От алхимиков древних к химии наших дней
Статья из первого номера интереснейшего альманаха "Атеистические чтения", за авторством В. Астаховой. Т.к. это первый номер альманаха, то он по всем правилам вышел несколько куцым (ну мне так показалось), особенно в сравнении с поздними номерами.
Данная статья не такая уж интересная, но тем не менее, пусть будет. Хотя бы для напоминания об "Атеистических чтениях". Статья начинается с истории алхимии и алхимических опытов в средние века и заканчивается современной "алхимией" (на момент 1966 года).
Кстати, встречал мнение, что все магические и алхимические труды – это всего лишь зашифрованные от лютующей в те времена инквизиции философские воззрения, и воспринимать все эти рецепты "в лоб" - ошибка.
Неужели старинная мечта алхимиков о превращении простых веществ друг в друга близка к осуществлению?
Н. А. Морозов. В поисках философского камня
Варварство римского императора.
Когда в 296 году н. з римский император Диоклетиан захватил главный порт Египта на Средиземном море Александрию, в городе находилась крупнейшая библиотека древности, насчитывавшая около 700 тысяч свитков папируса.
До императора донёсся слух, что среди записей, хранящихся в библиотеке, есть описание секрета, как неблагородные металлы превращать в золото и серебро с помощью чёрной магии. Диоклетиан приказал сжечь эти записи.
Византийский филолог X века Суидас писал по этому поводу: "Химия – приготовление золота и серебра. Книги, описывающие это, были сожжены Диоклетианом. Диоклетиан поступил жестоко с возмутившимися египтянами. Он сжёг давно написанные книги о химии золота и серебра, чтобы богатства египтян не увеличивались благодаря этому искусству и чтобы они, имея деньги, не восстали против римлян".
Так велика была в то время вера в возможность превращения металлов. Как и когда эта вера возникла? Трудно точно ответить не этот вопрос. Известно лишь, что иноземцев, совершавших набеги на египетские земли (эфиопов – в 718 году до н.э., мидян и персов – в 525 году до н. э.), уже в те далекие времена привлекало прежде всего изобилие золота а стране. Они пытались узнать у жрецов место хранения золота и приёмы металлургических операций. Но жрецы не открыли им этих тайн, сообщив лишь некоторые малозначительные секреты "священного искусства" – приёмы хрисопеи, то есть получения золота. Эти приемы сводились к способам добычи золота из кварца при помощи плавней.
Вероятно, впоследствии и сами жрецы, позабыв о происхождении соответствующих рецептов, начали верить в возможность действительного получения золота из других металлов.
Папирус рекомендует обман.
В одной из гробниц египетского города Фивы в начале прошлого столетия был найден папирус, относящийся к III веку н. з.
Он хранится в Лейдене и поэтому называется Лейденским. В нём содержатся 111 рецептов, которыми пользовался в давние времена золотых дел мастер или металлург. Есть а папирусе и рецепты приготовления золота и серебра, но, увы, они сводятся к рекомендации подделок.
Как получать золото? Пожалуйста. Во-первых, путем получения сплавов, похожих по цвету на золото или серебро. Во-вторых, путем окраски поверхности металла для придания ему вида золота или серебра.
Так, беление меди достигается нагреванием её с минералами, содержащими мышьяк; удвоение веса серебра состоит в сплавлении с оловом или свинцом, взятыми в таких отношениях, чтобы внешний вид серебра остался без видимого изменения...
Поистине "божественное искусство"!
Отцом химии, как свидетельствуют древние египетские письмена, был Гермес Трисмегистус (легендарный Гермес Триждывеликий). Отсюда и химию называли "герметической наукой". Позже арабы, познакомившись с химией египтян, назвали эту науку алхимией, прибавив к слову арабскую приставку "ал". И арабы и ученые более позднего времени, не будучи практиками, не понимали смысла наставлений своих предшественников и пытались объяснить, истолковать их сочинения. Это чрезвычайно запутало всё дело. Создалась видимость какого-то таинственного искусства, секреты которого, если бы их удалось раскрыть, сулили разгадавшим их не только получение золота и серебра в неограниченном количестве, но и бессмертие и совершенное счастье путём слияния с "душою мира" и "всеобщим духом".
