Posvečeno našim sorodnikom

Ni bilo žeblja - podkve ni bilo več.
Ni bilo podkve - konj je postal hrom.
Konj je hromel - poveljnik je bil ubit.
Konjenica je poražena - vojska beži.
Sovražnik vstopi v mesto, ne prizanaša ujetnikom,
Ker v kovačnici ni bilo žeblja.

Stare angleške otroške pesmi (prir. S. Marshak)

Predgovor

Junija 1812 je Napoleonova Grande Armée štela šeststo tisoč mož. Že v začetku decembra istega leta se je zmanjšal na vsega deset tisoč. Po umiku iz Moskve je izčrpanim Francozom uspelo prečkati reko Berezino pri Borisovu. Tiste, ki so preživeli, so preganjali lakota, bolezen in mraz: postali so vzrok za Napoleonov poraz nič manj kot bajoneti in krogle Rusov. Veliko vojakov je umrlo, ker niso bili dobro oblečeni in opremljeni za preživetje ledene zime.
Napoleonov umik iz Rusije je imel resne posledice za vso Evropo. Leta 1812 je bilo 90% ruskega prebivalstva podložnikov, ki so bili v celoti v lasti posestnikov in niso imeli nobenih pravic. Kupovali so jih in prodajali. Ta položaj je bolj spominjal na suženjstvo kot na tlačanstvo Zahodna Evropa. Zmagoviti pohod Napoleonove vojske po Evropi je spremljalo širjenje načel in idealov Francoska revolucija(1789–1799), ki je rušil srednjeveške temelje, spreminjal politične meje in prispeval k oblikovanju narodne zavesti. Koristne so se izkazale tudi Napoleonove inovacije. Reformirano državni aparat in skupni kodeksi so nadomestili nejasne lokalne zakone in predpise, ideje o človekovih pravicah, družini, zasebna lastnina. Namesto stotine lokalnih sistemov mer in uteži je bil sprejet en sam, decimalni.
Toda kaj je povzročilo poraz? največja vojska vodil Napoleon? Zakaj so Napoleonovi vojaki, prej nepremagljivi, omahnili? O tem obstaja ena nenavadna domneva, ki jo je mogoče oblikovati s parafraziranjem besed otroške pesmice: ker ni bilo gumbov! Zdi se neverjetno, toda smrt Napoleonove vojske je mogoče povezati s tako nepomembno stvarjo, kot so gumbi. Natančneje, z kositer gumbi, ki so držali skupaj oblačila celotne vojske, od častniških plaščev do hlač in uniform pehote. Pri nizkih temperaturah se sijoči kovinski kositer spremeni v krhek siv prah, še vedno kositer, vendar s popolnoma drugačno strukturo. Se je to res zgodilo z gumbi napoleonskih vojakov? Neka priča v Borisovu je francoske enote opisala kot »množico duhov, zavitih v ženske šale, kose preprog in zažgane plašče«. Je izginotje gumbov povzročilo, da je vojake tako zeblo, da se niso mogli več bojevati? In namesto orožja so se bili prisiljeni dobesedno držati za hlače?
Vendar ima ta hipoteza več ozka grla. Tako imenovana kositrna kuga (»kositrna bolezen«) je v severni Evropi znana že nekaj stoletij. Kako je lahko Napoleon, prepričan v pripravljenost svojih čet za zmagovite bitke, dovolil, da so elementi uniforme izdelani iz kositra? Poleg tega je razgradnja kositra precej dolg proces, tudi pri tako nizkih temperaturah, kot je bila pozimi leta 1812 v Rusiji. Je pa zabavna zgodba in kemikom je zelo všeč kot razlaga poraza. francoska vojska. A če je v tej hipotezi nekaj resnice, potem se postavlja vprašanje: kaj bi se zgodilo, če se gumbi ne bi sesuli od mraza in bi se Francozi še naprej pomikali proti vzhodu? Ali ne bi to vodilo do konca tlačanstva v Rusiji pol stoletja prej? Meja med Zahodno in Vzhodna Evropa, ki približno ustreza meji Napoleonovega cesarstva?
Skozi človeško zgodovino so imele kovine zelo pomembno vlogo. Poleg primera s kositrnimi gumbi napoleonskih vojakov so bili še drugi. Znano je na primer, da so rudniki kositra v Cornwallu pritegnili pozornost starih Rimljanov in postali eden od razlogov za njihov zaseg ozemlja sodobne Velike Britanije. Do leta 1650 je približno šestnajst tisoč ton srebra iz rudnikov Novega sveta steklo v blagajne bogatih Špancev in Portugalcev, velik del tega denarja pa je bil porabljen za vojne v Evropi. Iskanje zlata in srebra je imelo ogromen vpliv na odkrivanje, kolonizacijo in poselitev številnih regij sveta. Na primer, rudniki zlata v Kaliforniji, Avstraliji, Južna Afrika, Nova Zelandija in reka Klondike v Kanadi sta v 19. stoletju močno prispevala k razvoju teh krajev. V našem jeziku je veliko izrazov, ki omenjajo zlato: zlati standard, zlati človek, zlati čas, črno zlato. Imena celih obdobij se poklonijo kovinam. Prišla je bronasta doba, ko so bron – zlitino ali mešanico kositra in bakra – uporabljali za izdelavo orožja in orodja. železna doba ko so ljudje začeli topiti in kovati železo.
Toda ali so le kositer, zlato in železo vplivali na potek zgodovine? Kovine so elementi, torej snovi, ki s pomočjo kemične reakcije ni mogoče razdeliti na enostavnejše komponente. V naravi je devetdeset elementov. Poleg tega je človek ustvaril še približno devetdeset elementov v zelo majhnih količinah. Ampak kemične spojine(snovi, ki nastanejo kot posledica kemične interakcije dva ali več elementov) poznamo okoli sedem milijonov. Brez pretiravanja lahko rečemo, da so nekatere spojine igrale tudi ključno vlogo v zgodovini človeštva. Ta radovedna ideja je bila osnova knjige.
Če s tega vidika obravnavamo nekatere običajne ali ne povsem običajne snovi, ugotovimo neverjetne zgodbe. Zaradi podpisa pogodbe iz Brede leta 1667 so Nizozemci svojo posest prepustili Angležem leta Severna Amerika v zameno za majhen otok Ran v arhipelagu Banda (sodobna Indonezija). Anglija, ki je izgubila pravice do otoka Run (katerega privlačnost je bila izključno v tem, da je tam rasel muškatni orešček), je v zameno dobila pravice do majhnega koščka zemlje na drugem koncu sveta - otoka Manhattan.
Nizozemci so začeli zahtevati Manhattan kmalu po prihodu Henryja Hudsona, ki je iskal pot v Vzhodno Indijo, na legendarne Spice Islands (Moluccas). Leta 1664 je bil guverner Novega Amsterdama Peter Stuyvesant prisiljen kolonijo prepustiti Britancem. Nizozemsko nezadovoljstvo s to koncesijo in drugi ozemeljski spori so pripeljali do vojne med državama, ki je trajala približno tri leta. Angleška prisotnost na otoku Run je razjezila Nizozemce, ker je sama kršila nizozemski monopol nad trgovino z muškatnim oreščkom. Nizozemci, v regiji znani po svoji okrutnosti, si nikakor niso želeli, da bi Angleži imeli delež v donosni trgovini z začimbami. Po štirih letih blokade in krvavih spopadov so Nizozemci končno zavzeli otok Run. Britanci so se maščevali z napadom na ladje nizozemske vzhodnoindijske družbe.
Nizozemci so zahtevali odškodnino za piratstvo in zahtevali vrnitev Novega Amsterdama. Angleži so želeli, da Nizozemci plačajo za njihove zločine v Vzhodni Indiji in vrnejo Ran. Ker nobena stran ni želela popustiti in ni mogla zmagati na morju, je bil v Bredi podpisan sporazum, ki je obema državama omogočil rešiti obraz. Britanci so zavzeli Manhattan in opustili svoje zahteve po otoku Run. Nizozemci so postali gospodarji otoka Run in niso več zahtevali Manhattna. Ko so Angleži dvignili svojo zastavo nad New Amsterdamom (kasneje preimenovanim v New York), se je zdelo, da so imeli Nizozemci več sreče v sporu. Ali je mogoče primerjati majhno naselje v Novem svetu (približno tisoč ljudi) z monopolom nad trgovino z muškatnim oreščkom?
Zakaj je bil muškatni orešček tako zelo cenjen? Tako kot druge začimbe, kot so nageljnove žbice, poper in cimet, se je muškatni orešček v Evropi pogosto uporabljal za konzerviranje hrane, hrano in uporabo v medicini. Muškatni orešček pa je imel še eno, veliko več pomembna funkcija. Verjeli so, da muškatni orešček ščiti pred »črno kugo«, ki je od 14. stoletja štiristo let pustošila po Evropi.
Seveda zdaj vemo, da je črna smrt (kuga) bakterijska bolezen, ki jo prenašajo podgane in se prenaša z ugrizi bolh. Zato lahko rečemo, da je nošenje majhne vrečke muškatnega oreščka okoli vratu kot zdravila proti kugi preprosto vraževerje. Ja, to bi lahko rekli, če ne razumete kemična sestava muškatni orešček. Značilen vonj tega oreha je posledica prisotnosti izoevgenola. Rastline proizvajajo snovi kot naravne pesticide za zaščito pred prežvekovalci, žuželkami in mikrobi. Verjetno je izoevgenol iz muškatnega oreščka deloval kot naravni insekticid za odganjanje bolh. Seveda velja tudi nekaj drugega: premožni ljudje, ki so imeli možnost kupiti muškatni orešček, so živeli v razmeroma ugodnejših razmerah, torej obkroženi z manj podganami in bolhami, kar je zmanjšalo verjetnost okužbe s kugo.
Težko je reči, ali je muškatni orešček pomagal proti kugi, vendar so hlapne aromatične snovi v njegovi sestavi prispevale k dvigu cene in priljubljenosti. Odkrivanje in osvajanje novih dežel, v Bredi podpisani sporazum, pa tudi dejstvo, da glavno mesto Amerika se imenuje New York, ne New Amsterdam – vse to je povezano s snovjo izoevgenol.
Po zgodbi o izoevgenolu je treba povedati zgodbe o številnih drugih spojinah, ki so spremenile naš svet. Nekatere od teh spojin so splošno znane in so še vedno znane velika vrednost za svetovno gospodarstvo ali medicino, drugi so že dolgo pozabljeni. Toda vse te snovi so igrale vlogo pri enem ali celo več ključnih dogodkih, ki so vplivali na potek zgodovine.
Odločili smo se napisati to knjigo, da bi spregovorili o neverjetni povezavi med kemičnimi spojinami in človeško zgodovino ter da bi pokazali, da imajo včasih na videz nepovezani dogodki nekaj opraviti s kemičnimi molekulami in da je pot razvoja družbe včasih določena s kemično strukturo nekaterih snovi. Zamisel, da so določeni dogodki v zgodovini lahko odvisni od nečesa tako nepomembnega, kot so molekule (to so skupine dveh ali več atomov, povezanih na določen način), nas sili, da na razvoj civilizacije pogledamo na nov način. Tako majhne spremembe, kot je položaj vezi med atomi v molekuli, lahko povzročijo izjemno velike razlike v lastnostih spojin in vplivajo na potek dogodkov. Zato ta knjiga ne govori o zgodovini kemije, temveč o vlogi kemije v zgodovini.
Izbira molekul, o kateri smo se odločili govoriti, je nekoliko poljubna in nikakor ni izčrpna. Izbrali smo tiste povezave, ki so se nam zdele najbolj zanimive tako zgodovinsko kot kemično. Ne trdimo, da so imele prav te molekule najgloblji vpliv na civilizacijo. Nedvomno bi lahko naši kolegi kemiki na seznam dodali še nekaj molekul, medtem ko bi nekaj naših odšteli. Povedali vam bomo o molekulah, ki so postavile temelje za Veliko geografska odkritja in razvoj novih zemljišč. Govorili bomo o molekulah, ki so imele pomembno vlogo pri razvoju trgovine, privedle do preseljevanja ljudstev in kolonizacije določenih ozemelj, prispevale pa so tudi k trgovini s sužnji in prisilnemu delu. Poskušali bomo razložiti, kako je kemijska struktura določenih molekul vplivala na to, kaj jemo, kaj pijemo in kaj nosimo. Spoznali bomo molekule, ki so spodbudile razvoj medicine in higiene, ter molekule, ki so prispevale k industrijskemu napredku. Govorili bomo o »molekulah vojne«, ki so zahtevale življenja milijonov ljudi, in »molekulah miru«, ki so rešile milijone življenj. Videli bomo številne spremembe v odnosih med moškimi in ženskami, v človeški kulturi, zakonodaji in v okolju lahko povežemo s kemijsko strukturo več molekul. Vendar sedemnajst snovi, ki smo jih izbrali, ni vedno posameznih molekul. Nekatera poglavja preučujejo skupine molekul z zelo podobnimi strukturami, lastnostmi in zgodovinsko vlogo.
Dogodkov ne obravnavamo v kronološkem vrstnem redu. V razporeditvi poglavij smo želeli odražati povezave med podobnimi molekulami, skupinami podobnih molekul in tudi med molekulami z različnimi kemijskimi strukturami, ki pa imajo podobne lastnosti ali jih lahko povežemo s podobnimi dogodki. Začetek industrijske revolucije je na primer povezan z gojenjem sladkornega trsa na plantažah v Severni in Južni Ameriki ter proizvodnjo sladkorja, v Angliji pa so bile gospodarske in družbene spremembe povezane z drugo snovjo - bombažem, in v smislu kemijska zgradba je druga snov najstarejša oz bratranec prvi. Hiter razvoj kemične industrije v Nemčiji v konec XIX stoletja je v določeni meri posledica proizvodnje novih barvil iz premogovega katrana, stranskega produkta, ki nastane pri proizvodnji plina iz premoga. Ista nemška kemična podjetja so prva sintetizirala umetne antibiotike s strukturo, podobno novim barvilom. Poleg tega je bil iz katrana pridobljen prvi antiseptik fenol, ki so ga pozneje uporabljali za proizvodnjo plastike in je kemično soroden izoevgenolu iz muškatnega oreščka. V zgodovini je veliko podobnih kemijskih razmerij.
Zanimala nas je tudi vloga naključja pri številnih odkritjih v kemiji. Pogosto se reče, da je do številnih pomembnih odkritij prišlo le po sreči. Vendar se nam zdi, da veliko pomembnejšo vlogo igra sposobnost znanstvenika, da se zave pomembnosti odkritja in razume njegovo bistvo. Velikokrat v zgodovini kemije so čudni, a potencialno pomembni rezultati ostali neopaženi. Menimo, da bi morali priznati sposobnost znanstvenikov, da prepoznajo vrednost nepričakovanih rezultatov, namesto da bi to pripisali navadni sreči. Nekateri izumitelji in odkritelji, o katerih govorimo v tej knjigi, so bili kemiki, drugi pa sploh niso imeli nobenega ozadja. znanstveno izobraževanje. Mnogi od teh ljudi so imeli nenavadne osebnosti. Njihove zgodbe so neverjetne.

