Химия становится наукой

Алхимики, накопив большой экспериментальный опыт, постепенно начинали понимать, что владеют умением получать многие нужные и полезные вещества. Типичный пример – творчество Иоганна Рудольфа Глаубера (1604–1670), который в молодости изготавливал зеркала, затем занимался алхимией и периодически работал в аптеках. Позже он стал серьезно изучать состав солей и кислот, разработал способы получения серной, азотной, соляной кислот (рис. 9.18). Его экспериментальные успехи заложили основы для научной и промышленной химии. Начинались времена, когда алхимия все теснее связывала свои цели с задачами практической металлургии, горного дела и медицины.

В лабораториях этого времени уже отсутствует обстановка напряженного ожидания алхимического чуда, идет будничная работа (рис. 9.19). Посуда, как правило, керамическая, из стекла изготавливают только реторты.

На рисунке 9.20 показан макет химической лаборатории М.В. Ломоносова, открытой им в 1748 г. в С.-Петербурге. Центральное место занимает печь, которую дополняют различные инструменты для работы с нагретыми предметами, впрочем, чашечные весы находятся на почетном месте.

В начале XVIII в. керамическая посуда постепенно заменяется стеклянной (рис. 9.21).

С годами лабораторная практика позволила создать некоторые стандартные приборы, удовлетворяющие требованиям большинства химиков. На рисунке 9.22 показана небольшая часть таких приборов и дополнительного лабораторного оборудования, использовавшегося в начале ХХ в. Большинство этих приборов и их назначение хорошо знакомы нынешним химикам старшего поколения; примечательно, что в современных лабораториях до сих пор присутствуют и используются некоторые из них. Два последних предмета, показанных на рисунке, практически вышли из употребления – это водяная турбинка, вращающаяся под действием струи воды и перемешивающая реакционную массу, а также ручной вакуумный насос.

К началу XX в. реторту вытеснили из лабораторной практики более совершенные приборы, такие как колба Вюрца и холодильник Либиха. Однако в каталоге «Лабораторная химическая посуда» Центракадемснаба (1963 г.) реторта все же была представлена как выпускаемая продукция. Показанный далеко не полный набор лабораторного оборудования на непосвященных производит сильное впечатление, многим кажется, что даже запомнить назначение всех этих предметов невозможно, однако у работающего химика этой проблемы вообще не возникает.

Лабораторные помещения были разной величины; для занятий начинающих химиков отводили один большой общий зал, где преподавателю было удобно наблюдать за работой учеников, проводивших несложные синтезы, именно этим объясняется отсутствие на показанных снимках вытяжных шкафов (рис. 9.23). Для профессоров, их помощников и других лиц, ведущих самостоятельные исследования, устраивали отдельные небольшие комнаты с вытяжными шкафами.

С исчезновением алхимии интерес к изображению лабораторных помещений у художников постепенно исчез. Эстетически более привлекательными стали интерьеры замка, концертного зала либо мастерская художника или скульптора, нежели химическая лаборатория. Лишь редкие энтузиасты старались запечатлеть на снимках эти, на первый взгляд будничные, помещения, благодаря чему мы можем увидеть, как выглядела лаборатория в первой половине ХХ в. В больших лабораторных помещениях присутствует непременная «икона» химии – таблица Менделеева, вытяжные шкафы становятся неотъемлемым атрибутом интерьера (рис. 9.24).

На снимках, показывающих рабочую обстановку, можно отметить, что строгий «аптечный» порядок на лабораторных столах, как правило, отсутствует. Это неизбежная примета большинства лабораторий, в которых ведут исследовательские работы (рис. 9.25).

К концу ХХ в. внутреннее убранство лабораторий заметно меняется. В практику входят магнитные мешалки с нагревом, электронные весы, роторные испарители, позволяющие проводить отгонку растворителя во вращающейся колбе. Вместо традиционного чугунного штатива с лапками и кольцами чаще используют металлическую решетку, которая дает больше свободы при сборке приборов.

Устройство, называемое линией Шленка, дает возможность проводить эксперименты в атмосфере инертного газа или в вакууме. Для добавления жидкостей и растворов в реакционную емкость используют шприцы, протыкающие резиновые пробки. Различные части приборов соединяются между собой при помощи герметичных шлифов. Реакционный раствор переводят из одного сосуда в другой действием вакуума или давлением инертного газа (рис. 9.26).

Для работы с нестабильными на воздухе соединениями используют также перчаточные камеры (их часто называют боксами), заполненные инертным газом и снабженные увеличивающими окулярами для проведения более точных манипуляций (рис. 9.27).

В работе химика-синтетика заметная часть усилий уходит на доказательство строения вещества. Используемое для этого современное оборудование (разнообразные спектрометры, дифрактометры, электронные, сканирующие и атомно-силовые микроскопы, хроматографы) не только предоставляет исследователю мощные методы исследования, но и весьма эффектно выглядит внешне, однако мы сосредоточим внимание на изображениях, показывающих обстановку, в которой проводят химический синтез.

