fbpx
ОСТАННІЙ ПОДКАСТ

Ми під'їдаємо крихти cookies за вами. Навіщо це нам?

Читати

Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

Повідомлення успішно надіслано

Для пошуку
введіть назву запису

Які хімічні елементи змінили історію людства?/ Начитав Олег Скрипка

00:00
00:00
Хімія — 25.04.20
ТЕКСТ: Володимир Моторний
Ілюстрації: Антон Або
Ми любимо тексти без помилок. Якщо ви все ж таки щось знайшли, виділіть фрагмент і натисніть
Ctrl+Enter.
Ключовий елемент

Мєндєлєєву і не снилося. Чому деякі нації занепадають, і які хімічні елементи повернули хід історії та досі нею «крутять»?

Лише 63 хімічні елементи були відомі людству в 1869 році, коли світ побачила періодична таблиця Д. Мєндєлєєва. Сьогодні їхня кількість сягає 118, і приблизно сорок із них використали для виготовлення вашого смартфону. Серед елементів – не тільки добре усім відомі Аурум (назва речовини – золото), Аргентум (срібло), Купрум (мідь) та Силіцій (кремній), а й такі рідкісні, як Індій, Ітрій, Лантан, Гадоліній тощо.

 

Ми завжди шукали й шукатимемо нові матеріали та можливості для їхнього застосування; інколи ми відкривали те, що згодом повністю змінювало уявлення про світ.

 

Погляньмо, які хімічні елементи (та сполуки на їхній основі) впливали на суспільний устрій, призводили до занепаду одних держав та розквіту інших.

 

Силіцій (Si) – 14-й елемент, металоїд. Силіцій – це один із найпоширеніших елементів, що буквально розкиданий у нас під ногами у вигляді піску або оксиду кремнію (SiO2). Попри це він двічі зіграв винятково важливу роль у розвитку технологій.

 

Спочатку кремній став важливою сировиною для виробництва скла. А декількома тисячами років пізніше, наприкінці XIII-го ст., завдяки вдосконаленню технологій шліфування скла широкої популярності набули лінзи для корекції зору. Це призвело до значних соціальних зрушень: оскільки вади зору, пов’язані з похилим віком, перестали бути суттєвою перешкодою для праці, верхня вікова межа працездатності виросла в середньому на 10-15 років.

 

Наступні оптичні винаходи допомогли людству зануритися в мікросвіт (мікроскоп) та знайти своє місце у Всесвіті (телескоп). Завдяки низькій реакційній здатності кремній став ідеальним матеріалом для виготовлення хімічного посуду. Оксид силіцію – не єдина речовина, придатна для виготовлення скла. Але Силіцій особливий тим, що є другим за поширеністю після Оксигену хімічним елементом на планеті. SiO2 можна здобути без зайвих зусиль у будь-якому куточку планети, а для отримання з нього готового продукту потрібен мінімум технологічних операцій. Сукупність цих факторів подарувала нам недороге, а головне – масове силікатне скло.

 

Кристалічний кремній є напівпровідником, тобто виявляє властивості як провідника, так і діелектрика (речовини, що майже не проводить електричний струм – прим. ред.). Завдяки цьому він придатний для виробництва транзисторів – ключового елемента електронних схем. За відкриття транзистора у 1956 році американці Джон Бардін, Волтер Браттейн та Вільям Шоклі отримали Нобелівську премію. В цьому є певна іронія, адже принципи роботи транзистора Бардін та Браттейн вивчали на кристалах Германію, 32-го елемента періодичної таблиці, який перебуває з Силіцієм в одній групі, а електронні компоненти на основі Германію поширилися ще до створення першого кремнієвого транзистора в 1954-му. Проте змінили світ саме кремнієві мікросхеми, адже вміст Германію в земній корі мізерний, і він майже не утворює власних мінералів. На кремній, як ми вже згадували, можна натрапити всюди, і його запаси на Землі майже невичерпні. Дешеві, доступні, а тому дуже поширені кремнієві мікропроцесори (за даними, наведеними Ріком Меррітом, обсяги виробництва оцінюють десятками мільярдів штук на рік) сьогодні використовують не тільки в комп’ютерах та смартфонах, а й у мережевій електроніці, автомобілях, побутових приладах, офісній техніці, аксесуарах, одязі тощо. 

 

Аурум (Au) – 79-й елемент, метал. Ми просто не можемо залишити без уваги золото! Цей метал відомий людству щонайменше вісім тисяч років. Через низьку хімічну активність золото існує в природі як чиста речовина, є нечутливим до корозії, не втрачає вигляду та властивостей протягом тривалого часу, а тому здавна слугує платіжним засобом.

