Символ химии как науки

Что такое Алхимия

Алхимия [араб. al-kimījā’ — философский камень, сокровенное искусство] — направление, зародившееся в II–VI веке н. э. в Египте, занимавшееся изучением металлов, их превращением в драгоценные металлы.

Изначально алхимия больше ассоциировалась с колдовством. Алхимики пытались найти связь между природой и человеком, найти философский камень, который бы превращал металлы в золото и излечивал все болезни.

Английский философ Роджер Бэкон определял алхимию как науку превращения одних металлов в другие. Алхимик Дионисий Захарий относил алхимию к естественной философии. Другие учёные называли её искусством.

Алхимия и химия — не являются областями одной науки. Мнение, что химия произошла от алхимии, отрицается многими учёными. Металлы, которые использовали алхимики, были известны еще до развития алхимии. Главные цели — превращение простых металлов в золото и поиск философского камня — достигнуты не были. При всём этом во время своих опытов алхимики совершили ряд важных открытий, которые используются в химии.

История алхимии

Алхимия считалась тайной деятельностью жрецов в Египте. Из Египта она проникла в Европу, а оттуда в Азию. Как и сама наука, слово алхимия формировалось по кусочкам. В Египте она называлась «Кем» (Khem), что означало плодородную почву возле реки Нил. После того, как Египет был завоёван Александром Македонским в 332 году до н. э., образовалось слово «Кемия» (Khemia) — так на древнегреческом языке назывался Египет.

Алхимики Александрии

Арабские алхимики

В 7 веке Египет был завоёван арабами. Они прибавили приставку «аль» (al). Получившееся слово al-Khemia означало чёрную землю. Затем арабы пришли в Испанию и распространили алхимию на Западе. Арабские алхимики:

Алхимия в Китае

Алхимики верили, что нужно найти или создать дань (кит. 丹 (dān) — даос. «философский камень», «пилюля бессмертия», «эликсир бессмертия»). Дань способен превращать любое вещество в драгоценный металл (золото или серебро). Китайские алхимики:

Алхимики Индии

В Индии алхимию называли расаяной (санскр. Rasāyana — «путь духа, сущности, эссенции»). Индийские алхимики в основном использовали травы для продления жизни, излечения всех болезней. Индийская алхимия неразрывно связана с духовными практиками.

Алхимики пытались получить сульфид ртути, который ассоциировался у них с жизненной силой Шивы. Отведав этой жизненной силы, можно стать Шивой.

Европейская алхимия

В Европе алхимия начала развиваться как направление в 13 веке. Европейские алхимики занимались своими опытами скрытно. В 1317 году папа римский Иоанн XII запретил заниматься алхимией. Тем не менее многие власть имущие продолжали покровительствовать алхимикам в надежде получить философский камень, способный превращать любое вещество в золото.

Деятельность алхимиков

Философский камень

Учёные-алхимики занимались поиском философского камня, способного превращать металлы в благородные (драгоценные) металлы, например золото и серебро, и дарить вечную молодость обладателю камня.

Алкагест

Алхимики пытались найти также алкагест — жидкость, способную растворить всё что угодно, любые твёрдые тела. Название придумал швейцарский алхимик Парацельс в 16 веке. Немецкий алхимик Иоганн Кункель был первым, кто заметил, что невозможно получить такое вещество, потому как оно растворит любой сосуд для его хранения.

Палингенезис

Помимо этого, учёные занимались палингенезисом (или палингенезом) — процессом восстановления разрушенного минерала, растения, умершего животного или человека из их частей (костей, крови, пепла, кусочков материи). Алхимики сжигали цветок, а потом пытались восстановить его из пепла.

Spiritus mundi

Они также пытались найти в росе и вывести spiritus mundi (мировой дух) — вещество, способное растворять золото, а также пытались создать гомункула (ил гомункулуса) — человекоподобное существо, созданное искусственным путём. Считается, что Платон был первым, кто писал про создание живого из неживой материи. Идею приписывают Аристотелю, который считал, что сперма, а не яйцеклетка имеет первостепенное значение для создания человека. Парацельс предлагал создать гомункула, поместив сперму в утробу лошади.

