Содержание АЛХИМИЯ

АЛХИМИЯ
Трудно сказать, где и когда наши далекие предки впервые стали заниматься химией.
Считают, что это случилось примерно пять-шесть тысяч лет тому назад в странах с
древней цивилизацией - Китае, Египте, Индии и Месопотамии (междуречье Тигра и
Евфрата). Уже в то далекое время в этих странах добывали из руд металлы, готовили
краски, обжигали глиняные сосуды, умели находить травы для лечения ран и
болезней.
Слово «алхимия» заимствовано европейцами из арабского языка ‫’( ءايكيكلا‬al-khīmiyā’).
Слово khīmiyā, khemeia произошло, по одной версии, от древнего названия Египта —
Кем, и по-видимому, означало «египетское искусство». По другой, более
распространенной версии, оно произошло от греческого χυμός — сок растения,
соответственно, khemeia означает «искусство выделения соков». Термин "химия"
появился в IV веке н.э. в греческом языке. Возможно (и к этому склоняется
большинство исследователей), это слово происходит от "Кеми" - "Черная страна"; так
в глубокой древности называли Египет.
Арабы-химики ввели в обиход понятие "алхимия". Алхимию считали искусством
превращения неблагородных металлов (железе, свинца, меди) в благородные (золото и
серебро) с помощью особого вещества - "философского камня".
В средние века множество ученых-алхимиков посвящали всю жизнь поискам
философского камня, способного превращать «простые» металлы в золото. В процессе
поисков мифического философского камня, алхимики открыли и описали способы
получения таких важных химических веществ, как серная и соляная кислоты, сурьма,
уксусная кислота и щелочь. Мы решили вспомнить несколько важных открытий,
сделанных алхимиками.
В XVII веке еще не существовало привычных нам химических формул и символов
элементов. В употреблении были странные значки, причем почти каждый химик
пользовался своей собственной системой изображений элементов, соединений и
материалов. К этому времени считалось, что в природе существует только восемь
элементов-металлов (золото, серебро, железо, медь, олово, свинец, ртуть и сурьма) и
два элемента-неметалла (углерод и сера), из которых состоят все остальные вещества.
Одним из первых алхимиков, чье имя дошло до нас, был Болос из Мендеса, города в
дельте Нила, живший в III веке до н.э. Болос искал методы превращения
«неблагородных» металлов в «благородное» золото и был первым, кто сформулировал
идею «трансмутации» металлов, превращения одного металла в другой. В своих
работах он описывает способ получения латуни — сплава меди с цинком золотого
цвета, которую Болос считал разновидностью золота. В принципе, латунь была
известна еще в древности, но Болос был первым, кто задокументировал процесс ее
изготовления.
Интересно, что с латунью, возможно, связана знаменитая легенда о царе Мидасе,
который превращал в золото все, к чему прикасался. Мидас был царем Фригии,
области в современной Турции, богатой месторождениями цинка. В 2007 году
турецкие ученые провели эксперимент: они сконструировали примитивную
плавильную печь, которая могла бы использоваться во времена царя Мидаса,
расплавили в ней руды, встречающиеся в этой местности, разлили расплав в формы и
охладили. В результате получились слитки, очень похожие на золото.
Монах-доминиканец Альберт фон Больштедт (1200 — 1280), более известный как
Альберт Великий был одним из крупнейших европейских алхимиков. В трактате
«Малый алхимический свод» он подробно описывает каустический и известковый
методы получения щелочи, вещества, которое использовалось и используется в том
числе для получения мыла и моющих средств.