Эпидемия алхимии.
От арабов увлечение алхимией мало-помалу переходит к испанцам, французам, немцам, а затем стремление найти способ превращения неблагородных металлов в драгоценные, словно эпидемия, охватывает всю Европу.
Жажда богатства вербует ярых алхимиков среди всех классов средневекового общества: среди бедных и богатых, среди знатных и простых людей.
Приверженцами алхимии делаются короли, графы, герцоги, епископы и архиепископы. Алхимики работали почти при каждом императорском дворе, стараясь добыть золото и этим улучшить плачевное состояние казны. Как и прежде, считалось, что получение золота из других металлов – дело вполне возможное и осуществимое. Нужно лишь запастись магическим "философским камнем", поддержкой сверхъестественных сил.
В поисках "философского камня".
Записи алхимиков средневековья были туманны, полны аллегорий, их очень трудно понять. Вот, например, рецепт получения "философского камня" в книге средневекового алхимика Раймунда Луллия:
"Возьми меркурий философов, обжигай его, пока не превратится в зелёного льва. Продолжай обжигание: он превратится в красного льва. На песчаной бане нагрей красного льва с кислым спиртом винограда и выпаривай. Меркурий обратится в род камеди, которую можно резать ножом. Положи камедь в перегонный снаряд и перегоняй: получишь безвкусную жидкость, спирт и красные капли. Стенки перегонного куба покроются, как тенью, легким налётом, а в приборе останется истинный дракон, ибо он съедает свои хвост. Возьми этого черного дракона, разотри его на камне, прикоснись раскалённым углём; он воспламенится: воспроизведешь зелёного льва. Пусть он съест свой хвост. Снова перегоняй: получишь жгучую воду и человеческую кровь – это и есть эликсир".
В 1837 году французский химик Ж. Дюма расшифровал этот рецепт. Меркурий оказался свинцом, зеленый лев – окисью свинца, красный лев – суриком, черный дракон – порошком свинца с углём. Дело сводится к обычной химической реакции – сухой перегонке уксусно-свинцовой соли. Получающиеся органические пригорелые продукты окрашены в бурый цвет. Они могут восстанавливать золото из растворов его солей.
Золочёная виселица для алхимиков.
В середине ХVII века алхимия продолжала жить. Господству её в течение столь долгого периода способствовали прежде всего стремление к легкой добыче золота и серебра, поддержка высокопоставленных и авторитетных лиц и несовершенство тогдашних методов химического анализа, не позволявших утверждать с несомненностью, с каким металлом, благородным или нет, имеет дело исследователь.
Алхимия привлекла к себе массу мошенников и шарлатанов. Их беззастенчивое надувательство заставило заняться вопросом о "философском камне" даже высшие суды. Осуждение или оправдание преступника зависело прежде всего от того, верили или не верили в превращение металлов сами судьи. Судебная практика с XII по XVIII столетие показывает, что существование "философского камня" не подвергалось сомнению и приговоры, произносимые судьями, были мягкими. Обвинение алхимика в мошенничестве, даже будь он пойман на месте преступления, было почти невозможным.
Кроме того, сомнение и вообще всякое враждебное отношение к алхимикам могло быть принято за оскорбление коронованных особ, так как очень многие короли и императоры сами были алхимиками. И всё же нельзя сказать, что большинству алхимиков в те жестокие времена жилось легко. Содержавшие их владетельные князья под страхом смертной казни требовали открытия тайны искусственного приготовления золота. Волей-неволей приходилось изворачиваться: самые честные алхимики, искренне верившие в свою науку, превращались в обманщиков и посредством какого-нибудь немудрёного фокуса якобы получали золото из железа, свинца и т. п. Часто обман раскрывался, алхимик шел на виселицу, а сама алхимия вновь подвергалась великому сомнению.