Квинтэссенция

Алхимики извлекали квинтэссенцию (от лат. quinta essentia – пятая сущность). Аристотель ввёл пятый элемент, пятую сущность — эфир, помимо земли, воздуха, огня и воды. Парацельс под квинтэссенцией понимал вещество, объединяющее другие четыре элемента.

Жидкое золото

Ещё одним занятием алхимиков было создание жидкого золота, который излечивает все болезни. Ещё в 8 веке арабский алхимик Джабир ибн Хайян (известный как Гебер) создал aqua regia (или Царскую водку), способную растворять золото. Парацельс считал, что жидкое золото делает человека несокрушимым. Именно благодаря ему золото стало использоваться для лечения душевных болезней и неврологических болезней.

Металлы и символы

Алхимики считали, что металлы тесно связаны с планетами. Они присвоили металлам имена и знаки планет:

По мнению Парацельса, эти металлы появились на планетах, имя которых им присвоено.

Учёные верили, что все металлы имеют два основных начала, которые образуют все вещества — это сера (разум, мужское начало) и ртуть (дух, жизненная сила, женское начало). Алхимики полагали, что сера обозначает цвет металла, его прочность, способность воспламеняться и образовывать соединения с другими металлами. Ртуть — блеск металла, его способность переходить в газообразное состояние (летучесть), плавиться и изменять форму.

Позднее такие алхимики, как Парацельс и немецкий монах-алхимик Василий Валентин ввели третье начало — соль.

Открытия алхимиков

Учёные-алхимики

Парацельс

Алхимик XVI века. Его настоящее имя — Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм. Учёный утверждал, что соль имеет первостепенное значение, является связующим звеном между мужским и женским началом (серой и ртутью). Парацельс говорил, что три начала (сера, ртуть и соль) в каждом металле различны.

Парацельс высказывал идеи по использованию химических веществ для лечения болезней. Например, ему принадлежит идея лечить сифилис с помощью ртути.

Роджер Бэкон

Алхимик XIII века. Был первым европейским учёным, кто в своём трактате «Великое сочинение» (Opus Majus) описал действие пороха.

Бэкон обнаружил книгу «Тайная тайных» (Secretum secretorum) — труд, написанный на арабском языке предположительно в X веке. Бэкон также написал комментарий к данному труду и постоянно ссылался на него в своих трактатах.

Василий Валентин

Также утверждал, что соль — основной элемент в составе металлов. Он занимался разделением веществ в золоте с помощью химического осаждения. Был первым учёным, кто ввёл термин «осадок».

Аристотель

Аристотелю принадлежит теория о четырёх первоначальных элементах: земли, воды, огня и воздуха. Считал, что металлы состоят из этих элементов.

Современная алхимия

В XVIII веке алхимия постепенно сходит на нет, алхимики перестают заниматься своими опытами. В 1661 году учёный Роберт Бойль напишет свой труд «Скептичный химик» (The Sceptical Cymist). Именно этот год считается датой обособления химии от алхимии и формирования её в качестве отдельной науки.

Примечательно, что некоторые учёные сейчас пытаются возродить труды алхимиков. Они пытаются отдать должное учёным-алхимикам, которые хоть и в попытках превратить всё в золото, всё же совершили ряд важнейших (пусть, по мнению многих, и случайных) открытий. Также они пытаются доказать, что химия имеет многовековую историю, которая берёт начало ещё с древнейших времен, с попыток людей познать природу и научиться управлять ею.

В 2013 году команда учёных из разных стран смогла превратить цемент в аморфный металл (другое название — металлическое стекло). Таким образом, цемент становится полупроводником, что позволяет использовать его в электронике. Например, при изготовлении тонкоплёночных резисторов и чипов для компьютеров.

Ранее только металлы имели способность становится металлическим стеклом. Успешный эксперимент с цементом поможет учёным понять, каким образом можно превратить в полупроводники другие непроводящие материалы.

