторые исследователи утверждают, что Лавуазье знал о работах Михаила Васильевича Ломоносова. Другие считают, что Лавуазье открыл закон самостоятельно. Но как бы там ни было, документы, письма и статьи, найденные в архивах, свидетельствуют, что первооткрывателем величайшего закона природы надо признать Ломоносова.

Сложная судьба была у этого человека! Во многом переросший своих современников, горячий патриот родины, он с трудом добивался признания и сносных условий для работы.

Придавая огромное значение точным измерениям в химии, Ломоносов долгие годы не имел лаборатории, где мог бы экспериментировать, искать подтверждение своим гениальным мыслям. Уже будучи профессором химии, он всё ещё писал: «Хотя имею я усердное желание в химических трудах упражняться и тем отечеству честь и пользу приносить, однако без лаборатории принуждён только одним чтением химических книг и теорией довольствоваться». Много усилий затратил он, пока добился строительства первой в России химической лаборатории.

В проекте, который Ломоносов представил Академии наук, он писал:

«В химических действиях намерен я поступать таким порядком: 1. Нужные в химических трудах употребительные натуральные материи сперва со всяким старанием вычистить, чтобы в них никакого постороннего примесу не было, от которого обман быть может… 2. Вычищенные материи разделять сколько можно на те, из которых они натурально сложены. 3. Для лучшего доказательства, что разделённые материи из оных простых состоят, намерен оные снова соединять сколь возможно. 4. Разные натуральные и сделанные материи соединять разными химическими способами для произведения новых действий и материй, которые могут часто пользовать в познании натуры и к прирощению художеств. 5. Сделанные другими химиками важные опыты, которые хотя и вероятны, однако несколько сомнительны… или неточно описаны, повторить и тем их справедливость или подлог исследовать».

И последнее:

«При всех помянутых опытах буду я примечать и записывать… самые действия, вес или меру употребляемых к тому материй…»

В проекте этом изложена огромная программа действий. Ломоносов выполнил свой план. Он исследовал много сложных веществ, разлагал их на составные части, соединял из этих составных частей новые вещества, проверял опыты других учёных.

И всегда помнил главное правило работы химика — соблюдал меру и вес.

С тех пор все многочисленные лаборатории нашей страны не забывают эту основную заповедь ломоносовского учения.

В гостях у химиков

Пройдём же в какую-либо химическую лабораторию и посмотрим, как там работают. В каждом городе их можно найти десятки. В одних исследуют руду, в других — металлические сплавы, в третьих — пищу.

Трудно перечислить все ветви и ответвления, которые появились в современной химической науке. И, конечно, лаборатория мукомольного завода, где проверяют качество муки, будет отличаться от лаборатории горного рудника или завода, где варят сталь.

Но, заглянув и туда и сюда, мы найдём много общего. Мы увидим высокие лабораторные столы, покрытые линолеумом или стеклом, полки с расставленными на них склянками, причудливо изогнутые стеклянные приборы, сушильные шкафы, электрические печи и удивительную химическую посуду.

Я говорю «удивительную» потому, что она не похожа на обычную посуду, какой пользуются в домашнем обиходе. Наполненные цветными жидкостями стоят на столах высокие стаканы и колбы. У колб самые разнообразные горлышки. У одних — короткие и широкие, у других — узкие и длинные, а у третьих — изогнутые.

В лаборатории пользуются и фарфоровой посудой, но и она не похожа на нашу домашнюю. Это — узкие лодочки, стаканы, тигли разных размеров от маленького, как детский напёрсток, до больших, как чайная чашка.

Тот, кто хоть раз побывал в химической лаборатории, надолго запомнит ту особую тишину, которая царит здесь. Тысячи солнечных зайчиков играют в стекле приборов. Работники лабораторий в халатах, с полотенцами через плечо, переходят от прибора к прибору, сосредоточенно склоняются над своими записями, вглядываются в еле видные осадки на дне колб или сидят на высоких круглых табуретках около весов.

Но как не похожи эти весы на те, что мы постоянно видим в магазинах!

Эти — лабораторные — качаются от малейшего прикосновения. Они находятся в стеклянных футлярах и приводятся в движение особым винтом. Но не так-то просто ими пользоваться!

Неопытный человек не только не сумеет взвесить на них, но ещё вдобавок и весы испортит. «Расстроит» — говорят химики, будто это не весы, а музыкальный инструмент!

А гирьки! Ты посмотри на эти гирьки! Вес легчайшей пушинки можно определить ими.

Если взять один грамм какого-либо порошка и разделить его на десять тысяч частей, то каждую десятитысячную долю можно будет взвесить на этих весах.