Коронованные и влиятельные особы жестоко мстили за обман. Князь Вюрцбургский, например, на своем дворе построил выкрашенную в золотой цвет виселицу, на которой вешал алхимиков, не выполнявших своих обещаний.
Разоблачённые заблуждения.
Число веривших в алхимию стало уменьшаться, когда алхимики объявили, что "философский камень" даёт своему владельцу вечную жизнь, что он исцеляет от всех болезней.
Это не случайно. Вначале поверивших в волшебные свойства талисмана было очень много, но вскоре появились шарлатаны, продававшие якобы найденный ими "философский камень". Нашлись 150-летние, 200-летние, даже 1000-летние старцы, сохранившие бодрый, юношеский вид, "возродившиеся к новой жизни". Этого рода заведомый обман было, конечно, не столь сложно обнаружить.
Гораздо труднее было объяснить случаи пресловутого превращения металлов. Это превращение далеко не всегда было надувательством. Иногда результатом алхимических манипуляций действительно являлось золото или серебро. Ведь тогда не было известно, что многие из руд содержат в себе некоторый процент золота. Алхимики, получая после различных перегонок, растворений и накаливаний в тигле крохотный кусочек этого драгоценного металла, вполне искренне полагали, что наконец ими открыт вожделенный "философский камень", превращающий любой металл в золото или серебро.
Сведения о получении золота людьми, далёкими от всяких плутней, сохранились в изобилии. Особенно часто в заблуждение вводили сурьмяная руда и мышьяк.
В 1709 году алхимик Гомберг, расплавляя серебро с сурьмяной рудой, пришел к заключению, что ему посчастливилось обратить серебро в золото.
И действительно, в результате всех его опытов неизменно получалось серебро, содержавшее некоторое количество золота. Только по прошествии длительного времени точный анализ руды показал наконец золотоносность самом руды и, следовательно, заблуждение Гомберга.
Ещё в 1783 году копенгагенский аптекарь Каппель при помощи мышьяка обращал химически чистое серебро в золото, что подтверждали многие из известных химиков того времени.
Четыре года спустя австрийский горный инженер Борн дал объяснение зтому загадочному факту: случайно он сделал наблюдение, что при пользовании мышьяковистой рудой из Зальцбурга действительно получается серебро, содержащее известный процент золота, тогда как применение богемской мышьяковистой руды этого эффекта не даёт. Произведенный Борном анализ показал, что золото в первом случае содержится в самой руде. Таким образом, несовершенство химического анализа и отсутствие наблюдательности помогали алхимии одерживать победы.
Ван Гельмонт и способ получения мышей.
И не только это. Средневековая алхимия отличалась недостатком знаний. Алхимики не имели ни малейшего представления даже о количестве металлов на земле.
Семь металлов создал свет
По числу семи планет
Дал нам космос и добро
Медь, железо, серебро,
Злато, олово, свинец.
Сын мой! Сера – их отец!
И спеши, мой сын узнать:
Всем им ртуть – родная мать...
Из выдающихся алхимиков, глубоко убежденных в существовании "философского камня" и силой своего авторитета приводивших скептиков в молчание, прежде всего замечателен ван Гельмонт (1577–1644). Сам он никогда не мог приготовить "философский камень", но, по его словам, несколько раз получал небольшие кусочки его в готовом виде от некоторых алхимиков. При помощи этих порций он производил превращения металлов. Так, в 1618 году он с помощью "философского камня" будто бы превратил в золото ртуть. Результаты превращения привели ван Гельмонта в такой восторг, что он окрестил своего только что родившегося сына Меркурием.
Ван Гельмонт известен также и тем, что он настойчиво искал химическое вещество "алькагест", способное растворять все вещества без исключения.