Ekološko – kaj ni tisto, kar zraste na vrtu?

Da bi bralcu pomagali razumeti kemijsko plat opisanih dogodkov, predlagamo, da se najprej na kratko seznanite s kemijskimi izrazi. Veliko omenjenih spojin se bomo pogovorili, poklical organsko. V zadnjih dvajsetih do tridesetih letih se je beseda uporabljala v pomenu, ki je zelo oddaljen od njenega prvotnega pomena. Izdelke vse pogosteje imenujemo "organski" kmetijstvo, za proizvodnjo katerega se ne uporabljajo umetni pesticidi, herbicidi ali sintetična gnojila. Izraz "organski" je pred približno dvesto leti prvotno predlagal švedski kemik Jens Jakob Berzelius, ki je leta 1807 organske poimenoval tiste snovi, ki izvirajo iz živih organizmov. proti, anorganski Berzelius je imenoval snovi tiste, ki prihajajo iz neživih virov.
V 18. stoletju znanstveni svet se je ideja razširila, da kemikalije, ki izvirajo iz naravnih virov, so nekako drugačni od ostalih in da vsebujejo neko življenjsko esenco, četudi je ni mogoče zaznati in izmeriti. To posebno esenco so poimenovali življenjska energija. Znanstveno gibanje, ki je trdilo, da snovi rastlinskega ali živalskega izvora vsebujejo nekakšno mistično moč, se je imenovalo vitalizem. Veljalo je, da je v laboratoriju nemogoče ustvariti organsko spojino, a ironično je to uspelo enemu izmed Berzeliusovih študentov. Leta 1828 je Friedrich Wöhler, bodoči profesor kemije na Univerzi v Göttingenu v Nemčiji, segreval mešanico dveh anorganskih snovi – amoniaka in cianske kisline – in dobil kristale sečnine, ki se niso razlikovali od kristalov sečnine, izoliranih iz živalskega urina.
Zagovorniki vitalizma so menili, da je cianska kislina organska snov, ker jo pridobivajo iz posušene krvi. Vendar je ideja o vitalizmu začela bledeti. Po nadaljnjih nekaj desetletjih je popolnoma razpadel, saj je tudi drugim kemikom uspelo sintetizirati organske snovi iz anorganskih. Zadnji zagovorniki vitalizma so se bili prisiljeni sprijazniti s tem, kar so do tedaj imeli za krivoverstvo, in smrt vitalizma je postala splošno sprejeto dejstvo. Bilo je treba dati nekaj novega kemijska definicija organske snovi.
Dandanes snovi, ki vsebujejo ogljik, imenujemo organske. torej organska kemija je veda, ki proučuje ogljikove spojine. Seveda je ta definicija nepopolna, saj obstajajo ogljikove spojine, ki jih kemiki nikoli niso obravnavali kot organske. Razlog za to se skriva predvsem v tradiciji. Na primer, že dolgo pred Wöhlerjevimi poskusi je bilo znano, da so karbonati, ki vsebujejo kisik in ogljik, del mineralov in ne le živih organizmov. Tako marmor (kalcijev karbonat) in soda bikarbona (natrijev bikarbonat) nikoli nista bila uvrščena med organske spojine. Podobno ogljik v obliki diamanta ali grafita (obe snovi sta bili prvotno pridobljeni iz zemlje in ju je zdaj mogoče pridobiti umetno) že od nekdaj dojemana kot anorganska snov. Ogljikov dioksid, sestavljen iz enega atoma ogljika in dveh atomov kisika, je znan znanstvenikom že več stoletij in ni bil nikoli upoštevan organska spojina. Zato je zgornja opredelitev napačna. Toda na splošno organska snov vsebuje ogljik in anorganske snovi sestavljajo drugi elementi.
Ogljik se od drugih elementov razlikuje po neverjetni raznolikosti vezi, ki jih tvori, pa tudi po široki paleti elementov, s katerimi lahko tvori vezi. Tako je število ogljikovih spojin, tako naravnih kot sintetičnih, mnogokrat večje od števila spojin vseh drugih elementov skupaj. To delno pojasni, zakaj v knjigi posvečamo več pozornosti organskim snovem kot anorganskim. A našo izbiro pojasnjuje tudi dejstvo, da sta oba avtorja knjige organska kemika.

