А. Практичні хімічні знання

Донауковий (доалхімічний) період.

Як ми вже зазначали, першою "хімічною" операцією, яку реалізувала колись первісна людина, було використання, а потім і добування вогню. Також до періоду сивої давнини потрібно віднести інші види практичної діяльності людини, які в тій чи іншій мірі були би зв'язані з хімічними перетвореннями, і які виникли задовго до того, як ці дії стали відносити до хімії.

Назвемо такі уміння, як добування та використання металів і сплавів, фарб, виробництво алкогольних напоїв, обробка шкур тварин.

Підставою для таких висновків, які дають можливість робити припущення щодо поширення тих чи інших елементів практичної хімії в різних частинах стародавнього світу є в основному результати археологічних розкопок, де часто знаходять металеві вироби (отже, люди вміли їх витоплювати), скляні або керамічні вироби, зразки фарбованих тканин, оброблені шкури тощо. Цінним матеріалом для таких пошуків є найдавніші манускрипти, ієрогліфні записи, а також зображення на добутих з розкопаних поховань келихах чи іншому посуді. На ньому часто трапляються сцени з життя ремісників відповідної пори, а деякі з них можна розшифрувати як пов'язані з хімічними перетвореннями.

Якщо підсумувати коротко усі ці переважно уривчасті відомості, то можна сказати таке.

Є вагомі підстави гадати, що елементи практичної хімії (ЕПХ) вперше з'явились у Китаї за декілька (3-5) тисячоліть до нової ери. Тоді там вже вміли добувати метали, виготовляти фарби та керамічні вироби.

По сусідству, в Індії, в ті часи також присутні елементи практичної хімії, але в цій країні значно зосереджувалися на розвитку філософських систем, про що ми ще говоритимемо.

Крім народів стародавнього Сходу, ЕПХ в ті або трохи пізніші часи зустрічаються у народів Середземномор'я: фінікійців, греків, персів, вавилонян і − найбільше − у єгиптян. Про останніх треба сказати окремо.

Переважна більшість істориків хімії узгоджено вважає Єгипет тією країною Стародавнього Світу, де завдяки практичним потребам, викликаних високим для того часу рівнем життя, досягненим деякими кастами, були сконцентровані найбільш широко відомі тоді хімічні знання. Типовою ілюстрацією цього є вміння єгиптян бальзамувати трупи. Мумії єгипетських фараонів переважно добре витримали тисячі років зберігання. Підкреслимо, що секрет бальзамування до кінця не розкритий і досі.

Єгиптянам були відомі золотоносні родовища в Східній Африці, яку вони називали Нубією − від "нуб" − золото. Існують грецькі описи єгипетських технологій добування золота рабами. Добуту руду дробили, збагачували і виплавляли залишок, який містив золото. Металургія золота майже без змін перейшла до інших народів, включаючи римлян. У подібний виплавляли срібло. Часто цей метал зустрічається разом із золотом. У давні часи люди не вміли їх розділяти і вважали отриманий сплав окремим металом. У єгиптян він називався "асем", пізніше, у греків − "електрон". Загалом стародавні єгиптяни з металів добували переважно сплав золота і срібла (асем). Це пов'язано з тим, що в самому Єгипті чи в сусідніх країнах не було значних родовищ руд інших металів. Але, наприклад, фінікійці знали про родовища срібла у Вірменії, на Кіпрі, в Іспанії та Сардинії. Там теж добували або чисте срібло (шляхом ліквації його сплавів зі свинцем), або золото.

Попри дорогоцінні метали, важливою для людини була мідь. Греки називали її "халькос", римляни (пізніше) – купрум. Відомо, що мідь зустрічається у вільному стані ще з доісторичних часів (на острові Кіпр ще зафіксоване знайдення злитка масою 420 т). Але мідь також входить і до важливого сплаву, який дав назву цілій епосі у розвитку людства - бронзі (сплав Сu+Sn). Як відомо, цей сплав застосовувався для виготовлення як інструментів чи зброї, так і домашнього посуду, прикрас. Оскільки для отримання бронзи потрібне олово, то стоїть питання, чи було воно відоме людям в бронзову епоху. Більшість дослідників вважає, що чистого олова тоді виплавляти не вміли, а бронзу отримали виплавляючи мідь з руди, яка випадково (або цілеспрямовано) містила й олово. Результатом був сплав, твердіший за мідь і водночас більш легкоплавкий. Бронза, отже, була добута раніше, ніж чисте олово, металургія якого складніша, ніж процес виплавки міді.

