История химии. Ч. 1

Корни химии зародились вместе с человеком. Сначала человек имел в своем распоряжении только камень, который он постепенно научился обрабатывать. После в его умениях значились такие, как дубление кож, приготовление пищи на огне и т.п. Но однажды человеку попались металлы...

Первыми металлами, которые человек обнаружил в земле, были самородные медь и золото. Постепенно функции металлов расширились - от простых украшений до орудий труда. Человек научился добывать именно те руды, из которых можно получить медь. К 3000 г. до н.э. человечество раскрыло новый секрет. Оказалось, что если медь и олово выплавлять вместе получится более твердое, чем исходные металлы, вещество - сплав, названный бронзой. С тех пор знания прикладной химии расширялись. Начиналось владычество алхимии.

Начнем с определения. Слово "алхимия" было заимствовано европейцами из арабского языка الكيمياء‎‎ (’al-khīmiyā’). По одной из версий слово "khemeia" произошло от древнего названия Египта - Кем, и по-видимому, означало "египетское искусство". Звучит красиво, но существует и другая версия, более распространенная, что "khemeia" имеет греческие корни, обозначающие "искусство выделения соков". Тем не менее родиной алхимии является Египет, где секреты прикладной химии были наиболее распространены.

Сосредоточением всего алхимического знания Египта был город Александрия. Именно здесь появилась металлопланетная символика алхимии, в которой каждому металлу соответствовала своя планета и день недели. Позднее сформировалось мнение, что эти планеты испускают "невидимые лучи" на землю, давая рост тому или иному металлу.

Но древние египтяне не ограничивались только созданием различных теорий и систем понимания мира. Они открыли явление амальгирования металлов (способ извлечения металлов из руд путем растворения в ртути). Мумификация египетских фараонов тоже требовала больших познаний алхимии. Созданием различных бальзамов занимались многие древние ученые.

Одним из первых алхимиков, имя которого дошло до нас, был Болос из Мендеса, города в дельте Нила, жившего в III веке до н.э. Болоса можно считать родоначальником известного алхимического принципа - превращение "неблагородных" металлов в золото или идеи "трансмутации" металлов. В своих работах египетский алхимик описывает способ получения латуни - сплава меди с цинком золотого цвета, которую он считал одной из разновидностью золота. Встаёт вопрос: а что до Болоса латунь не получали? Получали, но он был первым кто задокументировал способ её получения.

Александрийскую и в целом египетскую школу можно отнести к греко-египетскому направлению алхимии. Но параллельно с этим развитие этого учения шло и на Востоке, где арабские ученые создали первые зачатки фармации и относились к мистическому смыслу вещей, как к чему-то древнему и не заслуживающему внимания. Первым следом алхимии в истории Востока было сражение арабского флота у Константинополя, в ходе которого арабы получили по шапке так называемым "греческим огнем". По легенде эту смесь приготовил, занимавшийся khemeia, Каллиник, сбежавший из Египта.

Самым известным и талантливым алхимиком арабского мира можно назвать Джабира ибн Хайяна (721 - 815), в Европе получившего имя Гебер. В своих работах Джабир описал способы получения уксусной и азотной кислот, нашатырного спирта, свинцовых белил. Также он расширил идею о "трансмутации металлов". Джабир предполагал, что ртуть в силу своего агрегатного состояния является одним из самых чистых металлов, вторым после золота. Столь же необычными свойствами обладает и сера: она способна воспламеняться, к тому же она желтая, как золото. Таким образом, оставшиеся шесть металлов - это просто смесь ртути и серы, подвергшиеся различным условиям. Этим же принципам следовал и Ар-Рази (865 - 925), изучавший металлическую сурьму. Ар-Рази интересовался больше медициной, чем алхимией, но тем не менее старался развивать теоретические положения своего предшественнника. Знаменитый Ибн-Сина (980 - 1037), более известный под именем Авиценна, был единственным алхимиком, отрицавшим идею о превращении металлов.