Источник

АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОЕ УЧЕНИЕ

ХИМИЧЕСКАЯ СИМВОЛИКА

Эволюция химических символов

Еще в средневековье известные тогда химические элементы обозначали условными символами, такими же, какие использовали для обозначения небесных тел. Дело в том, что, по представлениям алхимиков, каждому из известных в то время элементов соответствовало свое небесное тело.

Элемент	Золото	Серебро	Железо	Медь	Ртуть	Свинец	Олово
Небесное тело	Солнце	Луна	Марс	Венера	Меркурий	Сатурн	Юпитер
Символ

Безусловно, такие символы для обозначения химических элементов были не очень удобны. Более того, к 1800 году было известно около 34 химических элементов (правда, некоторые еще не были выделены как простые вещества, а были известны преимущественно в виде оксидов), и использование подобной символики стало невозможным.

Д. Дальтон предложил другие обозначения химических элементов, ниже приведены некоторые примеры этой символики:

Элемент	Водород	Азот	Углерод	Кислород	Сера	Фосфор	Железо	Медь	Свинец
Символ

Некоторые элементы (например, железо, золото, свинец) известны с глубокой древности, и их названия имеют историческое происхождение.

Современная химическая символика

Корни латинских названий некоторых элементов существенно отличаются от корней русских названий. Однако для составления названий соединений используются именно латинские корни. Поэтому для ряда элементов их следует запомнить:

В химической литературе широко используются и групповые названия элементов.

Если символ химического элемента мысленно вписать в квадрат, то углы этого квадрата используют, при необходимости, для дополнительной информации:

Химические формулы веществ

С помощью химических символов элементов записывают химические формулы веществ. Например, формула серной кислоты H₂S0₄ показывает, что молекула этого соединения состоит из двух атомов водорода, одного атома серы и четырех атомов кислорода.

Формулы веществ также указывают не только состав вещества, но и его количество и массу. Каждая формула изображает или одну молекулу вещества, или один моль вещества, или массу вещества, равную (или пропорциональную) его молярной массе. Например, Н₂О обозначает или одну молекулу воды, или один моль воды, или 18 единиц массы (обычно 18 г) воды.

Простые вещества также обозначаются формулами, показывающими, из скольких атомов состоит его молекула. Например, формула водорода Н₂. Если атомный состав молекулы простого вещества точно не известен или вещество состоит из молекул, содержащих различное число атомов, а также, если оно имеет не молекулярное, а атомное или металлическое строение, простое вещество обозначают символом элемента. Например, простое вещество фосфор обозначают формулой Р, поскольку в зависимости от условий фосфор может состоять из молекул с различным числом атомов или иметь полимерное строение.

Используя химические формулы, записывают уравнения химических реакций, например:

Согласно свойствам пропорции:

Виды химических формул

Источник

История создания современной химической символики

Мы настолько привыкли к современным символам, обозначающим химические элементы, что, кажется, они были такими всегда. Поэтому нам трудно понять, насколько революционной была реформа Берцелиуса, предложившего использовать для обозначения элементов сокращения их названий.

Во времена алхимии химия была не столько наукой, сколько «магией». Алхимики писали свои рукописи так, чтобы посторонние не могли их понять. Не только разные ученые обозначали вещества и элементы разными знаками, но даже один и тот же ученый мог для одного и того же элемента использовать неодинаковые изображения и названия, поэтому химия до Берцелиуса была крайне сложной для новичков. Нужно было иметь огромное желание, чтобы пробиться сквозь дебри, которые представляла собой химическая литература.

Многие известные и опытные ученые жаловались на неразбериху, царившую в химической литературе. Например, в одной рукописи алхимика 17-го века свинец изображался 14-тью разными иероглифами и имел 16 названий.

Цинк гранулированный	Сера молотая	Железо (порошок)

Попытки привести в порядок химическую символику предпринимались не единожды. В 18 веке Академии наук многих стран поручали своим ученым придумать более-менее универсальную и понятную систему обозначения химических элементов и веществ. Парижские ученые Гассенфрац и Аде предложили изображать металлы кругами с буквами в центре. Для водорода, серы, фосфора и углерода предлагались полукружья в разных положениях: ᴖ — фосфор, ᴗ — сера. Теплород (раньше считали, что существует такой флюид), кислород и азот обозначались прямыми линиями в разных положениях.

