XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Алхимия: наука или лженаука?
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Едва ли не каждый раздел химии, так или иначе, «исторически» начинается с алхимии. И каждый такой раздел начинается, несомненно, с какого-то определённого человека, назовём его тоже – «алхимиком». Об алхимиках, как о таковых, то есть людях разной судьбы и разных стремлений, но, так или иначе, предшествующих химикам, написано много и, одновременно, мало.
Много – потому что «обобщённый образ» алхимика знают все: это - некий средневековый чудак, окруженный дымными ретортами, корпящий ночью около своего горна, бормочущий бестолковые «колдовские» заклинания, а днем делающий вид, что он – обычный купец или сапожник, монах, аптекарь. Мало – потому что об конкретных именах алхимиков никто практически и не знает, в лучшем случае называя Гебера и Гермеса, Парацельса и Ван – Гельмонта, вкупе с Калиостро и Сен-Жерменом.
Фактически нет свидетельств, чтобы кто-то из алхимиков и впрямь получил огромное состояние на производстве алхимического золота.
И, тем не менее, алхимия не умерла. Вернее сказать, не умер, и никогда не умрет «алхимический подход», т.е. тот специфический подход к объекту, который еще крайне мало исследован, когда лишь только ещё «прощупываются» его Входы и Выходы, Взаимосвязи между этими Входами и Выходами.
Этот подход характеризуется, в частности, применением особых «Методов исследования причины связей», иначе – методов Бэкона-Милля, применительно к которым химические объекты на редкость показательны.
Поэтому не нужно «хоронить» алхимию преждевременно. Наоборот, следует очень внимательно всмотреться в те верные и ошибочные выводы, которые когда-то она сделала. Всмотреться, понять и даже – научиться применять в не простой современной работе!
Алхимия — венец средневековой учености, исполненная желания получить философский камень, который сулил его обладателю несметное богатство и вечную жизнь. А теперь представьте себе какой-нибудь германский средневековый город, узенькие улицы, пестрые готические дома и среди них — какой-нибудь ветхий считающийся необитаемым. По его потрескавшимся стенам лепится мох, ползет сырость. Окна глухо заколочены. Это жилище алхимика. Ничто не говорит в нем о присутствии живущего. Но в гулкую от тишины ночь голубоватый дым, вылетая из трубы, докладывает о неусыпном бодрствовании старца, уже поседевшего в своих исканиях, но все еще неразлучного с надеждой. Благочестивый ремесленник со страхом бежит от жилища, где, по его мнению, духи основали свой приют, а потом, вытеснив духов, основало жилище неугасимое желание, непреоборимое любопытство, живущее только собою и разжигаемое собою же, возгорающееся даже от неудачи... Его напрасно преследует инквизиция, проникая во все тайные мышления человека: оно вырывается мимо и, облеченное страхом, еще с большим наслаждением предается своим занятиям. Так работали средневековые алхимики. Или, точнее, почти такими их видел Н. В. Гоголь с высоты XIX в.
При упоминании имени Н. В. Гоголя следует отметить научный интерес писателя к эпохе европейских средних веков, из которой (вместе с фольклором), по-видимому, и произросли неуемные праздничные и вместе с тем леденящие душу фантазии его художественных произведений: статьи из сборника «Арабески» — «О средних веках» и «О преподавании всеобщей истории». Интерес этот вполне серьезен, как, впрочем, серьезна и значительна сама средневековая эпоха вместе с алхимией и верными ее служителями.
Многие исследователи уверены, что алхимический эксперимент всегда неповторим. Искусство алхимии вполне сродни земледелию, потому что требует «выращивание» любого вещества до его наивысшей степени совершенства («зрелости»). Алхимики окутывали свои опыты покровом тайны. Из-за этого смысл многих алхимических процессов до сих пор невозможно расшифровать. Мы же провели некоторые эксперименты по «выращиванию» веществ – «химических водорослей» и «лечению металлов» и тайны из этого не делаем.
Но... двинемся в совсем уже давние времена.
Этапы проекта
Регистрация проекта
Сбор текстового материала.
Подбор иллюстраций, рисунков
Оптимизация графики (уменьшить размер, сжать для веб-страниц).
Представление итогов реализации проекта.
Цели проекта
Развитие интеллектуальной активности учащихся;
Организация исследовательской поисковой деятельности на основе межпредметной интеграции;
Создание условий для развития творческих способностей учащихся;
Развитие способностей к анализу
Алхимия – наука или лженаука?
Назвать алхимию лженаукой было бы несправедливо. Не претендуя на научность, она именовала себя искусством тайным, герметическим и, конечно, вечным, неизменным. В XIX в. такие замечательные химики, как Ю. Либих и Д. И. Менделеев, считали алхимию прямой предшественницей химии.
Есть еще один взгляд на алхимию. Его обосновал немецкий химик конца XIX — начала XX в. В. Оствальд: алхимия—та же химия; получить из несовершенного металла совершенное золото все равно что синтезировать белок или новый полимер, а философский камень — не что иное, как катализатор.
Конечно, думать так, как думал Оствальд,— значит подойти к алхимии с нынешними «химическими» мерками и обеднить это удивительное явление. Как будто алхимия только для того и существовала, чтобы стать научной химией!
