Чтобы стать настоящим волшебником, совсем не обязательно оканчивать Хогвардс, достаточно посетить школьную лабораторию химии. Хранящиеся там реактивы при умелом и безопасном обращении способны подарить незабываемое ощущение чуда.
Вулканы разные бывают Классика среди химических опытов — бихроматный вулкан. Для демонстрации понадобятся ярко-оранжевый порошок бихромата аммония, а также фарфоровая или жестяная чашка, лучина и спички. Уверены, учитель химии поддержит твой интерес и будет рядом с тобой во время проведения опыта. В чашку небольшой горочкой засыпь соль, теперь осталось только поднести зажжённую лучину. И в чашке моментально начнётся настоящее извержение миниатюрного вулкана. Вот так своими действиями ты совершил волшебство, а по сути запустил реакцию, которую можно записать такой формулой:
(NH4 )2 Cr2 O7 = N2 + Cr2 O3 + 4H2 O
Реакция сопровождается одновременно свечением, выделением тепла (экзотермичность), газа и изменением цвета — весь спектр химических превращений в одном «вулканчике». Здорово и то, что опыт безотходный: тёмно-зеленый пористый оксид хрома (III) Cr2 O3 можно собрать и сохранить для других демонстраций.
Другой «вулкан» менее распространён, но не менее впечатляющий. Тебе понадобятся марганцовокислый калий (KMnO4 ) и обычный этанол (C2 H5 OH). Не забудь запастись огнестойкой керамической плиткой, ведь высокие температуры могут оставить некрасивые следы на столе. Ещё одно непременное условие: при проведении опыта должен присутствовать учитель химии. Итак, насыпь небольшой горкой (примерно 6–7 грамм) перманганат калия (KMnO4 ), увлажни его парой-тройкой капель этилового спирта и осторожно поднеси горящую лучину. Стоп! Ты в перчатках, халате и защитных очках? Если нет, то даже не вздумай продолжать опыт! Но если ты настоящий химик и строго соблюдаешь технику безопасности, тогда смело поджигай горку KMnO4 . Бело-фиолетовый фонтан пламени покажет тебе, что стартовала красивая реакция:
2KMnO4 = K2 MnO4 + MnO2 + O2
Интересно, что фиолетовый цвет пламени придают ионы калия, которые входят в состав привычной марганцовки. А вот сам фокус двухступенчатый — сначала ты поджигаешь спирт, а затем он своим теплом инициирует вышенаписанную реакцию разложения KMnO4 .
Химия и время
Пришло время окунуться в химическую терминологию. Итак, «реакция йодных часов» (iodine clock reaction) или реакция Ландольта. Реакция получила имя швейцарского учёного Ганса Генриха Ландольта, именно он в 1882 году прославился на весь мир, исследовав кинетику (динамику) реакции йодной (HIO4 ) и сернистой кислоты (H2 SO3 ). Если в двух словах, то опыт представляет собой магическое превращение прозрачной жидкости в насыщенный синий раствор. И происходить это может по мановению твоей «волшебной палочки». Подготовь для фокуса стеклянные мерные стаканы, аптечный витамин С (аскорбиновая кислота), спиртовой раствор йода (2%), раствор перекиси водорода концентрацией 3%, дистиллированную воду и крахмал. Теперь мерной пипеткой набери 5 мл йодной настойки и добавь в стакан с 60 мл воды. Ты подготовил раствор №1, оставь его на пару минут. Тем временем нужно растолчить аскорбиновую кислоту и растворить её в 60 мл воды — получился раствор №2. Два ингредиента готовы. Теперь подготовь раствор №3: для этого чайную ложку крахмала смешай с 60 мл воды и добавь 15 мл перекиси водорода (H2 O2 ). Если ты всё сделал правильно, то перенеси чайную ложку раствора №1 в №2, а потом сливай вместе стаканчики №2 и №3. Через несколько секунд прозрачная жидкость станет тёмно-синей!
Согласись, после таких занимательных опытов химия уже не кажется скучной. Надеемся, что учитель химии поддержит твою тягу к практической науке, и ты будешь часто бывать в школьной лаборатории. Для следующего опыта тебе будут нужны йодат калия (KIO3 ), сульфит натрия (Na2 SO3 ) и пара капель серной кислоты (H2 SO4 ) — с последней будь аккуратен! Вода для реакции должна быть дистиллированной. Подготовь раствор сульфита натрия, для этого раствори 2,5 грамма Na2 SO3 в 200 мл воды. Следующий шаг: 5 грамм йодата калия высыпь в 100 мл H2 O. Когда оба раствора станут полностью прозрачными, добавь к йодату калия несколько капель серной кислоты. А теперь самый захватывающий момент — соедини два раствора вместе, и через несколько секунд прозрачная жидкость станет коричневой! Химия этой магии сложна, но если ты захочешь, то сможешь раскрыть эту тайну. А помогут тебе в этом книги, интернет и твой любимый учитель химии.