В результате химикам удалось получить достаточно неплохую систему, с помощью которой можно было записать до 30 тысяч элементов и соединений, но были у нее и недостатки. Во-первых, таким образом можно было записать сложные вещества, состоящие не более чем из трех элементов. Во-вторых, правильно записать элемент или соединение было не так-то просто — не все обладали талантами чертежника. И наконец, в палочках, кружочках и прямоугольниках легко было запутаться.

Берцелиус кардинально пересмотрел взгляд на то, как следует изображать химические символы. Он отказался от рисованных знаков, предложив систему сокращений названий элементов. Свой подход он объяснил тем, что сокращенное слово записать проще, чем нарисовать знак. Оно быстро запоминается, тексты получаются аккуратнее, их легче печатать. Причем сокращение можно изображать шрифтом такого же размера, как и текст, в то время как знаки приходится делать крупнее для более легкого распознавания.

Великий химик предложил обозначать элементы первой буквой латинского названия. Например, Н — водород от hydrogenium, Р — фосфор от phosphorus. В случае необходимости, к первой заглавной букве добавлялась вторая строчная буква: Si — кремний от silicium; Sb — сурьма от stibium; Sn — олово от stannum. Просто сокращение обозначало один атом. Цифровой индекс справа и снизу давал понять о количестве атомов, содержащихся в веществе. Правда, первоначально индекс располагался в верхнем углу. Но потом немецкие химики предложили перенести его вниз, и формула воды стала записываться в привычном для нас виде Н₂О. Таким образом, записи химических реакций и соединений стали универсальны, понятны, приобрели математическую точность.

Не все ученые сразу приняли методику Берцелиуса, но большинству понравилась стройная и простая для понимания система. Она была опубликована в 1814 году, и уже к середине 19-го века считалась общепринятой.

Источник

Из истории химического языка

Не менее таинственной кажется незнакомому с химией человеку химическая символика — латинские буквы разной величины, цифры, стрелки, плюсы, точки, запятые, сложные фигуры и сочетания из букв и черточек. А знающему химию хорошо известно, какие возможности, какие удобства и какую экономию времени дает умелое пользование современным химическим языком, одинаково понятным химику любой национальности.

Не нужно, однако, думать, что этот в высшей степени удобный язык появился сразу в своей современной совершенной форме. Нет, он, как и все на свете, имеет свою историю, и историю длинную, которая тянется уже свыше двух тысячелетий.

Перенесемся мысленно на солнечные берега Средиземного моря — в египетский порт Александрию. Это один из древнейших городов мира, он был основан еще Александром Македонским за триста с лишним лет до нашей эры. Вскоре после своего основания этот город сделался важнейшим культурным центром Средиземного моря. Достаточно сказать, что знаменитая александрийская библиотека, сожженная религиозными изуверами-христианами в 47 году н. э., содержала 700 тыс. томов сочинений по различным отраслям знания, в том числе и по химии.

Металлургия, выделка стекла, окраска тканей и другие химические производства, развитые в древнем Египте, дали много эмпирического материала, который пытались обобщить и систематизировать греческие и арабские ученые, привлекавшиеся в Александрию ее культурными ценностями. По счастью, некоторые памятники этой культуры уцелели от варварского разгрома христианами, в том числе и некоторые сочинения по химии. Уцелели, несмотря на то, что в 296 г. н, э. римский император Диоклетиан в специальном указе, где, кстати сказать, впервые официально упоминается слово «химиям», предписал сжечь в Александрии все книги по химии.

И вот, в сочинениях александрийских авторов мы встречаем уже химическую символику. Взглянув на рис. 1, читатель увидит, насколько проще для запоминания наши современные химические знаки, чем эта символика. Однако здесь уже применяется иногда тот же прием, которым пользуемся и мы: символы уксуса, соли, мышьяка получились путем сокращения соответствующих греческих слов.

