ГЕМФРИ ДЭВИ

(1778—1829)

В одной из записных книжек англий­ский химик Гемфри Дэви заметил: «Я не могу сослаться для своей характе­ристики ни на богатство, ни на власть, ни на знатное происхождение; и одна­ко же... я надеюсь быть не менее полез­ным для человечества и моих друзей, чем в том случае, если бы я был наде­лён всеми этими преимуществами».

Бедность не позволила Дэви полу­чить высшее образование. Он закончил (в 1795 г.) только среднюю школу. А знания по химии почерпнул из недав­но переведённого на английский «На­чального курса химии» А. А. Лавуазье. Его увлекла идея великого француза о материальной природе света. Первое «научное предположение» Дэви за­ключалось в том, что кислород — со­единение света с некоторым неизвест­ным элементом. Соответствующая статья даже была опубликована, хотя впоследствии учёный горько об этом сожалел. Тем не менее его в 1798 г. пригласили на должность химика в Пневматический институт в Бристоле. Там велись работы по изучению фи­зиологического действия различных газов. Здесь-то Дэви и сделал своё пер­вое настоящее открытие: обнаружил опьяняющее действие на человека од­ного из оксидов азота (веселящего га­за N₂O).

В начале 70-х гг. XX в. в некоторых американских и английских клиниках наблюдались странные явления. Время от времени из раковин раздавались звуки, напоминающие пистолетные вы­стрелы, а в одном случае неожиданно взорвалась сливная трубка. К счастью, никто не пострадал. Расследование показало, что виновником всего этого был очень слабый (0,01%) раствор азида натрия NaN₃, который использо­вали в качестве консерванта физиоло­гических растворов. Излишки раство­ра азида в течение многих месяцев, а то и лет сливали в раковины — иногда до 2 л в день.

Щелочные металлы представляют со­бой серебристо-белые (литий, нат­рий, калий, рубидий) или желтоватые (цезий) вещества с металлическим блеском, с низкими температурами плавления и кипения. Цезий, находя­щийся в запаянной ампуле, легко пла­вится в руке (t_пл=29°С), натрий пере­ходит в жидкое состояние при 98°С. Все щелочные металлы чрезвычай­но активны. Литий и натрий на возду­хе мгновенно покрываются плотной плёнкой кислородных соединений, но загораются лишь при нагревании, а калий, рубидий и цезий — уже при комнатной температуре. Поэтому хра­нят щелочные металлы под слоем керосина или в запаянных сосудах. Ин­тересно, что продуктами их горения на воздухе (за исключением лития) являются не оксиды, а пероксиды (в случае натрия) и надпероксиды (в случае калия, рубидия и цезия).

Взаимодействие калия с водой.

В свободном состоянии эти элементы... представляют металлы мягкие, быстро окисляющиеся на влажном воздухе, разлагающие воду при обыкновенной темпе­ратуре... Металлы, столь сходные по реакциям с натрием, носят название щелочных.

Д. И. Менделеев. «Основы химии»

Важным химическим продуктом с глубокой древности являлась зола. Мылкий раствор, образующийся при кипячении золы с водой (щёлок), был первым моющим средством, соз­данным человеком. В Средние века люди научились выделять из золы со­единения, которые и делали её рас­твор мылким, — соду и поташ (сейчас известно, что это карбонаты натрия и калия). Долгое время названия этих двух солей означали лишь разные ви­ды золы: поташом или кали называ­ли золу, остающуюся после сгорания древесины, соломы, камыша и папо­ротника (такая зола богата солями ка­лия), а содой или натроном — золу других травянистых растений, на­пример солероса, — в ней преоблада­ют соли натрия.

На Руси производство поташа су­ществовало уже в XI в. Золу, образу­ющуюся при сжигании соломы или древесины, обрабатывали водой, а полученный раствор после фильтро­вания выпаривали. Сухой остаток помимо карбоната калия содержал сульфат калия K₂SO₄, соду и хлорид калия KCl.

Почти в каждой домашней аптечке имеется пузырёк 3-процентного раст­вора перекиси — пероксида водорода Н₂О₂. Его используют для дезинфекции ран, остановки кровотечений.

Каков механизм действия препара­та? Входящий в состав плазмы крови фермент каталаза (белок, содержащий железо) вызывает каталитическое раз­ложение пероксида:

2Н₂О₂=2Н₂О + О₂­.