После XII в. арабская алхимия пришла в упадок, и центр "научной" мысли переместился в Европу.

Сейчас мы, слыша слово "алхимик", представляем себе человека, сидящего в темном помещении среди множества стеклянных колб, пыльных трактатов и алхимических формул, ищущего пути преображения свинца в золото или создающего саму жизнь в пробирке. На самом деле многие алхимики относились к своему делу как к ремеслу, искусству, и, соответственно, сидели они не в "темном помещении", а в обычных мастерских.

В XI в. началась эпоха Крестовых походов. Христианские войска начали завоевывать земли мусульман. Эти завоевания принесли в Европу и арабские алхимические труды, которые активно переводились английскими и французскими священниками на латынь. К началу XIII в. европеййцы, занимающиеся khemeia, сформировали семь задач своего учения.

В целом алхимический процесс сводился к тому, что для его осуществления применялся сосуд круглой или яйцеообразной формы, который в начале работы герметично запечатывается и не открывается до завершения всей работы. Затем сосуд подогревают в печи - атаноре. Начальной стадией процесса служит гниение, так называемая смерть вещества, обращение его в прах, в первоматерию. Умертив вещество, алхимик его воскрешал с помощью растворения, фильтрации, осветления вещества. Оживленное вещество подвергалось возгонке до получения вещества золотого или красного цвета. Конечно, каждый алхимик вносил в этот процесс свою лепту.

Помимо приведенных выше задач, алхимики занимались тем, что закладывали основы фундаментальной химии. Например, монах-доминиканец Альберт Больштедт (1200 - 1280) в своем трактате "Малый алхимический свод" подробно описывает каустический и известковый способы получения щелочи, вещества, использующегося при производстве мыла и моющих веществ.

В 1270 г. во время экспериментов по созданию универсального растворителя итальянский алхимик Бонавентура получил раствор нашатыря в азотной кислоте. Полученный раствор мог растворять золото, "царский металл". Из-за этого свойства раствор окрестили "царской водкой".

В XIV в. неизвестный алхимик, которого прозвали псевдо-Гебером (из-за того, что он подписывал свои работы именем Джабира ибн Хайяна, жившего в VIII - IX вв.), описал другой способ получения "царской водки". Параллельно с этим лже-Гебер сделал одно из самых важных открытий средневековой химии - описал свойства минеральных кислот - серной и азотной.

В 1669 г. в Гамбурге Хеннинг Брандт, руководствуясь алхимическим принципом подобия, предположил, что золото можно получить из мочи (из-за схожести цвета). Выпаривая биологическую жидкость, а затем нагревая сухой остаток до красного каления, Брандт обнаружил светящиеся пары, которые ему удалось сконденсировать. Белые воскоподобные крупицы светились в темноте. Чудесные свойства алхимик списал на то, что получил философский камень. Оказалось, что открытый им фосфор был бесполезен при превращении свинца в золото и назвал его "phosphorus mirabilis" (лат. "чудотворный носитель света"). После люди додумались, что фосфор можно получать из костей, где содержание этого вещества куда больше.

Ещё одним примером того, как алхимик при поиске решения одной из семи задач открыл что-то новое является Иоганн Фридрих Бёттгер (1682 - 1719). По легенде в возрасте 16 лет юный Бёттгер получил от некоего оккультиста из рода Ласкарисов некий порошок, прозванный им "философским камнем", способный "золотить" другие металлы. Собрав вокруг себя публику Бёттгер, взял две серебрянные монеты, натер их этим порошком и вуаля монеты стали золотыми. Узнав об юном даровании, прусский король Фридрих I приказал схватить алхимика. Бёттгер в это время сбежал в Дрезден к курфюсту Саксонскому Августу Сильному. Бёттгер и Август договорились, что алхимик будет "золотить" для курфюста металлы в обмен на титул барона и привелегии. Бёттгер согласился, решив сначала погулять перед выполнением "госзаказа". В какой-то момент Августу надоело наплевательское отношение алхимика, и тот заточил его в замок, где заставил проводить опыты по "трансмутации" металлов. Опыты, конечно, оказались безрезультатными. В 1704 г. расстроенный курфюст отправил Бёттгера к минералогу и владельцу стекольного завода графу фон Чирнхаусу, искавшему способ создания фарфора.