Что же тогда оно такое? Вчитываясь в рецепт алхимика Рипли, мы убеждаемся в том, насколько этот рецепт разносторонний и многообразный по своим смыслам. Столь же многосмысленна и алхимия как вид деятельности. Она не наука, не искусство, не философия, но и то, и другое, и третье (Приложение 7). Символ ф, обозначающий серу, светится, говоря образно, синеватым серным пламенем и дышит едким удушливым дымом горящей серы. Ведь треугольник, обращенный острием вверх,— это знак огня. А крест — свидетельство нечистоты серы, а значит, и ее горючести. Современный символ серы для того, не знает основных понятий химии, лишь значок – первая буква латинского слова sulfur (сера). (Конечно, в свете периодического закона Менделеева и его таблицы элементов за символом S стоит очень многое.)
Посвященный в тайны алхимического искусства был человеком разносторонним. Он, как и сама алхимия, сразу все: ставящий опыты теоретик и ремесленник, размышляющий по поводу устройства своих колб и печей, вдумывающийся в свойства и назначений своих веществ; философ и богослов; художник, рисующий символы-значки как картины, и поэт, ярко и возвышенно выражающий практические предписания; смиренный монах и всесильный маг. Он заново творит собственный мир веществ вопреки боголюбивому христианину средних веков и в этом смысле как бы равен Богу. Но творит он этот мир под видом уже существующих и дозволенных христианской церковью образцов. А из чего творит? Из материи, сотворенной все-таки Богом. Действительно, сколь многогранна алхимия! Лишь одной своей гранью она обращена к химии — той гранью, в которой она — химико-техническое (пусть магическое) искусство и «эссенциальная» наука, нацеленная на поиск сущности веществ и опирающаяся в этом поиске на собственную теорию.
Как же связаны вещество и мысль об этом веществе, живущие в алхимии нераздельно?
Здесь необходимо небольшое отступление. Рассказывают: как-то раз во дворике Парижского университета у «ангельского доктора» Фомы Аквинского и «универсального доктора» Альберта Великого вышел спор о том, есть ли у крота глаза. Вот уже несколько часов длится этот словесный турнир — и все безрезультатно. Каждый стоит на своем истово и непоколебимо. Но тут садовник, услышавший этот ученый спор, возьми и предложи свои услуги. «Хотите,— сказал он,— я вам сей же миг принесу настоящего живого крота? Вы посмотрите на крота, настоящего и живого. Сами посмотрите на живого и настоящего крота. На том и разрешится ваш спор».— «Ни в коем случае. Никогда! Мы ведь спорим в принципе: есть ли в принципе у принципиального крота принципиальные глаза».
Если наши спорщики настолько оторваны от земной действительности, что даже и глядеть-то на крота не желают, хотя именно о нем речь, а садовник — весь в земных (вернее, земляных) делах, то наш алхимик — посредине: он как бы примиряет две крайности средневекового воззрения на мир — абстрактное умозрение, погруженное в слово, и приземленное, нерассуждающее ремесло. Алхимик примиряет и примеряет на себя. Но как?
Алхимические сера и ртуть — иносказания бесплотных начал-стихий древних: земли — огня, воды— воздуха. Но сера и ртуть еще и вещества, которые можно нагревать, растирать, смешивать, перегонять, сплавлять, взвешивать — путь к преобразованию вещества собственными умными руками. Алхимику ничего не стоит сказать, например, так: «Возьми три унции ртути и смешай их с пятью унциями злости». Смешение несмешиваемого — вещи и принципа — важная особенность мышления алхимика, оперирующего с веществом и одновременно размышляющего над его природой. (В отличие от рассуждений схоласта, оторванных от практики, и опыта ремесленника, передаваемого под большим секретом мастером ученику, отцом сыну...)
В этом, пожалуй, и состоит главный урок, преподанный средневековой алхимией химии Нового времени (XVII—XVIII вв.).
Химик — он ремесленник
Превращение неблагородных металлов в золото было главнейшей задачей алхимиков. Однако целое тысячелетие они пытались сделать это, прибегая к комбинациям одних и тех же приемов. Нагревание на печах и жаровнях, приготовление расплавов в тиглях, перегонка с использованием реторт, сложных перегонных аппаратов — алембиков, дибиков и трибиков — все это проделывали и сирийские маги, и придворные алхимики европейских королей.
Однако исподволь, постепенно, главным источником химических знаний становится практическая деятельность ремесленников — металлургов и литейщиков, стеклодувов и красильщиков, аптекарей и фармацевтов.
У химиков-практиков постепенно накапливался опыт. Секреты ремесла свято хранились в семьях и передавались от отца к сыновьям в виде рецептов, иногда устных, а все чаще письменных, но столь тщательно зашифрованных, что они мало чем внешне отличались от рецептов алхимиков. Мрачные тайны окружали мастеров. Например, человека, выдавшего секрет изготовления знаменитых венецианских зеркал, ожидала смерть на дне Венецианской лагуны.
Однако развитие ремесел было более надежным способом накопления богатств, чем туманные обещания алхимиков добиться превращения любого металла в золото. При этом и короли, покровители ремесленников, и сами ремесленники, объединявшиеся в цехи — союзы товарищей по ремеслу, стали понимать, что очень важно точно описать процесс, так, чтобы его можно было воспроизвести. С появлением в XV в. книгопечатания стали издаваться книги, в которых металлурги, стеклодувы, гончары, изготовители пороха делились своими секретами. Кстати, получение типографских сплавов свинца, олова и сурьмы, из которых отливали наборные буквы для первых печатных станков, было важным достижением. Книги ученых и мастеров-ремесленников стали быстро разносить новые знания по всему миру, меняя жизнь людей.