 

На жаль, більша частина історії цього металу пов’язана з кровопролитними війнами, підкоренням, а інколи й знищенням цілих народів. Чи не найбільш трагічним із подібних епізодів був період іспанської конкісти. Багатий на родовища золота південноамериканський континент упродовж майже двох століть живив Іспанію, що використовувала видобуте золото і срібло з метою фінансування військових кампаній в обох Америках, Європі та на півночі Африки. Ймовірно, що саме ненаситність іспанської корони згубила найпотужнішу в XV-XVI ст. морську державу Європи.

 

На щастя, золото може слугувати також і мирним цілям. Високі показники електричної провідності та корозійна стійкість зробили його незамінним матеріалом для виготовлення та покриття електричних контактів, зокрема у вже згаданих мікропроцесорах.

 

Купрум (Cu) – 29-й елемент, метал. Металургія почалася саме з Купруму. Подібно до золота і срібла, мідь існує в природі у самородному вигляді, окрім цього, метал є досить поширеним у ювелірній справі та мікроелектроніці. Древні люди намагалися застосувати до мідних самородків методи обробки каменю: так вони помітили пластичні властивості металу. Саме тому, ймовірно, перші мідні знаряддя праці виробляли за допомогою холодного кування, адже навіть для цього мідь є достатньо пластичною. Температура плавлення металу відносно невисока – 1083 °C, завдяки чому він став придатним для освоєння людиною ливарної справи. Вік перших виплавлених із міді прикрас, знайдених на території сучасної Туреччини, складає біля дев’яти тисяч років.

 

У місцевостях, багатих на мідні родовища (свою латинську назву цей метал, а згодом і хімічний елемент, одержав саме на честь острова Кіпр, багатого на мідні поклади), металеві знаряддя праці швидко витіснили кам’яні, адже їм можна було легко надати бажану форму, відремонтувати й, як наслідок, подовжити час експлуатації.

 

Значно пізніше, в IV тисячолітті до н. е., освоїли видобуток олова та виготовлення мідно-олов’яного сплаву – бронзи. Більш сучасні технології, спрямовані на обробку заліза, з’явилися лише на початку I тисячоліття до н. е.

 

Хтозна, як би склалася наша історія, якби поклади міді не були такими доступними? Адже золото та срібло – надто рідкісні елементи, а інші метали у природі рідко знаходять в самородному вигляді; крім того, їхня обробка значно складніша.

 

Уран (U) – 92-й елемент, актиноїд. Уран був названий на честь сьомої планети Сонячної системи наприкінці XVIII-го ст. Щоправда, на той час це була лише одна з версій назви космічного тіла, і лише після відкриття німецьким хіміком Мартіном Клапротом відповідного елементу її затвердили. Проте виділена Клапротом речовина виявилась оксидом урану, а вже кристалічний уран синтезував аж через півстоліття, в 1840 році, французький хімік Ежен-Мелькіор Пеліґо.

 

Уран відчинив нам двері у світ ядерної фізики, дав інструменти для вивчення основ будови матерії, став джерелом дешевої електроенергії (одна тонна збагаченого урану еквівалентна 1 350 000 тонн нафти) і смертельно небезпечною зброєю (див. Куншт №4 «Підривна діяльність»). Половина електроенергії України (за статистикою IEA Energy Atlas за 2014 рік), вироблена саме на атомних електростанціях, де паливом слугує збагачений уран. Водночас застосування ядерної зброї, випробування та аварії на атомних електростанціях спричинили страждання мільйонів людей. Утім, можливо, що саме існування зброї, здатної знищити більшу частину людства, утримує нас від нових глобальних конфліктів і змушує шукати мирних шляхів вирішення проблем.

 

Історія людства могла би бути іншою. Уявіть собі, якби запаси золота на Землі були такими ж, як, наприклад, міді. Тривалий час Аурум був би найдешевшим металом, оскільки через м’якість майже непридатний для виготовлення зброї чи інструментів, а прикраси з нього були б загальнодоступними. Практичну цінність цей метал здобув би лише в наші дні в електроніці, замінивши мідь у радіаторах, процесорах та відеокартах. Війни велися б не за золото, а за інші коштовності, що значно змінило б політичну картину світу.

 

А як би ми досліджували радіоактивність без радіоактивного урану? Крім того, він створює частину природного радіаційного фону на планеті, який має велике значення для еволюції живих організмів.

 

Наскільки б уповільнився науково-технічний розвиток без дешевого скла, коли звичайні окуляри коштували б у десятки й сотні тисяч разів більше, а найпростіший мікроскоп могли б собі дозволити лише найбагатші держави? Адже кількість кремнію у Всесвіті, який на 99% складається з водню та гелію, зовсім не така значна, як на Землі.