Сложнее обстоит дело с металлами. Известные тогда металлы были посвящены небесным светилам: золото — Солнцу, серебро — Луне, медь — Венере, ртуть — Меркурию, железо — Марсу, олово — Юпитеру и свинец — Сатурну. Поэтому металлы обозначаются здесь знаками соответствующих планет. Из этого ассоциирования металлов с планетами следовало, между прочим, что раньше, чем предпринимать с данным металлом какие-нибудь химические операции, нужно было справиться о расположении на небе соответствующей «планеты-покровительницы».

Преемниками химиков древнего мира сделались алхимики, которые переняли и сопоставление металлов с планетами. Интересно отметить, что следы этого остались даже в некоторых современных химических названиях: так, ртуть на английском, французском и испанском языках называется меркурием (mercurg, mercure, mercurio). Однако накопление химических фактов и открытие многих новых веществ вызвало развитие особой алхимической символики (рис. 2). Эта символика, державшаяся много веков, была не более удобной для запоминания, чем александрийская; кроме того, она не отличалась ни выдержанностью ни единообразием.

Попытка создания рациональной химической символики была сделана лишь в конце XVIII столетия знаменитым Джоном Дальтоном, основателем химической атомистики. Он ввел особые знаки для каждого известного в то время химического элемента (рис. 3). При этом он сделал очень важное уточнение, которое легло в основу современной химической символики: определенным знаком Дальтон обозначал не данный элемент вообще, а один атом этого элемента. Химические соединения Дальтон обозначал (как это делается и теперь) комбинацией значков, входящих в данное соединение элементов; при этом число значков соответствовало числу атомов того или иного элемента в «сложном атоме», т. е. о молекуле соединения.

Приведенные рисунки показывают, однако, что и значки Дальтона не представляли особенных удобств для запоминания, не говоря уже о том, что формулы более сложных соединений делаются при этой системе очень громоздкими. Но, рассматривая значки Дальтона, можно заметить одну интересную подробность: некоторые элементы Дальтон обозначал поставленными в кружках начальными буквами их английских названий — железо (iron), медь (copper) и др. Вот на эту-то подробность и обратил внимание создатель современного химического языка Якоб Берцелиус, тот самый Берцелиус, которому гимназическое начальство в выпускном аттестате написало, что он «оправдал лишь сомнительные надежды», и который впоследствии сделался известнейшим химиком своего времени.

Берцелиус предложил обозначать химические элементы первой латинской буквой их названий, взятых обычно из латинского или греческого языка. Если с одной и той же буквы начинаются названия нескольких элементов, то один из них обозначается одной буквой (например углерод С), а остальные двумя (кальций Са, кадмий Cd, церий Се, цезий Cs, кобальт Со и т. д.). При этом, как и у Дальтона, символ элемента имеет строго количественное значение: он обозначает один атом данного элемента и в то же время столько весовых единиц этого элемента, сколько единиц содержит его атомный вес. Например, знак О обозначает один атом кислорода и 16 вес. ед. кислорода, знак N— один атом азота и 14,008 вес. ед. азота и т. д.

Нет ничего проще, чем написать формулу химического соединения по системе Берцелиуса. Для этого не нужно громоздить один возле другого большое число кружков, как у Дальтона, а следует лишь написать рядом символы элементов, входящих в состав данного соединения, справа же внизу, около каждого символа маленькой цифрой отметить число атомов этого элемента в молекуле (единица опускается): вода — Н₂О, серная кислота — H₂SO₄, бертолетовая соль — КСIO₃ и т. п. Такая формула сразу показывает, из каких элементов состоит молекула данного соединения, сколько атомов каждого элемента входит в ее состав и каковы весовые соотношения элементов в молекуле.

С помощью таких формул просто и наглядно изображаются особыми уравнениями химические реакции. Принцип составления таких уравнений установил еще знаменитый Лавуазье, который писал:

Если х — кислота неизвестной соли и у — неизвестное основание, я записываю: х [+] у [+] серная кислота = азотная кислота [+] купоросный камень = азотная кислота [+] серная кислота [+] едкий поташ.