В XVI в. появилось много книг, содержащих важные химические знания: «Пиротехник» (1540) В. Бирингуччо, которая была написана не по-латыни, а на итальянском языке, что делало ее доступной многим; «Двенадцать книг о металлах» (1530— 1546) Г. Агриколы; «Собрание сведений об искусстве крашения» (1540) Дж. Россети; «Три книги о гончарном искусстве» (1548) Ч. Пикольпассо; «Гончарное искусство» (1557— 1580) Б. Палисси.
Литейное искусство достигло больших успехов. В 1529 г. В. Бирингуччо отлил во Франции огромную пушку весом 6 т и длиной 6,7 м. Не отставали, а иногда даже превосходили иностранных мастеров умельцы из России. В XVI в. в Туле, Кашире, на Урале были построены крупные заводы с домницами для производства чугуна. Искусно отлитые колокола и пушки из меди и бронзы поражают нас и сегодня. В 1554 г. в Москве отлили бронзовую пушку весом 20 т, а отлитая А. Чоховым в 1586 г. Царь-пушка весила 40 т и намного превосходила пушку Бирингуччо.
В России алхимия не получила развития. Петр I принимал все научные предложения, кроме алхимических, так как считал, что «изготовители золота» либо обманщики, либо невежды. Он предпочитал богатство государства строить на основе точного знания, в том числе и химического. Когда Петр путешествовал по Европе, то посетил и самого знаменитого химика тех времен Г. Бургаве (1668 1738). А знаменит он был, в частности, тем, что не верил в теории алхимиков и называл химию «наукой эмпирической», т. е. основанной на опыте.
Действительно, практическая деятельность в XV- XVII вв. была лучшим источником для накопления надежных опытных знаний. Появились и химические лаборатории у Андреаса Либавия, у химика-самоучки Р. Глаубера. Глаубер впервые сумел получить множество чистых химических веществ (Приложение 8).
Химия и медицина
Алхимики искали философский камень не только для того, чтобы с его помощью превращать в золото неблагородные металлы. Они верили, что философский камень одновременно является панацеей — лекарством от всех болезней и дает бессмертие. Вера в панацею была даже более важной причиной поддержки алхимиков сильными мира сего: каждый король, император или халиф мечтали стать бессмертными. Однако параллельно шел процесс накопления знаний о реальных лечебных свойствах самых различных веществ — от минеральных солей до вытяжек из растений или препаратов, приготовленных из тканей животных. Накопителями этих знаний были многочисленные аптекари и фармацевты.
Как выглядела старинная аптека, можно увидеть сегодня лишь в музее. В Риге в Музее истории медицины им. П. Страдыня восстановлен подлинный вид средневековой аптеки: под потолком висит чучело крокодила; у стен стоят полки с глиняными или фаянсовыми сосудами, на них латинские надписи и фантастические рисунки — единороги, козлоногие люди, птицы со страшными человеческими головами; ступы, паровые и водяные бани, жаровни с тиглями и ретортами — основные орудия приготовления лекарств (Приложение 9).
Однако практические знания фармацевтов оказались основательно сдобрены мистическими объяснениями действия лекарств, заимствованными из описаний алхимиков. Неудивительно поэтому, что среди веществ, которые должен был иметь аптекарь для продажи, врач французского короля в 1637 г. называл следующие: череп мертвого, но непогребенного человека; сало человека, змеи, свиньи, гуся, овцы, утки, зайца, козы; так как помет животных также имеет целебные свойства, небесполезно иметь в аптеке помет козы, собаки, павлина, голубя. Соответствующими были и рецепты лекарств. Вот, например, пластырь из человеческой крови: берут кровь молодого здорового человека, высушивают на солнце, растирают в порошок (полезен при застарелых язвах).
Самым ценным лекарством был териак. Это средство считалось столь же всеисцеляющим, сколь и опасным. «Если териак встречает в теле болезнь,—говорили аптекари,— он убивает ее. Если он не встречает болезни, он убивает человека». Териак составляли из 64 компонентов, таких, как мясо гадюки, мирра, ладан, касторовое масло и многое другое. Считалось, что териак приобретает силу через четыре года после приготовления и теряет ее через двенадцать лет.
Как объясняли лечебное действие таких лекарств? Ссылками на древнегреческого врача Галена и арабского ученого Ибн-Рушда. Принцип, которым они руководствовались: сходные части помогают по причине сходства. Вот и прописывали при воспалении легких легкие собаки, а при слабоумии — порошок из мозга обезьян. Целебное действие препаратов из гадюки объясняли тем, что гадюка обновляется два раза в год, меняя кожу, поэтому она должна была обновлять и человека. Но уже с начала XVI в. в борьбу за создание лекарств на основе точных химических знаний выступил врач и химик фон Гогенгейм, который называл себя Парацельсом, что по-латыни означало сверхблагородный или превосходящий Цельса — знаменитого римского врача.
Парацельс выступил против авторитетов античных авторов, публично сжег книги Галена и Гиппократа. Он попытался создать новое учение о химических элементах и химических процессах. В основу своей химии Парацельс положил новые представления об элементах. Стихии Аристотеля он заменил тремя началами: ртутью, серой и солью. Хотя эти начала не означали подлинные химические вещества, а, скорее, их «дух», учение Парацельса открыло путь для опытного изучения состава тел. Оно стало называться иатрохимией (от греческого слова «иатрос» — врач). Название свое оно получило оттого, что Парацельс большое значение придавал истолкованию химических процессов, происходящих в организмах. Он задумывался над движущими силами этих процессов и над теми средствами, которыми можно воздействовать на эти силы.
