Как были открыты химические элементы: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Вплоть до XIII в. единственной страной в Европе, где производилось олово, была Англия. Олово ценилось довольно высоко. В середине XVI в. оно было в одной цене с серебром и шло на изготовление предметов роскоши. Затем в связи с расширением производства олово стало находить большое практическое применение. Так, например, оно шло на изготовление белой жести.

Латинское название олова станнум корнями восходит к санскритскому стан, что означает «твердый». Символом Sn элемент обязан латинскому названию. Происхождение русского названия неясно.

РТУТЬ

У писателя-фантаста И. А. Ефремова есть рассказ «Озеро горных духов». Люди, оказавшиеся на берегах этого озера в солнечную погоду, погибали. Местные жители уверяли, что озеро населяют духи, которые не терпят пришельцев. Экспедиция геологов смогла добраться до затерянного в горах озера, и люди с изумлением обнаружили, что озеро состояло не только из воды. Вместе с водой присутствовала самородная ртуть. А «злыми ду́хами» были ртутные пары́, которые в жаркую погоду поднимались на поверхности маленьких и больших луж, окружавших озеро и наполненных ртутью.

Действительно, ртуть довольно часто встречается в самородном состоянии, причем порой в самых неожиданных местах. Так, в некоторых горных областях Испании ртуть находили на дне колодцев. Ртуть была известна в древности в Китае и Индии. При раскопках египетских гробниц, относящихся примерно к середине второго тысячелетия до нашей эры, также была найдена ртуть. Большинство исследователей считают, что единственным минералом ртути, известным древним, была киноварь. Теофраст (300 г. до н. э.) описывает способ получения ртути из киновари при взаимодействии ее с медью и уксусом. Раннее знакомство человека со ртутью объясняется тем, что ртуть выделяется из киновари сравнительно легко при достаточно сильном нагреве.

Наиболее крупное месторождение ртути находится в Альмадене (Испания). Разработка этого месторождения началась еще в период Римской империи. Ежегодно римляне добывали 4,5 т ртути.

В древности ртуть находила широкое применение. С помощью ртути изготовляли амальгамированные зеркала, ртуть и ее соединения применяли в медицине, киноварь использовали главным образом как краситель, а не для получения чистой ртути. До изобретения гальванического способа покрытия одного металла другим ртуть использовали для золочения и серебрения. Амальгаму металла наносили на металлический лист и сильно нагревали. При этом ртуть испарялась, а тончайший слой золота или серебра оставался на листе. Но этот способ был очень опасным. Большую роль сыграла ртуть в изучении газов, ее применяли в насосах и сосудах для хранения газов.

Аристотель называл ртуть жидким серебром, Диоскорид — серебряной водой. Отсюда и происходит латинское название ртути — гидраргирум. Происхождение русского названия элемента неясно.

ГЛАВА II.

ЭЛЕМЕНТЫ, ОТКРЫТЫЕ В СРЕДНИЕ ВЕКА

Существует несколько химических элементов, которые трудно классифицировать с точки зрения их обнаружения. Когда описанные в главе I девять элементов мы с полной определенностью причисляли к элементам древности, то имели на это все основания. Но вот перед нами пять элементов: фосфор, мышьяк, сурьма, висмут и цинк. Есть свидетельства, что люди имели представление о них, кроме фосфора (или, по крайней мере, об их рудах и минералах), в доисторические времена, во всяком случае до наступления новой эры. Но представления эти были нечеткими и запутанными. Относительная ясность наступила гораздо позже, в ту эпоху, когда расцветали алхимические воззрения и развивались различные химические ремесла, когда в лабораториях и в аптеках производили различные химические операции. Их суть так и оставалась непонятной. Но благодаря им в химический обиход вошли многие полезные для науки вещества, в частности некоторые кислоты и соли.

В ходе подобных исследований были обнаружены элементы, о которых речь пойдет в настоящей главе. Еще далеко за горизонтом пряталась звезда аналитической химии, и факты знакомства с этими элементами никак нельзя было назвать открытиями новых элементов.

Словом, судьбы фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута и цинка оказываются специфическими. По странной прихоти природы Р, As, Sb и Bi входят в главную подгруппу пятой группы периодической системы. Сходство свойств часто приводило к путанице представлений.

Поскольку хронологическая последовательность открытий этих элементов не так уж и важна, начнем повествование с фосфора.

ФОСФОР

Самое интересное, пожалуй, то, что из всех древних и средневековых элементов только фосфору может быть приписана совершенно точная (с точностью до года) дата обнаружения — 1669 г. Практически нет достоверных упоминаний о том, что люди встречались с фосфором или с его соединениями раньше. Открытие фосфора — это важное и неожиданное событие XVII в. Оно произвело большое впечатление на просвещенные умы, если не сказать, вызвало сенсацию. Причиной тому было совершенно необычное свойство вещества (элементом его назвать было бы преждевременно): оно само по себе при обычной температуре светилось на воздухе. Такого рода вещества (например, болонский камень — продукт прокаливания минерала барита с углем и маслом, т. е. сульфид бария BaS) назывались фосфорами (от греческого фос — «свети» и форо — «несу»). Так будущее название появилось раньше открытия самого элемента.