Як відомо, після бронзової епохи найбільш уживаним у техніці металом стає залізо. В Єгипті залізо застосовували для виготовлення домашніх речей. У розкопках на території Єгипту серед іншого знайдені і всілякі залізні вироби. Так, у похованнях т. зв. додинастичного періоду (5000 -3400 р. до н.е.) знайдено декілька циліндричних бусинок. Однак, як установлено, вони виготовлені з метеоритного заліза, яке містить домішку 7,5 % нікелю. Це свідчить, що тоді в Єгипті ще не вміли виплавляти залізо. Такий же висновок можна зробити і про пізніший період (кінець XVIII династії, тобто перша половина 14 ст. до н.е.). Так, у гробниці Тутанхамона знайдено вироби із заліза: леза ножів, кинджал, амулет. Археологи схиляються до думки, що то були подарунки фараонові від підлеглих йому царів Західної Азії (в могилу клалися такі подарунки, як доказ для богів, наскільки величним був померлий правитель). Проте є незаперечні свідчення, що в VI ст. до н.е. залізо вже виплавляли в Єгипті (про це свідчать розкопки майстерні на березі Нілу). У тодішніх "плавильних печах" відновити залізо з оксидів не вдавалося, бо максимальна температура, необхідна для виплавки якісних сталі чи чавуну, там не досягалася. Тому єгиптяни добували слабо леговане вуглецем залізо (біля 0,2 % С), яке гартуванню не піддавалося, внаслідок чого попиту для виготовлення інструментів чи зброї не мало. Правда, твердість його можна було підвищити методом цементації, але свідчень про те, що єгиптяни володіли цим методом, немає.

Нерозгадана ще досі і таємниця так званої Кутубської колони в Індії, поблизу м. Делі. Вона поставлена в IX ст. до н.е., виготовлена з практично чистого заліза і важить 6 тонн при висоті 7 метрів. Висока чистота заліза зумовлює те, що колона зовсім не має слідів ржавіння. Як вона виготовлена − незрозуміло. Метеоритне залізо не буває таким чистим, та і зрештою, як його можна було в той час спресувати в колону? Якщо ж виплавили, то як зробили метал таким чистим? Виготовлення таких великих злитків зовсім чистого заліза - це й тепер неабияка задача... В той же час розкопки, проведені в Індії, привели до знахідок стальних предметів, виготовлених кілька тисяч років тому. Все це свідчить про те, що в індійсько-китайському регіоні Індії металургія була в стародавні часи більш розвиненою, ніж у Єгипті.

Свинець виділений людиною пізніше, ніж залізо. Внаслідок своєї м'якості він застосовувався для карбування монет, виготовлення водогінних труб (особливо в Греції та Римі). Тоді люди не знали, що коли крізь такі труби пропливає карбонізована вода (з вмістом СО₂), то свинець, оксидуючись киснем повітря, розчиняється у вигляді плюмбум гідридокарбонату і з питною водою потрапляє в організм, отруюючи його. Тепер установлено, чому в Римі тривалість життя (32 - 35 років) була значно нижчою, ніж у провінції: римляни пили воду зі свинцевого водогону (знайдено свинець у волоссі померлих тодішних римлян).

Грекам і римлянам був відомий і сплав свинцю з оловом – люта (припій). Пліній називає свинець − "чорне олово", а олово − "біле олово". Ймовірно, що випадково був отриманий і важливий сплав міді з цинком − латунь. Проте цікаво, що так звана індійська чаша перського царя Дарія була виготовлена (багато раніше) з латуні. Наші предки дивувалися, що ця чаша блистить як золото і має такий же колір...

Правдоподібно, ртуть стала відомою вперше грекам за декілька століть до нашої ери. Ще до н.е. (в IV ст.) Теофраст указував, що отримати її можна з кіновару (HgS − кіннабаріс ("кров дракона") шляхом зв'язування сірки міддю. У творах інших грецьких філософів є деякі дані про ртуть, наприклад, що вона отруйна і здатна утворювати з іншими металами амальгами.

Гончарне мистецтво розвинулось у народів Стародавнього Світу досить рано. Під час розкопок біля м. Фіви (Єгипет) на стародавніх пам'ятках, яким 4-5 тисяч років, знайдено зображення гончарів та склодувів. Там же знайдені і різнобарвні скляні вази, виготовлені 3-4 тис. років тому. Єгиптяни володіли також мистецтвом нанесення глазурі на гончарні вироби. Домашні декоративні вази були досить розповсюджені і у народів Середземномор'я. Знамениті також і керамічні вироби етрусків. Проте найбільш високоякісні вироби гончарного ремесла, наприклад порцеляна, фарфор уперше виготовлені в стародавньому Китаї.