Отсюда я заключаю: х = азотной кислоте, у = едкому поташу, а первоначальная соль была селитра».

Теперь мы запишем эту химическую реакцию по системе Берцелиуса просто:

И как много говорит эта маленькая строчка знаков и: цифр химику любой национальности. Он сразу видит, какие вещества являются исходными в реакции, какие вещества представляют ее продукты, каков качественный и количественный состав этих веществ; с помощью таблички атомных весов и несложных вычислений он быстро определит, сколько исходных веществ необходимо взять, чтобы получить определенное количество нужного ему вещества, и т. д.

Система химической символики, разработанная Берцелиусом, сказалась настолько целесообразной, что она сохраняется вплоть до настоящего времени. Однако химия не стоит на месте, она бурно развивается, в ней постоянно появляются новые факты и понятия, которые, естественно, находят свое отражение к в химической символике.

Расцвет органической химии вызвал появление формул строения химических соединений, формул, часто сложных по виду, но в то же время удивительно стройных и наглядных, говорящих умеющему в них разобраться человеку гораздо больше, чем многие строки и даже страницы текста. Например, символ бензола , кажущийся на первый взгляд искусственным и как будто напоминающим алхимического дракона, пожирающего собственный хвост, оказался настолько верно отражающим основные свойства этого соединения и его производных, что новейшие кристаллографические исследования блестяще подтвердили фактическое существование представленной этим символом комбинации атомов.

Еще во времена Берцелиуса в химии появились было знаки вроде Са, Fe» и т. п., но они вскоре исчезли и воскресли снова лишь после утверждения в химии теории Аррениуса об электролитической диссоциации. Берцелиус первоначально обозначал точками количество кислородных атомов, связанных с данным элементом, а запятыми — количество атомов серы; таким образом символ Са обозначал окись кальция (CaO), а символ Fe» — двусернистое железо (FeS₂). Дольше всего эти знаки держалась в минералогии, но в конце концов и там точки и запятые были заменены современными символами кислорода и серы. Теперь точки и запятые около символа атомов (или трупп атомов) имеют совсем другое значение: они обозначают положительно или отрицательно заряженные ионы, т. е, потерявшие шли присоединившие один или несколько электронов атомы (или группы атомов). Ионные уравнения еще более упрощают изображение сущности ряда химических реакций; например, любая реакция образования из растворов различных солей осадка хлористого серебра изобразится простым: и наглядным ионным уравнением:

На наших глазах появился и завоевал себе права гражданства новый вид химической символики, отражающий удивительные достижения последних лет в области раскрытия тайн структуры атомов и превращения элементов. Еще совсем недавно любого химика привели бы в полнейшее недоумение формулы вроде следующих:

Теперь мы знаем, что здесь маленькие цифры внизу у символа элемента попрежнему обозначают число атомов данного элемента в молекуле, а маленькие цифры вверху — атомный вес соответствующего изотопа (изотопами называются элементы, одинаковые по химическим свойствам, т. е. по заряду ядра, но обладающие различными атомными весами). А уравнение

говорит нам, что при бомбардировке азота альфа-частицами (ядрами атомов гелия) некоторые его атомы превращаются в изотоп кислорода с атомным весом 17; цифры внизу здесь уже обозначают порядковые числа или, другими словами, величину положительного заряда ядра атома соответствующего элемента.

В некоторых из этих уравнений встречаются символы, которых не было ни в одной книге по химии всего несколько лет тому назад:

Первый из них обозначает протон [+] (положительно заряженное ядро атома протия, т. е. водорода с атомным весом 1), второй — нейтрон (нейтральная частица с массой протона), третий — позитрон (частица, сходная по массе с электроном, но имеющая положительный заряд).

Приведенные в последних примерах значки и цифры символизируют удивительнейшие достижения современной науки, о которых едва ли мог и мечтать талантливый создатель основ принятого теперь интернационального химического языка.

Источник