« Возьми побольше гнилостной дубовой золы или же, еще лучше, массу, оставшуюся в
результате винного брожения, которой чистят одежду, мелко-мелко измельчи,
прибавь одну шестую часть негашеной извести, перемешай, положи на плотную
ткань, а ткань помести над сосудом из-под вина. Потом примешай в эту массу
окалины и залей сосуд доверху горячей водой. Затем отцеди, покуда полностью не
исчезнет всякая горечь. Слей жидкость и залей вновь свежей водой. Еще раз повтори
[все], чему я тебя только что учил. Помести все фильтраты в тот же сосуд и
оставь до утра. Утром перегони через фильтр. Потом нагревай в небольшом котелке
(caldarium), покуда весь раствор не выпарится, а остаток не отдымит. Дай тому,
что осталось, поостыть. То, что останется, и есть твердый камень, который
называют щелочью, или горькими отбросами.»
В других сочинениях Альберт так подробно описывает свойства мышьяка, что иногда
ему приписывали открытие этого вещества, хотя известно, что по крайней мере
соединения мышьяка были известны еще в древности.
Итальянский алхимик Бонавентура в 1270 году во время экспериментов по поиску
универсального растворителя получил раствор нашатыря в азотной кислоте,
способный растворять золото, «царя металлов». Из-за этого своего свойства вещество
получило название aqua regis, царская водка.
Позднее, в XIV веке, другой способ получения царской водки описал испанский
алхимик, известный нам под именем псевдо-Гебер. Настоящее имя ученого осталось
неизвестным, так как он подписывал свои сочинения именем знаменитого арабского
алхимика Джабира ибн Хайяна, известного в Европе под латинизированным именем
Гебер.
Псевдо-Гебер сделал одно из важнейших открытий средневековой химии — он
первым описал сильные минеральные кислоты, серную и азотную. Их получали из
минералов, а не из веществ растительного происхождения, отсюда название
«минеральные кислоты». Их открытие позволило средневековым ученым осуществить
многие новые реакции и растворить вещества, которые до этого считались
нерастворимыми.
Немецкий алхимик Хенниг Бранд, пытаясь открыть философский камень, в 1669 году
случайно выделил фосфор. Как писал об этом эксперименте Лейбниц: «В своих
исследованиях Бранд столкнулся с… операцией, которая учит, как из мочи
приготовить жидкость [первичную материю], которая способствует вызреванию
кусков серебра до золота».
Для получения этой жидкости Бранд собрал в солдатских казармах несколько бочек
мочи и медленно ее выпарил до получения сиропообразного вещества. Полученную
субстанцию ученый дважды очистил с помощью дистилляции и прокалил с песком и
углем без доступа воздуха. В результате Бранд получил белую пыль, светящуюся в
темноте4. Ученый обрадовался, что получил ту самую «первичную материю», с
помощью которой он сможет получить золото, и назвал вещество «фосфор», по
латыни phosphorus, носитель света.
Алхимик Иоганн Фридрих Беттгер (1682 — 1719) известен тем, что был одним из
изобретателей европейского фарфора. С ранней молодости он увлекался алхимией и
пытался получить философский камень.
В 1701 году в присутствии толпы зевак он провел опыт — золочение серебряных
монет. С этого момента его начали считать искусным алхимиком, который открыл
секрет трансмутации металлов в золото. Слухи о юном таланте быстро дошли до
прусского короля и он велел схватить Беттгера. Вовремя предупрежденный алхимик
уехал в Дрезден под покровительство курфюрста Саксонского, который заточил
Беттгера в замок и заставил проводить эксперименты по получению золота. Опыты,
как нетрудно догадаться, оказались безрезультатными и незадачливому алхимику
грозила тюрьма. К счастью для Беттгера, он интересовался не только трансмутацией
металлов в золото, но приобрел солидные знания по химии, поэтому курфюрст решил
отправить его под начало минералога и владельца стекольного завода графа фон
Чирнхауса, который к тому моменту работал над созданием фарфора.
Надо сказать, что открытие секрета изготовления фарфора сулило не меньшую
выгоду, чем изготовление искусственного золота. С тех пор, как в Европу завезли
фарфор из Китая, он высоко ценился европейской аристократией и стоил огромных
денег. О волшебной силе фарфора распространялись невероятные слухи. Например,
считалось, что фарфоровая чашка обезвреживает любые яды. Веками европейские
ученые безрезультатно пытались найти способ получения фарфора.