Выделяющийся при этом кислород уби­вает микроорганизмы и закупоривает сосуды, тем самым способствуя пре­кращению кровотечения. Интересно, что реакция разложения пероксида ускоряется и при внесении в раствор некоторых соединений переходных ме­таллов, например оксида марганца (IV) MnO₂, дихромата калия К₂Сr₂О₇.

С кислородом воздуха водород образует взрывчатую смесь — гремучий газ. Поэтому при работе с водородом необходимо соблюдать особую осторож­ность. Прежде чем поджечь, его надо предварительно проверить на чис­тоту. Для этого водородом наполняют небольшую пробирку (так как он лег­че воздуха, достаточно перевернуть её вверх дном) и отверстием подносят к пламени горелки. Чистый водород сгорает почти бесшумно, а в смеси с воздухом издаёт характерный громкий хлопок. Взрыв гремучего газа в про­бирке не представляет опасности для экспериментатора, однако при исполь­зовании плоскодонной колбы, стакана или посуды из толстого стекла мож­но серьёзно пострадать.

Вот какая история произошла с французским химиком, директором Парижского музея науки Пилатром де Розье (1756—1785). Как-то он ре­шил проверить, что будет, если вдохнуть водород; до него никто такого экс­перимента не проводил. Не заметив никакого эффекта, учёный решил убе­диться, проник ли водород в лёгкие. Он ещё раз глубоко вдохнул этот газ, а затем выдохнул его на огонь свечи, ожидая увидеть вспышку пламени. Од­нако водород в лёгких экспериментатора смешался с воздухом, и произо­шёл сильный взрыв. «Я думал, что у меня вылетели все зубы вместе с кор­нями» — так Розье характеризовал испытанные ощущения. Впрочем, он остался очень доволен опытом, который чуть не стоил ему жизни.

Кстати сказать, это был не единственный отчаянно смелый поступок учёного. В ноябре 1783 г. он впервые в мире (в сопровождении армей­ского офицера маркиза д'Арланда) отважился совершить путешествие на воздушном шаре, поднявшись на высоту 1 км и пролетев за 25 минут око­ло 10 км. И всё же тяга к риску стоила химику жизни. В июне 1785 г. Розье решил перелететь пролив Ла-Манш, но шар загорелся, и учёный, не достигший и 30-летнего возраста, погиб.

Атомарный водород — гораздо более сильный восстановитель, чем обыч­ный, состоящий из молекул Н₂. Так нельзя ли получить его нагреванием мо­лекулярного водорода? Оказывается, распад молекул водорода на атомы (термическая диссоциация) начинается лишь при температурах порядка 2000 °С — настолько прочной является молекула Н₂. Работать с этим газом при таких температурах в лабораторных условиях практически невозможно. Однако уже давно было замечено, что водород, выделяющийся при раз­ложении водой амальгамы натрия, а также при взаимодействии активных металлов (в частности, цинка) с кислотами, по восстановительной способ­ности превосходит молекулярный. Даже при комнатной температуре он легко восстанавливает соли многих переходных металлов до низших сте­пеней окисления, например хлорид хрома(III) до хлорида хрома(II):

2CrCI₃+2Zn+2HCl=2CrCl₂+2ZnCl₂+Н₂­.

Если же пропускать через раствор ток водорода из баллона или из ап­парата Киппа, то восстановление не протекает. Это объясняется тем, что газ, непосредственно образующийся в ходе реакции, содержит неболь­шое количество атомарного водорода. Именно он первоначально выде­ляется на поверхности цинка, и затем атомы тут же, в растворе, рекомбинируют в молекулы: Zn+2Н⁺=Zn²⁺+2[Н], 2[Н]=Н₂­.

Такой активный водород называют водородом в момент выделения (лат. in statu nascendi).

ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ МЕНДЕЛЕЕВ

(1834—1907)

«Твой папа вот какой: он давно ВСЁ зна­ет, что бывает на свете. Во всё проник. Не укрывается от него ничего. Его зна­ние самое полное. Оно происходит от гениальности, у простых людей такого не бывает», — прочла невеста Александ­ра Блока Любовь Менделеева в его письме от 15 мая 1903 г. «Из всех при­знаков, отличающих гениальность и её проявление, два, кажется, являются наи­более показательными: это, во-первых, способность охватывать и объединять широкие области знания и, во-вторых, способность к резким скачкам мысли, к неожиданному сближению фактов и понятий, которые для обыкновенного смертного кажутся далеко стоящими друг от друга и ничем не связанными... Эти черты мы как раз и находим у Мен­делеева» — так писал Лев Александро­вич Чугаев в начале 20-х гг. XX в.