Сначала двум минералогом удалось получить "красный фарфор" - непрозрачную, но твердую и пористую массу, звенящую при постукивании и выдерживающую высокую температуру. Для его произодства, использовали болюс (глину красного цвета, содержащую большое количество оксидов железа). Изготовленные изделия шлифовали, в результате чего получали чайники, кружки и блюдца, как будто вырезанные из драгоценных камней. Позже "красный" фарфор начали называть "бёттгеровским".

Видя результаты плодотворной работы, Август увеличил финансирование исследований Чирнхауса и Бёттгера. И не зря. 15 января 1708 г. Бёттгер в лабораторном журнале отметил, что после двенадцатичасового обжига массы из каолина и полевого шпата были получены белые полупрозрачные пластины, так называемые фарфоровые бисквиты. Секрет, мучавший европейскую элиту был раскрыт. Европейский фарфор по качеству превосходил китайский.

Бёттгер, считавший, что его скоро освободят, ошибся. Курфюст только усилил контроль за алхимиком. До самой смерти в 1719 г. тот находился под надзором.

К началу XVI в. алхимия всё теснее связывает свои цели с задачами практической металлургии, медицины и горного дела.

Внедрением алхимических основ в горное дело и медицину занимались два современника-врача - немец Георг Бауэр (1494 - 1555) и швейцарец Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм (1493 - 1541).

Бауэр, наиболее известный под именем Агриколы (с латинского означающее "крестьянин"), интересовался минералогией и её связью с медициной. Агрикола написал книгу "О металлургии", куда внёс большие практические знания о горном деле и получении металлов.

Фон Гогенгейм, выбравший для себя имя Парацельс, что означает "превосходящий Цельса" (Цельс - древнегреческий ученый, занимавшийся медициной), как и Авиценна считал, что основная задача алхимии не получение золота, а изготовление лекарств. До Парацельса лекарства приготовлялись только из растений. Он же считал и верил, что можно готовить лекарства из минералов.

Парацельс считал, как и когда-то в древности Гиппократ, что организм человека состоит из нескольких веществ. Древнегреческий врач говорил об жёлтой и чёрной желчи, крови и лимфе, а Парацельс избрал другие - серу, ртуть и соль. Но в целом выведенный ещё Гиппократом принцип "болезнь человека характеризуется преобладанием одной из жидкостей" оставался и в трудах швейцарского врача.

Для восстановления равновесия Парацельс использовал лекарства минерального происхождения - соединения сурьмы, ртути, мышьяка и др. Все положения фон Гогенгейма легли в основу ятрохимии - рационального направления алхимии.

Ятрохимики уделяли особое внимание процессам пищеварительных систем, половых и других желёз. Могли различать "кислотные" и "щелочные" болезни. В XVIII в. ятрохимия переродилась в фармакологию.

Слово "газ" рождает в нашем сознании множество различных образов. От смертельного оружия, использовавшегося в Первую Мировую войну до того, чем наполнены газовые плиты на наших кухнях. До открытия термина "газ" алхимики полагали, что единственным воздухоподобным веществом был сам воздух, поэтому древние греки причислили его к одному из четырех элементов. На протяжении веков, занимающиеся khemeia, люди получали что-то на подобии "воздуха" или "пара", но собрать его, а уж тем более изучить практически не удавалось. Из-за этого свойства неуловимости ко всем "воздухам и парам" относились как нечто таинственному. Недаром спирт в переводе с латинского означает "дух", "душа".