 

З 92 поширених у природі хімічних елементів сьогодні ми активно використовуємо у своїй діяльності всі, а на додачу ще й нові створюємо. Та все ж, здається, знайомство саме з чотирма, описаними в цій статті, найбільше змінило нас самих і світ, у якому ми живемо.

Курйози відкриття хімічних елементів. Відкриття більшості хімічних елементів, окрім небагатьох, які можна знайти у природі в чистому вигляді, потребували значних інтелектуальних зусиль і кропіткої праці. Та деякі з них заслуговують на особливу увагу, тож ми зібрали найцікавіші.

 

Фосфор (P) – 15-й елемент. Відкритий випадково німецьким алхіміком Хенніґом Брандом, який займався пошуком штучного способу отримати золото. Зокрема, багато експериментував із власною сечею, оскільки вважав, що її колір свідчить про вміст благородного металу. Нагріваючи та випаровуючи сечу, він синтезував білий фосфор. Цікаво, що подальше виробництво та продаж фосфору справді озолотили алхіміка.

 

Оксиген (O) – 8-й елемент.Експериментатори, які відкрили новий елемент, не змогли адекватно інтерпретувати результати дослідів, зокрема через популярність теорії флогістону (флогістон, на думку природознавців XVIII ст., це речовина, що виділяється під час горіння – прим. ред.). Антуан Лавуазьє, скориставшись цими результатами, провів низку власних дослідів, довівши роль кисню в реакції горіння та спростувавши хибне вчення про флогістон.

 

Ванадій (V) – 23-й елемент. Історія відкриття Ванадію вчить, наскільки хибно у науці покладатися на авторитет. Результати роботи Андреса Мануеля Дель Ріо, який вивчав свинцеві руди та виявив у них домішки нового елементу, піддавали серйозним сумнівам через його низьку наукову репутацію. Пізніше вчений і сам перестав вірити у своє відкриття, а повторно Ванадій відкрили та описали лише через 30 років.

 

Аргон (Ar) – 18-й елемент. Майбутній нобелівський лауреат Джон Страт досліджував фізичні властивості азоту. Він виявив, що літр азоту відрізняється за масою на 1,6 мг залежно від способу його отримання. Наприклад, виділений з атмосферного повітря азот був важчим за «хімічний», отриманий через розкладання азотовмісної сполуки. Він опублікував результати своїх дослідів, закликавши інших учених долучитися до пошуку пояснення цього явища. На них відгукнувся хімік Вільям Ремзі, і одночасно зі Стратом вони виділили з атмосферного повітря новий елемент – Аргон.

 

Гелій (He) – 2-й елемент. Назву на честь Сонця (лат. helios від давньогр. Hέλιος) цей елемент одержав не просто так, оскільки вперше його знайшли буквально на Сонці. Француз П’єр Жансен та британець Джозеф Лок’єр незалежно один від одного досліджували сонячний спектр і виявили спектральну лінію нового елемента. Проте синтезували його лише через три десятиліття.

 

Ґалій та Ґерманій (Ga та Ge) – 31-й і 32-й елементи. Відкриття цих елементів стало справжнім посмертним тріумфом Мєндєлєєва. Під час роботи над таблицею він передбачив їхнє існування й залишив для цих елементів «вакантні» місця, склавши до того ж дуже точний прогноз стосовно їхніх хімічних і фізичних властивостей. Тож віднайдення спершу Ґалію, а згодом і Ґерманію, та вивчення їхніх властивостей підтвердило правильність розрахунків Мєндєлєєва та особливе значення періодичного закону для хімії.

 

ТЕКСТ: Володимир Моторний
Ілюстрації: Антон Або
Статті
Наука як мистецтво
Якби машини хотіли створювати мистецтво, чи розуміли б його люди?

Припустімо, що поява свідомості у штучного інтелекту можлива; тоді ці творіння відчуватимуть бажання створювати мистецтво. Але чи зможемо ми розуміти його?

Суспільство
Судний день

Як страх смерті впливає на наш політичний вибір?

Наука
Три, чотири, п’ять – вчений йде шукать: інтерв’ю з Юрієм Гогоці

Юрій Гогоці – один із найцитованіших вчених українського походження. Куншт поговорив із ним про пошук натхнення, фінансування і контактів у науковому світі. 

Біологія
Як мед, так і ложкою

Мільйони років бджоли роблять мед. Тисячі років його вживають люди. Що науці відомо про цей продукт тепер?

Ідеї
Поллі і Ґаладріель

Перша історія із серії #БізарроНаука – про двох неймовірних біологинь, одна з яких – собака.

Без рубрики
Віртуальний тур «Як це бути Другом Куншт»

Які переваги підтримки науково-популярного медіа Куншт? Погляньте на власні очі!

Повідомити про помилку

Текст, який буде надіслано нашим редакторам: