Книга по химии для домашнего чтения - Борис Степин

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

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

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

«Являлся красный лев — и был он женихом,И в теплой жидкости они его венчалиC прекрасной лилией, и грели их огнем,И из сосуда их в сосуд перемещали…» 

Таблица 1. Алхимические обозначения металлов

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

HgO + 2НСl = HgCl2 + H2O.

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

«И стали мы лечить — удвоились мученья,Больные гибли все без исключенья…».

3.2. ПЕРВЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ВЕЩЕСТВ

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

карбонат калия — знаком

триоксид мышьяка — в виде гантели

трисульфид сурьмы — ромбом

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

Таблица 2. Символы химических элементов в XVII–XIX веках

Например, формулу азотной кислоты HNO3 Дальтон записывал в виде

а серной —

Воду он изображал символом

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

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

3.3. «СПИРИТУС НИТРИ» РАСТВОРЯЕТ «ВЕНЕРУ», «МАРС» И «ЛУНУ». ЧТО ЭТО ЗНАЧИТ?

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

Азотная кислота взаимодействует с этими металлами так:

Ag + 2HNO3 =AgNO3 + NO2↑ +H2O, Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2Н2O, Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O.

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

3.4. ХИМИЧЕСКИЕ ЗАПИСИ ПЕТРА I

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

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

3.5. СИСТЕМА СИМВОЛОВ БЕРЦЕЛИУСА

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

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

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

Например, Ċa — оксид кальция CaO;

— серная кислота H2SO4;

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

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

NH4Cl + Ċa = CaCl + Ĥ + NH3

Современная запись этой реакции:

2NH4Cl + CaO = CaCl2 + H2O + 2NH3.

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

3.6. СОЛИ ТАХЕНИЯ

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

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

2CuSO4 + 2H2O ↔ (CuOH)2SO4 + H2SO4.

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

3.7. ХИМИЯ БЕЗ ФОРМУЛ

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