|
ВВЕДЕНИЕ
О химии
Наш земной шар — это гигантский универсальный химический комбинат, действующий вот уже миллиарды лет. Глубины Земли и её твёрдая кора, океаны и атмосфера содержат в своей первооснове химические элементы. Из них построены окружающий нас мир и мы сами. Недаром химические элементы иногда сравнивают с буквами алфавита, из ограниченного числа которых составлены все слова. Сегодня известно более 100 химических элементов; из них 89 обнаружены в природе, а остальные получены искусственно. Взаимодействие существующих в природе элементов и обеспечивает непрерывную, многосложную, неисчерпаемую работу удивительного химического комбината «Земля». И столь же непрерывно Солнце снабжает этот комбинат своей энергией. Разнообразные химические взаимодействия элементов, прежде всего четырёх из них (углерода, водорода, азота, кислорода), привели к возникновению простейших органических соединений. Постепенно усложняясь, такие соединения положили начало жизни на Земле. Всё более мощно разрастались в океане и на суше растения. Этой исполинской зелёной фабрике, дающей атмосфере кислород, обязан своим существованием животный мир. И, разумеется,— человечество.
Многие века человек использовал для своих нужд то, что ему давала сама природа: строил жилища из дерева, делал орудия труда из камня и посуду из глины, одевался в шкуры животных, силой ветра приводил в движение парусные корабли и мельничные жернова. Издревле люди, наблюдая явления природы, стремились разгадать её тайны. Обугливая дерево, обжигая глину, выплавляя металлы из руд, выделяя лекарственные вещества из растений, наши далёкие предки, сами того не подозревая, знакомились с химическими процессами. Можно считать поэтому, что химия — наука о веществах и их превращениях — одна из древнейших сфер познавательной деятельности человека.
Первые практические сведения по химии появились, как полагают, в Древнем Египте. И происхождение самого слова «химия» учёные чаще всего связывают с наименованием Древнего Египта «Хем», что означало «тёмный» или «чёрный» (по-видимому, по цвету почвы в долине Нила). Другие же исследователи связывают слово «химия» с древнегреческим «хемёйя» — искусство выплавки металлов. Ведь металлургия на протяжении веков была и остаётся по сей день обширнейшей областью практических приложений химии. Из известных в наши дни химических элементов свыше 80 — металлы и лишь около 20 — неметаллы.
В древности и в средние века металлов насчитывали только семь: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо, ртуть. Из неметаллов раньше других стали известны углерод и сера. В средние века развитие химии — её называли тогда арабским словом «алхиМия» — определялось прежде всего поисками так называемого «философского камня»: алхимики надеялись с его помощью превращать любой металл в золото. Конечно же, надежды эти были тщетными. Но кропотливые поиски не пропали даром: алхимики усовершенствовали саму технику лабораторного эксперимента и сделали немало серьёзных практических открытий. Они впервые получили в свободном состоянии ещё несколько химических элементов: мышьяк, сурьму, фосфор.
Ни в Древнем мире, ни во времена средневековья ещё не существовало научных представлений о составе и строении разных веществ. Не было и ясного понимания того, что же следует называть химическим элементом. Четырьмя «элементами» Вселенной долго считались огонь, воздух, вода и земля, а всё в окружающем мире представлялось их сочетанием. Впервые в 1661 г. английский химик Роберт Бойль сформулировал понятие о химическом элементе как о веществе, не разложимом на более простые части. В 1748 г. Михаил Васильевич Ломоносов в России и независимо от него в 1774 г. Антуан Лавуазье во Франции открыли закон сохранения массы веществ в химических реакциях. К концу XVIII в. список известных химических элементов расширился уже до 32, и в числе новооткрытых появились кислород, азот, хлор. Был установлен состав воды и воздуха. Было получено много прежде неведомых химических соединений. А главное: в химии, остававшейся до той поры наукой качественной и описательной, утвердился, наконец, количественный подход к изучению всех процессов. И естественно, что вскоре дошла очередь до решения вопроса о строении вещества.