У Парацельса было много последователей. Иатрохимия, и особенно учение о природе жизненных процессов, содержала не меньше мистики, чем алхимия, но все же аптекарскую практику, фармацию она изменила. Многие аптекари начали использовать полученные в экспериментах знания для составления лекарств. И лекарства эти были надежнее и лучше, чем те фантастические смеси, о которых мы только что рассказывали.
Но новое всегда встречает сопротивление старого. В 1566 г. в Париже между иатрохимиками-аптекарями, взглядов, с другой, разгорелась воина — столетняя война между аптекарями и врачами. Она действительно длилась ровно сто лет и закончилась в 1666 г.
Началась война так. Аптекари Парижа стали продавать новое лекарство — «рвотное вино», содержащее сурьму (антимоний) — одно из почитаемых последователями Парацельса веществ. Медицинский факультет Парижского университета принял решение, запрещавшее использование сурьмы, объявив ее ядом. Это решение было основано, скорее, на легенде, чем подлинном факте, согласно которой один монах, обнаружив слабительное действие сернистой сурьмы, рекомендовал это средство своим собратьям. Однако, приняв новое средство в больших количествах, монахи умерли. Этим рассказом объяснили происхождение названия «антимоний» как производное от «антимонахиум» (средство против монахов). Данной сказкой и воспользовались парижские врачи, запрещая «рвотное вино».
Но в ответ иатрохимики издали множество сочинений, где доказывали, что сурьма не яд, а, наоборот, лучшее из лекарств. Врачи решили закончить спор, нанеся удар по самой сути научных взглядов иатрохимиков. Они стали доказывать, что аптеки и лекарства вообще не нужны: все болезни, якобы, можно вылечить кровопусканиями и всего пятью растительными лекарствами — цикорием, кассией, ревенем, александрийским листом и сиропом из листьев персикового дерева с лепестками белых роз. Этим врачи пытались подорвать самое важное положение иатрохимиков: утверждение о химической природе протекающих в организме процессов и возможности воздействовать на них веществами, в том числе и минеральными (неорганическими). Данная акция парижских врачей имела и экономическую окраску это была прямая попытка подорвать аптечную торговлю.
И аптекари не выдержали: они подали на Медицинский факультет Парижского университета в суд. Суд собрал шесть тысяч зрителей. Все самые знаменитые аптекари и вся профессура Медицинского факультета предстали перед судьями. Аптекари суд проиграли. Но неожиданно заболел король, и врачи тщетно старались ему помочь. Когда все средства были исчерпаны, придворный аптекарь дал потихоньку королю «рвотное вино». Король выпил его и выздоровел. После этого, в 1666 г., Медицинскому факультету пришлось снять запрет с лекарств, содержащих сурьму (Приложение 10).
Период иатрохимии — переходный период в развитии химии, в течение которого химики-практики (металлурги, стеклодувы, красильщики, аптекари и т.д.) накапливали рациональные знания, иатрохимики - ученые (в основном что были врачи) закладывали основы эксперимента в химии и открыли, таким образом, путь к созданию химических теорий. Эксперимент понимался ими как построенное по обдуманному плану исследование- «вопрос к природе».
Такие эксперименты ставил, например, один из последователей Парацельса И. Ван Гельмонт (1579 - 1644). Изучая горение угля, он, например, обнаружил, что, кроме золы, образуется газ (он придумал даже и это слово «газ», так как до него все газообразное понималось как воздух или как пар). Он пытался выяснить, откуда образуются растительные ткани — из земли, воды или из воздуха. В своих экспериментах широко использовал весы, т.е. ввел в химический эксперимент физическую основу -определение массы. Так в химию стал проникать количественный метод, проложивший путь к химическому анализу и определению состава соединений.
Лондонское королевское общество содействия естествознанию.
В XVII в. в Лондоне существовало необычное учебное заведение. По завещанию финансового советника английской королевы Т. Грешема, его дом предоставили под квартиры семи профессорам различных специальностей. Условием было обязательное чтение этими профессорами общедоступных лекций по основам важнейших наук. В остальное время профессора могли заниматься любыми исследованиями.
На квартире одного из этих профессоров стали собираться ученые для обсуждения различных проблем. Образовался своеобразный кружок. Участники этого кружка называли его «Невидимым колледжем», подчеркивая неформальность своих собраний. 5 декабря 1660 г. члены этого кружка (их было около сорока человек) решили основать Научное общество. Общество получило поддержку короля и стало называться Лондонским королевским обществом содействия естествознанию. Так в дополнение к университетам возникла научная организация нового типа прообраз будущих национальных академий наук. В дальнейшем Лондонское королевское общество объединяло в своих рядах крупнейших ученых всего мира: его членами был И. Ньютон (1643-1727), У.Франклин (1706-1790), Х.Дэви (1778— 1829), Д. Дальтон (1766— 1844), М. Фарадей (1791 1867), Э. Резерфорд (1871 1937), а также в его состав был избран замечательный советский биолог Н. И. Вавилов (1887-1943).
Члены нового собрания с самого начала решили: пусть споры решает опыт, а не словесные рассуждения! В соответствии с этим был выбран девиз нового общества: «Nullius in verba!»—«Ничего на словах!».
Одним из самых деятельных членов Лондонского королевского общества был Р. Бойль (Приложение 11). Бойля называют одним из творцов научной химии. Действительно, для этого есть много оснований. Он сформулировал идейные основы новой науки. В своей книге «Химик-скептик» он перечислил основные проблемы химии своего времени: является ли огонь «универсальным анализатором» всех тел? Являются ли продукты кальцинации (прокаливания) действительно элементами или началами? Может ли число веществ, которые принимаются в качестве элементов или начал, быть ограничено тремя, четырьмя или пятью? Действительно ли существуют элементы соль, сера, ртуть?
