Химия эпохи возрождения

Одним из выдающихся ученых-энциклопедистов эпохи Возрождения был итальянец Леонардо да Винчи (1452—1519). В его деятельности сочетались труды и изобретения по математике, механике, инженерному делу, анатомии и живописи. Леонардо да Винчи как художник и инженер интересовался и химией. Им даны описания различной химической аппаратуры, в особенности приборов для дистилляции, часть которых была сконструирована им самим.

Наряду с работами по химии металлических руд и пробирному анализу таких авторов, как Агрикола и Ваноччо Брингуччо. B XVI в. было основано новое направление— химия в медицине — иатрохимия, т. е. «врачебная химия».

Виднейшим представителем иатрохимии был Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм (живший с 1493—1541), получивший громкую известность под именем Парацельса, которое он сам себе присвоил. Парацельсу и принадлежит заслуга реформатора медицины и химии.

Будучи врачом, хорошо знакомым с химией, Парацельс предложил объединить обе области в единую науку — иатрохимию (от греч. иатрос –врач).

Парацельс выдвинул химическую теорию лечения болезней, основанную на том, что возникновение болезней связано с нарушением равновесия в организме трех начал алхимиков: ртути, серы и соли. Исходя из этого, Парацельс стал применять для лечения различные минеральные вещества, в том числе сильнодействующие ртутные, мышьяковые и сурьмяные препараты.

Среди последователей Парацельса широкую известность получил Андреас Либавий (живший с 1540 по 1616 гг.), который был врачом и преподавателем химии в Германии. В 1597 году Либавий выпустил обширный курс химии, названный им «Алхимия». Это был первый в истории учебник химии.

В этом курсе прежде всего была описана техника лабораторных операций, химическая посуда и различные приборы.

Во второй части курса Либавий рассматривал различные вещества, способы их получения и применения. Простые вещества он делил на две большие группы — магистерии и экстракты. Большинство веществ, описанных в «Алхимии», имело большое практическое значение в медицинской практике, в частности магистерии «питьевых металлов» — золота, серебра, железа, так называемые экстракты, эссенции, водки, настойки и др.

Крупнейшим представителем иатохимического направления был голландский ученый Ян Баптиста ван Гельмонт (живший в 1577–1664 гг.).

Ван Гельмонт интересовался теоретическими проблемами и практическими вопросами иатрохимии — приготовлением лекарств.

В области теоретической химии Ван Гельмонту принадлежит постановка вопроса об истинных составных частях (началах) сложных тел. Он отвергал стихии Аристотеля и три начала алхимиков. По мнению Ван Гельмонта, только те тела могут быть признаны простыми, которые получаются в результате разложения сложных тел.

Так, при сгорании органических веществ всегда образуется вода; она и должна быть признана элементарным телом.

Для проверки этой теории Ван Гельмонт поставил опыт. Он посадил отросток ивы в горшок, наполненный предварительно прокаленной землей, и в течение пяти лет ежедневно поливал растение, следя за тем, чтобы в горшок не попадали посторонние вещества. Через пять лет он взвесил иву вместе с опавшими за этот срок листьями и установил, что масса растения увеличилась на 159 фунтов. При этом масса земли, которая была снова прокалена, практически не изменилась. Увеличение массы дерева произошло, по мнению Ван Гельмонта, только за счет воды, превратившейся в древесину.

Несмотря на неправильный вывод, выдающийся опыт Ван Гельмонта был примечателен тем, что он оказался одним из первых в истории науки примеров количественного исследования.

Ван Гельмонт выдвинул также важную идею о роли ферментов и ферментации в живых организмах. По его мнению, ферменты присутствуют во всех органах и «соках» живых организмов. Теория ферментации была в дальнейшем развита последователями Ван Гельмонта и явилась исходным пунктом учения о биокатализе.

Химик Отто Тахений (1620—1699) впервые указал, что все соли состоят из какой-то кислоты и щелочи. Он полагал, впрочем, что из этих двух веществ состоят все тела мира. Тахений разработал некоторые приемы качественного химического анализа и исследовал явление увеличения массы металлов при прокаливании их на воздухе.

В средние века и в эпоху Возрождения в Европе существовали лишь мелкие кустарные производства химикатов. Обычно ремесленники различных специальностей сами готовили для своих потребностей необходимые вещества в небольших количествах. Введение огнестрельного оружия и расширение потребностей в химикатах с возникновением мануфактурного производства привели к быстрому расширению производства селитры, пороха, кислот и щелочей, поташа, красок и других материалов и к укрупнению существующих производств.