К представлению о прерывистом строении вещества — об атомарной природе всех тел — пришли ещё великие натурфилософы древности Левкипп, Демокрит, Лукреций Кар. Однако воззрения их были только догадками — хоть и гениальными, но не обоснованными точным естественнонаучным экспериментом. В начале XIX в. английский учёный Джон Дальтон возродил учение древних атомистов на новой основе, на обобщении строгих опытных данных. Каждому химическому элементу у Дальтона соответствовал определённый вид атомов, и количественной характеристикой элемента служил его атомный вес. Открытые в тот период законы постоянства состава и кратных отношений, вместе с ранее открытым законом сохранения массы, получили теоретическое объяснение и стали мощным стимулом для дальнейших количественных исследований.
В конце XVIII — начале XIX вв. усиленное внимание учёных начали привлекать вещества растительного и животного происхождения. Их систематическое изучение привело к появлению в первой половине XIX в. новой ветви химии, получившей название органической. Её предметом стали, за очень немногими исключениями, соединения углерода. (Особенности углерода таковы, что число его соединений составляет около 3 миллионов, в то время как соединений всех остальных элементов насчитывается лишь около 60 тысяч.)
Вторая половина XIX в. ознаменовалась в истории химии ещё и тем, что в этот период, особенно с конца 70-х гг., в самостоятельную отрасль начала оформляться новая дисциплина — физическая химия. Исторически её предназначение заключалось в том, чтобы установить закономерности химических явлений на базе общих принципов физики.
С развитием атомистических воззрений были сделаны первые попытки систематизации элементов — прежде всего по их атомным весам. Они завершились в 1869 г. великим открытием Дмитрия Ивановича Менделеева: появился периодический закон химических элементов. Он внёс ясность и порядок в хаос неисчислимых сведений, накопленных химией за многовековую историю. (К тому времени были известны уже 63 элемента и огромное множество их соединений.) Теперь стало возможным теоретическое предсказание ещё не открытых элементов и прогнозирование их свойств. С закона Менделеева начался современный этап развития химии. Но самый этот закон, в свою очередь, нуждался в физическом обосновании.
В начале XX в. физика раскрыла сложную структуру атома. Учение о строении атома и стало ключом к пониманию периодической системы элементов. А значит — и ключом ко всем областям науки о веществе и его превращениях.
Химия обрела в атомной теории крепкий физический фундамент. Вместе с тем на протяжении нашего века химия научилась использовать для своих целей разнообразный арсенал точных физических методов исследования вещества. Это проникновение физики в химию обогатило и физику новыми научными направлениями, новыми подходами, новыми материалами. Такой синтез двух великих наук был закономерен. Развился целый комплекс наук, пограничных между физикой и химией, таких как химическая физика, химическая термодинамика, электрохимия, радиационная химия...
Для общего процесса стремительного взлёта естествознания и технических наук в XX в. это взаимопроникновение и взаимообогащение наук о природе — характерная черта. И везде, где химия соприкасалась с другими отраслями природоведения, возникли «точки роста» новых наук. Изучение химических процессов в живых организмах привело к появлению биохимии. Естественная связь химии с сельским хозяйством дала агрохимию. Контакты химии с геологией породили геохимию. Проникновение в космос ознаменовалось рождением космохимии и т. д. Словом, на вечнозелёном древе химии разрослось множество новых могучих и плодоносящих ветвей. Богатые урожаи всё новых плодов — удивительных и неожиданных — собирает с этого ветвистого древа техника.
Изучение отдельных важных для техники классов веществ тоже выделило новые самостоятельные «химии» — химию полимеров, химию полупроводников, нефтехимию...
Надёжные стимулы развитию химии практика давала всегда. Уже в середине XVIII в. великий Ломоносов имел право сказать: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие... куда ни посмотрим, куда ни оглянемся — везде обращаются перед очами нашими успехи ее прилежания». В наши дни эти слова ещё более справедливы...