На вопросы эти, как считал Бойль, должны были дать ответы эксперименты. Важнейшие исходные опыты были поставлены Р. Бойлем и его помощником Р. Гуком (1638—1703) — известнейшим ученым -естествоиспытателем. В процессе работы они наметили ключевую проблему, решение которой открывало путь к созданию новой химии. Это была тайна горения и дыхания. Эту тайну Бойль и Гук решили раскрыть с помощью экспериментов.
Для этого они усовершенствовали воздушный насос и, выкачивая из стеклянного резервуара воздух, изучали, как горят различные вещества в пустоте, могут ли дышать в ней животные. Лондонское королевское общество поручило Р. Гуку составить перечень вопросов, касающихся этих экспериментов. Таких вопросов Гук придумал 88. Это была первая в мире программа экспериментальных исследований в области химии и биологии по проблеме горения и дыхания. Наиболее важные для химии вопросы касались отношения воздуха к различным телам и химическим веществам, с какими веществами воздух способен соединиться, а с какими— нет и почему, каково значение воздуха для дыхания, в чем его причина и сущность.
Бойль показал, что воздух обязателен для дыхания, что имеет место аналогия между дыханием и горением, что вещества после прокаливания меняют свой вес. Он взвешивал запаянные сосуды после обжига в них различных тел. Эти эксперименты были поняты и объяснены впоследствии М. В. Ломоносовым и А. Лавуазье. Бойль открыл «различные виды воздуха». Он ввел в употребление слово «анализ» (от греческого слова «аналюсис» — разложение). Его эксперименты наметили путь к созданию первых общехимических теорий, касающихся важнейшего процесса — горения. Однако превращение химии в науку завершилось усилиями многих последователей Р. Бойля, разгадавших тайну горения и дыхания (Приложение 12).
Теория флогистона
Первый шаг к раскрытию тайны горения сделал английский врач и химик Д. Мэйоу (1645—1679). Продолжая опыты Р. Бойля, он обнаружил, что воздух не простое вещество, а сложная смесь. Он нашел, что в нем содержится какой-то «селитряно-воздушный дух», присоединение которого к различным телам и составляет сущность горения. Сейчас мы знаем, что Мэйоу стоял на пороге открытия кислорода, но его ранняя смерть помешала продолжению работ.
Мэйоу описал свои опыты в 1674 г. в пространной книге, посвященной множеству атмосферных явлений, начиная с причин образования туч и дождя и кончая объяснением природы воздуха. Но уже за семь лет до этого немецким химиком и врачом И. Бехером (1635—1682) была высказана совершенно новая гипотеза о природе горения. Ее суть сводилась к следующему: во всех телах содержится некое «начало горючести», огонь лишь вызывает его выделение из тела, в результате чего образуются окалины или зола|.
Эту идею развил немецкий ученый Г. Шталь в стройную теорию, получившую название теории флогистона (флогистоном Шталь назвал «начало горючести»). По Шталю, горение можно было изобразить следующей схемой:
Горючее тело → Земля + Флогистон
Можно было представить и превращение «земель» в горючее тело:
Земля + Флогистон → Горючее тело
Теория Шталя объясняла множество известных химикам фактов, начиная с образования окалин при прокаливании металлов и кончая дыханием. Для доказательства правильности теории Шталь ставил, например, опыт но синтезу серы. (Сера по этой теории должна была быть сложным веществом.) Для этого он нейтрализовал серную кислоту поташом и прокаливал образовавшийся сульфат. калия с углем, получая таким образом «серную печень», т. е. смесь сульфидов калия. Действуя на раствор «серной печени» кислотой, Шталь получал серу. Вывод он сделал такой: сера состоит из «кислой части» (серной кислоты) и «начала горючести» (флогистона), которое попадало в серу из угля.
Попытки выяснить, что же представляет собой флогистон, привели к странным находкам. Оказалось, что флогистон не только должен обладать весом, но он даже может иметь «отрицательный вес». Вместе с чем попытки выделения флогистона привели к открытию хлора, водорода, кислорода. Теория флогистона была первой химической теорией, объединившей и множество химических явлений, раньше казавшихся разнородными. Теория флогистона открыла путь для экспериментального объяснения множества химических явлений. Все это привело к накоплению фактов, которые получили объяснение только в конце XVIII в. в трудах творца «новой химии» А. Лавуазье.
Господство теории флогистона продолжалось почти сто лет. Желание химиков-флогистиков выделить флогистон или определить его количество привело к созданию качественного и количественного анализа. Но именно развитие различных методов анализа привело к накоплению фактов, вызвавших кризис теории флогистона и переход к химии Нового времени.
Практическая часть
Болонский фосфор
В 1602 г. болонский сапожник и алхимик В. Касциароло нашел в горах около г. Болонья (Италия) очень тяжелый плотный камень серого цвета. Алхимик заподозрил в нем наличие золота. Чтобы выделить его, он прокалил камень вместе с углем и олифой. К удивлению Касциароло, охлажденный продукт реакции стал светиться в темноте красным светом. Алхимик дал найденному камню название «ляпис соларис» — солнечный камень. Известие о светящемся камне произвело сенсацию среди алхимиков. Камень стали называть «болонским самоцветом», «болонским фосфором».
Впоследствии выяснилось, что Касциароло нашел минерал барит, или сульфат бария, BaSO4. При взаимодействии BaSO4 с углем образуется сульфид бария BaS:
BaSO4 + 2C = BaS + 2CO2↑,
который обладает способностью светиться после того, как его подержат на солнце. Фосфоресценция присуща не самому сульфиду бария, а его смеси с сульфидами других металлов.