Strukturne formule: ali so potrebne?

Za nas je bil največji izziv pri delu s knjigo določiti razumne meje njenega kemična vsebnost. Nekateri kolegi so nam svetovali, naj manj govorimo o kemiji in več o zgodovini. In seveda, so nam rekli, ne bi smeli narisati nobenega kemijske strukture. Najbolj zanimivo pa se nam je zdelo odražati povezavo med kemijsko strukturo in lastnostmi snovi, pa tudi povezavo med njeno strukturo in zgodovinski dogodki. Seveda lahko berete knjigo, ne da bi pogledali formule, vendar menimo, da razumevanje kemijskih struktur oživi povezavo med kemijo in zgodovino.
Organske snovi so sestavljeni iz le nekaj vrst atomov: ogljika (C), vodika (H), kisika (O) in dušika (N). Poleg tega lahko v njih najdemo še druge elemente: brom (Br), klor (Cl), fluor (F), jod (I), fosfor (P) in žveplo (S). V tej knjigi smo strukture kemičnih spojin prikazali predvsem za primerjavo, zato morate za razumevanje razlage le pogledati risbo. Razlike v strukturah so običajno označene s puščicami, obkrožene ali drugače poudarjene. Na primer, edina razlika med dvema spodaj prikazanima snovema je položaj skupine OH. V vsakem primeru je ta položaj označen s puščico. V prvi molekuli se skupina OH nahaja pri drugem atomu ogljika z leve, v drugi molekuli pa pri prvem atomu ogljika.

Molekula, ki jo je sintetizirala čebela delavka

Ta na videz nepomembna razlika je za čebele izredno pomembna. pomembno. Prvo molekulo sintetizira čebela matica, drugo pa čebele delavke in vse čebele so sposobne razlikovati prvo molekulo od druge. Razliko med čebeljo matico in čebelo delavko vidimo, če pogledamo sliko.

Čebela kraljica

čebela delavka
Risbe z dovoljenjem Raymonda in Sylvie Chamberlain

Čebele same uporabljajo kemične signale za prepoznavanje. Lahko bi rekli, da imajo kemični "vid".
Da bi prikazali vrstni red povezave atomov v molekulah, kemiki uporabljajo strukturne formule. Atomi so predstavljeni s kemičnimi simboli, vezi med njimi pa so narisane s črticami. Včasih med dvema atomoma morda ni ena, ampak več črt. Če sta pomišljaja dva, potem gre za dvojno vez (=), če so tri, potem gre za trojno vez (≡).
V eni najpreprostejših organskih molekul – molekuli metana (močvirskega plina) – je ogljik obdan s štirimi enostavnimi (enojnimi) vezmi, ki ga vsaka povezuje z atomom vodika. Kemijska formula metana je CH 4, strukturna formula pa izgleda takole:

Metan

Najenostavnejši organska molekula z dvojno vezjo – etilen (C 2 H 2). Njegova strukturna formula je:

Etilen

V tem primeru ima ogljik še vedno štiri vezi, ker se dvojna vez obravnava kot dve enojni vezi. Etilen je zelo preprosta in zelo pomembna snov. To je rastlinski hormon, ki spodbuja zorenje plodov. Na primer, če so jabolka shranjena v nezračenem prostoru, bodo pod vplivom lastnega etilena hitro prezorela. (Zorenje nezrelega avokada ali kivija lahko pospešite tako, da ga položite v vrečko z zrelim jabolkom.)
Organsko spojino metanol ali metilni alkohol ima kemijska formula CH 4 O. Struktura te spojine, ki vsebuje kisik, je prikazana na sliki:
Metanol

V tem primeru ima atom kisika dva enostavne povezave, od katerih ga ena veže na atom ogljika, druga pa na atom vodika. In kot vedno je ogljik obdan s štirimi vezmi.
V spojinah, v katerih obstaja dvojna vez med atomi ogljika in kisika, kot v ocetni kislini (kisu), formula C 2 H 4 O 2 ne pove jasno, kje se nahaja dvojna vez. Zaradi tega potrebujemo strukturne formule: da pokažemo, v kakšnem vrstnem redu so povezani atomi in kje se nahajajo dvojne vezi.

Ocetna kislina

Podobne strukturne formule je mogoče prikazati tudi v stisnjeni obliki. Potem bo strukturna formula ocetne kisline naslednja:

Ali celo

Vsi niso prikazani tukaj kemične vezi, ki obstaja v tej molekuli. Ta oblika zapisa omogoča poenostavitev risbe in prikazuje samo relativne položaje atomov.
Ta sistem pisanja dobro deluje pri majhnih molekulah, pri večjih molekulah pa je celo to pisanje zamudno in težko razumljivo. Na primer, ponovno se obrnemo na molekulo, ki jo je sintetizirala čebela matica, in primerjajmo dve obliki pisanja - stisnjeno in razširjeno, kar odraža lokacijo vseh vezi:

Podrobna strukturna formula molekule, ki jo je sintetizirala čebelja matica

Ta formula je preveč okorna in slabo razumljiva. Zaradi tega so molekule pogosto prikazane z nekaj poenostavitvami. Najpogostejši med njimi je odsotnost večine vodikovih atomov v formulah. (Vendar to ne pomeni, da v teh molekulah ni vodikovih atomov.) Ogljikov atom ima vedno štiri vezi. Torej, če vidite, da ima v kateri koli formuli ogljikov atom manj vezi, vedite: v resnici obstajajo štiri vezi, samo tiste, ki niso na sliki, povezujejo ogljik z vodikovim atomom.
Molekula, ki jo sintetizira čebela matica

Poleg tega so ogljikovi atomi v formulah pogosto prikazani povezani ne v ravni črti, ampak pod kotom. Pravzaprav tak zapis bolj natančno odraža resnično strukturo molekul. Upodabljajmo molekulo, ki jo je sintetizirala čebela matica.

In v še bolj zgoščeni obliki lahko večino ogljikovih atomov izpustimo:

Tu konec črte in vsa presečišča označujejo lokacijo ogljikovega atoma. Upodobljeni so vsi drugi atomi, razen večine atomov vodika in ogljika. Če uporabimo to poenostavitev, je razlika med molekulami, ki jih sintetizirata čebela matica in čebela delavka, veliko jasneje vidna.

Junija 1812 je Napoleonova Grande Armée štela šeststo tisoč mož. Že v začetku decembra istega leta se je zmanjšal na vsega deset tisoč. Po umiku iz Moskve je izčrpanim Francozom uspelo prečkati reko Berezino pri Borisovu. Tiste, ki so preživeli, so preganjali lakota, bolezen in mraz: postali so vzrok za Napoleonov poraz nič manj kot bajoneti in krogle Rusov. Veliko vojakov je umrlo, ker niso bili dobro oblečeni in opremljeni za preživetje ledene zime.

Napoleonov umik iz Rusije je imel resne posledice za vso Evropo. Leta 1812 je bilo 90% ruskega prebivalstva podložnikov, ki so bili v celoti v lasti posestnikov in niso imeli nobenih pravic. Kupovali so jih in prodajali. To stanje je bolj spominjalo na suženjstvo kot na tlačanstvo v zahodni Evropi. Zmagoviti pohod Napoleonove vojske po Evropi je spremljalo širjenje načel in idealov francoske revolucije (1789–1799), ki je rušila srednjeveške temelje, spreminjala politične meje in prispevala k oblikovanju narodne zavesti. Koristne so se izkazale tudi Napoleonove inovacije. Reformiran državni aparat in skupni kodeksi so nadomestili nejasne lokalne zakone in predpise, pojavile pa so se ideje o človekovih pravicah, družini in zasebni lastnini. Namesto stotine lokalnih sistemov mer in uteži je bil sprejet en sam, decimalni.

Toda kaj je bil razlog za poraz največje vojske, ki jo je vodil Napoleon? Zakaj so Napoleonovi vojaki, prej nepremagljivi, omahnili? O tem obstaja ena nenavadna domneva, ki jo je mogoče oblikovati s parafraziranjem besed otroške pesmice: ker ni bilo gumbov! Zdi se neverjetno, toda smrt Napoleonove vojske je mogoče povezati s tako nepomembno stvarjo, kot so gumbi. Natančneje, z kositer gumbi, ki so držali skupaj oblačila celotne vojske, od častniških plaščev do hlač in uniform pehote. Pri nizkih temperaturah se sijoči kovinski kositer spremeni v krhek siv prah, še vedno kositer, vendar s popolnoma drugačno strukturo. Se je to res zgodilo z gumbi napoleonskih vojakov? Neka priča v Borisovu je francoske enote opisala kot »množico duhov, zavitih v ženske šale, kose preprog in zažgane plašče«. Je izginotje gumbov povzročilo, da je vojake tako zeblo, da se niso mogli več bojevati? In namesto orožja so se bili prisiljeni dobesedno držati za hlače?

