Как произошли химические открытия

 

 

ПЕРВОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ОТКРЫТИЕ

Какую химическую реакцию человек поставил себе на службу первой? Конечно же, реакцию горения. Трудно сколько-нибудь точно определить, при каких условиях и когда человек овладел огнем. Сотни тысяч лет отделяют нас от этого события. Первобытные люди боялись этой грозной силы природы, спасались бегством от страшных лесных пожаров, вспыхивавших, например, при попадании молнии. Но наступило время, когда люди «привыкли» к огню, открыли способ добывать огонь трением, начали обогреваться у костров в холодные ночи, а позднее применять огонь, чтобы сделать пищу более вкусной. Насколько могущественнее сделало человека это первое химическое открытие в его борьбе с природой! Ф. Энгельс писал: «... добывание огня трением... окончательно отделило человека от животного царства».

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОГНЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Случалось, что в костер попадали куски мокрой глины. Люди заметили, что мягкий пластичный материал, «пройдя через огонь», превращался в твердый. Должно было накопиться множество таких наблюдений, прежде чем обжиг глины был использован для изготовления простого глиняного горшка. И это сыграло большую роль в дальнейшем развитии человечества.

 

ЛЮДИ ОВЛАДЕВАЮТ СПОСОБОМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА

В лабораториях средневековья алхимики производили химические реакции по строго секретным рецептам...

Начало производству железа из железных руд в древнем Египте, Индии и других странах было положено около 4 тыс. лет назад. Человек познакомился с железом еще раньше — по крайней мере за 2 тыс. лет до открытия способа восстановления железа из окислов. Первоначально он пользовался железом, которое падало «с неба», — метеоритным (во многих метеоритах содержится свободное железо). Но потребности в железных предметах — мечах, плугах и других изделиях — росли, а таких даров неба на Земле немного, гораздо меньше, чем химически связанного железа. Поэтому огромное значение имело открытие способов получения железа из железных руд. Открытия эти также основывались на наблюдении процессов горения. В тех случаях, когда вместе с топливом случайно нагревались куски железной руды, железо при соприкосновении с раскаленным древесным углем восстанавливалось. Постепенно от наблюдений за подобными случайными явлениями человек перешел к сознательному воспроизведению процесса выплавки железа. Так начался «железный век» — тот век, в котором мы и сейчас еще живем. Ведь — хотя почти нет металла, который не применялся бы в настоящее время — на железные сплавы приходится более 90 % всего количества металлов и металлических сплавов.

 

ОБ АЛХИМИКАХ

Прошли тысячелетия, в течение которых человечество медленно, ощупью копило все новые и новые сведения о превращениях, которые мы ныне зовем химическими. Многие из этих превращений были столь неожиданны, что породили фантастические представления о возможности получить золото из других элементов, добыть химическим путем «элексир жизни», дарующий человеку вечную молодость. Эти представления поддерживались всевозможными авантюристами, стремившимися нажиться на невежестве. Но далеко не все алхимики, как звали тех, кто в мрачных лабораториях средневековья производил химические реакции по «строго секретным» прописям, были обманщиками, — многие из них заблуждались искренне. Самое же главное, однако, то, что постепенно открывались новые вещества, новые способы их получения. Так были открыты и изучены серная и азотная кислоты, многие соли и щелочи. В XV в. серную кислоту получали уже тем самым способом, который существует ныне: сжигали серу и окисляли двуокись серы кислородом воздуха в присутствии воды и при участии окислов азота.

СОСТЯЗАНИЕ ПРОДОЛЖАЕТСЯ Самые лучшие сорта стали выдерживают большие нагрузки—до 200 кГ/мм^2. В ближайшие годы металлурги обещают создать стали с прочностью в 300 кГ/мм^2. Но химики работают и над получением сверхпрочных волокон. Кто же одержит победу — металл или волокно? По-видимому, все же металл. Во многих лабораториях сейчас выращиваются тончайшие (в несколько микронов поперечником) кристаллики меди и других металлов — «усы». Прочность их огромна. Если бы удалось получить такой «ус» сечением в 1 мм^2, на нем бы повисла гиря весом в 1 Т и даже больше. Представьте себе тонкую проволочку, к которой прицепилось 15 взрослых человек! Настанет день, говорят металлурги, когда появятся буквально кружевные фермы мостов, тончайшие телевизионные башни в десятки километров высотой, почти невесомые автомобили и другие машины, сделанные из металла невиданной прочности.

 

Когда возникла химия

 

 

За долгие века человечество накопило много полезных сведений из области химии. Но ни химической науки, ни науки о химических производствах — химической технологии не существовало до тех пор, пока не были открыты основные законы химии — закон сохранения массы веществ, атомно-молекулярная теория. Это произошло во второй половине XVIII и начале XIX в. Открытию этих законов человечество обязано нашему великому соотечественнику М. В. Ломоносову, выдающемуся французскому химику Лавуазье, англичанину Дальтону и другим ученым. Теория озарила ярким светом множество разрозненных фактов и открыла дорогу дальнейшим экспериментам и новым теоретическим открытиям в области химии. Особенно важно было открытие периодического закона Д. И. Менделеевым и структурной теории А. М. Бутлеровым. Опираясь на развивающуюся химию, формировалась и химическая технология. Значительно быстрее, чем раньше, создавались новые химические производства, совершенствовались химическая аппаратура, машины химического производства. Познакомимся с некоторыми наиболее важными достижениями химической технологии в исторической последовательности.

 

ПРОБЛЕМА СОДЫ

Во второй половине XVIII в. Западная Европа вступила в период быстрого промышленного развития. Быстро росло население, росли города. Потребовалось больше одежды и обуви, а в связи с этим — химических продуктов, применяемых в производстве тканей и кожи — соды, красителей и др. Сода нужна также при производстве мыла, стекла. В конце XVIII в. ощущался резкий ее недостаток.

В отличие от других натриевых солей, и в особенности от хлористого натрия, соды в природе мало. Она содержится в некоторых природных водах — в озерах Египта, Калифорнии, Китая, Сибири. Залежи природной соды немногочисленны. Кроме того, некоторые растения, произрастающие на морских берегах, концентрируют натрий, и поэтому зола этих растений содержит соду. Из этих-то источников и получали раньше соду. Она была дорогой и недостаточно чистой. Когда потребность в ней увеличилась, понадобились новые способы ее получения, новые виды сырья. В качестве сырья можно было использовать каменную соль. Но как превратить ее в соду, как заменить атомы хлора на группу СО₃?

Отрасли химической промышленности

В конце XVIII в. Парижская академия наук объявила конкурс на лучший способ получения соды. Лучшим был признан способ Леблана, по которому хлористый натрий сначала превращали действием серной кислоты в сернокислый натрий (попробуйте составить уравнение этой и следующих реакций); затем сернокислый натрий восстанавливали углем в сернистый натрий и одновременно действием известняка (углекислого кальция) превращали сернистый натрий в углекислый, т. е. в соду. Процесс был сложный, но тем не менее он получил очень широкое распространение и применялся в течение почти всего XIX в. Этот первый пример из истории современной химической промышленности наглядно показывает важнейшую особенность химических методов производства — возможность неограниченного производства продуктов из распространенного в природе сырья.