В 1774 г. шведский химик Шееле и его друг Юхан-Готлиб Ган (1745—1818), шведский химик и минералог, установили, что в найденном алхимиком камне содержится новый химический элемент, который они назвали баритом, что в переводе с греческого означает «тяжелый». Однако шведские химики открыли не новый элемент, а его оксид ВаО. В XIX в. название барит осталось за минералом, а новый элемент получил имя барий. Впервые барий в виде металла удалось получить только в 1808 г. английскому химику Дэви путем электролиза увлажненного гидроксида бария Ва(ОН)2.
Барий химически очень активен. Он легко самовоспламеняется на воздухе, окрашивая пламя в зеленый цвет, энергично взаимодействует с водой. Поэтому приходится его хранить под слоем безводного керосина.
Продукт оазиса Амона
Арабские алхимики получали из оазиса Амона, расположенного в пустыне Сахара, бесцветное кристаллическое вещество, которое они называли «нушадир». При растирании «нушадира» с гашеной известью и нагревании смеси выделялся газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде. Алхимики заметили, что водный раствор этого газа, находясь рядом с соляной кислотой, начинал «дымить» и с течением времени все стеклянные сосуды рядом с ними покрывались белым налетом. Алхимики отметили и ещё кое-что: когда раствор неизвестного газа добавляли к водному раствору медного купороса, то голубая окраска последнего становилась интенсивно-синей. Как объяснить эти явления?
«Нушадир» - это нашатырь (хлорид аммония NH4Cl), продукт естественного разложения мочи и испражнений верблюдов, караваны которых столетиями проходили через оазис. При взаимодействии NH4Cl с гашёной известью – гидроксидом кальция Ca(OH)2 выделялся аммиак NH3:
2NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3+ CaCl2 + 2H2O
Аммиак взаимодействует с газообразным хлороводородом, образуя в воздухе «дым», состоящий из мельчайших кристаллов NH4Cl. При добавлении аммиака к водному раствору медного купороса (содержащего сульфат меди CuSO4) образуется комплексная соль – сульфат тетрааммин меди II [Cu(NH3)4]SO4:
CuSO4 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]SO4
Цианоферратные кустарники Ломоносова
Русский физикохимик Михаил Васильевич Ломоносов в 1750 году занялся разработкой способа получения синей краски, известной в то время как «берлинская лазурь». Химическая формула этого соединения, уточненная уже в наши дни, - KFe[Fe(CN)6), гексацианоферрат (III) железа (II) – калия. Попутно Ломоносов изучал взаимодействие желтой и красной кровяных солей, гексацианоферрата (II) и гексацианоферрата (III) с различными солями других металлов.
Изумительные «растения», похожие на нитевидные «водоросли» или ветки «подводного кустарника», вырастают в сосудах при взаимодействии в водном растворе гексацианоферратов калия с хлоридом или сульфатом марганца (II), цинка (II), никеля (II), кобальта (II), хрома (III). Для этого в раствор 30-50 г желтой кровяной соли - гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6] 1 л воды добавляют два-три кристаллика этих солей.
Появление водных «растений» связано с реакциями, в которых выпадают в осадок малорастворимые комплексные соли типа K2Zn[Fe(CN)6] или KCr[Fe(CN)6]. Эти соединения покрывают внесенные кристаллики полупроницаемой пленкой. Через пленку просачивается вода из раствора. Давление под пленкой возрастает, в некоторых местах она прорывается, и там начинают расти длинные изогнутые «трубочки» - «ветки» диковинных растений. Рост будет продолжаться до тех пор, пока не израсходуется весь кристалл внесенной соли.
Синий «кустарник» вырастает, когда в раствор 100-150 г сульфата меди (II) CuSO4 в 1 л воды добавить кристаллики красной кровяной соли - гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6]. Его появление вызвано реакцией образования малорастворимого гексацианоферрата (III) меди (II) – калия KCu[Fe(CN)6]:
K3[Fe(CN)6] + CuSO4 = KCu[Fe(CN)6] + K2SO4
Зеленые тонкие «водоросли» с синеватым оттенком появляются, если в водный раствор хлорида никеля (II) NiCl2 (30-50 г в 1 л воды) опустить кристаллик гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6]. Они образуются по реакции
K3[Fe(CN)6] + NiCl2 = KNi [Fe(CN)6] + 2KCl
Химический осенний сад с желтой «травой» и золотистыми «листьями» вырастает, если в водный раствор, содержащий 30-50 г хромата калия K2CrO4 в 1 л воды, добавить кристаллик дигидрата хлорида бария ВаCl2·2Н2О. В желтом растворе будет протекать осаждение хромата бария ВаCrO4:
K2CrO4 + ВаCl2 = ВаCrO4 + 2KCl
Тонкие нити желтого цвета, похожие на траву, появятся и в водном растворе нитрата свинца (II) Pb(NO3)2, содержащем 100-150 г соли в 1 л воды, если в него опустить несколько кристалликов хромата калия. В этом случае «трава» - это малорастворимый хромат свинца PbCrO4:
K2CrO4 + Pb(NO3)2 = PbCrO4 + 2KNO3
Замшелые камни
На дно широкого стеклянного сосуда с достаточно толстыми стенками опускают речную гальку. Затем наливают на половину объёма сосуда концентрированный раствор сульфата меди (II) CuSO4. После этого в раствор добавляют смесь цинковой пыли и гранулированного цинка до исчезновения голубой окраски раствора.