Необычной была и история его открытия. В Гамбурге жил разорившийся торговец Хенинг Брандт. Алхимия в то время уже постепенно начинала сдавать свои позиции, но вера в существование философского камня еще жила. Верил в него и X. Брандт. Желая поправить свои торговые дела, он стал отыскивать первичную материю в различных соединениях. В круг его исследований попала и человеческая моча. X. Брандт выпарил мочу до сиропообразной консистенции, затем перегнал и получил жидкость красного цвета, которую он назвал уринным маслом. Перегнав эту жидкость еще раз, X. Брандт обнаружил на дне реторты черный осадок. После долгого прокаливания остаток переходил в белое светящееся вещество, оседавшее на стенках колбы-приемника. Можно представить себе радость алхимика! Ведь он считал, что выделил элементарный огонь. X. Брандт постарался сохранить свой секрет в тайне и продолжал работы с фосфором, надеясь получить с его помощью золото из других металлов. Эти работы, как и следовало ожидать, ни к чему не привели.

Но сохранить долго в тайне новое вещество X. Брандту не удалось. И открыл эту тайну он сам. Не получив золота из неблагородных металлов, он решил заняться продажей нового диковинного вещества, стараясь при этом не сообщать никому способ его приготовления. Но и это не удалось. Фосфор, как только стал известен в Европе, сразу же привлек к себе внимание многих ученых: крупнейшего математика Г. Лейбница, химиков и физиков И. Крафта, И. Кункеля, Р. Бойля, X. Гюйгенса и др. И. Кункель, бывший в то время придворным алхимиком у саксонского курфюрста, направил в Гамбург своего помощника И. Крафта с целью выведать у X. Брандта секрет приготовления фосфора. И. Крафт купил этот секрет за 200 талеров, по к И. Кункелю способ приготовления фосфора так и не попал. И. Крафт решил монопольно пользоваться правом получения нового вещества и отправился в путешествие по Европе, удивляя знатных особ свечением вещества, доселе невиданного. И. Кункель попытался самостоятельно получить фосфор и в результате долгой работы смог наконец-то выделить новый элемент.

До нас не дошел в деталях способ, по которому X. Брандт получил фосфор, но способ И. Кункеля (1676) известен достаточно хорошо. Сущность его в следующем: свежую мочу выпаривали до черного осадка, который нагревали сначала осторожно, затем сильно с песком и углем. После того как летучие и маслянистые вещества были удалены, фосфор осаждался на холодных стенках реторты-приемника в виде белого налета. При этом происходили следующие химические реакции:

Однако и И. Кункель не решился опубликовать способ получения фосфора, предпочитая сохранять его в тайне. В третий раз примерно тем же способом получил в 1680 г. фосфор и Р. Бойль, который сообщил об этом в закрытом письме Лондонскому королевскому обществу. Ассистент Р. Бойля А. Хенквиц довольно широко поставил производство фосфора и извлекал немалую прибыль, так как фосфор стоил дорого.

Долгое время считалось, что фосфор существует лишь в одной — белой — аллотропической модификации, но в 1847 г. А. Шреттер, нагревая белый фосфор без доступа воздуха до 300°C, получил красный фосфор, который в отличие от белого не был ядовит и не возгорался на воздухе. В 1934 г. П. Бриджмен, подвергнув фосфор нагреванию при значительном давлении, получил третью модификацию — черный фосфор.

МЫШЬЯК

Соединение мышьяка, а именно его сульфиды As₂S₃ — аурипигмент и As₄S₄ — реальгар, или сандарах, были хорошо известны грекам и римлянам. Аурипигмент был известен также под названием «арсеник». Плиний Старший и Диоскорид отмечали ядовитость этих веществ, а Диоскорид упоминал о прокаливании арсеника с целью получения белого мышьяка — оксида.

Мышьяк изредка встречается в природе в самородном состоянии и довольно легко выделяется из своих соединений. Кто первым получил элементарный мышьяк, неизвестно. Обычно это достижение приписывается алхимику Альберту Великому. Парацельс описывал процесс получения мышьяка в металлическом состоянии путем прокаливания арсеника с яичной скорлупой. Согласно некоторым источникам металлический мышьяк был известен гораздо раньше, но его считали разновидностью самородной ртути. Это объясняется тем, что сульфид мышьяка похож на один из ртутных минералов, а выделение мышьяка из его руд не представляет значительного труда.

Мышьяк был известен в средние века не только в Европе, но и в Азии. Китайские алхимики также умели получать мышьяк из его руд. Если в Европе в средние века не существовало еще способа установить, явилось ли причиной смерти человека отравление мышьяком, то китайские алхимики могли это доказать. К сожалению, метод анализа так и остался неизвестным. В Европе же реакция на содержание мышьяка в теле человека и в пище, которую он принимал незадолго до смерти, была открыта позже Д. Маршем. Эта реакция является очень чувствительной и применяется до сих пор.

Так как мышьяк иногда сопровождает олово, то в истории были случаи, упоминаемые, например, в китайской литературе, отравления людей водой и вином, стоявшими некоторое время в новых оловянных сосудах.

Долгое время люди путали белый мышьяк, или же его оксид, и сам мышьяк, принимая их за одно и то же вещество. Эта путаница была устранена вначале Г. Брандтом, а затем А. Лавуазье, который доказал, что мышьяк является самостоятельным химическим элементом.

Оксид мышьяка издавна использовали для уничтожения грызунов и насекомых. Отсюда и пошло русское название мышьяка, которое происходит от двух слов: «мышь» и «яд». Символ элемента As произошел от латинского названия арсеникум, истоки которого очень запутаны.

СУРЬМА

Сурьма известна, как и ее соединения, с глубокой древности. Некоторые исследователи утверждают, что металлическую сурьму применяли в Южной Вавилонии для изготовления сосудов около 3400 лет до н. э. Однако самым распространенным использованием сурьмы в древности было применение ее соединений в качестве косметических средств. Из них изготавливались румяна и черная краска для бровей. Однако в Египте, по всей видимости, сурьма была неизвестна или почти неизвестна. Об этом свидетельствуют раскраска мумий и исследования египетских гробниц.