Книга по химии для домашнего чтения - Борис Степин

У химиков того времени еще не было общепринятого «химического языка» — формул. Вещества и реакции описывались только словами. Например: «Я растворил в пол-унции горячей азотной кислоты драхму серебра и налил туда две унции спирта», — так описывает Либих свой способ приготовления «гремучего серебра» (см. 3.26).

Теперь реакцию Либиха по получению фульмината серебра («гремучего серебра» AgCNO) записывают в виде уравнения

2Ag + 4HNO3 + 2С2Н5ОН = 2AgCNO + N2↑ + 2СО2↑ + 8Н2O.

Иногда химики пользовались символами собственного изобретения, которых не понимал никто, кроме их авторов. Например, в статье 1820 г. можно встретить такую формулу:

2L + (2S + O) (+) 4W.

C трудом удалось установить, что L — известь Ca(OH2), S — кремнезем SiO2, О — кислород, W — вода. Что означало все это вместе, сказать трудно.

Даже к концу XIX в. формулу, например, этанола C2H5OH изображали по-разному: Либих (C4H15)O, H2O; Дюма — C4H8 + H4O2; Берцелиус — (C2H6)O.

Вот еще одно описание химической реакции того времени: «Раствор адского камня действовал на поташ. Получился осадок, который отфильтровали и прокалили. Так выделили благородный металл. Этот же металл образуется и при прокаливании самого адского камня, при этом появляется лисий хвост». Химики установили, что «адский камень» — это нитрат серебра AgNO3, «поташ» — старое название карбоната калия K2CO3, «лисий хвост» — диоксид азота NO2 (бурый газ). Приведенное изложение взаимодействия веществ отвечает реакциям:

2AgNO3 + K2CO3 = Ag2CO3↓ + 2KNO3, 2Ag2CO3 = 4Ag + 2СO2↑ + O2↑, 2AgNO3 = 2Ag + 2NO2↑ + O2↑.

В первой реакции образуется малорастворимый карбонат серебра Ag2CO3, который при прокаливании полностью разлагается на серебро Ag, диоксид углерода CO2 и кислород O2. Разложение нитрата серебра при нагревании описывается последней реакцией (см. 6.28).

В табл. 3 представлена эволюция графических формул молекул аммиака и метана в учебниках химии XIX в. 

Таблица 3. Графические формулы молекул аммиака и метана в учебниках XIX в.

3.8. ИМЕНА КИСЛОТ

Современные названия кислот — серная H2SO4, фосфорная H3PO4 и угольная H2CO3 — впервые были предложены французскими химиками Лавуазье (см. 2.28), Бертолле (см. 2.41), Фуркруа и де Mop- во. В 1792 г. Лавуазье от имени всех этих химиков в своем докладе Парижской академии наук сказал: «Для названий различных кислот мы всегда брали производное от обозначений исходного элемента. Так, кислоту, полученную из серы, мы называли серной вместо купоросной; кислоту, полученную из фосфора, мы называли фосфорной, из угля — угольной вместо воздушной». Правда, ни Лавуазье, ни его соратники по созданию первой номенклатуры химических веществ полного состава кислот не знали. Лавуазье считал, что кислоты образуются при сгорании в кислороде большинства веществ: дословный перевод названия этого элемента с латыни — «рождающий кислоты». На самом деле процесс образования кислотных оксидов, получаемых при сгорании, например фосфора, сопровождался взаимодействием этих оксидов с водой (см. 3.40) — атмосферной влагой, всегда присутствующей в воздухе.

В России названия кислот, предложенные французскими химиками, стали широко использоваться только спустя 100 лет. Еще в 1870–1875 гг. в Петербургской академии наук обсуждалась возможность применения, например, для серной кислоты названия «водород серович четырехкислов» (см. 3.16).

Новая химическая номенклатура осваивалась химиками почти во всех странах очень медленно.

3.9. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ФИГУРЫ И ХИМИЧЕСКИЕ СИМВОЛЫ

Все приведенные выше формулы и геометрические фигуры относятся к одному и тому же веществу — серной кислоте. Первой и второй формулами пользовались алхимики, третью предложил Дальтон (см. 2.8), четвертая введена Аде и Гассенфратцем (см. 3.2), пятая рекомендована в 1814 г. Берцелиусом (см. 2.19), а шестой пользовался Менделеев (см. 2.13), и ее можно встретить в его учебнике «Основы химии» издания 1903 г. Последняя, современная формула предложена в 1834 г. немецким химиком Либихом (см. 2.17).