Частицы цинка покрываются лохматым налетом кирпично-красного цвета, похожим на мох, и оседают на камнях. Это говорит о выделении кристаллов меди в результате окислительно-восстановительной реакции:
CuSO4 + Zn → ZnSO4 + Cu
Цинк можно заменить алюминием Al, но в этом случае для предотвращения гидролиза сульфата алюминия Al2(SO4)3, образующегося в реакции:
3CuSO4 + 2Al → Al2(SO4)3 + 3Cu,
к раствору сульфата меди (II) CuSO4 заранее добавляют 5-10 мл разбавленной серной кислоты, которая с медью не взаимодействует.
То, что арабский алхимик Джабир аль-Хайян на рубеже I и II тысячелетий называл «превращением железа в медь», на самом деле было процессом, очень похожим на рассмотренные опыты. В растворе медного купороса железные клинки покрывались слоем меди, выделившейся по реакции:
CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu
П олная иллюзия превращения одного металла в другой! Жаль только, что алюминий во времена алхимиков еще не был известен.
Трансмутация» металла
Многовековой опыт алхимиков свидетельствовал: все металлы при нагревании плавятся и становятся похожими на жидкую подвижную блестящую ртуть. Значит, все они - из ртути. Железный гвоздь краснеет, если опустить его в водный раствор медного купороса. Это явление объясняли в алхимическом духе: железо трансмутируется в медь. Изменяются отношения двух начал в металлах. Изменяется и их цвет. (Мы теперь хорошо знаем, что медь, вытесненная железом из раствора медного купороса, оседает на поверхности гвоздя.)
CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu
Деревья Сатурна и Юпитера
«Сатурново дерево» называют иногда «деревом Парацельса» – врача-алхимика, основателя фармацевтической химии. Готовя одно из своих лекарств растворением в уксусной кислоте металлического свинца, он задумал добавить ещё и ртуть, и потому внёс в сосуд кусочки цинка. В те времена многие химические элементы и даже очень распространенные металлы ещё не были по-настоящему идентифицированы и считалось, что цинк содержит много ртути, от этого он такой легкоплавкий.
Не имея времени продолжить опыт, Парацельс оставил сосуд на несколько дней, и как же сильно он был поражен, когда увидел на кусочках цинка блестящие веточки неизвестной природы! Он подумал, что ртуть, затвердев, вышла из цинка. Позже красивое «дерево» получило название «сатурнова» по алхимическому названию свинца.
Чтобы вырастить «сатурново дерево», или «дерево Парацельса», наливают в высокий стакан или стеклянный цилиндр водный раствор 25-30 г ацетата свинца Pb(CН3СОО)2 в 100 мл воды и погружают в него очищенную тонкой наждачной бумагой пластину или стержень из цинка (или гранулы). С течением времени на цинковой поверхности вырастают ветвистые и блестящие, сросшиеся между собой кристаллы свинца.
Их появление вызвано реакцией восстановления свинца из его соли более активным в химическом отношении металлом цинком:
Pb(CН3СОО)2 + Zn → Zn(CН3СОО)2 + Pb
Парацельсу приписывают также получение кристаллов олова на гранулах цинка – «дерева Юпитера». Чтобы вырастить такое «дерево», в высокий стеклянный сосуд наливают водный раствор 30-40 г хлорида олова (II) SnCl2 в 100 мл воды и погружают цинковую пластинку. Очень быстро на ней вырастает дерево из черных кристалликов олова.
Черное и красное
Византийский император Константин VII (905 – 959 гг. н.э.) любил собирать при дворе философов и алхимиков, слушать их и задавать им вопросы. Однажды некий арабский алхимик принёс три черные металлические пластинки и три сосуда с бесцветными жидкостями. Затем он показал императору четыре опыта с ними. Вначале он сильно нагрел на жаровне одну пластину, и она после охлаждения стала розово-красной. Вторую пластину он опустил в сосуд с жидкостью, и эта жидкость стала голубой. Третью черную пластинку алхимик погрузил в сосуд с второй жидкостью; жидкость приобрела интенсивно-синий цвет, а пластинка стала розово-красной. Эта же пластинка в сосуде с третьей жидкостью покрылась пузырьками газа. Алхимик попросил привести бродячую собаку и, вынув третью пластинку с пузырьками из сосуда, дал лизнуть её собаке, которая тут же упала замертво. «Знает ли император, из какого металла сделаны эти три пластинки?» - спросил алхимик, но Константин в ответ только покачал головой. Что же это за металл?