Первым из химиков, кто начал изучать "загадочное явление паров" был бельгийско-нидерландский химик Ян Баптиста Ван Гельмонт (1580 - 1644). Он заметил, что пары напоминают воздух, но в тоже время кардинально отличаются от него. Например, образующиеся при горении дерева пары вполне похожи на воздух.

Ван Гельмонт, собрав образующиеся газы, вдруг вспомнил о том, что они напоминают ему о греческом "хаосе" - первозданном веществе, не имеющем формы; родоначальнике космоса. Гельмонт назвал пары "хаосом", которое по-фламандски произносится как "газ".

Полученный Гельмонтом газ, образующийся при горении дерева, он назвал "лесным". Сегодня он известен как диоксид углерода или углекислый газ. В частности, стоит упомянуть, что ван Гельмонт при изучении "лесного газа" впервые начал использовать точные методы измерений, положив начало количественному измерению в современной химии.

Великий английский математик и физик Исаак Ньютон (1642 - 1727) был приверженцем этой оккультной науки на протяжении 30 лет, хотя и не оставил никаких алхимических трудов. Можно ли его тогда считать "приверженцем"?

Все сведения об экспериментах Ньютона в области алхимии, учёные и биографы берут из писем физика, где он подробно излагал то, чем занимался. Наравне с этим в его библиотеке находился каталог, насчитывающий 1896 томов, среди которых около сотни - это труды по алхимии и химии.

Примерно со второй половины 60-ых гг. XVII в. заинтересованность Ньютона в этом ремесле начинается с изучения им трудов древних алхимиков. В одной из рукописей 1667 г. Ньютон делится размышлениями на тему материи и химических превращений, составляет химический словарь, включающий порядка 7000 слов. Кроме этого, рукопись ещё не содержит никаких алхимических терминов. В рукописи 1669 г. Ньютон уже пытается упорядочить известные ему термины и определения. В письмах Джону Локку (1632 - 1704), в трактате "Оптика" и в мемуаре "О природе кислот" он мастерски использует химическую терминологию. Но всё это мало даёт очков к мысли о том, что Ньютон являлся скрытым алхимиком. Как утверждает советский физик и один из биографов Ньютона С. И. Вавилов (1891 - 1951), если основная мысль алхимии - это мысль о многообразии превращений веществ, трансмутации металлов, то можно говорить о том, что Ньютон был алхимиком. Ведь данную мысль можно встретить во многих работах и письмах ученого. Та самая пресловутая трансмутация металлов для Ньютона была вполне осуществимой вещью.

Если говорить более понятным языком, то мысль Ньютона сводится к тому, что для того, чтобы разделить атомы золота нужно найти способы разделения наиболее тесно сближенных частиц, из которых атом и состоит. Современная физика знает, что для разрушения атома надо разрушить его ядро, т.е. то, что Ньютон называет "первым соединением".

Ньютон разделял мысль Джабира ибн Хайяна о том, что ртуть и сера являются теми веществами, способными очистить другие металлы и превратить их в золото. Ранние эксперименты физика сводились к получению ртути, то есть двум принципиальным способам: расплавлению руд или сплавов и реакции замещения металлов с солями ртути. Ньютон испробовал оба способа: он растворял ртуть в азотной кислоте, а к полученной соли добавлял какой-нибудь "несовершенный металл" - свинец или медь. В результате осаждавшаяся ртуть была более чистой, совершенной и годилась для процесса трансмутации. Весь процесс можно показать в реакциях:

Но кроме размышлений об переходах металлов, великий физик оставил записи о рецептах сурьмяных сплавов, сведения о низкотемпературных сплавах. Также он записал опыты с действием сулемы (хлорид ртути (II) HgCl₂) на сурьму и серебро, отметил то, что при смешивании купоросного масла с водой или спиртом выделяется тепло.

В эпоху Ньютона алхимия утратила свое значение в качестве первообразного учения. Началось развитие химии и смежной ей химической технологии.