Что было бы, если бы мы вздумали обратиться к продавщице с просьбой взвесить нам один грамм конфет? Продавщица решила бы, что мы шутим. А вот для химика грамм — очень большая величина. Он привык обращаться с десятыми, сотыми, тысячными и десятитысячными долями грамма.

Точные лабораторные весы называются аналитическими, потому что они помогают химикам производить химические анализы. Пользуясь ими, химики могут определять такие ничтожные количества, какие на обычных весах будут совершенно неощутимы.

Но, как это ни удивительно, химикам известны ещё более точные способы исследования. Например, в некоторых лабораториях имеются электромагнитные весы. Они в десять тысяч раз точнее аналитических. Но и это ещё не предел точности!

Есть способы, при которых можно определить миллиардные доли грамма. Способы эти основаны на особых свойствах того или иного вещества. Одни из них окрашивают пламя, придают ему то зелёный, то жёлтый, то лиловый цвет. Другие сами светятся, третьи имеют отличительный аромат…

Всякий раз, когда я вхожу в химическую лабораторию, меня охватывает особое волнение. Ведь здесь проникают в тайны всех окружающих нас веществ, узнают, что из чего состоит.

Мне всегда кажется, что здесь незримо присутствуют все те, кто отдал свою жизнь изучению природы.

И среди них возвышается светлоглазый сын русского помора, чьё учение до сих пор неугасимо светит современной науке.

В какую бы лабораторию мы ни заглянули, всюду правило Ломоносова о соблюдении меры и, веса не забыто.

Высушивает ли химик какое-либо вещество в сушильном шкафу, прокаливает ли что-нибудь в печи, смешивает ли в фарфоровой чашке цветные растворы, — везде и во всём соблюдает он это правило.

Он должен работать чётко, чисто и аккуратно.

Стоит ему уронить крошечную каплю раствора, потерять почти невидимую крупинку исследуемого порошка, не смыть в стакане едва заметный осадок — и результаты его работы будут ошибочными.

Вес окажется не точным.

Не удивительно, что химик относится к своим весам, да и ко всем своим приборам, бережно, как скрипач к своей скрипке.

Работа химика требует точности не меньшей, чем исполнение музыкального произведения.

Вот эти-то тщательность и чистота приёмов и помогли химикам в изучении окружающей нас природы.

Всевидящий глаз

Можно с уверенностью сказать, что нет ни одного вещества в природе, которое не побывало бы в руках у химиков.

Разнообразный мир окружает нас. Мы радуемся его беспрерывному движению, краскам, формам, звукам.

Химики, как и мы с тобой, любят землю с её травами, рудами, металлами, красотой гор и запахом цветов. Но химики не только любуются миром, они изучают его. В течение многих веков они исследуют сложное хозяйство природы.

А попробуй только назвать все известные тебе вещества. Ты насчитаешь их не одну сотню. Только оглядевшись в своей комнате, ты увидишь их множество: хлеб, вода, фарфор, дерево, бумага, стекло, краска, которой покрыты стены, чернила в чернильнице.

В кухне ты найдёшь новые вещества: алюминий, из которого сделаны кастрюли, пластмасса электрических выключателей, медь водопроводного крана, холст полотенца…

А на улице? Здесь ещё десятки веществ: асфальт, кирпич, глина, песок, камень. Зайдём в горный музей, и там за стеклянными витринами нам откроются сотни минералов, драгоценных камней, имеющих каждый свой особый химический состав.

Поднимемся на высокие горы или спустимся к реке, пойдём в лес или поле — и всюду, всюду мы найдём разнообразнейшие вещества природы.

Одни из них жидкие, другие твёрдые, одни имеют резкий запах, другие отличаются яркой окраской, третьи обладают сладким вкусом…

Одни из них окружают нас всюду, другие представляют собой редкость в природе. На для всевидящего глаза науки и это не препятствие. Химикам известны составы не только веществ, имеющихся на нашей планете, они заглянули не только на дно океанов и проникли вглубь земли, им удалось узнать, из чего состоят солнце, луна, звёзды и планеты.

Далеко от нас расположены небесные светила, никто из людей ещё никогда не бывал ни на одной планете и не мог привезти оттуда образцов для химического анализа. Однако, исследуя особыми остроумными способами свет солнца, луны и звёзд, химики узнали их состав. Оказалось, что далёкие небесные светила — близкие родственники нашей планеты. Они состоят из тех же химических элементов, что и наша Земля.

Сведений о характере и поведении химических элементов накопилось огромное количество. Эти сведения интересуют не только химиков, но и учёных других специальностей.

Взять для примера медиков. Что им, казалось бы, заниматься химическими элементами? Их дело лечить людей!

Однако лечить людей, не зная, как и из чего устроено человеческое тело, брались только колдуны и шаманы, но их время давно прошло.

Современная медицина изучает человека, знает строение всех его органов, знает химический состав каждой клеточки. Это знание привело медиков к необходимости изучать, как влияют те или иные химические элементы на живой организм.

Агрономы, постоянно заботясь об урожае, тоже вынуждены заниматься этими невидимками. Ведь и растения состоят из элементов. Во время роста они берут их из пищи, которую находят в воздухе и в почве.

Но этой пищи растению не всегда хватает. Агрономам приходится подкармливать растение солями, содержащими необходимые химические элементы.

Геологи тоже интересуются химическими элементами. Они знают, где надо их искать: в минерале или морской воде, в теле водоросли или вулканической лаве.

Они знают, какой элемент более распространён в природе, а какой трудно отыскать.

И, наконец, каждый человек в своей повседневной жизни то и дело сталкивается с целым рядом химических элементов.

Глубоко проникает химия во все отрасли человеческой деятельности. И чем культурнее становились народы, тем большую потребность испытывали они в химических знаниях.

О характере и поведении элементов

Некоторые учёные для большей ясности называли химические элементы «кирпичиками мироздания».

Они говорили, что все вещества в природе сложены из химических элементов, как дома из кирпичей.

Но это сравнение нельзя признать верным! Ведь кирпич остаётся самим собой в любой постройке, будь то одноэтажный домик или высотный дворец: ни цвет, ни форма, ни другие его качества не меняются. Иное дело химический элемент! Соединяясь с другими химическими элементами, он как бы утрачивает свои личные свойства.

Мне это стало понятно после того, как я узнала, что натрий и хлор вместе составляют поваренную соль, которую мы каждый день употребляем в пищу.

Натрий — блестящий серебристый металл, хлор — газ жёлто-зелёного цвета, удушливого запаха.

Куда же девается блеск натрия, цвет и запах хлора? Ведь соль совсем иная — белая, кристаллическая, солёная на вкус!

Все личные свойства химических элементов скрылись. Они могут проявиться только при каких-либо совсем особых обстоятельствах. Если, например, действовать на соль электрическим током или подвергать её очень сильному нагреванию, тогда элементы разлучатся и проявится характер каждого. Но обычное дружеское сожительство химических элементов в соли вырабатывает новые черты, характерные именно для соли, а не отдельно для натрия или хлора.

Сочетаясь во множестве различных комбинаций, химические элементы образовали цветные минералы и зелёные деревья, морскую воду и металлические руды, нашу пищу и наше собственное тело.

В настоящее время известно около ста химических элементов. У каждого из них свои особые приметы, свой характер, свои вкусы, симпатии и поведение.

Конечно, слова «поведение», «характер» и «симпатии» элемента нельзя понимать буквально. Атомы химического элемента — неодушевлённые, невидимые частички материи — не могут быть добрыми или злыми, чуткими или грубыми, дружелюбными или враждующими. Эти выражения лишь помогают понять сущность, взаимоотношений химических элементов.

Много лет после окончания института я работала в химических лабораториях. Приходилось исследовать и металлические сплавы, и руды, и песок, и состав почвы, и воду, и многое-многое другое.

И вот здесь-то в практической работе, при «личном» общении с химическими элементами, их характер и поведение стали мне знакомы, как характер и поведение самых близких друзей.

Случалось ли тебе, взглянув в лицо товарища, догадаться без слов, весел он или задумчив, здоров или болен, боится отвечать урок или твёрдо знает его?

Так длительное общение с химическими элементами в лаборатории приучает химика по каким-то едва уловимым признакам догадываться о многом таком, чего ни в одном учебнике не прочтёшь.

И так же как ты среди своих друзей отличаешь ребят замкнутых или, наоборот, очень общительных, так и химик говорит об одних элементах, что они «гордецы» и не желают вступать ни в какие «химические дружбы», а другие, наоборот, легко соединяются со многими химическими элементами.

И больше того, у химика возможны даже свои «любимцы» — химические элементы, которые его больше интересуют, с которыми ему веселее работать.

Наверное, какой-нибудь равнодушный, сухой человек, прочитав эти строки, рассмеётся.

— Как можно «любить» химический элемент? — скажет он.

Правда, химия — наука строгая. Но тому, кто не побоится её трудностей, она откроет многое.

Отказываясь зачастую от отдыха, от развлечений, рискуя здоровьем, а иной раз и жизнью, химики во все времена самоотверженно трудились. Они стремились подчинить природу воле человека. А для этого надо было выведать все её тайны, узнать, как и из чего построены окружающие нас вещества.

О том, как были открыты некоторые химические элементы, изучены их превращения и странствия в природе, будет рассказано в следующих главах.