Открытие химических элементов

Как и когда были открыты первые химические элементы? История открытия элементов уходит в глубокую древность. Когда человек впервые добыл огонь, он стал оставлять в лесах уголь, образовавшийся при сжигании дерева. Первое свое «художественное произведение» человек также сделал кусочком угля на стене пещеры.

История открытия химических элементов

В Каменном веке из камня высекались инструменты и оружие: наконечники для копьев, молотки и ножи. Жители древней Индии достигли замечательных результатов в искусстве обработки природных материалов. Их сосуды были изготовлены из глины, т. е. из соединений алюминия, кремния и кислорода.

Открытие первых металлов

Конечно, в то время ни у кого не возникала мысль, что существуют химические элементы, или что глина и камень состоят из каких-то отдельных частей. Время шло, и человек стал овладевать тем, что окружало его, он начал извлекать элементы из материалов, которые находил в земле, и обрабатывать их. Эту «богатую землю» мы теперь называем рудой.

Галенит, или сульфид свинца,— довольно широко распространенная руда. И древние люди получали свинец из галенита при помощи процесса, который был, по существу, открыт случайно. Из свинцовой руды, смешанной с углем, на костре выделялись капельки чистого металлического свинца.

Другой рудой, известной древнему человеку, была киноварь, или сульфид ртути. При нагревании этой руды происходит химическая реакция, в результате которой образуется чистая ртуть.

Любознательность человека и его способности обрабатывать материалы постепенно росли; он открыл самородную медь и научился извлекать медь и олово из их руд. Смешав медь и олово, он получил бронзу. Это знаменовало столь важный этап в человеческой истории, что мы называем его Бронзовым веком.

В этот период изготавливались замечательные инструменты и оружие, а также чрезвычайно тонкие ювелирные изделия. Отсюда возникла металлургия как наука.

Железный век начался за тысячу лет до нашей эры, с момента открытия выплавки железа. На самом деле железо, видимо, неоднократно открывалось и переоткрывалось и до того времени. Оно впервые было обнаружено в золе больших костров, раскладывавшихся возле скал, содержащих красную руду.

Из железа делали молотки, шила, ключи, гребни и, конечно, оружие. В те времена подъем и падение цивилизации были непосредственно связаны со степенью развития металлургии, с мастерством ремесленников различных народов.

Главное, человек научился извлекать элементы из окружающей природы, из руд, содержащих эти элементы. Первоначально метод был весьма грубым и сводился к использованию тепла и в некоторых случаях угля. Для его реализации требуется только костер, и его, конечно, легко воспроизвести в лаборатории.

Поместим кусочек руды, например свинцовой, на графитовую пластинку и нагреем ее. В результате образуется относительно чистый кусочек свинца.

Как только металл был извлечен из руд, или открыт в чистом виде, как это имело место в случае золота, первобытный человек быстро обнаружил, что металлу можно придавать различную форму. Он научился ковать металл и даже изготавливать тонкие, как листок, пластины.

Затем первобытный человек научился обращаться с некоторыми другими химическими элементами, хотя, конечно, не знал и не подозревал, что имеет дело с элементами.

Естественно, он овладел углеродом в виде угля. Он также знал серу и элементы, которые находятся в природе в самородном состоянии: золото, серебро и медь. Он научился извлекать чистые металлы — медь, ртуть, свинец и олово — из руд.

Но, очевидно, главным достижением человека стало его умение получать металлическое железо из руд. Распространение железа среди некоторых народов определило до некоторой степени размещение центров цивилизации на заре металлургии.

До нашей эры эти девять химических элементов и были известны человеку, они извлекались и использовались вполне сознательно. Если эти элементы разместить в современной периодической таблице, то некоторые из них окажутся весьма близкими по своим химическим свойствам.

Медь, серебро и золото — все они имеют сходные свойства. То же относится к олову и свинцу. Химические символы этих девяти элементов таковы:

  • С (углерод)
  • Си (медь)
  • Аи (золото)
  • S (сера)
  • Ag (серебро)
  • Hg (ртуть)
  • Fe (железо)
  • Sn (олово)
  • РЬ (свинец)

История открытия химических элементов в средние века

Ничего значительного в области открытия химических элементов не было сделано до периода, который называется Средними веками. В эти времена появились алхимики. Они работали с помощью примитивного оборудования — реторт, ступок с пестиками, которые теперь для нас имеют лишь символическое значение.

Алхимики ставили различные опыты, начиная от таких, которые относятся к области магии (например, поиски эликсира жизни), и до экспериментов, которые предшествовали современной химии.

Алхимики часто говорили о «философском камне», с помощью которого они надеялись превращать обычные металлы в золото. Сейчас трудно сказать, что они принимали за это мифическое вещество. Возможно, это не была какая-то определенная вещь и даже не камень. Некоторые историки полагают, что это был сульфид ртути, но другие придерживаются иного мнения.

Если не считать этих бесполезных попыток, то алхимики первыми осуществили ряд важных химических экспериментов. Они, например, извлекали металлы из руд, хотя это и не было чем-то необычным по сравнению с предшествующими достижениями металлургии.

Открытие кислот

Наиболее важным их творением явились кислоты, которые много позднее стали основными продуктами промышленной химии.

Один их эксперимент состоял в нагревании вещества, подобного сульфату железа, и выделении того, что они называли купоросом. Это соединение теперь известно как серная кислота.

Алхимики умели также получать соляную и азотную кислоты и изготовляли другие химикалии: поташ и карбонат натрия, которые позднее оказались важными промышленными продуктами.