Среди своих единомышленников он замечателен оригинальными воззрениями на роль воды в природе и учением о газах. Само слово "газ" принадлежит ему. Он изобрел растворимое стекло (раствор окиси кремния в щелочи), тщательно изучал брожение, и слово "ферменты" также принадлежит ему. Вместе с тем следующий его "опыт" ярко демонстрирует, какими изысканиями занимались средневековые учёные и каков был уровень их знаний. Ван Гельмонт задался вопросом: откуда берутся мыши? С помощью целого ряда специально поставленных экспериментов он убедился, что эти животные появляются в результате совместного кипячения в сосуде грязной рубашки и пшеничной муки!
Этот опыт красноречиво свидетельствует о том, что представляли собой алхимики, и характеризует уровень их исследований.
"Золото, зарытое в винограднике…"
Живучесть алхимии была удивительна несмотря ни на что. Даже в 1819 году существовало так называемое "Герметическое общество" алхимиков, члены которого были рассеяны по всей Европе. Поклонником алхимии до некоторой степени был даже Гёте.
Мы сейчас с полным правом можем рассматривать алхимию как заблуждение человеческого ума. Однако наряду с вредом, который она нанесла людям, алхимия принесла человечеству немалую пользу.
Френсис Бекон, говоря об алхимиках, вспомнил притчу о родителях, завещавших своим сыновьям золото, зарытое где-то в винограднике. Хотя сыновья, перекопав всё вокруг, и не нашли золота, зато они собрали обильный урожай винограда.
Так и алхимики во время поисков "философского камня" а течение веков получили огромное количество новых веществ и сделали ряд важных открытий. Они впервые выделили сурьму, мышьяк, висмут, фосфор, ввели в употребление многие аппараты и инструменты, без которых и сейчас не может обойтись химическая лаборатория. Способ изготовления фарфора, например, был открыт алхимиком Бетгером, заключённым в тюрьму прусским королем Фридрихом I за надувательство с искусственным золотом. В тюрьме-то Бетгер и нашёл фарфор, который обогатил Пруссию, дав ей возможность создать фарфоровую промышленность.
Винченцо Каскариоло, сапожник из Болоньи, увлекавшийся алхимией, обнаружил однажды, что сульфид бария светится в темноте, если перед этим его некоторое время подержать на солнце. Так было открыто явление люминесценции.
Раймунд Луллий и Арнольд Вилланований (XII–XIII века) сделали открытие, что некоторые найденные ими вещества целительно действуют на организм человека. Им, например, принадлежит изобретение серой ртутной мази.
Полумифическая личность – Василий Валентин доказал, что многие вещества, считавшиеся ранее ядовитыми, ядовиты в больших дозах, тогда как в малых они, напротив, полезны. Его заслугой было открытие соляной кислоты и ее свойств. Ему же принадлежит способ выделения из сурьмяной руды металлической сурьмы. И, наконец, он открыл соли свинца, сернокислого железа и т. д.
Золото из ртути получено!
Алхимики, конечно, так и не достигли своей призрачной цели в поисках "философского камня". Но в какой-то мере они предугадали достижения замечательной науки – современной ядерной физики.
Неудачи алхимиков с превращением элементов привели к тому, что человечество впало в другую крайность. В XVII веке, когда начало создаваться современное представление о химических элементах, элементы эти были признаны первичными и неизменными. Считалось, что, сколько их создано всевышним, столько было, есть и будет. Превращение одного элемента в другой признавалось абсолютно невозможным.
Кто же прав? Средневековые алхимики, безуспешно пытавшиеся получить в своих тиглях и ретортах желанное золото, или химики-классики, скрупулезно взвешивавшие на весах с огромным трудом полученные чистые, "единые и неделимые", неизменные элементы?
Оказывается, ни те, ни другие.
Превращение одного элемента в другой возможно, говорим мы сегодня. И этого мало. Мы искусственно получаем такие химические элементы, которых в природе вообще нет. И творцом их является человек, а не бог. Помогают человеку не сверхъестественные силы, а знания.