Официальные снимки в рекламных проспектах передают не рабочую обстановку в лаборатории, а нечто образцово-показательное, при этом интерьер аккуратно «причесан» и изображен с парадной яркостью (рис. 9.28).

В подобных помещениях, вероятнее всего, проводят ряд простых однотипных опытов или серию стандартных анализов. Истинную обстановку в синтетической лаборатории можно увидеть только на некоторых любительских снимках, редких потому, что, как уже было сказано, химики считают, что самое занимательное не внешняя обстановка, а то, что происходит в реакционной колбе. Но именно любительские снимки наиболее интересны.

Объемные вытяжные шкафы с хорошим освещением позволяют собирать приборы любой сложности; подача холодной и горячей воды, инертного газа, сжатого воздуха и вакуума производится по трубам разного цвета. Перегонку растворителей проводят не в колбе Вюрца с наклонным холодильником Либиха, а в более компактных установках, где холодильник расположен вертикально, а конденсат стекает в расположенную сбоку колбу (рис. 9.29).

Непременные атрибуты – роторный испаритель для отгонки растворителя из вращающейся колбы, электронные весы и воздушный пистолет – хитган (напоминающий фен), подающий струю горячего воздуха для нагревания небольших реакционных сосудов или отдельных частей прибора (рис. 9.30).

Примечательно, что популярный прибор всех научных лабораторий – персональный компьютер – на рабочем столе химика чаще всего стоит отдельно. Дело не в том, что химики стараются его уберечь от вредных испарений (все агрессивные и пахучие вещества стоят на полках в вытяжном шкафу), просто на лабораторных столах всегда не хватает места, важнее разместить все необходимое для эксперимента.

Наиболее интересно выглядит рабочий стол у аспиранта третьего года обучения, когда поджимает срок окончания аспирантуры (рис. 9.31). Энтропия (беспорядок) рабочего места довольно высока (почти такая же, как на гравюрах с алхимиками), зато такой снимок гораздо ближе к жизни, нежели различные рекламные проспекты.

Эти снимки современных лабораторий сделаны энтузиастами, которые считают, что, с точки зрения истинного химика, подобные «натюрморты» лишь немного уступают по своей привлекательности живописным работам старых фламандских мастеров с изобилием овощей и фруктов, битой птицы, морских и речных животных (рис. 9.32).

Несмотря на то что живописцы потеряли интерес к рассматриваемой нами теме, отдельные мастера, работы которых скорее ближе к народному творчеству, полагают, что лабораторное оборудование может быть представлено в виде некоего сувенира. Аппарат для дистилляции, называемый в быту самогонным аппаратом, не только изящно оформлен, но и представляет собой действующую настольную модель, способную позабавить взрослых и вызвать интерес у детей, наблюдающих за процессами кипения, бурления и конденсации жидкости (рис. 9.33).

Привычный, хорошо знакомый каждому химику-синтетику интерьер лаборатории и в наши дни вызывает у непосвященных такую же смесь удивления и уважения, как это было у тех, кто попадал в алхимические лаборатории.

Достижения современной химической науки неоспоримы, но, если задуматься, невольно приходишь к мысли, что основные процедуры, сопровождающие получение новых веществ, – смешение реагентов и нагрев с перемешиванием – пришли к нам от наших далеких предшественников.

В конце путешествия по лабораторным помещениям предлагаем вам посмотреть на цветной вклейке два живописных полотна, изображающих алхимиков. Авторы картин – фламандские художники Матеус ван Гельмонт (1623–1679) и Давид Тенирс Младший (1610–1690). В эти картины автор книги намеренно добавил некоторые детали, не соответствующие той эпохе, которая на них изображена. Попробуйте найти в каждой из картин по крайне мере 10 таких несоответствий. Не забудьте, что картины написаны в середине XVII в. (рис. 9.34 и 9.35).

Если задача оказалась трудной, смотрите показанные ниже тексты-подсказки (перевернуты и отражены в зеркале).

Детали, добавленные в первую картину:

Детали, добавленные во вторую картину:

В заключение отметим, что существуют области человеческой деятельности, история которых запечатлена в материальных предметах: например, история архитектуры, автомобилестроения, самолетостроения, холодного и огнестрельного оружия и т. п. Пожалуй, более близкий нам пример – фото- и кинематография, где исторически ценны не только снимки и фильмы, но и оборудование, на котором все это изготавливали.

Историю химии составляют, прежде всего, достижения этой науки – вещества и реакции. Сами вещества, как правило, не представляют исторической ценности; бензол, впервые выделенный Фарадеем, не отличается от «современного» бензола, зато обстановка, в которой он был получен, всегда представляла интерес. История химии достаточно богата и, безусловно, тесно связана с самой наукой.