Несмотря на их некоторые чуждые нам методы и цели, алхимики заслужили признание, так как они интересовались и теорией, и практическими исследованиями. Те знания, которые они накапливали путем экспериментирования, они пытались систематизировать с помощью записей и зарисовывания своих опытов. Они считали, что элементарными веществами природы являются огонь, земля, вода и воздух, и стремились установить логические отношения между этими четырьмя «элементами». В известном смысле их причудливая схема была предшественницей нашей современной периодической системы.

Открытие мышьяка, сурьмы и висмута

Несомненно, алхимики оказали большое влияние на развитие химии. Они сделали массу открытий и в течение XII-XIV столетий сумели обнаружить три важных химических элемента: мышьяк (As), сурьму (Sb) и висмут (Bi). Все они входят в одно и то же химическое «семейство» и расположены в нашей современной периодической таблице в одной вертикальной колонке.

Сходство между этими тремя элементами показывает, что грубые химические методы алхимиков, вероятно, сводились к одному определенному типу экспериментов, в которых химические свойства определенного типа играли важную роль.

После этого трио (мышьяк, сурьма, висмут) в течение нескольких столетий не было открыто новых элементов, за исключением платины, которая была выделена в Мексике примерно к середине XVI столетия. Ее название происходит от испанского слова и означает «малое серебро».

В XVIII веке платина использовалась, видимо, только для подделки золотых монет. В течение нескольких лет в начале XIX столетия Россия чеканила платиновые монеты.

Ни об одном из тринадцати элементов, известных к середине XVII столетия, мы не знаем, когда и кем он был открыт. То же самое можно сказать и о цинке, который был выделен в чистом виде в конце XVII века или, возможно, несколько раньше.

Но к этому времени наука начала принимать вполне современную форму. Люди стали изучать природу, химию, элементы ради тех знаний, которые можно извлечь из их исследования. Новые открытия регистрировались и публиковались.

Правда, и ученые Древней Греции интересовались наукой ради самой науки. Они даже создали хорошо разработанную атомную теорию, которая во многих отношениях сходна с современной атомной теорией. Однако греческие ученые не любили производить экспериментов, и поэтому их теории так и оставались на бумаге и никогда не развивались.

Открытие фосфора

Первым химическим элементом, который был открыт одним человеком и который действительно может рассматриваться как его детище, оказался фосфор, что означает «носитель света».

Фосфор был открыт алхимиком и торговцем по имени Хенниг Бранд во время поисков им «философского камня», в Гамбурге (Германия) в 1669 г. Бранд получал фосфор из сухого остатка мочи, но держал процесс изготовления в секрете. Он обнаружил, что новое вещество обладает замечательным свойством: оно ярко сияет в темноте, после того как некоторое время выдерживается на свету. Бранд придумал массу забавных фокусов с фосфором и показывал их своим знакомым, неплохо зарабатывая на демонстрации этих опытов. Позднее было установлено, что фосфор является химическим элементом, и он получил свое название.

Кобальт был открыт в 1737 г., а никель четырнадцать лет спустя. Кобальтовые и никелевые руды первоначально ошибочно были приняты за медную руду, а так как из них не удавалось извлечь медь, то считалось, что в этих рудах сидят злые духи. Отсюда их названия — кобальт (домовой) и купферникель (дьявольская медь),’—сохранившиеся и до настоящего времени.

Открытие водорода

Водород легко получить, положив кусочек металла в раствор кислоты, например в соляную кислоту. При этом выделяются пузырьки водорода. Тот факт, что при опускании металла в кислоту образуются пузырьки, был установлен давно, но никому не приходило в голову, что выделяющийся газ отличается от других известных газов.

И только Генри Кавендиш в 1766 .г. изучил свойства газа, образующегося в этой реакции, и точно описал его. Когда позднее выяснилось, что этот газ при сгорании образует воду, он был назван гидрогеном, или воду рождающим (водород).

Открытие азота и кислорода

В 70-е годы XVIII века многие ученые стали производить опыты с обычным воздухом, пытаясь обнаружить, из чего он состоит.

Даниэл Резерфорд открыл, что при горении или дыхании используется только часть данного объема воздуха. Например, если мы зажжем свечу и поместим ее в закрытый сосуд, то свеча некоторое время погорит, а затем погаснет. При горении расходуется часть воздуха, и свеча отказывается гореть в оставшейся части его. Если вместо свечи поместить в сосуд мышь, то и она, использовав часть воздуха, умрет.

Резерфорд исследовал газ, который остается после того, когда гаснет свеча или у мыши останавливается дыхание. Оказалось, что этот газ отличается от обычного воздуха. Он не поддерживает горения, и животные не могут в нем жить.

Одновременно с Резерфордом еще ряд ученых, а именно Кавендиш’ Джозеф Пристли и Карл Шееле проводили подобные работы. Однако Резерфорд был первым, кто точно описал азот. Вот почему именно Резерфорд считается первооткрывателем азота.

Примерно в тот же период многие ученые изучали другой основной компонент воздуха — кислород.

Пристли подогрел красный порошок, окись ртути, сфокусировав на него с помощью линзы пучок света, и обнаружил, что образующийся при этом газ очень эффективно поддерживает горение. Так он открыл кислород.

В действительности шведский химик Шееле произвел подобные эксперименты, видимо, несколько ранее, но он с запозданием опубликовал свою работу.

Затем известный французский ученый Антуан Лавуазье исследовал природу горения. Он показал, что когда металлы, подобные магнию, горят, то они соединяются с кислородом, увеличивая свой вес. Это открытие явилось важным вкладом в химию.

Таким образом, число элементов, известных человеку к середине 70-х годов XVIII века, достигло двадцати.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.