Петр Образцов, кандидат химических наук, известный научный обозреватель и автор нескольких книг, утверждает: сегодня без химии представить себе наш мир просто невозможно. В своей увлекательной книге он рассказывает об алхимиках и великом Менделееве, о том, почему сладкое — сладко, а горькое — горько, что такое ферменты и микроэлементы, как создавались яды и боевые отравляющие вещества, как была обнаружена радиоактивность и что такое графен.
В этих историях о химии много юмора и знания человеческой природы, а потому они интересны всем — и людям, далеким от науки, и тем, кто связал с ней свою жизнь.
Предисловие
Как часто в рекламе самых разных товаров звучит фраза: «Здесь нет никакой химии!» Изо всех сил нас призывают покупать йогурты и шампуни, лапшу и мыло, стиральные порошки и сладкую газировку только «из натуральных компонентов», а также овощи и фрукты, выращенные «без химических удобрений и пестицидов», короче — без «химии»! Химией пугают детей, домохозяек и пенсионеров.
Должен всех разочаровать: «без химии» ничего не бывает просто потому, что все в мире — от воздуха до человеческого тела и от кефира до Гималайских гор — состоит из химических веществ. Некоторые, правда, считают, что есть вещества «искусственные», а есть природные, прежде всего органические вещества, из которых состоят живые организмы. Этих некоторых можно смело считать неявными поклонниками витализма — учения, согласно которому нельзя получить органическое вещество в колбе, в лаборатории. Якобы органическое вещество образуется только в результате жизнедеятельности живого существа, отсюда, отсюда, кстати, и сам термин. Латинское «vita» — это жизнь, и живому присуща некая «жизненная сила». Однако еще в 1828 году Фридрих Вёлер взял и синтезировал мочевину из неорганических веществ — из цианата калия RNCO и сульфата аммония (NH
4
)
2
SO
4
. Потом синтетические органические вещества посыпались, как из рога изобилия, который тоже, кстати, представляет собой в основном органическое вещество, а именно белок кератин.
Уже в XX веке были синтезированы действительно отсутствующие в природе органические вещества — прежде всего синтетические органические полимеры, хотя издавна были известны и природные, например кожа, хлопок, шерсть, да и целлюлоза древесины. Правда, до поры до времени об их полимерной структуре не знали. Сейчас представить себе жизнь без пластмасс и прочей синтетики просто невозможно. Читая эту книгу, вы сидите в комнате с окрашенными синтетическими красками обоями, приклеенными к стенам синтетическим клеем. Возможно, на полу у вас лежит пластиковый линолеум, а письменный стол изготовлен из древесно-стружечных плит, сформованных с помощью фенолформальдегидной смолы. На вас рубашка, наполовину сотканная из синтетических нитей, тапочки из пластика или с искусственным мехом. Кресло, скорее всего, тоже из ДСП и искусственной кожи. Еще сто лет назад обо всех этих веществах и материалах даже не подозревали.
Само слово «химия» произошло от арабского «аль-хем», а то, в свою очередь, — от древнеегипетского «кеми», что означало одновременно и «черная земля», и «Египет». Вероятно, там первые химики и появились. Это были жрецы, знавшие толк в бальзамировании фараонов и священных животных — кошек, а также в изготовлении стекла и получении меди путем восстановления медной руды древесным углем. Скорее всего, именно они, а не арабские алхимики первыми научились перегонять жидкости и получили этиловый спирт. Пиво и пальмовое вино у них было, нагревать напитки в керамических и даже стеклянных сосудах они умели, а догадаться об охлаждении выделяющихся паров уже ничего не стоило.
Впрочем, существует и другая теория происхождения слова «химия» — от китайского слова «цзинь», золото. Доказательством китайского происхождения и слова, и самой науки является близость звучания «цзинь» (или «кин» по-японски) и древнегреческого «химиа» — металлургия, а также использование ключевого иероглифа «золото» при записи всех китайских слов, обозначающих металлы. Однако многим ученым эта теория кажется не очень убедительной.