Никогда ещё за всю свою многовековую историю «выход» химии в жизнь и практическую деятельность людей не был столь разносторонним. Наш век можно назвать веком химии с неменьшим основанием, чем веком атома или веком кибернетики. В сущности почти всё материальное содержание человеческой цивилизации состоит сегодня так или иначе из продуктов химии, начиная с малого и кончая большим. В самом деле... Мы носим одежду и обувь, сшитые из синтетических тканей и искусственной кожи, а окрашены они химическими красителями. Мебель и посуда, бумага и лекарства делаются с помощью химии. Без неё не было бы ни фотографии, ни кино, ни телевидения. Но химия не только изменила и украсила наш быт. Она создала материалы, из которых конструируют самолёты и автомобили, электронно-вычислительные машины и синхрофазотроны, протезы суставов и кровеносных сосудов. Химии принадлежит почётное место и среди наук, подготовивших возможность межпланетных путешествий: она дала топливо и конструкционные материалы ракетам и космическим кораблям. Недаром вещества и материалы, которые рождаются в результате чудесных химических превращений, иногда называют «второй природой».
Этой «второй природе» ещё расти и расти! Перед человечеством стоит немало трудных — глобальных — проблем: обеспечение всех людей высококалорийной пищей, хорошей одеждой и удобным жильём, сохранение окружающей природной среды и рациональное использование всех природных ресурсов... Само собой разумеется, что для их разрешения необходимо прежде всего более справедливое, более совершенное социальное устройство общества на всём земном шаре, подобное тому, которое создано в Советском Союзе и других социалистических странах.
Материальное же осуществление подобных программ уже сегодня требует всё новых источников энергии, всё новых материалов, всё новых знаний. Многое ещё будет открыто и изучено химией. Вместе с физикой и биологией, вместе с электроникой и кибернетикой, вместе со всеми другими науками химии предстоит ещё внести огромный вклад в будущее человечества.
Мы живём в век всё более бурного накопления новых знаний. В трудном восхождении к вершинам науки на исследователей обрушивается лавина, ими же самими вызванная. Число книг и журналов растёт с поистине сказочной быстротой. К началу XIX в. во всём мир выходило около 100 научных журналов, к 1850 г.— около 1000, к 1900 г.— 10 000, а в 1964 г.— 100 000... Как же отыскивать нужные сведения в этом половодье информации? Создаётся парадоксальное положение: согласно крылатому выражению, сегодня «легче открыть новый факт или вывести новую формулу, чем удостовериться в том, что они еще не были открыты или выведены раньше». Вот почему всевозможные энциклопедии служат «спасательными кругами» в океане информации.
Слово «энциклопедия» по происхождению греческое. В буквальном переводе оно означает: «круг знаний». В энциклопедиях концентрируются наиболее достоверные и существенные сведения, добытые человечеством за всю предшествующую историю цивилизации. На 10—20 лет — это миг в истории человечества, хотя и большой период в жизни одного поколения (!),— энциклопедии фиксируют достигнутый уровень знаний, помогают узнать, что уже открыто и изучено. В наши дни энциклопедиями систематически пользуются и учёные, и политические деятели, и писатели, и рабочие, и студенты... Заглядывают в энциклопедии и школьники — порою по необходимости (для подготовки к экзамену, сочинению, докладу), порою просто из любознательности. Но такому читателю, конечно, далеко не всё доступно в обычных энциклопедиях. И не только потому, что ещё не пройдены «азы» науки. Труден бывает и самый стиль изложения предмета в подобных изданиях; насыщенный информацией и предельно конспективный, он рождён потребностью сказать очень многое очень малым числом слов.
Если энциклопедия содержит знания по всем отраслям науки и практики, её называют универсальной; если в одной какой-либо области (химия или физика, музыка или театр и т. д.) — отраслевой, или специальной. Самым известным примером универсальной энциклопедии прошлого служит французская «Энциклопедия, или Толковый словарь наук, искусств и ремесел» — крупнейший памятник просветительной философии XVIII в. В нашей стране универсальные энциклопедии издавались неоднократно — таков, например, Энциклопедический словарь Брокгауза и Эфрона (82 основных тома и 4 дополнительных, 1890—1907 гг.). Таковы и три издания Большой советской энциклопедии (третье завершится в 1978 г.), и её младшие соратники на поприще идейно-философского воспитания и научного просвещения — Малая советская энциклопедия и Энциклопедический словарь. Такова хорошо знакомая нашему юному читателю Детская энциклопедия. А среди специальных энциклопедий есть и Краткая химическая в пяти томах (1961—1967 гг.).
Различным бывает не только содержание научно-справочных изданий, но и план их построения. В Большой и Малой советских энциклопедиях, в Краткой химической энциклопедии и в подавляющем большинстве других отраслевых термины (статьи) расположены по алфавиту — от «А» до «Я». Это позволяет выстроить в единый ряд огромное множество понятий-терминов (в 3-м издании БСЭ их около 100 тысяч). Это даёт и наиболее простой и экономный способ отыскать любую информацию. В других энциклопедиях, как в Детской, материал расположен не по алфавиту, а в соответствии с классификацией широких областей научного знания. «Земля», «Мир небесных тел. Числа и фигуры», «Вещество и энергия», «Растения и животные», «Техника и производство» — так называются отдельные тома Детской энциклопедии. И в каждом её томе статьи расположены тоже не по алфавиту, а по принципу собирательной систематизации. Для информационно-справочных целей такой способ расположения статей менее удобен. Однако он даёт более целостную картину какой-либо отрасли науки или области человеческой деятельности. Для очень юного читателя, постигающего целое в самых общих его чертах, такое построение педагогически оправдано.
Книга, которую вы сейчас берёте в руки, это — специальная, отраслевая Энциклопедия. Но не совсем обычная. В чём же её своеобразие?
Химия нашего времени, как вы только что убедились, необъятная область человеческого знания. Наша книга посвящена неорганической химии. Вот какое определение даётся сегодня этой дисциплине: «Неорганическая химия — наука о химических элементах и образуемых ими простых и сложных веществах (кроме соединений углерода, составляющих, за немногими исключениями, предмет органической химии)».
Все термины в этой книге, содержащие основной массив информации по неорганической химии, расположены, как и в обычных энциклопедиях, в алфавитном порядке — от «Азота» до «Эрбия». Однако три большие статьи — «Атом», «Закон Менделеева» и «Химия служит человеку» — идут вне алфавита. Обобщающие и пространные, они служат фундаментом всей книги. Статьи «Атом» и «Закон Менделеева» открывают издание. И прежде чем начать странствия по алфавиту, стоит внимательно ознакомиться с этими ключевыми статьями. Они приводят читателя из глубин истории химии в её сегодняшний день. А статья «Химия служит человеку» завершает эту Энциклопедию, служит окном из мира химии в широкий мир созидательной человеческой деятельности.
Что же представляет собой основная — алфавитная — часть Энциклопедии «Неорганическая химия»? В ней описаны все известные на сегодня химические элементы — как в самостоятельных статьях («Бром», «Железо», «Технеций»...), так и в групповых («Актиноиды», «Галогены», «Платиновые металлы»...). Отдельные статьи посвящены и наиболее важным соединениям элементов («Аммиак», «Вода», «Серная кислота», «Углерода двуокись»...). Важнейшие технические продукты и материалы тоже описаны самостоятельно («Бетон», «Минеральные удобрения», «Стекло»...). Сведения о многих других веществах заключены в статьях о самих элементах. Вы найдёте по алфавиту и объединяющие статьи («Металлы», «Неметаллы», «Карбонаты», «Нитраты»...). Об элементах в природе, об их распространении на Земле, об источниках сырья, которыми располагает человечество, рассказано во многих других статьях книги («Атмосфера», «Биосфера», «Земная кора», «Минералы»...).
Статьи, сходные по теме (например, об отдельных химических элементах), написаны по одному плану. И это тоже один из важнейших энциклопедических принципов. Ведь только при таком однотипном — унифицированном — изложении нетрудно быстро найти нужную справку.
В книге вы найдёте и биографии ряда выдающихся учёных. Биографии (и портреты учёных) мы поместили не в алфавитном порядке, а внутри наиболее подходящих по теме статей. (Так, биография английского физика и химика Дж. Дальтона дана в статье «Атом», советского геохимика А. Е. Ферсмана — в статье «Минералы», советского металлурга И. П. Бардина — в статье «Чугун».) Мы, конечно же, не могли исчерпать список всех, кто оставил заметный след в истории неорганической химии.