Сегодня известны тысячи всевозможных ядерных реакций, сотни различных примеров превращения одних элементов в другие. Алхимики прошлых веков позавидовали бы нам. Ведь сейчас мы умеем превращать ртуть в золото.
Правда, это золото было получено я ничтожных количествах и стоило намного дороже природного, но все же получено!
Однако совсем не в получении золота смысл сегодняшних опытов по превращению элементов. Эти опыты лишь один из этапов наступления современного естествознания, направленного на разгадку строения вещества.
Носителем свойств любого элемента является атомное ядро. Именно оно, в не электронные оболочки, с которыми имеют дело химики в обычных химических реакциях, определяет природу элемента. Вот почему древняя мечта человека о превращении одних элементов в другие смогла осуществиться лишь тогда, когда было изучено строение ядра и возникла новая наука – ядерная физика.
Тигли и реторты современных химиков.
Попробуем перенестись мысленно на несколько столетий назад и представить обстановку, в которой работал средневековый алхимик. Его лаборатория выглядела примерно так, как ее описал А. И. Куприн я фантастическом рассказе "Звезда Соломона":
"Больше всего занимал места зияющий черной пастью горн с нависшим челом, сложенный из массивного черного кирпича. Около него сбоку на подставке помещались раздувательные двойные мехи. Один круглый треногий стол был уставлен ретортами, колбами, пробками, тиглями, мензурками, термометрами, весами всяких родов и многими другими инструментами. На многих из хрустальных флакончиков, наполненных порошками и жидкостями, приклеены были этикетки с рисунком мертвой головы и надписью: "Venena" (то есть яд). Другой стол, ясеневый... был завален папирусными свитками, записными книжками, исчерченными и исписанными листами бумаги, линейками, а также книгами всех форматов.
Два предмета на ясеневом столе привлекали особенное внимание: небольшая, в фут длиною, черная палочка; один из концов её обвивала несколько раз золотая змейка с рубиновыми глазами, а также шар, величиной в крупное яблоко, из литого стекла или из полупрозрачного камня, похожего на нефрит, опал или сардоникс. Палочка была тяжела, как свинцовая или налитая ртутью, и чрезвычайно холодна на ощупь. Шар же поражал своей лёгкостью, хотя не было сомнения, что он состоял из сплошной массы. От него исходила странная, точно живая, теплота, и в глубине его, в самом центре, рдел странный, густой и, в зависимости от поворотов около фонаря, то бархатно-зелёный, то тёмно-фиолетовый крошечный огонек...".
В лаборатории современных "алхимиков", конечно, нет волшебных палочек и шаров. Все совершается без волшебства, но, пожалуй, несравнимо сложнее. Какие приборы используют, какие методы применяют при получении новых химических элементов? Как бомбардируют ядра элементов заряжёнными частицами? Что собой представляет "кухня" современных "алхимиков"?
Постараемся коротко ответить на эти вопросы. У современных химиков нет горнов с мехами, но есть ускорители и ядерные реакторы (урановые котлы). Для раскалывания ядер и проникновения в них заряженных частиц необходимо, чтобы эти частицы обладали достаточно большой энергией. Увеличения их энергии до десятков мегаэлектроновольт добились с помощью специальных ускорителей, из которых лучшими оказались циклотроны.
Циклотроны и ядерные реакторы явились настоящими фабриками по изготовлению искусственных радиоактивных изотопов, в том числе изотопов новых элементов.
Однако на циклотронах эти изотопы получаются в ничтожных количествах – до сотых или десятых долей миллиграмма. При помощи ядерных реакторов, правда, удается накапливать вполне весомые количества радиоактивных изотопов.
Но и здесь содержание продуктов ядерных превращений в массе исходного вещества, даже при длительном облучении его, весьма мало и обычно не превышает десятых долей процента.
Поэтому для выделения и исследования радиоактивных изотопов оказывается необходимым химически переработать грандиозные количества исходного вещества. Приходится также меть дело с очень малыми количествами радиоактивных веществ, которые нужно уметь разделить, получить в химически чистом виде, подробно исследовать прежде, чем произойдет их радиоактивный распад.
