Александр Иванов
Химия – просто: история одной науки
Перечислю главные достижения алхимиков. Итак, алхимики:
• усовершенствовали средства для «получения» химических явлений;
• увеличили число новых веществ, получаемых искусственным путём;
• изучили новые вещества и нашли им практическое применение.
Средневековые алхимики считали, что, подвергнув тело многократной очистке, можно отделить от него некоторые свойства и передать их другим телам. Проще говоря, алхимический процесс сводился для них преимущественно к очистке тел.
Давай посмотрим, насколько не чист (разумеется, в химическом смысле) окружающий нас мир. Возьмём для начала воду, которая, в зависимости от происхождения, обладает различными свойствами. Например, колодезная вода – жёсткая, дождевая – мягкая, морская – солёная, речная – пресная. Так вот, все эти свойства придаются воде примесями, которые она содержит!
Другой пример – воздух. Наше обоняние подсказывает нам, что горный воздух существенно отличается от городского. А в каком-нибудь парфюмерном магазине воздух «благоухает» так, что способен вызвать даже головную боль. Хотя, казалось бы, это всё тот же воздух, которым мы дышим. Однако и здесь, как и в случае с водой, разница «ароматов» воздуха обусловлена входящими в его состав примесями.
Ну и, наконец, невозможно пройти мимо драгоценных камней. Взять хотя бы опал. Если посмотреть на его химическую формулу, то мы увидим, что это обычный песок (SiO2). Однако отчего же он имеет столь много разнообразных оттенков?! Правильно. Радужно-пёструю окраску опалу придают содержащиеся в нём в небольших количествах примеси, то есть, грубо говоря, загрязнители.
Современная наука стремится к тому, чтобы выделить эти микрокомпоненты из общего хаоса, отыскать во множестве переменных явлений и свойств постоянные и неизменные элементы. И мы сможем это сделать, если с помощью различных методов разложим изучаемые тела на составляющие части, т. е. очистим их.
Так вот поиск и усовершенствование методов и способов очистки – это и есть главная заслуга алхимиков! Предлагаю выделить самые основные из них, ведь в дальнейшем они будут играть в химии очень важную роль.
Дистилляция и перегонка. Среди химических методов перегонка имеет, наверное, самое широкое применение. Она была известна ещё египтянам. После Гебера, о котором я рассказывал ранее, дистилляция стала самой обычной манипуляцией. Подробно описывать процесс перегонки, я думаю, не имеет смысла, так как ты, скорее всего, сам знаешь, о чём идёт речь: жидкость кипятится в одном сосуде (закрытом), а её пар конденсируется в другом (переходит из газообразного состояния в жидкое).
Возгонка
Осаждение
Фильтрация
Уже тогда «дистилляция» применялась для получения и очищения алкоголя, который тогда назывался винным спиртом (spiritusvini), поскольку получался перегонкой вина, а все улетучивающиеся из него вещества назывались спиртами, т. е. духами. Отсюда и происходит название spiritusvini – дух вина.
Возгонка (сублимация). Это частный случай перегонки. Например, возгонка йода. В те далёкие времена для дезинфекции применялась хлорная ртуть. Вот её-то и очищали методом сублимации.
Осаждение. Если к одному раствору добавить какой-то другой раствор (или вещество), то некоторые составные части раствора могут перейти в твёрдое состояние и выпасть в виде осадка.
Фильтрация. Она применяется для отделения осадка от раствора. Практически у каждого дома стоит фильтр для очистки воды. Вода, проходя через него, фильтруется (очищается) от твёрдой ржавчины, попадающей в водопровод из ржавых труб, а также от других различных примесей.
Кристаллизация. Её применяют для получения различных тел, растворённых в воде или других жидкостях. Наверняка ты видел опыты по выращиванию кристаллов из различных солей.
Все эти методы разложения различных тел на составляющие получили общее название, употребляемое и в настоящее время, – методы аналитической химии.
Что же ещё сделали алхимики для развития химии? Они увеличили число веществ, получаемых искусственным путём. Отдельно стоит отметить открытие соляной кислоты Василием Валентином (1394 – ок. 1450), а также серной и азотной кислот Гебером. Без этих реактивов немыслима сейчас ни одна химическая лаборатория.
Кроме того, в науку было введено понятие соли. Название поваренной соли обобщилось, и класс веществ, обладающих одинаковыми признаками и сходных по свойствам, стали называть солями.
Основным достижением алхимии можно также назвать знания о получении новых веществ из уже известных путём различных химических манипуляций. Впоследствии этот раздел химии получит название – синтетическая, или препаративная химия.
