Человеку всегда было интересно, как устроен окружающий мир. Почему одни камни плавятся и превращаются в прочную медь, а другие рассыпаются в пепел? Почему сок ягод со временем бродит, а некоторые травы могут исцелить или наоборот? Чтобы найти ответы, человек начал экспериментировать и постепенно стал замечать, что все происходит не случайно, а по определенным правилам.
Вот лишь несколько примеров. Плавка руды в металл — это восстановление оксидов. Мыловарение — омыление жиров щелочью. Стеклоделие — спекание соды с кварцевым песком. Даже брожение сока — работа микроорганизмов, превращающих сахар в спирт.
Из этих первых опытов постепенно зарождались важнейшие ремесла: металлургия, мыловарение, стеклоделие, изготовление красок и ранняя медицина. Появлялись первые рецепты сплавов, способы очистки веществ и секреты создания лекарств. Все это веками передавалось из поколения в поколение. Древние мастера не знали химических формул, но на практике пользовались законами химии задолго до того, как появилось само это слово.
А что химия дает человеку сегодня? Обеспечивает комфортную жизнь. Создаются современные антибиотики и лекарства, спасающие миллионы жизней. Появляются прочные пластики, композитные материалы, синтетические ткани и высокоэффективные удобрения для сельского хозяйства. Электрохимия подарила миру литий-ионные аккумуляторы, на которых сегодня работает каждый смартфон, ноутбук и гаджет.
Важно отметить: путь к этим достижениям был опасен. В XIX веке химики работали без перчаток, защитных очков и вытяжных шкафов. Они пробовали вещества на вкус, нюхали неизвестные газы и платили за это здоровьем. Сегодня любые опыты невозможны без средств индивидуальной защиты: халатов, масок, очков и перчаток. Это важно, потому что позволяет оставаться живыми и здоровыми.
Первая ассоциация с химией у многих людей — это таблица русского ученого Дмитрия Ивановича Менделеева, которую он создал в 1869 году. Стройная система, где все элементы разложены по полочкам: по весу, по свойствам, по характеру. В ней собрано то, из чего состоит весь мир — от водорода до оганесона. И каждая клеточка хранит свою удивительную историю.
Интересные факты:
1. Рутений
В 1844 году русский химик Карл Клаус, профессор Казанского университета, открыл рутений. Клаус получил с монетного двора бочку «лабораторного мусора» — отходов после очистки уральской платины. Месяцами он кипятил, осаждал и выпаривал сырьё, пока не получил новый металл. Название «рутений» происходит от латинского Ruthenia (Россия). Это самый редкий из платиновых металлов, обладает большой твёрдостью (но в неочищенном виде хрупок). Сегодня рутений добавляют в титан для защиты от коррозии, делают из него сверхпрочные контакты в электронике, используют как катализатор в химической промышленности и для износостойких ювелирных покрытий.
2. Никель
Этот метал получил свое название от немецкого «Kupfernickel» — «медный дьявол». Так горняки прозвали красную руду, которая выглядела как медная, но вместо меди давала хрупкий белый металл. Никель — серебристо-белый металл, ферромагнитен (обладает магнитными свойствами) и устойчив к коррозии на воздухе и в воде. Сегодня никель — основа нержавеющей стали. Без него не было бы ни кастрюль, ни кухонных раковин, ни корпусов космических кораблей. Суперсплав инконель, в состав которого входит никель, выдерживает воздействие раскалённых газов турбин. Кроме того, никель применяют в производстве аккумуляторов, химической аппаратуры, кораблестроении и электротехнике.
3. Кислород
В 1771–1772 годах шведский аптекарь Карл Шееле впервые получил кислород (нагревая селитру и другие вещества), но опубликовал работу позже. Независимо от него в 1774 году английский химик Джозеф Пристли также выделил кислород нагреванием оксида ртути. Пристли собрал невидимый газ. Чтобы понять, что это за газ, он посадил в сосуд с ним мышь. Зверёк не задохнулся, а наоборот — чувствовал себя бодро и прожил в этом газе гораздо дольше, чем в обычном воздухе. Тогда Пристли сам вдохнул газ и почувствовал «лёгкость и свободу в груди». Так он понял, что открыл «особый вид воздуха» — тот самый кислород, без которого невозможно горение и дыхание. Сегодня кислород используют в металлургии (при производстве каждой тонны чугуна применяют продувку кислородом), в медицине и в ракетном топливе.
4. Алюминий
Когда-то этот металл стоил дороже золота. При Наполеоне III алюминиевые ложки подавали только императору, а гости ели золотыми. Всё потому, что получить чистый алюминий было невероятно сложно. Ситуация изменилась после разработки процесса Холла — Эру (электролиз расплава глинозёма), который сделал алюминий доступным. Сегодня алюминий — самый массовый цветной металл: из него делают самолёты, банки для газировки и оконные рамы. Он лёгкий, прочный и не ржавеет.