Все перечисленные задачи успешно решаются сравнительно молодой областью науки – радиационной химией, начало которой положили Мария и Пьер Кюри.
Большую роль в выделении и изучении искусственных химических элементов сыграли и микрометоды, позволяющие оперировать с ничтожными количествами веществ. Развитие микрометодов явилось важным шагом в "мир невесомо малого".
Невозможно представить, с какими мизерными количествами иногда приходится иметь дело радиохимику. Часто учёные взвешивают буквально невидимые образцы на невидимых весах.
Сверхчувствительные микровесы, которыми пользуются современные "алхимики", способны взвешивать "тяжести" до 25 миллиграммов с точностью до 0,02 миллиграмма, то есть до двух стомиллионных долей грамма.
Помните, Куприн упоминает в "Звезде Соломона" весы разных родов? Но уж такие весы, которыми пользуются ученые в наши дни, прежним алхимикам даже и присниться не могли.
Не только взвешивание, но и все прочие манипуляции с микрометодами соединений новых элементов сопряжены с большими трудностями.
Исследуемые растворы приготовляются в специальных микропипетках, в которые жидкость засасывается шприцем. Объем всей рабочей части такой пипетки по крайней мере в 10 раз меньше объема обычной капли. Реакции проводятся в капиллярах диаметром от 0,1 до 1 миллиметра, причем все операции наблюдаются через микроскоп. Даже напрягая воображение, трудно сравнить с ретортой алхимика такое вместилище для реагирующих веществ.
Выпаривание капель растворов и прокаливание осадков производится в очень своеобразном тигле – в кварцевой трубке с платиновым экраном.
При помощи таких микроустановок были впервые изучены химические свойства новых синтетических элементов на образцах, вес которых не превышал стотысячной доли грамма.
Где предел числа элементов?
В таблице Менделеева заполнено уже 104 клетки. Весь заурановый ряд элементов создан искусственно – в природе их нет. Изотопы элементов с номерами от 101 и далее существуют от нескольких минут до нескольких секунд. Так, изотопы элементов 102 и 103 (лауренсий) распадаются через 8 секунд с момента их получения. 8 секунд! Это значит, пока мы сосчитаем до восьми, половина их атомов перестает существовать. Мгновения эти остановить невозможно, и успех работы исследователя зависит от необычайно быстрых методов исследования.
Где же предел возможного числа элементов? Существует ли "последний" элемент? Сколько еще элементов может быть искусственно получено?
Для того чтобы ответить не эти вопросы, надо прежде всего уяснить, что называется получением нового элемента.
Попробуйте доказать, что получен новый элемент, если он распадается раньше, чем удается каким-нибудь способом заметить, что он появился на свет!
Вопрос о пределе числа элементов становится, следовательно, в какой-то степени вопросом быстроты, с которой ученые в состоянии заметить возникновение нового элемента. Для методов чисто химических возможности уже на исходе, но этого нельзя сказать о многих физических способах, позволяющих заметить появление новых изотопов даже на миллионные доли секунды.
Можно полагать, что для самых долговечных изотопов еще хотя бы пяти-шести пока не открытых элементов время жизни окажется достаточно большим, чтобы можно было узнать о том, что они… родились, прежде чем умерли.
Несмотря на трудности, стоящие на пути исследователей, можно надеяться, что все они будут успешно преодолены и мы станем свидетелями новых побед человеческого разума над "хитростями" природы.
– А зачем, собственно, столько сил тратят ученые на исследование новых заурановых элементов, – спросит читатель, – если они так недолговечны?
Пока примеров полезного применения заурановых элементов немного. Но история науки показывает, что ни одна крупица знаний не пропадает даром. Кто знает, может быть, эти элементы найдут применение в таких областях науки, что "и не снилось мудрецам", ни прошлым, ни настоящим, а станет доступно лишь "мудрецам" будущим.