Глава 1
В поисках камня
Невозможно сказать, кто из одушевленных обитателей нашей планеты был первым химиком. А вот неодушевленным — можно, таким первым химиком была сама природа. Все процессы образования Земли из газопылевого облака, последующие реакции между различными компонентами раскаленного каменного шара, появление воды, а затем и органических форм жизни, сначала в виде растений, — это все химические процессы. Впрочем, радиоактивный распад, происходящий до сих пор в глубинах планеты и обусловливающий ее высокую по космическим масштабам температуру, все-таки скорее относится к физике. А первым живым химиком можно считать того неандертальца, который сознательно сохранил в пещере зажженную молнией щепку, а потом зажигал от нее так же сознательно подготовленные дровишки. Горение дерева представляет собой типичную химическую реакцию окисления кислородом, которую при желании можно даже записать в виде схемы:
С
x
H
y
O
z
(органические вещества дерева) + O
2
→ CO
2
+ H
2
O
Несколько позже уже настоящие хомо сапиенсы начали осуществлять довольно сложные реакции восстановления руд различных металлов. Появилась младшая дочь химии — металлургия. Например,
2CuO + C = 2Cu + CO
2
(восстановление руды — оксида меди — углеродом)
Восстановление железа из его руды требует гораздо больших температур, которые были достигнуты путем вдувания в горн воздуха кузнечными мехами. Такой способ получения железа был открыт во втором тысячелетии до н. э., по-видимому, хеттами. В гробнице Тутанхамона XIV века до н. э. был обнаружен кинжал с железным лезвием, явно принесенный в дар юному фараону хеттскими послами. Окончательно железный век установился к 1000 году до н. э. Интересно, что железные изделия античных времен демонстрируют высокую устойчивость к коррозии, и лишь в Новейшее время было выяснено, что коррозии способствует сера, содержащаяся в каменном угле для выплавки железа из руды. А в древности использовали древесный уголь, в котором серы практически нет.
Золотая наша железка
Как и в любом другом виде деятельности человека, в алхимии было много жуликов. Примерно в XVI веке «имя им стало легион». Занимались эти махинаторы тем, что составляло смысл деятельности классического алхимика, а именно получали золото из неблагородных веществ. В принципе такая трансмутация возможна. Например, из ртути действительно можно получить золото, бомбардируя этот «первичный металл» потоком быстрых нейтронов, что и было сделано американцами в 1940 году. Правда, стоимость такого золота будет раз в сто больше котировок этого металла на Лондонской бирже. Но это не так и важно, поскольку ядерные реакции алхимикам по понятным причинам были неизвестны и недоступны. Соответственно алхимическим махинаторам приходилось изготавливать золото для своих коронованных покровителей из… золота. Точнее, из его соединений.
Простейшим вариантом обмана каких-нибудь Карла или Августа под соответствующими номерами было разложение амальгамы золота — твердого сплава золота со ртутью, по внешнему виду на золото совсем непохожего. А при большом содержании ртути амальгама к тому же может оставаться жидкой, тут уж совсем не уличишь ученого негодяя в обмане. При нагревании амальгамы, хоть твердой, хоть жидкой, ртуть отгоняется и в тигле появляется золото, столь необходимое коронованным особам для выдачи зарплаты своим ландскнехтам и для ублажения очередной любовницы. В различных музеях Европы хранится несколько десятков монет, отчеканенных из такого алхимического золота. Однако в большинстве случаев алхимических фальшивомонетчиков разоблачали и, как правило, казнили. Причем в Германии был даже изобретен особый ритуал казни алхимиков — их вешали на позолоченной виселице, одев в парчовый кафтан.