Vendar pa je v tej hipotezi več ozkih grl. Tako imenovana kositrna kuga (»kositrna bolezen«) je v severni Evropi znana že nekaj stoletij. Kako je lahko Napoleon, prepričan v pripravljenost svojih čet za zmagovite bitke, dovolil, da so elementi uniforme izdelani iz kositra? Poleg tega je razgradnja kositra precej dolg proces, tudi pri tako nizkih temperaturah, kot je bila pozimi leta 1812 v Rusiji. Je pa zabavna zgodba, ki jo imajo kemiki zelo radi kot razlago za poraz francoske vojske. A če je v tej hipotezi nekaj resnice, potem se postavlja vprašanje: kaj bi se zgodilo, če se gumbi ne bi sesuli od mraza in bi se Francozi še naprej pomikali proti vzhodu? Ali ne bi to vodilo do konca tlačanstva v Rusiji pol stoletja prej? Bi ostala meja med Zahodno in Vzhodno Evropo, ki približno ustreza meji Napoleonovega imperija?

Skozi človeško zgodovino so imele kovine zelo pomembno vlogo. Poleg primera s kositrnimi gumbi napoleonskih vojakov so bili še drugi. Znano je na primer, da so rudniki kositra v Cornwallu pritegnili pozornost starih Rimljanov in postali eden od razlogov za njihov zaseg ozemlja sodobne Velike Britanije. Do leta 1650 je približno šestnajst tisoč ton srebra iz rudnikov Novega sveta steklo v blagajne bogatih Špancev in Portugalcev, velik del tega denarja pa je bil porabljen za vojne v Evropi. Iskanje zlata in srebra je imelo ogromen vpliv na odkrivanje, kolonizacijo in poselitev številnih regij sveta. Na primer, rudniki zlata v Kaliforniji, Avstraliji, Južni Afriki, Novi Zelandiji in reka Klondike v Kanadi so pomembno prispevali k razvoju v 19. stoletju. V našem jeziku je veliko izrazov, ki omenjajo zlato: zlati standard, zlati človek, zlati čas, črno zlato. Imena celih obdobij se poklonijo kovinam. Bronasto dobo, ko so bron – zlitino ali zmes kositra in bakra – uporabljali za izdelavo orožja in orodja, je nadomestila železna doba, ko so ljudje začeli taliti in kovati železo.

Toda ali so le kositer, zlato in železo vplivali na potek zgodovine? Kovine so elementi, torej snovi, ki jih s kemičnimi reakcijami ni mogoče razgraditi na enostavnejše sestavine. V naravi je devetdeset elementov. Poleg tega je človek ustvaril še približno devetdeset elementov v zelo majhnih količinah. Toda kemične spojine (snovi, ki nastanejo kot posledica kemične interakcije dva ali več elementov) poznamo okoli sedem milijonov. Brez pretiravanja lahko rečemo, da so nekatere spojine igrale tudi ključno vlogo v zgodovini človeštva. Ta radovedna ideja je bila osnova knjige.

Ko na nekatere običajne ali manj pogoste snovi pogledate s tega zornega kota, nastanejo neverjetne zgodbe. Kot rezultat podpisa pogodbe iz Brede leta 1667 so Nizozemci prepustili svojo posest v Severni Ameriki Britancem v zameno za majhen otok Ran v arhipelagu Banda (sodobna Indonezija). Anglija, ki je izgubila pravice do otoka Run (katerega privlačnost je bila izključno v tem, da je tam rasel muškatni orešček), je v zameno dobila pravice do majhnega koščka zemlje na drugem koncu sveta - otoka Manhattan.

Nizozemci so začeli zahtevati Manhattan kmalu po prihodu Henryja Hudsona, ki je iskal pot v Vzhodno Indijo, na legendarne Spice Islands (Moluccas). Leta 1664 je bil guverner Novega Amsterdama Peter Stuyvesant prisiljen kolonijo prepustiti Britancem. Nizozemsko nezadovoljstvo s to koncesijo in drugi ozemeljski spori so pripeljali do vojne med državama, ki je trajala približno tri leta. Angleška prisotnost na otoku Run je razjezila Nizozemce, ker je sama kršila nizozemski monopol nad trgovino z muškatnim oreščkom. Nizozemci, v regiji znani po svoji okrutnosti, si nikakor niso želeli, da bi Angleži imeli delež v donosni trgovini z začimbami. Po štirih letih blokade in krvavih spopadov so Nizozemci končno zavzeli otok Run. Britanci so se maščevali z napadom na ladje nizozemske vzhodnoindijske družbe.

Nizozemci so zahtevali odškodnino za piratstvo in zahtevali vrnitev Novega Amsterdama. Angleži so želeli, da Nizozemci plačajo za njihove zločine v Vzhodni Indiji in vrnejo Ran. Ker nobena stran ni želela popustiti in ni mogla zmagati na morju, je bil v Bredi podpisan sporazum, ki je obema državama omogočil rešiti obraz. Britanci so zavzeli Manhattan in opustili svoje zahteve po otoku Run. Nizozemci so postali gospodarji otoka Run in niso več zahtevali Manhattna. Ko so Angleži dvignili svojo zastavo nad New Amsterdamom (kasneje preimenovanim v New York), se je zdelo, da so imeli Nizozemci več sreče v sporu. Ali je mogoče primerjati majhno naselje v Novem svetu (približno tisoč ljudi) z monopolom nad trgovino z muškatnim oreščkom?

Zakaj je bil muškatni orešček tako zelo cenjen? Tako kot druge začimbe, kot so nageljnove žbice, poper in cimet, se je muškatni orešček v Evropi pogosto uporabljal za konzerviranje hrane, hrano in uporabo v medicini. A muškatni orešček je imel tudi drugo, veliko pomembnejšo funkcijo. Verjeli so, da muškatni orešček ščiti pred črno kugo, ki je od 14. stoletja naprej pustošila Evropo štiristo let.

Seveda zdaj vemo, da je črna smrt (kuga) bakterijska bolezen, ki jo prenašajo podgane in se prenaša z ugrizi bolh. Zato lahko rečemo, da je nošenje majhne vrečke muškatnega oreščka okoli vratu kot zdravila proti kugi preprosto vraževerje. Da, to bi lahko rekli, če ne bi razumeli kemične sestave muškatnega oreščka. Značilen vonj tega oreha je posledica prisotnosti izoevgenola. Rastline proizvajajo takšne snovi kot naravne pesticide – za zaščito pred prežvekovalci, žuželkami in mikrobi. Verjetno je izoevgenol iz muškatnega oreščka deloval kot naravni insekticid za odganjanje bolh. Seveda velja tudi nekaj drugega: premožni ljudje, ki so imeli možnost kupiti muškatni orešček, so živeli v razmeroma ugodnejših razmerah, torej obkroženi z manj podganami in bolhami, kar je zmanjšalo verjetnost okužbe s kugo.

Težko je reči, ali je muškatni orešček pomagal proti kugi, vendar so hlapne aromatične snovi v njegovi sestavi prispevale k dvigu cene in priljubljenosti. Odkritje in osvajanje novih dežel, sporazum, podpisan v Bredi, pa tudi dejstvo, da se glavno mesto Amerike imenuje New York in ne New Amsterdam - vse to je povezano s snovjo izoevgenol.

Po zgodbi o izoevgenolu je treba povedati zgodbe o številnih drugih spojinah, ki so spremenile naš svet. Nekatere od teh spojin so splošno znane in še vedno velikega pomena za svetovno gospodarstvo ali medicino, druge pa so že dolgo pozabljene. Toda vse te snovi so igrale vlogo pri enem ali celo več ključnih dogodkih, ki so vplivali na potek zgodovine.

Odločili smo se napisati to knjigo, da bi spregovorili o neverjetni povezavi med kemičnimi spojinami in človeško zgodovino ter da bi pokazali, da imajo včasih na videz nepovezani dogodki nekaj opraviti s kemičnimi molekulami in da je pot razvoja družbe včasih določena s kemično strukturo nekaterih snovi. Zamisel, da so določeni dogodki v zgodovini lahko odvisni od nečesa tako nepomembnega, kot so molekule (to so skupine dveh ali več atomov, povezanih na določen način), nas sili, da na razvoj civilizacije pogledamo na nov način. Tako majhne spremembe, kot je položaj vezi med atomi v molekuli, lahko povzročijo izjemno velike razlike v lastnostih spojin in vplivajo na potek dogodkov. Zato ta knjiga ne govori o zgodovini kemije, temveč o vlogi kemije v zgodovini.