5. Платина
Долгое время платину считали бесполезной примесью к золоту. Испанцы в Южной Америке презрительно называли ее «серебришко» и выбрасывали прямо в реки — лишь бы не мешалась. В начале XIX века научились выделять платину в чистом виде, после чего ее оценили по достоинству. Платина не ржавеет, плавится при 1769 °C и очень стойкая к окислению: при нагревании в царской водке растворяется значительно медленнее, чем многие другие металлы. Сегодня из платины делают автомобильные катализаторы, электроды для кардиостимуляторов и лабораторную посуду, которая выдерживает самые агрессивные кислоты.
6. Гелий
Гелий — это единственный элемент, обнаруженный сначала в космосе. Во время солнечного затмения ученые независимо увидели в спектре Солнца яркую желтую линию, не принадлежавшую ни одному земному веществу. Назвали гелий в честь бога Солнца. На Земле его нашли только через 27 лет в урановых рудах. Гелием надувают шары, охлаждают магниты в томографах и добавляют его в дыхательные смеси для аквалангистов.
7. Фтор
Фтор — самый агрессивный газ. Попытки его выделить приводили к тяжелым отравлениям и ожогам. «Фторные мученики» — братья Нокс, бельгиец Лайет, француз Никлес — получили серьеные поражения легких и кожи. Муассан выжил, выделив фтор электролизом в платиновом сосуде при −50 °C. Нобелевскую премию он получил заслуженно. Без фтора нет тефлоновых сковородок, фторопластов и обогащённого урана для АЭС.
8. Радий
В 1898 году радий открыли Мария и Пьер Кюри. Элемент светился в темноте и стоил огромные деньги. По незнанию его добавляли в косметику, шоколад, зубную пасту и даже детские игрушки. В 1920-е годы богачи пили радиоактивную воду для бодрости. Потом пришло понимание: радий убивает. Сегодня его используют в лучевой терапии рака (брахитерапия) и в некоторых люминесцентных составах, но с соблюдением строжайших мер предосторожности.
9. Аргон
В конце XIX века физик Джон Уильям Стретт (лорд Рэлей) заметил странную аномалию: азот, полученный из воздуха, весил чуть больше, чем азот, выделенный из химических соединений. Разница была небольшой, но слишком значительной, чтобы ее игнорировать. Заинтригованный, Рэлей обратился к химику Уильяму Рамзаю с предложением разгадать эту загадку. В ходе экспериментов они обнаружили, что в воздухе присутствует неизвестный ранее газ, который полностью инертен и не вступает ни в какие реакции. Исследователи назвали его аргоном, от греческого слова argos — «ленивый» или «бездеятельный». Это открытие не только добавило новый элемент в таблицу, но и дало начало целой группе инертных газов. Кто бы мог подумать, что воздух хранит в себе такого «ленивого гостя»!
10. Нептуний
Нептуний — первый трансурановый элемент, созданный человеком (тяжелее урана). До него казалось, что таблица Менделеева заканчивается на уране (№ 92). Физики просто облучили уран нейтронами в циклотроне и получили новый, практически не встречающийся в природе металл. Назвали нептуний в честь планеты, находящейся за Ураном. Практическая польза: из нептуния-237 делают плутоний-238 для космических энергоустановок.
11. Флеровий
В 1998 году группа российских учёных под руководством Юрия Оганесяна в Дубне открыла флеровий. Элемент назван в честь Георгия Флерова — легендарного физика, основателя дубненской лаборатории. Наиболее стабильный изотоп, флеровий-289, имеет период полураспада 2,7 секунды — для таких сверхтяжёлых атомов это вечность. Ученые ищут «остров стабильности», где сверхтяжелые элементы могут существовать годами. Флеровий — шаг к этому острову.
12. Оганесон
Первое событие распада оганесона зафиксировали в 2002 году, а сам элемент получили в 2006 году. Открытие сделала совместная группа под руководством Юрия Оганесяна (Дубна, Россия) и Ливерморской лаборатории. Оганесон — самый тяжелый элемент, который сегодня есть в таблице. Уникальный случай: элемент назван в честь ныне живущего учёного. Академик Юрий Оганесян — живая легенда, под его руководством синтезированы последние шесть сверхтяжелых элементов. Оганесон живет миллисекунды и распадается, но его существование — триумф современной ядерной физики.
С праздником всех, кто влюблен в химию, кто занимается ею и создает будущее! Пусть жизненные реакции всегда приводят только к положительным результатам!