В XVI веке, во времена Реформации и ослабления католицизма, акции алхимиков сильно пошатнулись. В этой древней науке произошли существенные изменения. Кстати, алхимию не стоит считать какой-то чепухой и набором заблуждений вроде астрологии. Алхимия — настоящая наука, со своими методами исследований, специфическим языком, часто воспроизводимыми результатами и набором пусть невнятных, но теорий. Алхимия нисколько не противоречит химии, а лишь является ее предшественницей. Так вот, реформировал алхимию великий Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм (1493–1541), публиковавший свои работы под псевдонимом Парацельс. Греческая приставка
Однако именно Парацельсу алхимия обязана поворотом к более материалистическому пониманию веществ и природы и появлением иатрохимии
Чтобы закончить с иатрохимией, а вместе с ней и с классической алхимией, упомянем самого выдающегося представителя иатрохимии Ван Гельмонта (1578–1644). Он первым ввел понятие об истинных простых частях сложных тел, отвергая аристотелевские стихии и алхимические принципы, хотя и не сумел выделить из сложных тел эти самые простые части. Простыми же он считал те вещества, которые можно получить при разложении сложных тел, и поэтому посчитал простым веществом воду, всегда появляющуюся при распаде растений и животных. Ван Гельмонта можно также считать автором количественного анализа, поскольку он первым не просто растворил серебро в «крепкой водке» — азотной кислоте, но и выделил его обратно путем разложения нитрата серебра, причем в строго том же количестве. На алхимическом языке приведенная ниже реакция описывается так: «Крепкая водка пожирает Луну и выделяет лисий хвост, жидкость на песчаной бане сгусти, и получишь адский камень».
Гомеопатическое ничто
Очень тесно связана с алхимией, в частности с учением об иатрохимии, старинная медицинская практика гомеопатии, имеющая под собой некоторые теоретические обоснования. В 2010 году исполнилось ровно двести лет, как немецкий врач Самуэль Ганеман (1755–1843) выпустил книгу «Органон рационального врачевания», в которой описал придуманное им новое направление в медицине — гомеопатию. Основной принцип гомеопатии — лечение подобного подобным — предложил еще знаменитый античный врач и ученый Гален. Тех же убеждений придерживался и средневековый корифей алхимии и лекарственного врачевания Парацельс, однако современную гомеопатию связывают прежде всего с именем Ганемана.
Этот сын художника, расписывавшего мейсенский фарфор, попробовал сначала лечить лихорадку (малярию) корой хинного дерева, которая и сама по себе вызывает появление симптомов лихорадки у здорового человека. Исходно он применял довольно большие дозы хины, и больной действительно выздоровел, однако аналогичное использование рвотного камня для лечения неукротимой рвоты и кое-какие другие подобные процедуры привели к обратному эффекту. Но Ганеман свято поверил в основной принцип — лечить подобное подобным — и не прекратил эксперименты, а начал просто уменьшать дозу лекарства, разбавляя его поначалу в сто, а потом и в тысячи, и в миллионы (!) раз.
Таким образом, в гомеопатии лечат болезнь лекарством, которое в больших количествах вызывает у здорового те же симптомы, что проявляются у больного. Например, у наевшегося по неосторожности травки белладонны повышается температура, появляется жар и покраснение. Значит, если у вас повышенная температура, жар и покраснение кожи — например, из-за простуды, — гомеопат назначит вам препарат белладонны в отчаянно большом, совершенно неядовитом разбавлении.
Этот препарат делается так. Берем 1 кубик (миллилитр) крепкого, концентрированного экстракта белладонны в спирте, добавляем 99 кубиков дистиллированной воды и довольно интенсивно встряхиваем раствор. Гомеопаты называют это «потенцированием» и считают важнейшей операцией при изготовлении лекарства. Из полученного раствора отбираем 1 кубик, снова к нему добавляем 99 кубиков дистиллированной воды, встряхиваем и так далее.
После первого разбавления («разведения» на языке гомеопатов) мы уменьшили концентрацию белладонны в 100 раз, после второго — в 10 тысяч раз. Гомеопаты используют разведения под номерами 5–6, хотя не стесняются использовать и тридцатые, и сотенные разведения. При этом разведение № 6 означает, что исходный экстракт был разбавлен в триллион (!) раз. Тридцатое разведение означает, что экстракт разбавлен в 10