Уже через год совместной работы Беттгеру и Чирнхаусу удалось получить твердый
фарфор, выдерживающий высокие температуры. Ученые выяснили, что компонентами
китайского фарфора являются белая глина, каолин, и минерал полевой шпат, при
высоких температурах сплавляющийся в стекло. Также ученые нашли оптимальный
состав компонентов и условий обжига2. Через несколько лет в городе Мейсен была
открыта первая мануфактура по производству фарфора.
После открытия Беттгер надеялся, что курфюрст отпустит его на свободу. Но нет,
теперь ученый был слишком ценным специалистом и мог раскрыть секрет
изготовления фарфора, поэтому надзор за ним только усилили и до самой смерти он
находился под наблюдением.
Зарождение химии
Алхимики несколько веков упорно искали способы получения чудодейственного
вещества, по крупицам накапливали химические знания. В XVI веке начало
развиваться рациональное направление алхимии, основоположниками которого стали
Парацельс (1493 — 1541) и Агрикола (1494 — 1555). Алхимик и врач Парацельс
изготавливал из минералов лекарства и использовал их в своей медицинской практике,
он одним из первых начал использовать препараты ртути, свинца, сурьмы, меди и
мышьяка. Агрикола изучал минералогию и ее возможную связь с медициной.
Первый удар по бесплодным поискам алхимиков был нанесен в XVI веке. Немецкий
врач и химик Теофраст Парацельс призвал всех алхимиков заниматься синтезом
лекарственных средств, а не искать то, чего в природе существовать не может.
И хотя получением золота из металлов интересовались еще в XVII веке Бойль и даже
Ньютон, в целом значение такого рода исследований постепенно уменьшалось. В
результате в XVIII веке она стала наукой, которую сегодня мы называем химией.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ, посещение лаборатории алхимика
Тайны трансмутации
«Болонский фосфор»
Получить болонский фосфор можно слив сульфат бария и хлорид бария и серною
кислоту по уравнению, осадок (белый) отфильтровать, высушить.
ВаСl2+Н2SO4=BaSO4 + 2HCI
К осадку добавить активированный уголь и прокалить на плитке,
BaSO4 + 2C = BaS + 2CO2↑ (осадок черного цвета),
оставить на подоконнике на солнце, можно наблюдать флуоресцентную неяркое
свечение. ( опыт плохо получается )
Соединения бария внес в пламя спиртовки, оно окрасило пламя в зеленый цвет
(качественная реакция на ион бария).
«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 интенсивносиней. Как объяснить эти явления?
№1 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 тетраамин меди II [Cu(NH3)4]SO4: CuSO4 + 4NH3 =
[Cu(NH3)4]SO4
№2. Чтобы получить продукт оазиса Амона надо взхять хлорид аммония и нагреть с
гидроксидом кальция: 2NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3+ CaCl2 + 2H2O
Если к газоотводной трубке поднести палочку смоченную концентрированной
соляной кислотой будем наблюдать «дым без огня» (белые кристаллы NH4Cl).
NH3+HCl = NH4Cl
Если газоотводную трубку с NH3 опустить в раствор медного купороса (CuSO4 )
CuSO4 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]SO4 , получим комплексную соль- сульфат тетраамин
меди (II) – ярко-синего цвета
«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.
№1 К 30-50 г. желтой кровяной соли – гексоцианоферрата (II) калия в 1 литре воды,
разлив по пробиркам и стаканам добавлял несколько кристаллов солей хлорида
марганца (II), цинка, никеля (II), кобальта (II), хрома (III). Оставил в покое на
несколько дней. После этого наблюдал рост кристаллов в виде веток, напоминающих
растения. Аналогично провел опыт с сульфатом меди II. K3[Fe(CN)6]+ CuSO4=KCu
[Fe(CN)6) + К2SO4 (СИНИЙ) Зеленовато-синие водоросли получаются, если добавить
в хлорид никеля (II ) гексацианоферрат (III) калия. K3[Fe(CN)6]+NiCl2= KNi [Fe(CN)6)
+ KCl
№2 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 опускал
речную гальку.