При отборе материала для этой Энциклопедии мы стремились отразить на её страницах те общие идеи, веяния, направления, которые отличают сегодняшнюю химию в целом, равно и её неорганическую ветвь. Среди направлений её нынешнего развития всего важнее, пожалуй, три.
...Углубление связи химии с физикой — совместно они дают единый ключ к познанию вещества.
...Расширение влияния химии на ход современной научно-технической революции.
...Повышение роли химии в решении общенародной задачи — охраны природы.
О читателе
Все особенности в построении и содержании этой специальной Энциклопедии определяются тем, что она предназначена школьникам. Вооружить подрастающее поколение современными знаниями — эта нелёгкая задача решается в нашей стране одновременно разными путями. Один из них — создание учебников и пособий, всё более совершенных и в научном отношении, и по методам изложения. Другой — новая форма обучения — факультативные (необязательные) занятия, которые проводятся в старших классах по программам, выходящим за традиционные школьные рамки. Это расширяет кругозор подростков и помогает им прийти к сознательному выбору будущей специальности. Факультативные занятия получают всё более широкое распространение. Ими руководят не только учителя, но и энтузиасты из университетов, институтов, лабораторий, конструкторских бюро... Для таких занятий тоже нужны книги — монографии, научно-популярные издания, справочники. В новую жизнь сегодняшней школы должна внести свой вклад и наша Энциклопедия. Со временем к ней присоединятся и два других тома — один по физической химии, другой по органической и биологической химии. Ещё шире: этой книгой начинается издание общей серии — «Энциклопедия школьника»,— посвящённой разнообразным дисциплинам.
Итак, книга «Неорганическая химия» адресована тем подрастающим естествоиспытателям, для которых химия уже в школе стала любимым предметом. Иными словами, наш предполагаемый молодой читатель это тот, кто уже сделал выбор своей будущей специальности. Ею станет химия! Мы надеемся, что Энциклопедия принесёт пользу педагогам. И несомненно, что она будет настольной книгой на занятиях всевозможных химических кружков. Мы хотим, чтобы она стала верным спутником всех, кто пленён древней и вечно юной наукой — химией, проникающей в тайны природы и служащей благу человеческого общества.
В статьях химической энциклопедии школьника мы старались сочетать научную строгость и насыщенность информацией с доступным, образным и увлекательным изложением. Конечно, маленькие статьи чисто справочного характера написаны лаконично и сухо. Однако в сравнительно обширных статьях мы уходили от лаконизма и сухости обычных энциклопедий, дав в одном случае интересный пример, в другом — нешаблонное раскрытие темы, в третьем — сосредоточивая обильные сведения в иллюстрациях. Мы стремились к тому, чтобы статьи читались легко и привлекали внимание к главному, даря читателю радость познания на пути к самостоятельным открытиям. Так нам хотелось. К этому мы стремились. А как получилось на деле? Советы и замечания читателей помогут нам в следующих книгах школьной серии решить поставленные задачи точнее и совершеннее.
В создании этой Энциклопедии участвовали известные учёные. Ответственный редактор всего издания — Михаил Алексеевич Прокофьев, член-корреспондент Академии наук СССР, министр просвещения СССР. Он первым в нашей стране начал исследования по синтетической химии нуклеотидов, его работы способствуют развитию молекулярной биологии, генетики, медицины.
Главный редактор книги «Неорганическая химия» — Иван Павлович Алимарин, академик, крупнейший специалист в области современной аналитической химии. Пользуясь разработанными им методами, удаётся определять в веществах ничтожно малые примеси. Особо же чистые вещества необходимы для полупроводниковой, лазерной и других новейших областей техники.
Среди членов редколлегии — Сергей Александрович Погодин, профессор, заслуженный деятель науки и техники. Он автор основополагающей монографии по физико-химическому анализу, многих трудов по изучению металлических сплавов и по истории химии.
Над статьями Энциклопедии работал большой коллектив авторов — по преимуществу молодых учёных, сотрудников и питомцев Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.
|