Загадочный металл – это медь, пластинки из которой были черными, так как их поверхность была покрыта оксидом меди (II) CuO. При прокаливании CuO превращается в оксид меди (I) Cu2O (красного цвета):
4CuO = 2Cu2O + О2
В растворе кислоты CuO превращается в сульфат меди (II) CuSO4 (голубого цвета), а в растворе аммиака – в тёмно-синий комплекс гидроксид тетраамминмеди [Cu(NH3)4](OH)2. Ядовитый раствор содержал цианид калия KCN, который превращал металлическую медь в дицианокупрат (I) калия K[Cu(CN)2]. Одновременно выделялся водород:
2Cu + 4KCN + Н2О = 2K[Cu(CN)2] + 2КОН + Н2
«Дух их соли»
В сочинениях монаха-алхимика Василия Валентина (XV в.), которого многие историки химии считают мифической фигурой, было рекомендовано получать «дух из солей» - «спиритус салис» - прокаливанием смеси каменной соли и железного купороса. При этом отгонялась жидкость, которая поражала воображение алхимиков: она дымила на воздухе, вызывала кашель, разъедала ткань, бумагу металл… Судя по этому описанию, можно сделать вывод, что каменная соль – это хлорид натрия NaCl, а железный купорос – кристаллогидрат сульфата железа FeSO4·7H2O. Прокаливанием смеси этих веществ алхимики получали хлороводородную кислоту HCl:
2NaCl + 2(FeSO4·7H2O) = 2HCl↑ + Fe2O3 + Na2SO4 + SO2↑ + 13H2O
Химический аквариум
Если в высокую стеклянную банку налить 1 л жидкого стекла – полисиликата натрия с условной формулой Na2SiO3 и добавить 0,5-0,7 л воды, перемешать, а потом одновременно из двух стаканов налить в эту банку водные растворы сульфата хрома (III) Cr2(SO4)3 и хлорида железа (III) FeCl3 , то в банке вырастут силикатные «водоросли» желто-зеленого цвета, которые, причудливо переплетаясь, опускаются сверху вниз.
Рост «водорослей» - результат кристаллизации силикатов железа, меди и хрома, образующихся в результате обменных реакций, уравнения которых условно можно записать следующим образом:
Cr2(SO4)3 + 3Na2SiO3 = Cr2(SiO3)3+ 3 Na2SO4
2FeCl3 + 3Na2SiO3 = Fe2(SiO3)3+ 6NaCl
Добавив в ту же банку по каплям раствор сульфата меди (II) CuSO4, мы заселим аквариум причудливыми «морскими звёздами» и круглыми колючими «морскими ежами» синего цвета:
CuSO4 + Na2SiO3 = CuSiO3 + Na2SO4
Заключение
Практически на сегодняшний день отсутствует удовлетворительная дефиниция понятия "алхимия". Среди исследователей есть мнение, что алхимия - это феномен, о котором все выводы делаются очень осторожно. Юнг К.Г., автор одного из самых оригинальных и обширных толкований алхимии, не скрывал, что любое её объяснение обусловлено своим временем. Головин Е, полагает, что "всякое суждение об алхимии носит неизбежный гадательный характер".
Возможно поэтому и трактаты адептов и труды исследователей, во-первых, не изобилуют определениями этой древней мудрости. Во-вторых, опубликованные дефиниции не отличаются тотальным сходством, а скорее представляют собой бесконечную череду интерпретаций обсуждаемого феномена. Мирча Элиаде писал: "Существует только одна возможность понять какой-то культурный феномен, выходящий за рамки нынешней идеологической концепции, - это определить его "исходную точку" и уже исходя из нее, изучать все ценности, оттуда вытекающие и потому лишь из перспективы алхимика мы можем лучше понять его мир и оценить оригинальность этого мира". Для разных авторов существовали свои доминантные акценты в ее определении. Одни (Авиценна) видят в ней лженауку, неспособную выполнить те притязания, которые она на себя берет. Другие (М.Бертло, Эдмуд фон Липпман, Юлиус Русски, Дж. Р. Партингтон, В.Гундель, А.Дж. Хопкинс, Ф.Шервуд Тейлор, Дж.Рид, Н.Морозов, Фигуровский) определяют алхимию прежде всего как предхимию. Для третьих (Р.Бэкон, А.Пуассон) очень важной является ее способность превращать несовершенные металлы в золото. Четвертые (Ф.Шварц) считают алхимию одновременно и наукой, и искусством трансмутации души. Для меня же изучение разных периодов алхимии позволило окунуться в волшебный мир химических превращений, провести необычайно красивые опыты, за результатами которых увлеченно следили не только мои одноклассники. С древних времени до наших дней люди стремятся отыскать ключи к замкам, за которыми природа хранит свои тайны. Мы тоже попытались проникнуть в этот мир, вооружившись современными знаниями. Вокруг нас очень много интересного: кажется, что вещества живут своей, особой таинственной жизнью. Для того, чтобы это интересное увидеть и суметь объяснить, нужен не только зоркий глаз, но также химический кругозор и эрудиция. Эти качества требуют постоянного развития, иначе все наши знания, полученные упорным трудом, устареют раньше, чем мы успеем их применить на практике.
Литература
Азимов А. Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии / Пер. с англ. З. Зельмана. – СПб.: Амфора, 2000.
Аликберова Л. Ю., Степин Б.Д. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. – М.: Дрофа, 2008.
Аликберова Л.Ю., Рукк Н.С. Полезная химия: задачи и истории. – М.: Дрофа, 2006.
Астахова В. Г. Алхимии золотые сны. – М.: Просвещение, 1995.
Дроздов А. М. Научный подвиг алхимиков. – М.: АСТ-Пресс, 2000.
Кошель П. А. У истоков химии. Алхимия // Химия. Приложение к газете «Первое сентября». – 2003. - № 27. – С. 1.
Кошель П. А. У истоков химии. Медицинская химия // Химия. Приложение к газете «Первое сентября». – 2003. - № 30. – С. 1.
Кошель П. А. У истоков химии. Теория флогистона // Химия. Приложение к газете «Первое сентября». – 2003. - № 31. – С. 1.
Кошель П. А. У истоков химии. Химия у древних народов // Химия. Приложение к газете «Первое сентября». – 2003. - № 17. – С.1.
Крицман В. А. Книга для чтения по неорганической химии: Книга для учащихся в 2 частях. – М.: Просвещение, 1993.
Микеле Д. История химии. – М.: Просвещение, 1996.
Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика-Пресс, 1997.