№1 Наливаем на половину объёма сосуда концентрированный раствор сульфата
меди (II) CuSO4. После этого в раствор добавляем 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
№2 Цинк можно заменить алюминием Al, для предотвращения гидролиза сульфата
алюминия Al2(SO4)3, образующегося в реакции: 3CuSO4 + 2Al → Al2(SO4)3 + 3Cu,
к раствору сульфата меди (II) CuSO4 заранее добавим 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 Полная иллюзия превращения одного металла в другой!
Жаль только, что алюминий во времена алхимиков еще не был известен.
№3 В химический стакан положим гальку и гранулы цинка, в другой стакан к гальке
добавим гранулы алюминия и добавил раствор медного купороса CuSO4,
(подкисленный серной кислотой), оставил на время. Со временем наблюдаем
замшелость на дне стакана. CuSO4 + Zn → ZnSO4 + Cu 3CuSO4 + 2Al → Al2(SO4)3 +
3Cu
19«Трансмутация» металла»
Железный гвоздь опустил в раствор медного купороса, через некоторое время
наблюдал выделение чистой красной меди на гвозде. CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu 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 по реакции замещения, где активный металл Fe вытесняет менее активный Cu
из CuSO4), см. ряд напряжения металлов.
«Деревья Сатурна и Юпитера»
К ацетату свинца положил гранулу цинка, затем наблюдал рост кристаллов свинца. А
получить дерево Юпитера не удалось, т.к. нет хлорида олова. Реакция идет :
SnCl2+Zn=ZnCl2+Sn Pb(CН3СОО)2 + Zn → Zn(CН3СОО)2 + Pb
Дополнительные варианты опытов
1. Опыт « Получение вина и молока». В стакан наливаем щелочь. Стеклянной
палочкой, смоченной в фенолфталеине, размешиваем щелочь- раствор становится
малиновым («вино»). Для получения «молока» в один стакан наливаем щелочь, а из
другого стакана приливаем раствор хлорида кальция - раствор становится белым
(«молоко»). Для получения вновь прозрачного раствора (« вода») добавляем в
«молоко» соляную кислоту.
2.Опыт « Воспламенение костра». В фарфоровую чашку насыпаем смесь из равных
частей бертолетовой соли и сахарной пудры, маскируем ее древесными стружками.
Ставим фарфоровую чашку на лист жести. При помощи стеклянной палочки капаем на
смесь концентрированной серной кислотой - « костер» ярко вспыхивает.
3. Опыт «Серебрение монет». В растворе азотной кислоты нужно растворить оксид
ртути(2). В полученный раствор пинцетом осторожно опускаем медную монетку.
После образования равномерного « серебряного» слоя монетку промываем в чашке с
водой.
4. Опыт « Появляющиеся надписи». Письмо пишем разбавленной серной
кислотой. При нагревании вода испарилась, а серная кислота обуглила бумагунаписанные буквы почернели , появился текст.
5. Уксусная кислота отличается от всех кислот тем, что ее пары горят. (Наливает в
две пробирки по 5-6 мл каждой кислоты. Нагрев их на спиртовке до кипения,
поджигает выделяющиеся пары с помощью длинной лучинки.) В одной из пробирок
пары кислоты горят красивым голубым пламенем - это уксусная кислота. Вторая
кислота – муравьиная, так как ее пары не зажглись, а раствор перманганата калия,
прилитый в пробирку с этой кислотой обесцветился.
6. Самовоспламеняющаяся жидкость
Оборудование: глицерин, перманганат калия.
Перманганат калия поместите на асбестовую сетку, а затем из пипетки на него
нанесите глицерин. Через некоторое время глицерин воспламенится.
14KMnO4+3C3H5(OH)3=14MnO2+9CO2+5H2O+14KOH