Izbira molekul, o kateri smo se odločili govoriti, je nekoliko poljubna in nikakor ni izčrpna. Izbrali smo tiste spojine, ki so se nam zdele tako zgodovinsko kot kemijsko najbolj zanimive. Ne trdimo, da so imele prav te molekule najgloblji vpliv na civilizacijo. Nedvomno bi lahko naši kolegi kemiki na seznam dodali še nekaj molekul, medtem ko bi nekaj naših odšteli. Govorili bomo o molekulah, ki so zaznamovale začetek velikih geografskih odkritij in razvoj novih dežel. Govorili bomo o molekulah, ki so imele pomembno vlogo pri razvoju trgovine, privedle do preseljevanja ljudstev in kolonizacije določenih ozemelj, prispevale pa so tudi k trgovini s sužnji in prisilnemu delu. Poskušali bomo razložiti, kako je kemijska struktura določenih molekul vplivala na to, kaj jemo, kaj pijemo in kaj nosimo. Spoznali bomo molekule, ki so spodbudile razvoj medicine in higiene, ter molekule, ki so prispevale k industrijskemu napredku. Govorili bomo o »molekulah vojne«, ki so zahtevale življenja milijonov ljudi, in »molekulah miru«, ki so rešile milijone življenj. Videli bomo, koliko sprememb v odnosih med moškimi in ženskami, v človeški kulturi, zakonodaji in okolju je mogoče pripisati kemijski strukturi nekaj molekul. Vendar sedemnajst snovi, ki smo jih izbrali, ni vedno posameznih molekul. Nekatera poglavja preučujejo skupine molekul z zelo podobnimi strukturami, lastnostmi in zgodovinskimi vlogami.

Dogodkov ne obravnavamo v kronološkem vrstnem redu. V razporeditvi poglavij smo želeli odražati povezave med podobnimi molekulami, skupinami podobnih molekul in tudi med molekulami z različnimi kemijskimi strukturami, ki pa imajo podobne lastnosti ali jih lahko povežemo s podobnimi dogodki. Začetek industrijske revolucije je na primer povezan z gojenjem sladkornega trsa na plantažah v Severni in Južni Ameriki ter proizvodnjo sladkorja, v Angliji pa so bile gospodarske in družbene spremembe povezane z drugo snovjo - bombažem, in v smislu njegove kemijska zgradba druga snov je starejša ali morda bratranec prve. Hiter razvoj kemične industrije v Nemčiji ob koncu 19. stoletja je bil v določeni meri posledica proizvodnje novih barvil iz premogovega katrana, stranskega produkta, ki nastane pri pridobivanju plina iz premoga. Ista nemška kemična podjetja so prva sintetizirala umetne antibiotike s strukturo, podobno novim barvilom. Poleg tega je bil iz katrana pridobljen prvi antiseptik fenol, ki so ga pozneje uporabljali za proizvodnjo plastike in je kemično soroden izoevgenolu iz muškatnega oreščka. V zgodovini je veliko podobnih kemijskih razmerij.

Zanimala nas je tudi vloga naključja pri številnih odkritjih v kemiji. Pogosto se reče, da je do številnih pomembnih odkritij prišlo le po sreči. Vendar se nam zdi, da veliko pomembnejšo vlogo igra sposobnost znanstvenika, da se zave pomembnosti odkritja in razume njegovo bistvo. Velikokrat v zgodovini kemije so čudni, a potencialno pomembni rezultati ostali neopaženi. Menimo, da bi morali priznati sposobnost znanstvenikov, da prepoznajo vrednost nepričakovanih rezultatov, namesto da bi to pripisali navadni sreči. Nekateri izumitelji in odkritelji, o katerih govorimo v tej knjigi, so bili kemiki, drugi pa sploh niso imeli nobenega znanstvenega ozadja. Mnogi od teh ljudi so imeli nenavadne osebnosti. Njihove zgodbe so neverjetne.

Ekološko – kaj ni tisto, kar zraste na vrtu?

Da bi bralcu pomagali razumeti kemijsko plat opisanih dogodkov, predlagamo, da se najprej na kratko seznanite s kemijskimi izrazi. Številne spojine, o katerih bomo razpravljali, se imenujejo organsko. V zadnjih dvajsetih do tridesetih letih se je beseda uporabljala v pomenu, ki je zelo oddaljen od njenega prvotnega pomena. "Organsko" se vedno bolj nanaša na kmetijske proizvode, ki niso proizvedeni z uporabo umetnih pesticidov, herbicidov ali sintetičnih gnojil. Izraz "organski" je pred približno dvesto leti prvotno predlagal švedski kemik Jens Jakob Berzelius, ki je leta 1807 organske poimenoval tiste snovi, ki izvirajo iz živih organizmov. proti, anorganski Berzelius je imenoval snovi tiste, ki prihajajo iz neživih virov.

V 18. stoletju se je po znanstvenem svetu razširila ideja, da so kemikalije, ki izvirajo iz naravnih virov, nekako drugačne od drugih in da vsebujejo neko življenjsko esenco, četudi je ni mogoče zaznati in izmeriti. To posebno esenco so poimenovali življenjska energija. Znanstveno gibanje, ki je trdilo, da snovi rastlinskega ali živalskega izvora vsebujejo nekakšno mistično moč, se je imenovalo vitalizem. Veljalo je, da je v laboratoriju nemogoče ustvariti organsko spojino, a ironično je to uspelo enemu izmed Berzeliusovih študentov. Leta 1828 je Friedrich Wöhler, bodoči profesor kemije na Univerzi v Göttingenu v Nemčiji, segreval mešanico dveh anorganskih snovi – amoniaka in cianske kisline – in dobil kristale sečnine, ki se niso razlikovali od kristalov sečnine, izoliranih iz živalskega urina.

Zagovorniki vitalizma so menili, da je cianska kislina organska snov, ker jo pridobivajo iz posušene krvi. Vendar je ideja o vitalizmu začela bledeti. Po nadaljnjih nekaj desetletjih je popolnoma razpadel, saj je tudi drugim kemikom uspelo sintetizirati organske snovi iz anorganskih. Zadnji zagovorniki vitalizma so se bili prisiljeni sprijazniti s tem, kar so do tedaj imeli za krivoverstvo, in smrt vitalizma je postala splošno sprejeto dejstvo. Pojavila se je potreba po novi kemijski definiciji organskih snovi.

Dandanes snovi, ki vsebujejo ogljik, imenujemo organske. Tako je organska kemija veda, ki preučuje ogljikove spojine. Seveda je ta definicija nepopolna, saj obstajajo ogljikove spojine, ki jih kemiki nikoli niso obravnavali kot organske. Razlog za to se skriva predvsem v tradiciji. Na primer, že dolgo pred Wöhlerjevimi poskusi je bilo znano, da so karbonati, ki vsebujejo kisik in ogljik, del mineralov in ne le živih organizmov. Tako marmor (kalcijev karbonat) in soda bikarbona (natrijev bikarbonat) nikoli nista bila uvrščena med organske spojine. Podobno je bil ogljik v obliki diamanta ali grafita (oba prvotno pridobljena iz zemlje in zdaj na voljo umetno) vedno obravnavana kot anorganski. Ogljikov dioksid, sestavljen iz enega atoma ogljika v kombinaciji z dvema atomoma kisika, je znan znanstvenikom že več stoletij in nikoli ni bil obravnavan kot organska spojina. Zato je zgornja opredelitev napačna. Toda na splošno organska snov vsebuje ogljik, anorganska snov pa je sestavljena iz drugih elementov.

Ogljik se od drugih elementov razlikuje po neverjetni raznolikosti vezi, ki jih tvori, pa tudi po široki paleti elementov, s katerimi lahko tvori vezi. Tako je število ogljikovih spojin, tako naravnih kot sintetičnih, mnogokrat večje od števila spojin vseh drugih elementov skupaj. To delno pojasni, zakaj v knjigi posvečamo več pozornosti organskim snovem kot anorganskim. A našo izbiro pojasnjuje tudi dejstvo, da sta oba avtorja knjige organska kemika.

Strukturne formule: ali so potrebne?

Naš največji izziv pri delu na knjigi je bilo določiti razumne meje za njeno kemično vsebnost. Nekateri kolegi so nam svetovali, naj manj govorimo o kemiji in več o zgodovini. In seveda so nam rekli, da ne smemo risati nobenih kemičnih struktur. Zdelo pa se nam je, da je najbolj zanimivo odražati povezavo med kemijsko strukturo in lastnostmi snovi ter povezavo med njeno zgradbo in zgodovinskimi dogodki. Seveda lahko berete knjigo, ne da bi pogledali formule, vendar menimo, da razumevanje kemijskih struktur oživi povezavo med kemijo in zgodovino.

Organske snovi so sestavljene iz le nekaj vrst atomov: ogljika (C), vodika (H), kisika (O) in dušika (N). Poleg tega lahko v njih najdemo še druge elemente: brom (Br), klor (Cl), fluor (F), jod (I), fosfor (P) in žveplo (S). V tej knjigi smo strukture kemičnih spojin prikazali predvsem za primerjavo, zato morate za razumevanje razlage le pogledati risbo. Razlike v strukturah so običajno označene s puščicami, obkrožene ali drugače poudarjene. Na primer, edina razlika med dvema spodaj prikazanima snovema je položaj skupine OH. V vsakem primeru je ta položaj označen s puščico. V prvi molekuli se skupina OH nahaja na drugem atomu ogljika z leve, v drugi molekuli pa na prvem atomu ogljika.