Вернёмся ненадолго к нашему дорогому Аристотелю, который выделил четыре элементарных свойства: тепло, холод, сухость и влажность. Чтобы объяснить различные состояния тел с научной точки зрения, алхимики добавили к четырём аристотелевским ещё три новых элементарных свойства:
• горючесть и изменяемость (её олицетворяла сера);
• неразрушимость, особенно при нагревании на огне (её олицетворяла соль);
• металличность, под которой подразумевался целый ряд свойств, таких как блеск, растяжимость и т. д. (её олицетворяла металлическая ртуть).
Таким образом, теперь уже 7 элементов – тепло, холод, сухость, влажность, горючесть, неразрушимость и металличность – считались составными частями любого вещества. Таковы были теоретические воззрения тех далёких времён.
А что же было на практике? Как применялись эти научные знания? Кто стоял за этими исследованиями?
Агрикола (1494–1555) – немецкий учёный, внёсший большой вклад в развитие тогдашней металлургии. Он подробно описал химические манипуляции, производимые в металлургической отрасли, а также ветер и воду – как важные геологические силы. Благодаря своим работам Агрикола по праву считается «отцом геологии».
Бёттгер (1682–1719) – саксонский алхимик, который изобрёл фарфор. Он, как и многие другие алхимики, занимался изготовлением золота. Польский король Август II заключил его в замок в Мейсене, чтобы тайна не стала доступна другим. Опыты по превращению металлов в золото Бёттгер проводил под руководством знаменитого естествоиспытателя фон Чирнгаузена. Видя, что усилия Бёттгера не увенчиваются успехом, наставник посоветовал ему заняться изобретением фарфора. Вскоре после этого фон Чирнгаузен умер (совпадение?!), и Бёттгер приписал заслугу изобретения фарфора себе. Разумеется, это принесло ему свободу и богатство. В Мейсене была построена первая в Европе фарфоровая фабрика. (Во время Второй мировой войны её чуть было не уничтожили, но это уже другая история.)
Замок Альбрехтсбург в городе Мейсене (Германия). Место расположения первой фарфоровой мануфактуры (1710–1863)
Саксонский фарфор
Совершенно новое направление химия получила благодаря успехам в медицине. Когда неудачные попытки искусственного получения золота и печальная участь, постигшая многих адептов алхимии, охладили стремления алхимиков в этом направлении, на первый план вышло искусство врачевания.
И основателем этого нового направления в химии стал Парацельс (1493–1541) – врач, профессор медицины, уроженец швейцарского города Эйнзидельна. Чудаковатый, странный, полный противоположных качеств (хороших и плохих) – примерно так можно охарактеризовать этого человека.
Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенхайм (Парацельс)
Начальные знания по медицине, астрологии и алхимии Парацельс получил от отца-врача. Чтобы их расширить, он отправился путешествовать по миру. За время своих странствий Парацельс посетил много университетов Франции, Германии и Италии, заводов и копей, приобрёл многочисленных знакомых среди врачей и алхимиков. Можно сказать, что он обошёл половину Старого Света – от Швеции до Египта, от Португалии до Польши.
Врачи у постели умирающего человека, покрытого язвами. Внизу изображены медицинские инструменты
Медицинские инструменты
Средневековый врач
В 30 лет Парацельс возвращается на родину и полностью погружается в медицину. Превосходные результаты лечения делают его широко известным, и в 1526 году он получает место на кафедре естествознания и медицины в Базельском университете. Однако, в силу своего непростого характера, поссорившись с Базельской городской думой, он вскоре вынужден был оставить кафедру и покинуть страну. Так он и скитался по свету, пока в 1541 году не умер в Зальцбурге в самом бедственном положении.
Парацельс использовал в своих методах лечения различные яды (например, мышьяк), что, несомненно, способствовало развитию медицины. Однако пациентов он рассматривал как материал для опытов, обращался с ними бесцеремонно, а это было непозволительно. В итоге в 1566 году парижский парламент запретил врачам применять парацельсовские средства лечения.
Известно также, что Парацельс старался сделать свои знания доступными любому человеку и с этой целью читал лекции не по-латыни, как это было тогда принято, а на местном языке. Из всего выше сказанного уже можно сделать вывод, что Парацельс был неординарной личностью. Тем не менее, несмотря на все его, мягко говоря, «чудачества», влияние, которое он оказал на развитие химии и медицины, бесспорно.