Вспышка и джинн
Ещё одно несложное в исполнении, но очень зрелищное волшебство. Понадобятся сера (S) и цинк (Zn) в порошкообразном состоянии. Насыпь в одинаковых пропорциях порошки серы и цинка в стальную ложку. Пока никакой реакции не будет, так как нужна тепловая энергия. Её мы добудем с помощью пламени горящей свечи или спиртовки. Опыт должен проводиться под контролем учителя и обязательно в защитных очках и перчатках. Как только температура в смеси достигнет критического значения, ты увидишь сильную вспышку и белый порошок сульфида цинка (ZnS), образовавшегося в соответствии с уравнением реакции:
Zn + S = ZnS
А как мы узнали, что белый порошок именно сульфид цинка? А тут тебе поможет реакция с соляной кислотой (HCl), в ходе которой образуется дурно пахнущий газ сероводород
(H2 S):
ZnS + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 S
Вот так, буквально за пару опытов, ты научился воспламенять смеси и познакомился с качественной реакцией на сульфиды. Волшебство должно быть познавательным!
Кристаллический йод (I 2 ), алюминиевая пудра (Al), 2–3 капли воды, жестяная или керамическая чаша — такие ингредиенты необходимо подобрать для того, чтобы выпустить «фиолетового джинна»! Не нужен ни огонь, ни высокая температура, а вот стеклянная банка или колокол очень желательны. Для чего? Начнём с того, что соорудим горку из смеси йода и алюминия в массовом соотношении 2:1. Кстати, порошкообразный алюминий не подойдёт — только пудра! Стеклянной палочкой формируем углубление в горке, капаем в неё воду и отходим на пару шагов. Так гораздо удобнее наблюдать, как через 10–15 секунд смесь йода и алюминия начнёт извергаться… фиолетовым дымом! А ещё через пару секунд произойдёт вспышка и «фиолетовый джинн» предстанет во всей красе. Если ты заранее не закрыл горку со смесью стеклянной посудой (вот здесь и понадобится тебе стеклянная банка или колокол), то придётся отмывать после опыта все окрестности от мельчайших кристаллов йода. И значительно быстрее это делается неполярным растворителем — растительным маслом или этиловым спиртом. Конечно, ты уже догадался, что в основе волшебного дыма лежит явление возгонки кристаллического йода. А сама вспышка — это не что иное как простейшая реакция окислителя с восстановителем, которая стартует после добавления катализатора — воды:
2Al + 3I 2 = 2AlI 3
Помни, ни в коем случае нельзя вдыхать пары йода! Опыт нужно проводить под мощной вытяжкой или под стеклянным колоколом!
По стопам алхимиков
Помните, чем занимались алхимики в Средневековье? Правильно, тщетно искали способ получения золота. А ты попробуй удивить всех, продемонстрировав получение мелких кристаллов «золота» в водном растворе. Понадобится любая растворимая соль свинца, к примеру, ацетат Pb(CH 3 COO) 2 , и йодид калия (KI). Для подкисления раствора соли свинца нужно совсем чуть-чуть уксусной кислоты. Готовим растворы по следующему рецепту: в колбу заливаем около 1 литра очень горячей и лучше дистиллированной воды и растворяем 7–10 грамм Pb(CH 3 COO) 2 . Затем в химический стаканчик высыпаем 5–6 грамм KI, заливаем 100 мл воды — получился концентрированный раствор йодида калия. Предварительно подкислив раствор ацетата свинца кислотой, выливаем в него КI и — о, чудо! — жидкость становится жёлтой, а минут через 10–15 колба наполняется тысячами мельчайших частиц «золота». Это прелюбопытное явление объясняется химическим уравнением:
Pb(CH 3 COO) 2 + 2KI = PbI 2 + 2CH 3 COOK
Нерастворимые жёлтые кристаллы йодида свинца PbI 2 создают эффект «золотого дождя» в колбе, которым можно любоваться несколько дней.
Главное, помни несколько важных правил:
●1 Соли свинца очень ядовиты, поэтому планируй свою работу со всеми предосторожностями.
●2 Если использовать для опыта холодную воду, то ничего примечательного не произойдёт, поэтому растворяй ацетат свинца только в горячей воде.
●3 Особенно эффектно «золотой дождь» выглядит под прямыми лучами солнца.