Ta navidezno majhna razlika je za čebele izjemno pomembna. Prvo molekulo sintetizira čebela matica, drugo pa čebele delavke in vse čebele so sposobne razlikovati prvo molekulo od druge. Razliko med čebeljo matico in čebelo delavko vidimo, če pogledamo sliko.

Čebele same uporabljajo kemične signale za prepoznavanje. Lahko bi rekli, da imajo kemični "vid".

Da bi prikazali vrstni red povezave atomov v molekulah, kemiki uporabljajo strukturne formule. Atomi so predstavljeni s kemičnimi simboli, vezi med njimi pa so narisane s črticami. Včasih med dvema atomoma morda ni ena, ampak več črt. Če sta pomišljaja dva, potem gre za dvojno vez (=), če so tri, potem gre za trojno vez (≡).

V eni najpreprostejših organskih molekul – molekuli metana (močvirskega plina) – je ogljik obdan s štirimi enostavnimi (enojnimi) vezmi, ki ga vsaka povezuje z atomom vodika. Kemijska formula metana je CH 4, strukturna formula pa izgleda takole:

Najenostavnejša organska molekula z dvojno vezjo je etilen (C 2 H 2). Njegova strukturna formula je:

V tem primeru ima ogljik še vedno štiri vezi, ker se dvojna vez obravnava kot dve enojni vezi. Etilen je zelo preprosta in zelo pomembna snov. To je rastlinski hormon, ki spodbuja zorenje plodov. Na primer, če so jabolka shranjena v nezračenem prostoru, bodo pod vplivom lastnega etilena hitro prezorela. (Zorenje nezrelega avokada ali kivija lahko pospešite tako, da ga položite v vrečko z zrelim jabolkom.)

Organska spojina metanol ali metilni alkohol ima kemijsko formulo CH 4 O. Struktura te spojine, ki vsebuje kisik, je prikazana na sliki:

V tem primeru ima atom kisika dve enostavni vezi, od katerih ga ena povezuje z atomom ogljika, druga pa z atomom vodika. In kot vedno je ogljik obdan s štirimi vezmi.

V spojinah, v katerih obstaja dvojna vez med atomi ogljika in kisika, kot v ocetni kislini (kisu), formula C 2 H 4 O 2 ne pove jasno, kje se nahaja dvojna vez. Zaradi tega potrebujemo strukturne formule: da pokažemo, v kakšnem vrstnem redu so povezani atomi in kje se nahajajo dvojne vezi.

Podobne strukturne formule je mogoče prikazati tudi v stisnjeni obliki. Potem bo strukturna formula ocetne kisline naslednja:

Tukaj niso prikazane vse kemične vezi, ki obstajajo v tej molekuli. Ta oblika zapisa omogoča poenostavitev risbe in prikazuje samo relativne položaje atomov.

Ta sistem pisanja dobro deluje pri majhnih molekulah, pri večjih molekulah pa je celo to pisanje zamudno in težko razumljivo. Na primer, ponovno se obrnemo na molekulo, ki jo je sintetizirala čebela matica, in primerjajmo dve obliki pisanja - stisnjeno in razširjeno, kar odraža lokacijo vseh vezi:

Ta formula je preveč okorna in slabo razumljiva. Zaradi tega so molekule pogosto prikazane z nekaj poenostavitvami. Najpogostejši med njimi je odsotnost večine vodikovih atomov v formulah. (Vendar to ne pomeni, da v teh molekulah ni vodikovih atomov.) Ogljikov atom ima vedno štiri vezi. Torej, če vidite, da ima v kateri koli formuli ogljikov atom manj vezi, vedite: v resnici obstajajo štiri vezi, samo tiste, ki niso na sliki, povezujejo ogljik z vodikovim atomom.

Poleg tega je v tej obliki te molekule lažje primerjati z molekulami, ki jih sintetizirajo druge žuželke. Na primer, bombykol je feromon ali spolni atraktant, ki ga sintetizirajo samci sviloprejk. Za razliko od molekule, ki jo sintetizira čebela matica (ki je tudi feromon), je ta molekula sestavljena iz šestnajstih ogljikovih atomov, ima dve dvojni vezi namesto ene in ne vsebuje skupine COOH.

Še posebej ugodno je izpustiti predstavitev ogljikovih in vodikovih atomov v formulah cikličnih spojin - dokaj pogostih struktur, v katerih ogljikovi atomi tvorijo obroč. Spodaj je strukturna formula molekule cikloheksana C 6 H 6.

Toda stisnjeno obliko je veliko lažje zaznati:

Drug izraz, ki se pogosto uporablja za opisovanje kemikalij, je aromatična spojina. Slovarji aromatično ali dišavno snov opredeljujejo kot snov, ki ima aromo, to je pikanten ali oster okus in prijeten vonj. V kemiji se uporablja beseda "aromatično" in številne aromatične spojine imajo vonj, čeprav ni vedno prijeten. V kemijskem smislu je aromatska spojina spojina, ki vsebuje benzenov obroč (glej spodaj), ki je največkrat prikazan v stisnjeni obliki.

Če pogledamo strukturno formulo Prozaca, ima ta molekula dva aromatska (benzenska) obroča. Tako je Prozac razvrščen kot aromatična spojina.

Veliko smo naredili kratek izlet v svet organskih struktur, vendar je to povsem dovolj za razumevanje vsebine te knjige. Bomo primerjali kemične molekule pokazati njihove podobnosti in razlike in videli bomo, da lahko izjemno majhne spremembe v zgradbi molekul včasih povzročijo zelo resne spremembe lastnosti snovi. In prav prek njihovega edinstvene lastnosti nekatere molekule so imele pomemben vpliv na civilizacijo.

V ruščini se takšni izdelki pogosto imenujejo naravni, v angleščini pa sta besedi "naravni" in "organski" v tem smislu resnično sinonima. - Opomba prevod

S senzacionalnim razkritjem! Penny LeCouter, učiteljica kemije iz Kanade, in ameriški kemik Jay Burreson prikazujeta notranjost svetovna zgodovina. Ne bogovi, ne kralji, ne junaki, ne množice in niti ne velike ideje – svetu vlada kemija. Očesu nevidne molekule spravljajo ljudi, vojske in flote v gibanje, rojevajo in spreminjajo v prah mesta in cele civilizacije, premikajo gore in ženejo ljudi k velikim podvigom, pošastnim zločinom in grandioznim avanturam ...

Predgovor

Junija 1812 je Napoleonova Grande Armée štela šeststo tisoč mož. Že v začetku decembra istega leta se je zmanjšal na vsega deset tisoč. Po umiku iz Moskve je izčrpanim Francozom uspelo prečkati reko Berezino pri Borisovu. Tiste, ki so preživeli, so preganjali lakota, bolezen in mraz: postali so vzrok za Napoleonov poraz nič manj kot bajoneti in krogle Rusov. Veliko vojakov je umrlo, ker niso bili dobro oblečeni in opremljeni za preživetje ledene zime.

Napoleonov umik iz Rusije je imel resne posledice za vso Evropo. Leta 1812 je bilo 90% ruskega prebivalstva podložnikov, ki so bili v celoti v lasti posestnikov in niso imeli nobenih pravic. Kupovali so jih in prodajali. To stanje je bolj spominjalo na suženjstvo kot na tlačanstvo v zahodni Evropi. Zmagoviti pohod Napoleonove vojske po Evropi je spremljalo širjenje načel in idealov francoske revolucije (1789–1799), ki je rušila srednjeveške temelje, spreminjala politične meje in prispevala k oblikovanju narodne zavesti. Koristne so se izkazale tudi Napoleonove inovacije. Reformiran državni aparat in skupni kodeksi so nadomestili nejasne lokalne zakone in predpise, pojavile pa so se ideje o človekovih pravicah, družini in zasebni lastnini. Namesto stotine lokalnih sistemov mer in uteži je bil sprejet en sam, decimalni.

Toda kaj je bil razlog za poraz največje vojske, ki jo je vodil Napoleon? Zakaj so Napoleonovi vojaki, prej nepremagljivi, omahnili? O tem obstaja ena nenavadna domneva, ki jo je mogoče oblikovati s parafraziranjem besed otroške pesmice: ker ni bilo gumbov! Zdi se neverjetno, toda smrt Napoleonove vojske je mogoče povezati s tako nepomembno stvarjo, kot so gumbi. Natančneje, z

kositer

gumbi, ki so držali skupaj oblačila celotne vojske, od častniških plaščev do hlač in uniform pehote. Pri nizkih temperaturah se sijoči kovinski kositer spremeni v krhek siv prah, še vedno kositer, vendar s popolnoma drugačno strukturo. Se je to res zgodilo z gumbi napoleonskih vojakov? Neka priča v Borisovu je francoske enote opisala kot »množico duhov, zavitih v ženske šale, kose preprog in zažgane plašče«. Je izginotje gumbov povzročilo, da je vojake tako zeblo, da se niso mogli več bojevati? In namesto orožja so se bili prisiljeni dobesedno držati za hlače?