В результате этого уже в XVI в. появились видные специалисты-производственники и химики-техники. Среди них следует назвать Франсуа Бернара Палисси (1510—1589). В молодости он специализировался в области производства соды и стекла, в 1539 г. заинтересовался рецептурами красителей и глазурей для фаянсовой посуды. В течение 15 лет он упорно искал способы изготовления таких красителей и глазурей, дошел до нищенства, но все же добился успеха. Его рельефные, ярко раскрашенные фаянсовые изделия пользовались огромным спросом и получили распространение во всей Европе.

Наиболее видным представителем химико-технического направления в XVII в. был Иоганн Рудольф Глаубер (1604—1668), одним из первых стал применять в лаборатории стеклянную посуду и сконструировал ряд лабораторных нагревательных печей, а также работал над совершенствованием технологии производства различных веществ. Наибольшее значение для развития химии приобрел разработанный Глаубером метод получения чистых соляной и азотной кислот. Глауберу принадлежат также некоторые рецептуры лекарственных препаратов.

Быстрому развитию химии способствовало возникновение научных обществ и академий наук. В начале XVII в. в Риме возникла Академия зорких, просуществовавшая, однако, недолго. В Германии в 1652 г. была основана Академия естествоиспытателей, получившая название Леопольдина. Эта академия существует и теперь. В 1657 г. во Флоренции начала свою деятельность Академия опыта. В 1662 г. в Лондоне было основано Королевское общество (Royal Society), т. е. Английская академия наук. Наконец, в 1666 г. возникла Парижская академия наук. Несколько позднее академии наук и многочисленные научные общества были учреждены и в других странах Европы. Многие из них стали выпускать научные журналы.

Делались попытки научно обосновать суть вещей и явлений. Например, известный основатель аналитической геометрии, философ Рене Декарт (1596—1650) считал, что все тела состоят из многочисленных мелких частиц различной формы и размеров, между которыми содержится «весьма разреженная материя». Форма частиц характерна для различных веществ. Так, вода, по Декарту, состоит из длинных, гладких и скользких частиц, наподобие маленьких угрей. В то же время Р. Декарт полагал, что корпускулы делимы и состоят из единой материи. Корпускулы первоначал алхимиков обладают, по Декарту, различной формой: острые частицы образуют соль, мягкие — серу, тяжелые и круглые — ртуть.

Одной из проблем, возникших в XVII в. в связи с развитием мануфактур, была проблема горения. Новые производства, особенно металлургические, требовали много топлива. Леса в Европе были уже почти вырублены, и во весь рост встала задача поисков новых видов топлива и рационального использования природных ресурсов. С другой стороны, металлурги настоятельно требовали изучения и объяснения процессов восстановления металлов из руд и окисления металлов.

С давних пор считалось, что при обжигании на воздухе металлы умирают, превращаясь в землю или известь (лат. calx), поэтому процесс обжига металлов стал называться кальцинацией. Исходя из общих представлений о горении как о распаде веществ, кальцинацию объясняли как распад металла на известь и некоторые летучие продукты. Роль воздуха при этом игнорировалась, несмотря на то, что с давних пор некоторые ученые (например, Леонардо да Винчи) указывали, что без воздуха горение невозможно.

В XVII в. вопрос о механизме процесса горения стал особенно актуальным и привлек внимание многих ученых.

В 1665 г. английский физик Роберт Гук (1636—1703) в своей книге «Микрография» рассмотрел роль воздуха в процессе горения. Гук пришел к выводу, что в воздухе содержится особое вещество, подобное веществу, содержащемуся в селитре в связанном состоянии. Это вещество растворяет горючие тела при высокой температуре. При этом возникает огонь — результат быстрого движения частиц. Горение в замкнутом пространстве прекращается, как только горящее тело будет насыщено этим растворителем.

Подобные представления были развиты в сочинениях английского химика Джона Мэйова (1640—1679). В книге «О селитре и воздушном спирте селитры», вышедшей в 1669 г., Дж. Мэйов называет растворитель Гука воздушным спиртом селитры. Он высказал мысль, что это вещество в составе селитры, произведшей переворот в военном деле, и в составе воздуха также произведет переворот в науке. По его мнению, селитра состоит из двух частей: кислого селитряного спирта и щелочного вещества. В воздухе содержится лишь составная часть селитряного спирта — воздушный спирт селитры. Это вещество поддерживает горение и необходимо для дыхания животных.

Дж. Мэйов первым поставил опыты горения и дыхания под колоколом над водой. Если под колоколом горит свеча и одновременно находится живая мышь, то горение скоро прекращается. «Я придерживаюсь такого взгляда, — писал Мэйов, — что у животных и у растений селитряный воздушный спирт есть главный источник жизни и дыхания».

Казалось бы, что эти новые взгляды должны были привести к полному перевороту в объяснениях явления горения. Однако главным образом из-за недостатка экспериментальных данных и недоверия к новым объяснениям такого переворота не произошло и традиционные представления о горении как о распаде вещества еще около 100 лет после Дж. Мэйова оставались общепринятыми.