Чародеи средневековья
Золото и бессмертие
Сразу оговоримся, называть попытки получения алхимического золота из свинца или ртути бессмысленными мы не будем: в 1941 году учёные из Гарварда А. Шерр и К. Бэйнбридж «трансмутировали» ртуть в золото посредством ядерных превращений! Только вот стоимость этого «алхимического чуда» заметно превышает цену природного золота. Тем не менее, гарвардские учёные поставили точку в многовековой истории поиска универсального рецепта синтеза столь желанного золота (Au). Саму идею алхимии человечеству подарил древнеегипетский бог мудрости и знаний Тот (это не указательное местоимение, а имя древнего божества). Изображался он в виде человека с головой ибиса. Позднее Тот был отождествлен греками со своим божеством Гермесом Трисмегистом (Триждывеличайший). С тех пор алхимия именуется «герметическим искусством», а от имени основателя, к примеру, произошёл термин герметичность.
Алхимия, сотканная из магии, философии, искусства и символизма, обладает всеми признаками лженауки, но именно она стала фундаментом целого ряда современных научных дисциплин. И главными в этом «великом деянии» стали упорно идущие к своей цели алхимики — истинные чародеи Средневековья
Зародившись в Древнем Египте и эволюционировав в Греции, полумагическое направление получило арабскую приставку «ал» и и начало свою жизнь на Ближнем Востоке. Первым был Джаффар (в Европе его звали Гебер), который собрал воедино все ранее известные достижения химии. А таковых было, поверьте, не мало — к VIII веку уже знали о дистилляции, возгонке, кристаллизации, изобрели химические печи, водяную баню и перегонный куб.
Многие современные химические термины пришли из алхимического востока — «алкохоль» (спирт), «нафта» (сырая нефть), «алкали» (щёлочь), «альиксир» (эликсир) и т. Д.
Именно в этот период появляются два клана или направления алхимиков. Представители первого клана посвятят себя тщетному превращению дешёвых веществ в золото. Ну а приверженцы второго направления не менее тщетно будут искать рецепт эликсира бессмертия — панацеи. Величайший персидский Ибн Сина, известный нам под именем Авиценна, первый усомнился в возможности «трансмутации» в золото и стал непревзойдённым врачом-алхимиком. Так «герметическое искусство» стало ещё и прообразом современной медицины. Всё еще считаете, что среди алхимиков были только шарлатаны и глупцы?
«Великое делание» Европы
Фокус научно-технического прогресса к X веку смещается из арабского мира к Западной Европе, алхимики которой успешно усваивали идеи своих коллег из Ближнего Востока и Древней Греции. Одним из первых «чародеев Средневековья» считается монах-доминиканец Альберт Великий или Альберт Магнус или Альберт Больштедтский — в те тёмные времена алхимики (видимо, для пущей важности) носили несколько имён, это добавляло им таинственности. Альберт Великий родился ориентировочно в 1200 году, прожил удивительно длинную для того времени жизнь (около 80 лет), прославился серьёзными естественно-научными опытами и мышьяком (As), который он одним из первых выделил в чистом виде. Альберт Великий сформулировал советы начинающим в «великом делании», то есть в синтезе золота и философского камня. Один из главных его наказов: заниматься алхимией в уединённых местах и избегать контактов с сильными мира сего. Как предполагал Альберт, монархи в случае провала экспериментов могли извести алхимиков, а в случае успешного исхода опытов упрятать в тюрьму, чтобы оставить секрет получения золота для себя.
Существует легенда о том, что Альберт Великий создал голову, которая могла говорить и отвечать на вопросы (правда, эту историю рассказывают и про алхимика Герберта, ставшего позднее папой Сильвестром II). Но однажды голова вышла из-под контроля и до того разозлила Святого Фому своей непрекращающейся болтовнёй, что тот схватил палку и размозжил её
Снова монах, но теперь уже францисканец, Роджер Бэкон (1214–1292 г.г.) из Англии был учёным-энциклопедистом своей эпохи, то есть разбирался почти во всём, но больше всего любил и уважал математику. Он предложил строгие научные методы «царицы наук» внести в алхимическую практику, что вызвало определённое возмущение в рядах «чародеев». Но тем не менее считается, что алхимик Бэкон заложил основу фундамента всей современной естественной науки. В своих научных изысканиях он руководствовался следующим кредо: «опыт в сочетании с непредвзятостью наблюдений». За свои революционные взгляды монах четырнадцать лет провёл в застенках папской инквизиции, но так и не отрёкся от своих убеждений.
Самым таинственным «чародеем» считают неизвестного алхимика (его иногда называют псевдо-Гебер и предполагают, что он родом из Испании), принёсшего миру способы получения концентрированных неорганических кислот — серной (H2 SO4 ) и азотной (HNO3 ). Ему же приписывают создание уникальной «царской водки» — смеси концентрированных азотной (2/3 массы) и соляной (HCl) кислот, которая была способна растворять золото. Именно эти открытия обеспечили качественный скачок алхимии в XIV веке — теперь появилась возможность проводить новые, ранее недоступные реакции и растворять множество веществ.
Мистический язык алхимии
Почему алхимию считают в чём-то лженаукой? Из-за алхимических трактатов, в которых зашифрованы способы химических превращений с обильными иносказаниями, заимствованиями из языческой и христианской мифологий, а также с привлечением настоящих лжеучений — астрологии и кабалы. А статус самого оригинального сочинения, безусловно, несёт средневековый «комикс» от 1677 года под названием «Mutus Liber» («Немая книга»). Это первая книга того времени, в которой рецепты бы изображены в виде символических рисунков. Ну чем не комикс? Часто алхимик, сделав важное открытие, так зашифровывал его в своих трудах, что никто не мог ничего понять столетиями. К примеру, «философская ртуть» — это часто свинец (Pb), «зелёный лев» представляется жёлтой окисью свинца (PbO), а «красным львом» алхимики называли сурик (Pb3 O4 ), киноварь (HgS) или сурьмяную киноварь (Sb2 S5 ). «Драконом» чародеи именовали серу (S), селитры (соли азотной кислоты), сулему (HgCl2 ) и даже огонь, а мистическая «сатурновая соль» — это ацетат свинца Pb(CH3 COO)2 . Как заставить драконов бороться, кусая друг друга за хвост? Проведите на уроке химии любую реакцию и, пожалуйста, на иносказательном языке алхимиков вы тем самым заставили крылатых чудищ выяснять отношения.
А если вы возьмёте воду, нагреете её, испарите, затем охладите и конденсируете, то символом этого «алхимического делания» вполне можно считать мифического змея Уробороса, кусающего самого себя за хвост.
Но, давайте, отвлечёмся от драконов и львов и взглянем на свою ладонь. Так вот, алхимик Иоанн Голланд в своём трактате написал, что большой палец олицетворяет селитру, указательный — железный купорос (FeSO4 ), средний — нашатырь (NH4 Cl), безымянный — квасцы, мизинец — поваренную соль, а сама ладонь — это ртуть в сере. Целое тысячелетие предшественница химии жила в атмосфере мистицизма, оккультизма и откровенного мракобесия, что никак не ускоряло течение прогресса. Прорыв случился в самом конце XIV века, когда начался период гонений на алхимиков со стороны инквизиции, именно тогда увидела свет книга Андреаса Либау (1540–1616 г.г.) под названием «Алхимия». В этой работе ясно и без лишнего мистицизма описана история «герметического искусства» и основные рецептуры. Можно сказать, что это был первый настоящий учебник, почти такой же, каким вы пользуетесь в школе. А вторая книга, названная автором Робертом Бойлем (1627–1691 г.г.) «Химик — скептик», заложила кирпичики в фундамент зарождающейся химии и подточила основы алхимического знания. Бойль в форме беседы четырёх вымышленных учёных попытался донести до читателя, что главное в химии — это методически выверенный эксперимент и наблюдения. Учёный одним из первых высказал мысль о существовании химических элементов и предложил для их получения проводить аналитические исследования. Век алхимии подошёл к закату
От золота к здоровью
Рассказ про «чародеев Средневековья» был бы не полон без упоминания о швейцарском докторе-алхимике Парацельсе (1493–1541 г.г.). «Я ятрохимик,— говорил Парацельс,— поскольку знаю и химию, и медицину». Он сместил алхимический фокус с поисков «философского камня» на проблемы здоровья человека, его по праву считают великим врачом средневековой Европы. Согласно основанной им ятрохимии, в мире существует три основных начала — сера, ртуть и соль. Они содержатся и в живых организмах. И если баланс этих трёх начал в организме нарушается, то человеку не здоровится, следовательно, лечить нужно тем веществом, дефицит которого ощущается. Парацельс первый предложил лечить не только растениями, но и природными минералами, а также высказал мысль, что все жизненные процессы в организме, по сути, являются химическими. Конечно, в такой теории есть и перегибы. Например, долгое время доктора лечили некоторые бактериальные заболевания токсичной ртутью (Hg), что скорее убивало пациента. Но, тем не менее, ятрохимия Парацельса стала прародителем современной фармацевтики, увековечив имя основателя.
До сих пор не утихают споры о значимости алхимии для современной цивилизации. До сих пор ей не определили место в культуре: это философия или лженаука, искусство или религия? Когда-то французский химик Николя Лемери (1645–1715 г.г.) сказал:
«Алхимия — это искусство без умения, начало которого — ложь, середина — труд, конец — нищета»