Поделиться статьей
Химия и общество: взрывная пара
В начале 19-го века индустриализация в Европе находится в полном разгаре. Тесное сотрудничество между химической промышленностью и исследованиями – в основном во Франции, а затем и с другими европейскими странами – приводит к быстрому прогрессу в обоих секторах. По мере роста промышленности химия набирает более значимый уровень в обществе. Третья и четвертая часть нашей серии по истории химии рассматривает связь между химией, промышленностью и обществом с 19-го века.
Химия живых организмов
Одним из самых значимых химиков начала 19-го века является Йонс Якоб Берцелиус (1779–1848). Этот шведский ученый улучшил лабораторные методы и разработал методы элементарного анализа. С проведением систематического анализа в больших масштабах, он определил молекулярные формулы практически всех известных неорганических соединений и атомных масс элементов, которые были открыты в этот момент. Берцелиуса мы также благодарим за символы элементов: H за водород, O для кислорода и так далее. Единственная разница между его обозначениями и тем, что мы используем сегодня, заключается в представлении пропорций элементов в молекулярных формулах как символов сверхсчетов, а не символов индекса, которые мы видим в наши дни (например, H2O вместо H2O).
Он много занимался химией организмов, которую называл «Органической химией». Будучи сторонником витализма, Берзелиус был убежден, что только живые организмы способны производить органические вещества. Он утверждал, что для этого процесса необходима «жизненно важная сила». Результаты одного из его учеников, Фридриха Вёлера, впоследствии задали вопрос этой гипотезе.
Органика из неорганики — возможно ли это?
В 1828 году Фридрих Вёлер (1800–1882) был первым человеком, которому успешно удалось синтезировать органическое соединение из неорганических реагентов: нагревая цианат аммония он смог создать свой органический изомер, мочевину. Таким образом, он показал, что органические вещества могут быть созданы в лаборатории, и люди могут имитировать и манипулировать природой. По мере развития 19-го века открывались все больше и больше органических синтезов.
Синтез мочевины Вёлера стал революционным. Сегодня мочевина производится со скоростью 150 миллионов тонн в год. Среди прочего, она используется для дерматологических продуктов и в полимерной промышленности.
Вёлер и Либих: плодотворная дружба
Вёлер подружился с Юстусом фон Либихом (1803–1873) после того, как в 1825 году они разрешили спор о гремучем серебре и серебряном цианате. В итоге они установили, что типа и количества атомов в одном соединении недостаточно, чтобы охарактеризовать вещество—необходимо учитывать и расположение атомов. Помимо взаимного уважения, Либих и Вёлер открыли изомеризм. Однако в то время определение молекулярной структуры еще не было возможным.
В 1832 году два исследователя работали вместе, чтобы сформулировать свою так называемую радикальную теорию, которая проложила путь для современной органической химии. Утверждалось, что органические вещества состоят из атомов, которые они называют радикалами. Они остаются неизменными во время химических реакций и просто обмениваются между реагентами. Хотя термин «радикал» теперь имеет другое значение в химии, до сегодняшнего дня очень похожий принцип все же остается: функциональные группы.
Суперфосфат произвел революцию в сельском хозяйстве
Около 1840 года Либих, который учился в Сорбонне в Париже рядом с такими великими именами, как Гей-Люссак, отвернулся от фундаментальных исследований. Он начал изучать органическую химию в области физиологии и сельского хозяйства. Он понял, что растения извлекают питательные вещества для роста с земли, за исключением углекислого газа, полученного из воздуха. Его выводы произвели революцию в сельском хозяйстве. Благодаря своей работе Либих был первым, кто установил необходимость в удобрении с научной точки зрения. Его исследование также позволило ему определить, какие питательные вещества должны присутствовать в удобрениях: как простые органические соединения, так и неорганические вещества, например, соли. Либих разработал первое искусственное удобрение, суперфосфат, что привело к огромному увеличению урожайности сельского хозяйства.
Сверхфосфатным удобрением Либиха пользуются даже сегодня. Однако в настоящее время существует множество удобрений, которые могут обеспечить необходимые питательные вещества в зависимости от типа растений и условий почвы.
Кекуле: Мечтатель или выдумщик?
Студенты Либиха продолжали его наследие. Одним из них был Август Кекуле (1829–1896), который вдохновился примером Либиха на изучение химии, хотя сам он учился в Университете Гиссен на архитектора, как заведено в его семье. В 1858 году Кекуле признал способность атомов углерода напрямую связываться друг с другом с образованием цепей. Это объяснило, как несколько элементов в органическом веществе, могут сформировать такое разнообразие органических веществ. В 1865 году Кекуле также опубликовал открытие по структуре бензола.
Как говорил сам Кекуле, обе новаторские идеи были вдохновением снов – но правда, стоящая за этим, оспаривается. Кекуле считался интеллектуалом, который пренебрегал культурой, преобладающей среди химиков и промышленников того времени. Прагматичный, позитивистский образ мышления – это был эмпиризм, который не оставлял места для воображения.
Кристоф Мейнель – историк химических наук, сомневается в правде, которую впервые сказал Кекуле во время речи на праздновании в его честь. Он заявляет: «Амбивалентное отношение Кекуле к менталитету, присутствующему в этот исторический век, известный как “Период основателей”, и к патриархальным взглядам Берлинского общества слишком четко резонируют в его речи. Когда Кекуле заканчивает рассказ о своем видении словами: “Давайте научимся мечтать, джентльмены! “, иронию очень трудно игнорировать, учитывая выдающийся профиль присутствующих, которые представляли прусскую бюрократию и элитарные университеты времени» [1].
Синтетические цвета: спасибо бензолу
Мы не узнаем, что на самом деле имел в виду Кекуле, но его открытие бензольной структуры и важность значения для химии отрицать нельзя. Знание органических и ароматических структур открыло возможности для развития методического синтеза тех же молекул. Работа химиков все чаще переходила от выделения веществ из природы к синтезу искусственных веществ. Индустрия красителей испытала бум после открытия бензольной структуры, теперь можно было создать множество искусственных цветовых оттенков. Например, производство индиго стало экономически значимым промышленным процессом.
Синтезы красителей до сих пор не потеряли актуальность с момента их изобретения в 1900 году. Даже наоборот, оттенки непрерывно разрабатывались и улучшались до многочисленных свойств и функций. Разработки сделали пигменты по своей природе более сложными, чем их примитивные предшественники.
Далее перейдем к завершающей части.
Reference
[1] Sponsel, R. and Rathsmann-Sponsel, I. Kekulés Traum. Über eine typisch-psychoanalytische Entgleisung Alexander Mitscherlichs über den bedeutenden Naturwissenschaftler und Chemiker August Kekulé (1829-1896), Mitschöpfer der Valenz-, Vollender der Strukturtheorie und Entdecker der Bedeutung des Benzolrings. Alternative Analyse und Deutung aus allgemeiner und integrativer psychologisch-psychotherapeutischer Sicht. http://www.sgipt.org/th_schul/pa/kek/pak_kek0.htm (accessed Aug 15, 2016).