Vendar pa je v tej hipotezi več ozkih grl. Tako imenovana kositrna kuga (»kositrna bolezen«) je v severni Evropi znana že nekaj stoletij. Kako je lahko Napoleon, prepričan v pripravljenost svojih čet za zmagovite bitke, dovolil, da so elementi uniforme izdelani iz kositra? Poleg tega je razgradnja kositra precej dolg proces, tudi pri tako nizkih temperaturah, kot je bila pozimi leta 1812 v Rusiji. Je pa zabavna zgodba, ki jo imajo kemiki zelo radi kot razlago za poraz francoske vojske. A če je v tej hipotezi nekaj resnice, potem se postavlja vprašanje: kaj bi se zgodilo, če se gumbi ne bi sesuli od mraza in bi se Francozi še naprej pomikali proti vzhodu? Ali ne bi to vodilo do konca tlačanstva v Rusiji pol stoletja prej? Bi ostala meja med Zahodno in Vzhodno Evropo, ki približno ustreza meji Napoleonovega imperija?

Skozi človeško zgodovino so imele kovine zelo pomembno vlogo. Poleg primera s kositrnimi gumbi napoleonskih vojakov so bili še drugi. Znano je na primer, da so rudniki kositra v Cornwallu pritegnili pozornost starih Rimljanov in postali eden od razlogov za njihov zaseg ozemlja sodobne Velike Britanije. Do leta 1650 je približno šestnajst tisoč ton srebra iz rudnikov Novega sveta steklo v blagajne bogatih Špancev in Portugalcev, velik del tega denarja pa je bil porabljen za vojne v Evropi. Iskanje zlata in srebra je imelo ogromen vpliv na odkrivanje, kolonizacijo in poselitev številnih regij sveta. Na primer, rudniki zlata v Kaliforniji, Avstraliji, Južni Afriki, Novi Zelandiji in reka Klondike v Kanadi so pomembno prispevali k razvoju v 19. stoletju. V našem jeziku je veliko izrazov, ki omenjajo zlato: zlati standard, zlati človek, zlati čas, črno zlato. Imena celih obdobij se poklonijo kovinam. Bronasto dobo, ko so bron – zlitino ali zmes kositra in bakra – uporabljali za izdelavo orožja in orodja, je nadomestila železna doba, ko so ljudje začeli taliti in kovati železo.

Ekološko – kaj ni tisto, kar zraste na vrtu?

Da bi bralcu pomagali razumeti kemijsko plat opisanih dogodkov, predlagamo, da se najprej na kratko seznanite s kemijskimi izrazi. Številne spojine, o katerih bomo razpravljali, se imenujejo

organsko.

V zadnjih dvajsetih do tridesetih letih se je beseda uporabljala v pomenu, ki je zelo oddaljen od njenega prvotnega pomena. »Organsko« se vedno bolj nanaša na kmetijske proizvode, ki so pridelani brez uporabe umetnih pesticidov, herbicidov ali sintetičnih gnojil.

Izraz "organski" je pred približno dvesto leti prvotno predlagal švedski kemik Jens Jakob Berzelius, ki je leta 1807 organske poimenoval tiste snovi, ki izvirajo iz živih organizmov. proti,

anorganski

Berzelius je imenoval snovi tiste, ki prihajajo iz neživih virov.

V 18. stoletju se je po znanstvenem svetu razširila ideja, da so kemikalije, ki izvirajo iz naravnih virov, nekako drugačne od drugih in da vsebujejo neko življenjsko esenco, četudi je ni mogoče zaznati in izmeriti. To posebno esenco so poimenovali življenjska energija. Znanstveno gibanje, ki je trdilo, da snovi rastlinskega ali živalskega izvora vsebujejo nekakšno mistično moč, se je imenovalo vitalizem. Veljalo je, da je v laboratoriju nemogoče ustvariti organsko spojino, a ironično je to uspelo enemu izmed Berzeliusovih študentov. Leta 1828 je Friedrich Wöhler, bodoči profesor kemije na Univerzi v Göttingenu v Nemčiji, segreval mešanico dveh anorganskih snovi – amoniaka in cianske kisline – in dobil kristale sečnine, ki se niso razlikovali od kristalov sečnine, izoliranih iz živalskega urina.

Zagovorniki vitalizma so menili, da je cianska kislina organska snov, ker jo pridobivajo iz posušene krvi. Vendar je ideja o vitalizmu začela bledeti. Po nadaljnjih nekaj desetletjih je popolnoma razpadel, saj je tudi drugim kemikom uspelo sintetizirati organske snovi iz anorganskih. Zadnji zagovorniki vitalizma so se bili prisiljeni sprijazniti s tem, kar so do tedaj imeli za krivoverstvo, in smrt vitalizma je postala splošno sprejeto dejstvo. Pojavila se je potreba po novi kemijski definiciji organskih snovi.

Dandanes snovi, ki vsebujejo ogljik, imenujemo organske. Tako je organska kemija veda, ki preučuje ogljikove spojine. Seveda je ta definicija nepopolna, saj obstajajo ogljikove spojine, ki jih kemiki nikoli niso obravnavali kot organske. Razlog za to se skriva predvsem v tradiciji. Na primer, že dolgo pred Wöhlerjevimi poskusi je bilo znano, da so karbonati, ki vsebujejo kisik in ogljik, del mineralov in ne le živih organizmov. Tako marmor (kalcijev karbonat) in soda bikarbona (natrijev bikarbonat) nikoli nista bila uvrščena med organske spojine. Podobno je bil ogljik v obliki diamanta ali grafita (oba prvotno pridobljena iz zemlje in zdaj na voljo umetno) vedno obravnavana kot anorganski. Ogljikov dioksid, sestavljen iz enega atoma ogljika v kombinaciji z dvema atomoma kisika, je znan znanstvenikom že več stoletij in nikoli ni bil obravnavan kot organska spojina. Zato je zgornja opredelitev napačna. Toda na splošno organska snov vsebuje ogljik, anorganska snov pa je sestavljena iz drugih elementov.

Ogljik se od drugih elementov razlikuje po neverjetni raznolikosti vezi, ki jih tvori, pa tudi po široki paleti elementov, s katerimi lahko tvori vezi. Tako je število ogljikovih spojin, tako naravnih kot sintetičnih, mnogokrat večje od števila spojin vseh drugih elementov skupaj. To delno pojasni, zakaj v knjigi posvečamo več pozornosti organskim snovem kot anorganskim. A našo izbiro pojasnjuje tudi dejstvo, da sta oba avtorja knjige organska kemika.

Strukturne formule: ali so potrebne?

Naš največji izziv pri delu na knjigi je bilo določiti razumne meje za njeno kemično vsebnost. Nekateri kolegi so nam svetovali, naj manj govorimo o kemiji in več o zgodovini. In seveda so nam rekli, da ne smemo risati nobenih kemičnih struktur. Zdelo pa se nam je, da je najbolj zanimivo odražati povezavo med kemijsko strukturo in lastnostmi snovi ter povezavo med njeno zgradbo in zgodovinskimi dogodki. Seveda lahko berete knjigo, ne da bi pogledali formule, vendar menimo, da razumevanje kemijskih struktur oživi povezavo med kemijo in zgodovino.

Organske snovi so sestavljene iz le nekaj vrst atomov: ogljika (C), vodika (H), kisika (O) in dušika (N). Poleg tega lahko v njih najdemo še druge elemente: brom (Br), klor (Cl), fluor (F), jod (I), fosfor (P) in žveplo (S). V tej knjigi smo strukture kemičnih spojin prikazali predvsem za primerjavo, zato morate za razumevanje razlage le pogledati risbo. Razlike v strukturah so običajno označene s puščicami, obkrožene ali drugače poudarjene. Na primer, edina razlika med dvema spodaj prikazanima snovema je položaj skupine OH. V vsakem primeru je ta položaj označen s puščico. V prvi molekuli se skupina OH nahaja na drugem atomu ogljika z leve, v drugi molekuli pa na prvem atomu ogljika.

Molekula, ki jo sintetizira čebela matica

1. poglavje

Poper, muškatni orešček in nageljnove žbice

"Za Kristusa in začimbe!" - to je bil zmagoslavni krik portugalskih mornarjev maja 1498, ko so ladje pod poveljstvom Vasca da Game dosegle obale Indije. Namen odprave je bil razbiti monopol Beneški trgovci za trgovino z začimbami. IN srednjeveška Evropa poper je bil tako visoko cenjen, da je bilo z funtom [manj kot pol kilograma] posušenih poprovih zrn mogoče kupiti svobodo iz fevdalnega suženjstva skupaj s plemiškim nazivom. Danes je poper na mizi vsakega doma in težko si je predstavljati, da je pred več stoletji potreba po njem, pa tudi po začimbah, kot so cimet, nageljnove žbice, muškatni orešček in ingver, pripeljala do velikih geografskih odkritij.

Kratka zgodovina popra

Poper je plod tropske vzpenjavke

ki izvira iz Indije, je še vedno najbolj priljubljena začimba. Zdaj se ta izdelek večinoma proizvaja v ekvatorialnih regijah Indije, Brazilije, Indonezije in Malezije. Ta močna rastlina z drevesnim deblom lahko doseže šest metrov višine. Med drugim in petim letom starosti začne rastlina obroditi okrogle, rdeče plodove in v optimalnih pogojih živi do štirideset let. Vsaka trta lahko obrodi do deset kilogramov paprike na leto.