Принято считать, что периодический закон был открыт Дмитрием Иванови­чем Менделеевым 1 марта (17 февра­ля по старому стилю) 1869 г. Эта дата стала привычной. А в действительно­сти тогда имело место другое событие.

Тридцатилетний профессор Санкт-Петербургского университета к вече­ру этого дня завершил разработку таблицы «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и хи­мическом сходстве».

Этот небольшой листок обычной писчей бумаги относится к числу наиболее ценных документов в исто­рии человечества. Ныне он хранится в Музее-архиве Д. И. Менделеева при Санкт-Петербургском университете. Учёный отпечатал в типографии от­тиски «Опыта системы...» с заглавия­ми на русском и французском языках и разослал их своим отечествен­ным и зарубежным коллегам. Внизу оттиска на французском языке стоя­ла дата по европейскому календарю: «1.Ш. 69». Вот почему, вероятно, с ней и стали связывать открытие пе­риодического закона.

Не зная состава различных веществ, алхимики давали им произвольные названия, нередко очень длинные, не­удобные для произношения и трудно запоминаемые. Одно и то же вещест­во могло иметь несколько имён. На­пример, к концу XVIII в. для сульфата меди существовало четыре названия, для карбоната меди — десять, для уг­лекислого газа — двенадцать.

Некоторые названия химики ещё помнят, другие канули в Лету, и даже не всякий специалист по истории на­уки скажет, что такое «пригорело-дре­весная соль» (а это ацетат кальция, извлекаемый из продуктов сухой пе­регонки древесины) или «философ­ская шерсть» (оксид цинка, который алхимики получали в виде рыхлого

Роль центрального атома в комплек­се способен играть любой элемент. Чаще всего это переходные металлы, степень окисления которых может быть различной, даже отрицатель­ной. Так, например, хром проявляет все степени окисления от —2 до +6: Na₂[Cr(CO)₅], Na₂[Cr₂(CO)₁₀], Cr(CO)₆, K₃[Cr(CN)₄], [Cr(NH₃)₆]Cl₂, [Cr(H₂O)₆]Cl₃, K₂[CrF₆], K₃[СrО₄], K₂[СrО₄].

Неметаллы, выступающие в качест­ве центральных атомов, тоже могут

иметь разную степень окисления. Так, кремний(IV) образует фторосиликат K₂[SiF₆]; хлор(0) — гидрат [Сl₂•(Н₂О)_б], полученный ещё Фараде­ем; иод, помещённый в раствор иодида калия, — комплекс К[I(I₂)₃], в кото­ром центральный атом имеет степень окисления -1.

В качестве нейтральных лигандов чаще всего выступают СО, Н₂О и NH₃ (они входят в состав карбонилов, аквакомплексов и аммиакатов соответ­ственно). Возможны и смешанно-лигандные комплексы, например [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺. Известно множе­ство незаряженных органических лигандов: амины RNH₂, фосфины R₃P, ароматические соединения (бензол, пиридин) и т. д. Чаще же встречают­ся заряженные лиганды: галогениданионы, ОН^-, CN^-, NO₂^-, ONO^- и т. д.

Такой «общей руководящей идеей» стала разработанная к 1893 г. швей­царским химиком Альфредом Вернером теория строения комплексных (или координационных) соединений.

Вернер разделил все неорганиче­ские вещества на так называемые со­единения первого и высшего поряд­ка. К соединениям первого порядка он отнёс главным образом достаточ­но простые по своей структуре веще­ства (Н₂О, NaCl, PCl₃). Соединениями высшего порядка учёный предложил считать продукты взаимодействия между собой соединений первого порядка — кристаллогидраты, амми­акаты, полисульфиды, двойные соли, а также комплексные соединения.

Комплексное соединение, по Вернеру, должно иметь в своей структу­ре центральный атом (ион), который равномерно окружён различными ионами или нейтральными молекула­ми, позднее их назвали лигандами (от лат. ligare — «связывать»). Число донорных атомов лигандов, непо­средственно связанных с централь­ным атомом, называется его коорди­национным числом.