Новые веяния в науке во второй половине XVII в. нашли отражение в научной деятельности и воззрениях английского физика и химика Роберта Бойля (1627—1691). Р. Бойлю принадлежит заслуга одного из основателей аналитической химии. Современники его не уделяли внимания химическому анализу, ограничиваясь обычно пробирным анализом металлов. Р. Бойль ввел в химию термин «анализ» (разложение). Для качественного анализа он предложил несколько реактивов. Серную кислоту он определял по белому осадку при прибавлении извести, соляную кислоту — по осадку, образующемуся при добавке ляписа (нитрата серебра), соли меди — по синему окрашиванию раствора при действии аммиака и т. д. Р. Бойль ввел в употребление некоторые индикаторы — настойки лакмуса, цветов фиалок, васильков и др. Такими настойками он пропитывал пропускную бумагу.

В связи с обзором деятельности Р. Бойля можно упомянуть об открытии во второй половине XVII в. фосфора. Это открытие произвело огромное впечатление в ученом мире. Светящиеся в темноте вещества были известны с глубокой древности. Тем не менее, появление сведений о новых светящихся веществах вызывало в те времена самый широкий интерес.

В середине и особенно во второй половине XVIII в. в химии начался процесс быстрого накопления экспериментального материала о составе сложных тел. Основным методом исследований стал метод химического анализа.

В рамках химико-аналитического периода, начиная с 60-х гг. XVIII в., химики заинтересовались изучением газов, выделяющихся при некоторых химических превращениях. С этого времени начался короткий, но исключительно важный в развитии химии этап развития «пневматической химии».

В эту эпоху впервые на историко-химической арене выступила Россия в лице М. В. Ломоносова и других химиков, внесших значительный вклад в развитие химии.

Химическая лаборатория Ломоносова, построенная после долгих и трудных хлопот в 1748 г., имела сложное, разнообразное и совершенное по тем временам оборудование. Там имелось 9 печей (или горнов): плавильная, перегонная, стекловаренная, пробирная, обжигательная и др. Огонь в печах раздувался ручными мехами. По стенам на полках стояло множество больших и малых реторт, колб, приемников, выпаривательных чашек, воронок, банок и т. д.

Лаборатория была также снабжена перегонным кубом, воздушным насосом, тиглями, пробирными камнями и иглами, различными точными весами, термометрами и т. д.

В лаборатории Ломоносов проводил вместе со своими помощниками большую научно-техническую работу, делал много химических опытов, выясняя состав и строение минералов, металлов и руд, присылаемых со всех концов России.

М. В. Ломоносов также изучал процессы горения и в 1743 г. писал Л. Эйлеру, что при обжигании металла последний соединяется с «частицами воздуха». Из своих опытов над процессами горения и обжигания металлов Ломоносов сделал поистине гениальные выводы, выдвинув (впервые в письме Л. Эйлеру от 1748 г.) в качестве «всеобщего естественного закона» идею сохранения материи и движения.

Эти же взгляды Ломоносов изложил в позднейшей работе — «Рассуждения о твердости и жидкости тел», опубликованной в 1760 г. Идеи Ломоносова получили в дальнейшем блестящее подтверждение в ходе создания научной химии Лавуазье и его учениками.

Ломоносов стремился дать подробную картину строения вещества. Каждое физическое тело, доказывал Ломоносов, состоит из мельчайших невидимых материальных частиц, обладающих способностью взаимного сцепления. Ломоносов различал два рода этих частиц — сложные и более крупные, названные им корпускулами, и простые, более мелкие, входящие в состав корпускул, — элементы.

М. В. Ломоносов высказал глубокую мысль, что законы движения этих частиц своеобразны, к ним не всегда можно применить законы движения физических тел, доступных человеческому зрению и осязанию.

По мнению Ломоносова, свойства тел изменяются от соединения, разделения или перемещения частиц. Развивая догадку Бойля, Ломоносов писал, что если «элементы», составляющие «корпускулу», соединены между собой различным образом, то могут создаваться разнородные корпускулы, в свою очередь составляющие разнородные тела.

Ломоносов заложил основы новой науки — физической химии. Сам Ломоносов определял ее задачи следующим образом: «Физическая химия — наука, объясняющая на основании положений и опытов физических причину того, что происходит через химические операции в сложных телах».

В 1752 г. в своем докладе Конференции Академии наук он сообщил о своем намерении читать для студентов лекции по курсу этой науки. Для данной цели им были предварительно заказаны всевозможные приборы и инструменты. При помощи этих приборов , Ломоносов считал необходимым испытывать все, «что только можно измерять, взвешивать и определять вычислением». В этих ломоносовских словах кратко выражено основное направление новой экспериментальной науки.