Правдоподібно, це мистецтво розвинулося спочатку біля місцевості Као-Лін, де є поклади дуже чистої білої глини, яка так і називається − "каолін". Китайці тривалий час тримали у великій таємниці виробництво порцеляни вироби з неї продавали іноземцям лише за великі гроші (на вагу золота). Європейцям лише на початку XVIII ст. вдалося розробити свою технологію виробництва цього чудесного біло-прозорого матеріалу, який переважно застосовують для виготовлення предметів розкоші.

Близько до гончарних виробів за видом сировини і технологією виготовлення стоять цегла, теракота. Вони з'явились у різний час у різних країнах, але найстаріші пам'ятки цього виду знайдено у Вавилоні, Єгипті.

Виготовлення скла теж було відоме стародавнім народам. Найстаріші скляні вироби сягають початків єгипетської та китайської цивілізацій. Греки ознайомилися з виготовленням скла аж у V ст., а римляни − ще пізніше. Римський письменник Пліній повідомляє про спосіб виплавки скла шляхом сплавлення піску з рослинним попелом. При цьому він зазначає, що, додаючи певні речовини, можна отримати кольорові стекла, які нагадують дорогоцінні камені. З розвитком людства та переходу від первісного ладу до більш цивілізованих форм суспільства все більше розвивався потяг людини до краси, що вимагало, зокрема, і зміни кольору тканин, більш шляхетної виробки шкіри тощо. Тому шукали нових способів добування фарб. Зрозуміло, їх добували з різних видів природної сировини, як органічної, так і неорганічної. При цьому багато таких фарб характеризувалися високою стійкістю. Так, фарби, виготовлені в Єгипті біля 4-х тисяч років тому, до цього часу зберегли свою яскравість і міцність. Єгиптяни виробляли чудову блакитну фарбу, сплавляючи скло з солями міді і виливаючи розплавлену масу у холодну воду. При цьому отримувався дуже дрібний порошок стійкого і красивого забарвлення. З інших фарб Пліній, наприклад, називає природні мінеральні речовини охру (Fe₂O₃), сурик (РbО), сиодія (мабуть, нечистий цинк оксид темного кольору).

З природних барвників речовин було засвоєно прийоми добування та фарбування такими, як індиго (темно-синього кольору, з рослини indigofera), марена, пурпур (яскраво-червоний, з крові певних молюсків).

У якості закріплювачів при фарбуванні використовували (як і сьогодні) галуни, зокрема калій алюмосульфат, хоча робили це переважно римляни, а в інших країнах для цього застосовували залізний купорос FeSО₄.

До групи барвників належить віднести також і різноманітні косметичні засоби. Так, єгиптяни вміли виготовляти чорну фарбу для брів, запашні води, парфуми, олії для натирання тіла, лікувальні мазі.

Близько до цього стоїть також технологія обробки шкіри. Вона була відома єгиптянам, індійцям, персам, пізніше також грекам і римлянам.

Перші відомості про способи добування різних харчових продуктів, правдоподібно, люди почали накопичувати вже дуже давно, так що наявні у нас відомості запізнілі. Так чи інакше народи Стародавнього Світу вже дуже давно навчились готувати хліб із зерна злакових культур, алкогольні напої шляхом бродіння фруктових соків, хоча не розуміли, як при цьому утворюється алкоголь та вуглекислота.

З інших алкогольних напоїв було відоме пиво. Люди вміли добувати оцет, різні рослинні та тваринні жири, інші продукти. Цікаво відзначити, що в той час уже було відомо, як стерилізувати воду.

Окрім цього всього, єгиптянам, вавилонянам, персам, індійцям були відомі такі хімічні речовини, як сода, сірка, поташ, вапно, алебастр, мило, нафта, асфальт, гас. Частково вони застосовувались як медичні препарати (сірка, рослинні екстракти, сульфат міді тощо).

Наприкінці необхідно згадати і виготовлення папірусу в Єгипті. Відкриття й удосконалення цього матеріалу мало величезний вплив на розвиток культури та цивілізації взагалі. До того часу писемність практикувалась тільки на керамічних дощечках (клинопис у Вавилоні). Принагідно зазначимо, що до цього часу не розгаданий склад клею, яким давні єгиптяни склеювали волокна папірусної трави. Так чи інакше, багато папірусів із текстами дійшло і до наших днів, тобто не руйнуються вже поверх 4 тис. років...