До Парацельса в медицине использовались медикаменты греко-римского врача Галена, представлявшие собой в основном настойки и растительные эссенции. Парацельс же ввёл в медицину искусственные химические препараты. И тем, что сейчас люди лечатся не только бабушкиным вареньем, но и различными лекарствами, мы обязаны именно Парацельсу.
Итак, у алхимии появилась ещё одна задача – изготовление лекарств. В связи с этим занятия химией переносятся, образно говоря, из кухни алхимиков в аптекарскую лабораторию. И отцом фармации – науки о лекарствах, которая в дальнейшем послужит мощным фактором в развитии химических знаний, – стал, как ты уже понял, Парацельс.
Наука Парацельса, названная ятрохимией и считавшая лечение людей главной целью химии, не сразу была признана обществом. Между сторонниками и противниками нового направления разгорались жаркие споры, но победили, как мы теперь уже знаем, ятрохимики.
Хочу упомянуть также о последователе Парацельса – голландском химике Яне ван Гельмонте, заметно выделявшемся на фоне своих современников. Родился он в 1577 году в Брюсселе, изучал богословие, философию и медицину. Как и Парацельс, Гельмонт много путешествовал по Франции и Италии, а вернувшись в 1609 году на родину, поселился в деревне и полностью погрузился в научные исследования, которые и продолжал вести вплоть до самой смерти в 1644 году.
Ян-Батист ван Гельмонт
Если говорить о характере Ван Гельмонта, то он был полной противоположностью Парацельса. Если Парацельс незаслуженно присвоил себе степень доктора наук, то Ван Гельмонт добровольно отказался от степени магистра свободных наук, так как считал всякие титулы ничтожными. В отличие от поверхностных и неупорядоченных знаний Парацельса, Ван Гельмонт все полученные знания тщательно систематизировал. Но, несмотря на разницу характеров, оба эти человека работали во имя одной общей идеи – во имя реформы медицины.
Ван Гельмонт был горячим поклонником Парацельса и не мог смириться с воззрениями того времени об устройстве мира и тем, что всё состоит из тепла, холода, сухости, влажности, горючести, неразрушимости и металличности. Именно он впервые высказал мысль, что все тела и вещества состоят из других материальных тел. То есть, согласно его теории, путём различных химических манипуляций все вещества можно разложить на отдельные составляющие элементы.
Принятие лечебной ванны
Однако Ван Гельмонт был всё же далёк от современного научного представления о строении веществ. Он считал, что составной частью всех тел является вода. Доказывал это тем, что вода образуется при сжигании большинства горючих тел – воска, масла, винного спирта и т. д., и тем, что вода – это единственная составная часть растений, так как растение живёт только водой и пьёт из земли только воду. Кстати, данное утверждение считалось истинным вплоть до середины XIX века.
Рыбы, по мнению Ван Гельмонта, также состоят только из воды, так как, обитая в воде, только из неё могут получать полезные вещества для своих органов.
Однако Ван Гельмонт тоже был подвержен средневековому мистицизму и предрассудкам. Так, он приписывал главную роль во всех человеческих действиях особому духу по имени Архей. Причиной всех болезней, считал Ван Гельмонт, являются различные расположения Архея – лень, страх, гнев или слабость. Значит, и лечение болезней, делал он вывод, должно стремиться к задабриванию Архея, к воздействию разными средствами на его чувства.
Подводя небольшой итог, выделю основные этапы развития нашей науки.
• Первый период: от древнейших времён до IV века нашей эры
• Второй период: эпоха алхимии от середины IV века до первой четверти XVI века
• Третий период: период врачебной химии от первой четверти XVI века до середины XVII века
Поскольку далее наука будет развиваться достаточно быстрыми темпами, подведу черту под этими, уже известными нам периодами.
Итак, мы увидели, что первые зачатки химических познаний возникли в основном из-за материальных стремлений человека к улучшению условий своей жизни и что случайные открытия довольно быстро нашли себе практическое применение. Узнали также, что Аристотель был первым философом, занявшимся систематизацией научных знаний.
В период развития алхимии химия выделилась в отдельную отрасль, посвятившую себя получению золота. В начале XVI века, благодаря стараниям Парацельса, «золотая» цель уступает место «лекарственной», и внимание химиков сосредотачивается на лечении болезней.
Лишь в середине XVII века химия переходит из разряда вспомогательной науки, которую долго заставляли служить «чужим богам», в разряд самостоятельной науки, способной ставить перед собой конкретные задачи и успешно решать их опытным путём.
Но об этом я расскажу в следующей главе.