Približno tri četrtine pridelka predelajo v črni poper, ki ga pridobijo iz nezrelih sadežev s fermentacijo s pomočjo mikroskopskih gliv. Od preostalih 25 % je največ belega popra, ki ga pridobivajo tako, da zrelim in posušenim sadežem odstranijo lupine. Zelo majhna količina se proda kot zelena paprika: zeleni plodovi, ki šele začenjajo zoreti, se poberejo in dajo v slanico. Zrna drugačne barve, ki jih včasih najdemo v specializiranih trgovinah, so pridobljena z umetnim barvanjem ali pa so dejansko plodovi druge rastline.

Menijo, da so poper v Evropo prinesli arabski trgovci, ki so ga dostavljali po starodavni trgovski poti, ki je potekala skozi Damask in Rdeče morje. V Grčiji so poper poznali že v 5. stoletju pr. e. V tistih časih so ga pogosteje uporabljali v medicinske kot v kulinarične namene (služil je npr. kot protistrup pri zastrupitvah). IN Stari Rim poper in druge začimbe so začeli aktivno uživati ​​v hrani.

V 1. stoletju so začimbe, med katerimi je pomembno mesto zavzemal indijski poper, predstavljale približno polovico vrednosti vsega blaga, ki je prihajalo v Sredozemlje iz Azije in vzhodne obale Afrike. Začimbe so pri kuhanju uporabljali iz dveh razlogov: prvič, da preprečijo kvarjenje hrane, in drugič, da dodajo pikantnost že pripravljenim jedem. Rim je bil ogromno mesto. Prevoz blaga je bil počasen, zamrzovanje hrane še ni bilo v praksi, zato je bil problem njihove dostave in konzerviranja zelo pereč. Pri določanju kakovosti izdelkov so se potrošniki lahko zanašali le na lasten voh (nalepke z napisom »uporabno do tega in tega datuma« so se pojavile veliko kasneje). Začimbe so ublažile vonj po gnilem blagu in morda pomagale upočasniti nadaljnjo razgradnjo. Poleg tega lahko izdatna uporaba začimb izboljša okus sušenih, prekajenih in soljenih živil.

V srednjem veku se je pomemben del trgovinskih transakcij med Evropo in vzhodnimi državami izvajal v Bagdadu (Irak) in Konstantinoplu (danes Istanbul), pot do katerih je potekala vzdolž južne obale Črnega morja. Iz Konstantinopla so začimbe po morju vozili v Benetke, ki so v zadnjih štirih stoletjih srednjega veka skoraj popolnoma obvladovale ta trg.

Pekoča kemija

Za razliko od črnega popra, ki je plod ene rastlinske vrste, je pekoča paprika ali čili plod več rastlinskih vrst, ki pripadajo rodu

Rastline tega rodu, ki izvirajo iz tropske Amerike (mogoče iz Mehike), so ljudem poznane že vsaj devet tisoč let. Obstaja veliko različic znotraj vsake rastlinske vrste v rodu. na primer

Vrsta enoletne rastline, ki vključuje papriko, kajenski poper, papriko in številne druge. Tabasco paprika je plod trajne olesenele rastline.

Capsicum frutescens.

Čili paprike so na voljo v najrazličnejših barvah, velikostih in oblikah, vendar sta njihov pikanten okus in toplota posledica prisotnosti kapsaicina (C

N) - snovi s strukturo, ki spominja na piperin:

kapsaicin

Klic začimb

Črni poper ni bil edina začimba, ki je bila tako visoko cenjena. Muškatni orešček in nageljnove žbice niso bili nič manj cenjeni, a veliko manj pogosti. Rojstni kraj teh dveh izdelkov so Moluki – legendarni otoki začimb (danes indonezijska provinca Moluki). Drevo muškatnega oreščka

Myristicafragrans

raste izključno na otokih Banda, majhnem arhipelagu v morju Banda, približno dva in pol tisoč kilometrov vzhodno od indonezijske prestolnice Džakarta. To so majhni otoki: največji ni daljši od deset kilometrov, najmanjši pa le nekaj kilometrov. Severno od Molukov sta tudi zelo majhna otoka Ternate in Tidore - edino mesto na planetu, kjer je raslo nageljnovo drevo.

Evgenija aromatična.

Stoletja so otočani nabirali dišeče sadeže teh redkih dreves in jih prodajali arabskim, malajskim in kitajskim trgovcem za pošiljanje v Azijo in Evropo. Trgovske poti so bili dobro znani, toda ne glede na to, ali so šli skozi Indijo, Arabijo, Perzijo ali Egipt, preden so prišli do kupcev v zahodni Evropi, je blago zamenjalo lastnika najmanj dvanajstkrat in z vsako transakcijo se je vrednost blaga podvojila. Zato ni presenetljivo, da je podkralj portugalskih posesti v Indiji Afonso de Albuquerque opremil odprave najprej na Cejlon, nato pa na polotok Malacca, ki je bil takrat središče trgovine z začimbami v vzhodni Indiji. Leta 1512 je Albuquerque prišel do izvira nageljnovih žbic in muškatnega oreščka ter vzpostavil portugalski monopol nad tem blagom in neposredno trgoval z otočani, tako da je Portugalska kmalu prehitela Benetke.

Španijo je zanimal tudi trg začimb. Leta 1518 je portugalski pomorščak Ferdinand Magellan, čigar načrt je zavrnila njegova lastna država, prepričal španskega monarha ne le, da je mogoče do Spice Islands priti s premikanjem proti zahodu, ampak tudi, da bi bila ta pot morda krajša. Španija je imela razloge za podporo Magellana. Nova pot do Vzhodne Indije bi španskim ladjam omogočila izogibanje portugalskim pristaniščem. Poleg tega je nekaj let prej papež Aleksander VI izdal bulo, s katero je nekrščanski svet razdelil med Španijo in Portugalsko. Portugalska je dobila vsa na novo odkrita ozemlja vzhodno od namišljene navpične črte, ki poteka na razdalji sto lig (približno petsto kilometrov) zahodno od Zelenortskih otokov. Španija bi si lahko lastila vse nekrščanske dežele zahodno od te črte. Mnogi znanstveniki in navigatorji tistega časa so zelo dobro vedeli, da je Zemlja okrogla, Vatikan pa tega očitno ni vedel. Tako je Španija s premikanjem proti zahodu upravičeno zahtevala Otočje začimb.

Magellan je španskega kralja prepričal, da pozna pot skozi ameriško celino, o čemer se je moral prepričati tudi sam. Septembra 1519 je Magellan zapustil Španijo in se odpravil proti jugozahodu, da bi prečkal Atlantik, nato pa se je začel spuščati ob obalah današnje Brazilije, Urugvaja in Argentine. Ko je dosegel več kot dvesto kilometrov širok estuarij La Plata (v globinah katerega je danes mesto Buenos Aires), ga je moralo doleteti strašno razočaranje, saj to še ni bilo konec kopnega. Vendar se je Magellan še naprej premikal proti jugu, prepričan, da je prehod med Atlantskim in Tihim oceanom nekje blizu. Položaj njegovih petih majhnih ladij in 265 članov posadke je postajal vse težji. Bolj proti jugu je Magellan plul, krajši so postajali dnevi in ​​močnejša je bila nevihta. Zahrbtna obala z nenadnimi plimami in osekami, grozno vreme, velikanski valovi, neskončna toča, sneg in zelo realna nevarnost, da ladje zaledenijo, so vse to še dodatno otežilo potovanje. Na 50° južne zemljepisne širine, ko ni mogel videti ožine in je že zatrl en upor, se je Magellan odločil počakati na preostanek zime in šele nato oditi v zahrbtne vode, ki zdaj nosijo njegovo ime.

Do oktobra 1520 so štiri od petih ladij preplule ožino, ki se imenuje Magellanova ožina. Zaloge hrane so bile izčrpane in ekipa je verjela, da se morajo vrniti domov. Toda želja, da bi dobil muškatni orešček in nageljnove žbice, pa tudi upanje na slavo in čast, ki bi ga lahko čakala, če bi Špancem uspelo Portugalcem odvzeti trg z začimbami, je Magellana prisililo, da nadaljuje pot proti zahodu na treh ladjah. Skozi dvajset tisoč kilometrov dolgo pot Tihi ocean, ki se je izkazalo za nepričakovano ogromno, brez zemljevidov, s primitivnimi navigacijskimi instrumenti, malo hrane in skoraj nič vode, je bilo veliko bolj strašljivo kot potovanje po konici Južna Amerika. Prihod 6. marca 1521 na Guam, enega od Marianskih otokov, je ekipi omogočil odmor. Mnogi mornarji so med plovbo umrli zaradi lakote ali skorbuta.

Dišeče molekule nageljnovih žbic in muškatnega oreščka

Čeprav nageljnove žbice in muškatni orešček sta različne vrste in rastejo na različnih otokih, ki jih ločuje na stotine kilometrov odprtega morja, je njihov različen vonj razložen s prisotnostjo presenetljivo podobnih molekul v njih. Glavna sestavina olja nageljnovih žbic je evgenol, dišeča sestavina olja muškatnega oreščka pa je izoevgenol. Te so dišeče in aromatske molekule Razlikujeta se le po položaju dvojne vezi:

Edina razlika med obema spojinama je položaj dvojne vezi (prikazano s puščicami)

Povsem očiten je tudi odnos teh molekul z molekulo zingerona (iz ingverja). Hkrati vonj ingverja sploh ni podoben vonju nageljnovih žbic ali muškatnega oreščka.