Отже, ми побачили, що людям Стародавнього Світу було відомо багато різних речовин, способів їх добування та застосування. Звичайно, всі ці знання були добуті або випадково або методом проб і помилок, але кожне наступне покоління накопичувало їх. Це вважалося "мистецтвом", як ми вже зазначали, швидше в розумінні "секретів ремесла", які були відомі, як правило, тільки обмеженому колу осіб, які передавали свої секрети з покоління в покоління. Найбільш яскраво це спостерігається в стародавньому Єгипті. Там уся наука, в тому числі і хімія, вважалася священною. Вона була привілеєм небагатьох − а саме жерців і синів фараонів. Під час розкопок у Єгипті знайдено декілька хімічних лабораторій, які підземними ходами були пов'язані з храмами. Прикладом може слугувати храм Серапіса в Александрії. Незважаючи на високу освіченість (як на той час) жерців, які займалися хімічними експериментами, зрозуміло, що за основу останніх не бралися якісь наукові знання, бо вони просто були в той час відсутні. Усе це замінювалося таємничою містикою. Подібна ситуація була і в Індії, Вавилоні, чи, пізніше, в Греції.

2В. "Хімічні теорії до початку нової ери"

Розглянемо тепер, якими були теоретичні уявлення стародавніх людей про природу, тобто, якою була натурфілософія тих часів. Звичайно, в той період загальний запас знань був (на нашу думку) більш ніж скромним, і натурфілософія просто охоплювала всю науку, без поділу на окремі дисципліни. По суті, тоді наука повинна була пояснювати явища хімічні і фізичні, біохімічні і метеорологічні, соціальні і психологічні. Усе це називалося одним словом − "філософія". На загал нам достатньо добре відомі твори і погляди переважно старогрецьких філософів. Але було би помилкою вважати, що вони були першими, які намагалися пояснити світ у цілому.

Так, ще в XII ст. до н.е. китайські філософи висловили 2 головні положення: про п'ять елементів (вода, вогонь, дерево, золото, земля) та про дві протилежності. Приблизно в цей же період в Індії набули розвитку більш удосконалені філософські уявлення, зокрема про начала, або "елементи" (індійські книги "Веди"). Проте деталей про ці погляди ми майже не знаємо, і, власне, вони не відіграли істотного значення в розвитку наукової думки людства, бо ще перед початком нашої ери ті, високорозвинені в той час, цивілізації прийшли в занепад. Центр філософської думки пересунувся на Захід − до Греції.

Першу, найдавнішу філософську школу в Греції заснував Фалес з Мілету (кінець VII - початок VI ст. до н.е.). Він був ученим широкого профілю, має ряд досягнень з конкретних галузей науки (геометрії, астрономії − встановив тривалість року 365 днів, уперше передбачив сонячне затемнення в 585 р. до н.е. −та інші). Він, як і наступні грецькі філософи, належав до аристократичних кіл суспільства. Цей прошарок з погордою відносився до фізичної праці, якою мали займатись лише раби. Тому ні Фалес, ні його послідовники ніколи не опускалися до постановки експериментів, вважали це ганебним. Вони визнавали лише розробку теорій шляхом напруження мозку, ведення дискусій.

Фалес Мілетський був зарахований до групи "семи мудреців" світу. Він став засновником однієї з найзнаменитіших філософських шкіл Греції − Іонійської (Іонійські острови). Його послідовниками були Анаксимен та Анаксимандр (інші школи − це піфагорійська: Піфагор, математик, та елейська: Ксенофен і Парменід).

Ми не будемо зупинятися на уявленнях кожного зі старогрецьких філософів, а розглянемо погляди тільки тих з них, які так чи інакше пов'язані з будовою речовини, тощо.

У першу чергу важливими постатями тут є Левкіп і Демокріт, яківважаються засновниками грецького атомізму. Атомістичне вчення ґрунтується на 4-х фундаментальних постулатах: 1) Існування пустоти, 2) Багатогранність світу, 3) Можливість перетворень та 4) Існування руху.

Левкіп (жив у V ст. до н.е.). Про нього відомо мало, праці його до нас не дійшли. Але саме він був учителем Демокріта і, безсумнівно, той перейняв від свого попередника основні погляди на світ.

Демокріт (470-357 до н.е.). Відомості про цього вченого скупі, його твори дійшли до нас лише в уривках. Проте ця постать важлива тим, що він, здається, вперше ввів поняття "атом". Крім того, його вчення користувалося великим авторитетом в алхімічний період. Проте у поглядах Демокріта немає нічого про сполуки між різними речовинами (атомами), в цьому його слабкість. У той час поняття про сполуку було звужено до поняття про перетворення, тобто обмежувалося винятково якісною стороною без врахування кількісної.

Для Демокріта атом - це є найменша і неподільна частина будь-якої речовини (простої і складної). Всі атоми подібні, неподільні, нестискувані, не мають ні початку, ні кінця. Різниця між атомами визначається їх величиною, формою і масою. Хоча про це не сказано зовсім ясно, але, ймовірно, припускається, що всі атоми мають однакову густину, але мають різні розміри, тому володіють різною масою. Тобто можна зрозуміти, що всі атоми походять з однієї первинної матерії. Цікаво, що філософська система Демокріта допускала існування пустоти. З цього випливає тезис про неперервність матерії. Важливою у Демокріта є також теза про принцип причинності. Він уважав, що все має свої причини. Так, у своєму русі атоми зіштовхуються, що приводить до чисто механічних явищ.

Епікур (341-270 до н.е.) розвивав атомістичні уявлення Демокріта, але взяв ухил у бік пояснення фізичних сторін поведінки атомів,- їх рухові, відхиленням.

Одночасно з матеріалістично-атомістичними уявленнями в грецькій натурфілософії розвивався напрямок, який узагальнено називається "вченням про елементи". Тут маються на увазі не елементи в теперішньому розумінні, а як складові частини світу.

Так, Анаксагор (460-428 до н.е.) прийпускав, що матерія вічна і знаходиться в стані спокою. Всесвіт безмежний, а матерія − це суміш безмежних "елементів". Ці останні відповідають фізичним властивостям матерії, а не атомам. Так при змішуванні таких якостей, як вологість, сухість, холод і тепло, світло й пітьма, утворюється земля чи ефір.

Подібними були і погляди Емпедокла, який теж відстоював вічність матерії. Всі речовини вічні, а існуюча різноманітність тіл викликана існуванням кількісно різних сполук або "змішуванням" чотирьох "елементів" чи "коренів": земля, вода, повітря і вогонь.

Проти цих поглядів різко виступали представники, що стояли на позиціях чистого ідеалізму, в першу чергу Платон (428-348 до н.е.). Він вважав, що справжнім є світ ідей, а світ речей − вторинним, похідним. Ідеї є прообразами речей, вони існують незалежно від речей. Учень Платона Аристотель (384-322 до н.е.) успадкував ідеалістичні уявлення свого попередника, але в нього з'являються матеріалістичні моменти. Так, він вважав, що матерія існує для форми. Скрізь змінюється лише форма, а матерія незмінна. До чотирьох "елементів" Емпедокла він додав п'ятий, нематеріальний − рух. Першоматерії властиві, за Аристотелем, якості, що сприймаються нашими органами чуттів і попарно протилежні одна одній: тепло і холод, сухість вологість. Комбінуючи ці якості, можна отримати 4 елементи Емпедокла − землю, воду, вогонь і повітря (наприклад: вогонь − це сухість + тепло; вода − вологість + холод тощо).Якщо нагріваємо воду, то забираємо у неї холод і перетворюємо у повітря. Тобто елементи можуть взаємно перетворюватись. Отже, утворення різних речовин зводиться до сполучення різних якостей. У значній мірі це лягло в основу алхімічних теорій про перетворення неблагородних металів на благородні.

3. Алхімічний період.

Цей період почався приблизно в III -IV ст. н.е. і тривав до XVI століття. Тоді хімія виділилася в окрему галузь науки, мета якої полягала в добуванні благородних металів (Au, Ag) з менш цінних металів. Таке завдання було зумовлене і суспільним розвитком людства: населення землі збільшувалося, розвивалися торгові зв'язки, потрібні були більші кількості грошей, мірою яких у той період були дорогоцінні метали. Проте не варто ототожнювати алхімічний період винятково з пошуками філософського каменю (який перетворює метали в золото). Одночасно йшли пошуки еліксиру довголіття, універсального розчинника. Але найважливішим наслідком алхімічного періоду було те, що в процесі цих пошуків тисячі й тисячі алхіміків розв'язували багато практичних хімічних проблем. Ними отримані дані про способи виробництва багатьох продуктів, які користувалися великим попитом, причому організовано вже, як нині кажемо, промислове виробництво (тоді − особливі майстерні).

Дата добавления: 2013-12-14