Глава 5. Язык химии

Если вам когда-нибудь встречались или встретятся алхимические описания, то вас прежде всего поразит обилие непривычных названий, словно в средневековом рыцарском романе. Здесь будут и все планеты, и крепкая водка, зеленый и красный львы, киммерийские тени, и черные драконы... И под всеми этими именами понимались определенные химические вещества: Солнце-это золото, Сатурн-свинец, Юпитер-олово, красный лев-красный сурик и т.д.

Алхимические символы для обозначения металлов, минералов и других веществ

Иногда вещества изображались специальными символами. В Древнем Египте, например, золото обозначалось кружком с точкой в центре, вода - двумя или тремя волнистыми линиями одна под другой. В средние века различные химические вещества и процессы алхимики зашифровывали при помощи символов и каждый по-своему, в результате чего одно и то же вещество имело несколько обозначений. А так как ежегодно открывались новые соединения, то и количество символов все время возрастало, и к началу XVIII в. их насчитывалось около... 4 тысяч! Трудно было в них разобраться и запомнить, поскольку химические символы имели порой самое причудливое начертание.

В то время было известно семь металлов и семь планет; алхимики, связывая это, считали, что каждому металлу соответствует своя планета, которая управляет его судьбой на Земле. Поэтому и металлы обозначались знаками планет. А вот огонь изображался треугольником вершиной вверх; вода - тоже треугольником, но уже вершиной вниз; мыло - ромбом и т.д. Пользоваться такими символами становилось все сложнее. Некоторые ученые пытались перейти к более простой символике. Например, М. В. Ломоносов в своей диссертации "О рождении и природе селитры" (1749) изображал состав корпускулы селитры кружками разной величины с буквами в центре, однако металлы и некоторые вещества продолжал обозначать, как и алхимики. А вот как изображал молекулу нитрата железа (II) А. Лавуазье:

Здесь знаки железа, воды, кислорода и азота, но сколько каких атомов-неизвестно, а поэтому и трудно сказать, что это за вещество. Словом, алхимическими знаками можно было обозначить только качественный состав веществ.

В XVIII в. предпринимались попытки усовершенствовать химическую символику. Огромную роль в этом сыграли работы французских ученых. Клод Бертолле, Антуан де Фуркруа, Гитон де Морво под руководством Лавуазье разработали новую систему химической номенклатуры-"Опыт химической номенклатуры", опубликованную в 1787 г. В этой работе авторы предлагали соединения кислорода с другими элементами называть "оксиды", соли-по их кислотам (так, соли серной кислоты именовались "сульфатами", азотной-"нитратами" и т.д.). Кислотные оксиды ("кислоты", по определению авторов номенклатуры) назывались по "радикалу".

К этой работе была приложена статья физика Ж. Гассенфратца и химика П. Аде о системе химических символов, которая была разработана ими по предложению Лавуазье. Для каждого класса веществ вводился общий символ. Так, элементы обозначались прямой линией: кислород-горизонтальной, азот-наклонной, теплород - вертикальной; щелочи - треугольником вершиной вверх; оксиды - треугольником вершиной вниз; металлы - кружком. Внутри знаков ставились первые буквы названия.

Создатели новой химической номенклатуры назвали ее "остроумной", однако широкого применения она не нашла, так как была неудобна для написания формул, а кроме того, одними и теми же буквами обозначались разные вещества. Например, знаком S, помещенным в кружок, обозначали серу (sulfur) и олово (stannum).

С появлением атомистической теории Дальтона в истории химических символов начинается новый период. Английский ученый с 1803 г. вводит новую химическую символику-обозначает химические элементы кружками с точками, черточками или буквами внутри. Изображая молекулы, Дальтон указывал не только элементы, но и число атомов каждого элемента в молекуле, например:

Таким образом, предложенные Дальтоном формулы отражали не только качественный, но и количественный состав соединений.

Символы Дальтона были значительно проще алхимических, но все же очень неудобны для печати. Об этом говорил Берцелиус. В 1813 г. он опубликовал свою систему химических символов, а в следующем году вышла его работа "О причине химических пропорций и о некоторых сюда относящихся вопросах вместе с простым способом изображения последних".

Таблица символов Дальтона для обозначения химических элементов

"Химические знаки должны быть буквами,- считал Берцелиус,-чтобы объяснить написанное, а не портить книгу". Он решил обозначать химические знаки элементов начальными буквами их латинских названий. Например, сера по-латыни sulfur и обозначается S; олово - stannum, обозначается Sn; сурьма-stibium, обозначается Sb и т. д. Химический символ, по Берцелиусу, мог состоять из одной или двух букв, так что уже нельзя было спутать в тексте разные элементы, чьи названия начинались с одной и той же буквы. Химический знак означает не только элемент, но и один атом его. (Этими символами мы пользуемся по сей день.) Ученые по достоинству оценили нововведение Берцелиуса, новые знаки довольно быстро и прочно вошли в химию. Но были у системы Берцелиуса и противники, и самый непримиримый среди них - Дальтон. Он называл новые химические формулы "хаосом атомов".

С введением буквенных символов стало легко записывать химические формулы. Число атомов в молекуле Берцелиус обозначал цифрой, которую сначала ставил слева от знака элемента. Знак кислорода он обычно заменял точкой и ставил ее над символом элемента, соединенного с кислородом; количество точек соответствовало числу атомов кислорода:

оксид кальция-Сa,

вода-НН,

диоксид углерода-С и т.д.

Впоследствии Берцелиус в сложных соединениях коэффициент, указывающий число атомов в молекуле, стал ставить справа вверху от символа элемента. Если надо было обозначить два атома элемента, то Берцелиус ставил черточку поперек знака:

В 1834 г. знаменитый немецкий химик Юстус Либих (1803-1873) предложил обозначать число атомов элемента в молекуле подстрочным цифровым индексом, помещая его справа внизу от символа элемента. Формулы химических соединений приняли привычный для нас вид.

А как же изображались реакции между веществами? Алхимики в основном пользовались рисунками. А вот первую химическую реакцию, записанную словами, дал Лавуазье для закона сохранения массы веществ:

С появлением буквенных символов с их помощью стали записывать реакции. Вот как Дюма в 1826 г. записал реакцию между фторидом кремния (и-фтор) и водой:

Годом позже его соотечественник химик Луи Тенар в своем учебнике также приводит химические уравнения. Вот одно из них:

Нам сейчас трудно понять его, а ведь это всего лишь взаимодействие между хлоридом фосфора (Ch-хлор) и водой, в результате чего образуется соляная кислота и фосфористый ангидрид.

В России новые символы привились не сразу. Только в 1824 г. в "Новом магазине (журнале) естественной истории, физики, химии и сведений экономических" была опубликована статья врача и популяризатора медицинских знаний И. Я. Зацепина "О берцелиевых законах химического сродства", в которой приводились символы химических элементов, их атомные веса и формулы некоторых соединений.

Первым же химические уравнения в России стал применять знаменитый ученый Герман Иванович Гесс, открывший закон постоянства количества теплоты реакции. В учебнике "Основания чистой химии" (1831-1833) он приводит формулы и уравнения реакций не только неорганических, но и органических веществ. Многие из них непохожи на современные. Например, реакция между железом и водой (водяными парами) с образованием оксида железа(И) и водорода записывалась так:

В 1869 г. выходит в свет первый том "Основ химии" Д. И. Менделеева, в котором автор широко пользуется химическими формулами; они отличаются от современных лишь тем, что цифровые индексы в них стоят при символе справа вверху, а не внизу: КСlO³, MgSO⁴ и т. д. Соли автор называет прилагательными, составленными из названий кислоты и металла: СаSO₄-сернокальциевая соль, СаSО₃-сернистокальциевая соль.

Современная номенклатура неорганических соединений разработана секцией неорганической химии Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК, ШРАС). Названия веществ, построенные в соответствии с этими правилами, адаптированными к традициям русского языка, все шире используются в химической и общетехнической литературе.