3.10. СТРАННЫЕ СПИРТЫ

В 1807 г. русский химик Александр Иванович Шерер (1772–1824) в одной из дискуссий утверждал: «Свободному распространению химии в нашем отечестве по сию пору препятствовал недостаток в химических наименованиях в российском языке. Сей недостаток сделался весьма ощутительным как в публичном преподавании, так и в химических сочинениях». Например, всегда ли название «спирт» в XVIII–XIX вв. относилось действительно к спиртам?

Спирты — это органические вещества, содержащие в молекуле одну или несколько гидроксильных групп ОН, соединенных с атомом углерода — например, метиловый спирт CH3OH (метанол), этиловый спирт C2H5OH (этанол) и т. д. В старину эти вещества называли древесным (см. 1.60) и винным спиртами (см. 7.53). Кроме того, вплоть до конца XIX в. к «спиртам» относили целый ряд неорганических веществ — легколетучих жидкостей (от латинского «спиритус» — дух). Это концентрированные кислоты — хлороводородная HCl («соляный спирт», см. 1–52), азотная HNO3 («селитряной спирт», или «крепкая водка», см. 1.48), их смеси («царская водка», см. 3.13); разбавленная серная кислота H2SO4 («купоросный», или «серный спирт», см. 1.49); водный раствор аммиака NH3 («мочевой спирт», см. 1.44). А «спирт сулемы» — это тетрахлорид олова SnCl4, который был получен Андреасом Либавием (1540–1616) перегонкой амальгамы олова с сулемой — дихлоридом ртути HgCl2; впоследствии SnCl4 долго называли «дымящим спиртом Либавия».

В настоящее время бытуют названия «муравьиный», «борный», «камфарный» спирт и др. Это термины главным образом фармацевтические и обозначают спиртовые растворы. Так, муравьиный спирт — это 1,4%-й этанольный раствор муравьиной кислоты НСООН; борный спирт — это 3%-й этанольный раствор борной кислоты B(OH)3; камфарный спирт — 10%-й раствор камфары в водно-этанольной смеси. А «мыльный спирт» содержит 4,6% гидроксида калия KOH и 20% подсолнечного масла в водно-этанольном растворителе.

Этиловый спирт алхимики долгое время называли «пылающей водой», «водой жизни», так как он мог, по их мнению, растворять «философский камень» (см. 1.3) и превращаться в «эликсир жизни». Название «алкоголь» этиловому спирту впервые дал Парацельс (см. 2.6).

3.11. «МАГИЧЕСКИЕ», «ЖЕСТКИЕ», «МЯГКИЕ», «СВЕРХКИСЛОТЫ», «КИСЛОТЫ ЛЬЮИСА», «КИСЛОТЫ БРЁНСТЕДА» — ЧТО ЭТО ТАКОЕ?

Кислотой Льюиса, или «жесткой кислотой», называют частицу, ион или молекулу, обладающую способностью присоединять пару электронов. Такая частица имеет небольшой размер, низкую поляризуемость, высокую степень окисления одного из ее атомов. В числе кислот Льюиса — пентафторид сурьмы SbF5, трихлорид алюминия AlCl3, трифторид бора BF3 и другие частицы, разные по составу. В реакции

трифторид бора является кислотой Льюиса, а молекула аммиака NH3 — основанием Льюиса. Продукт реакции часто называют аддуктом Льюиса.

«Мягкая кислота» — частица, обладающая большим размером, высокой поляризуемостью, низкой степенью окисления одного из ее атомов. Например, катион золота Au + , трихлорид галлия GaCl3, иод I2, бром Br2 — все это «мягкие кислоты».

Кислота Брёнстеда — частица, способная отдавать протон основанию Брёнстеда. К таким кислотам принадлежат хлороводородная кислота HCl и другие кислоты, содержащие протоны, легко удаляемые при взаимодействии с растворителем (водой, например): катион аммония NH4+ , ион оксония H3O+ , гидросульфат-анион HSO4- и даже аквакатионы металлов типа [Al(H2O)6]3+ , [Zn(H2O)4]2+ и др. Пример поведения кислоты Брёнстеда в водном растворе:

«Сверхкислоты», или «суперкислоты», — это жидкости, являющиеся во много раз более сильными (в 106–1010 раз), чем общепризнанные сильные кислоты — азотная HNO3, серная H2SO4, хлороводородная НСl. Сверхкислоты не терпят присутствия растворителей, служащих источниками гидроксид-ионов (таких как вода, спирты и т. п.). К сверхкислотам относят фторотриоксосульфат(VI) водорода HSO3F, полисерные кислоты — дисерную H2S2O7, трисерную H2S3O10, гексафторостибат(V) водорода H[SbF6], а также растворы сильных «кислот Льюиса» («жестких кислот») в подходящей кислоте Брёнстеда, например раствор пентафторида мышьяка AsF5 во фтороводороде HF или фторотриоксосульфате(VI) водорода.