Присвячується нашим рідним

Не було цвяха - підкова пропала.
Не було підкови - кінь зашкутильгав.
Кінь зашкутильгав - командир убитий.
Кіннота розбита - армія біжить.
Ворог вступає в місто, полонених не шкодуючи,
Тому, що в кузні не було цвяха.

Старовинні англійські дитячі вірші (в перекладенні С. Маршака)

Передмова

У червні 1812 року Велика армія Наполеона нараховувала шістсот тисяч чоловік. Вже на початку грудня того ж року вона зменшилася лише до десяти тисяч. Після відступу з Москви змученим французам вдалося переправитися через річку Березина поблизу Борисова. Тих, хто залишився в живих, переслідували голод, хвороби і мороз: вони стали причиною поразки Наполеона не меншою мірою, ніж багнети і кулі російських. Безліч солдатів загинули, оскільки були недостатньо добре одягнені і екіпіровані, щоб пережити крижану зиму.
Відступ Наполеона з Росії мало серйозні наслідки для всієї Європи. У 1812 році 90% населення Росії становили кріпаки, які перебували в повній власності поміщиків і не мали ніяких прав. Їх продавали і купували. Ця ситуація більше нагадувала рабовласницький лад, ніж кріпосне право в Західній Європі. Переможна хода наполеонівської армії по Європі супроводжувалося поширенням принципів і ідеалів французької революції (1789-1799), які руйнували середньовічні підвалини, змінювали політичні кордони і сприяли становленню національної свідомості. Нововведення Наполеона також виявилися корисними. реформований державний апарат і загальні для всіх кодекси прийшли на зміну заплутаним місцевим законам і правилам, з'явилися уявлення про права людини, сім'ї, приватної власності. Замість сотень місцевих систем мір і ваг систем була прийнята єдина, десяткова.
Але що стало причиною поразки найбільшої армії, Яку вів Наполеон? Чому солдати Наполеона, перш непереможні, здригнулися? На цей рахунок є одна дивна здогадка, сформулювати яку можна, перефразовуючи слова дитячого віршика: тому що не було гудзиків! Це здається неймовірним, але загибель армії Наполеона можна пов'язати з такою незначною річчю, як гудзики. Точніше, з олов'яними гудзиками, на яких трималася одяг всій армії, починаючи з шинелей офіцерів і закінчуючи штанами і мундирами піхотинців. При низькій температурі блискуче металеве олово перетворюється в крихкий сірий порошок, все ще олов'яний, але має зовсім іншу структуру. Невже саме це сталося з гудзиками наполеонівських солдатів? Один свідок у Борисові описував війська французів як "натовп привидів, загорнутих в жіночі хустки, шматки килимів і пропалені шинелі". Невже зникнення гудзиків призвело до того, що солдати так замерзли, що більше не могли воювати? І замість того, щоб тримати зброю, вони змушені були буквально притримувати штани?
Втім, в цій гіпотезі є кілька вузьких місць. Так звана олов'яна чума ( "хвороба олова") була відома на півночі Європи вже кілька століть. Як міг Наполеон, впевнений в готовності своїх військ до переможним битвам, дозволити виготовляти елементи обмундирування з олова? Крім того, розпад олова є досить тривалий процес, навіть при такій низькій температурі, як взимку 1812 року в Росії. Однак це цікава історія, і хімікам вона дуже подобається як пояснення поразки французької армії. Але якщо в цій гіпотезі є частка правди, то виникає питання: що було б, якби гудзики не розсипалися від холоду і французи продовжили рух на схід? Чи не привело б це до того, що кріпосне право в Росії впало на півстоліття раніше? Збереглася б межа між Західною і Східною Європою, яка приблизно відповідає кордоні наполеонівської імперії?
У всій історії людства метали грали дуже важливу роль. Крім випадку з олов'яними гудзиками наполеонівських солдатів, були і інші. Відомо, наприклад, що олов'яні рудники Корнуолла привертали увагу древніх римлян і стали однією з причин захоплення ними території сучасної Великобританії. До 1650 року близько шістнадцяти тисяч тонн срібла з рудників Нового Світу перекочували в скрині багатих іспанців і португальців, і велика частина цих коштів була витрачена на війни в Європі. Пошуки золота і срібла надали надзвичайно сильний вплив на відкриття, колонізацію і заселення багатьох регіонів світу. Наприклад, золоті копальні в Каліфорнії, Австралії, Південній Африці, Новій Зеландії і на річці Клондайк в Канаді в значній мірі сприяли освоєнню цих місць в XIX столітті. У нашій мові закріпилося безліч виразів, в яких згадується золото: золотий стандарт, золота людина, золотий час, чорне золото. Назва цілих епох віддає данину металів. На зміну бронзового віку, коли бронза - сплав або суміш олова і міді - використовувалася для виготовлення зброї і знарядь праці, прийшов залізний вік, коли люди почали плавити і кувати залізо.
Але тільки чи олово, золото і залізо вплинули на хід історії? Метали - це елементи, тобто речовини, які за допомогою хімічних реакцій не можна розкласти на простіші складові. У природі існує дев'яносто елементів. Крім того, людина створила ще близько дев'яноста елементів в дуже невеликій кількості. але хімічних сполук (Речовин, утворених в результаті хімічних взаємодій двох або декількох елементів) відомо близько семи мільйонів. Без перебільшення можна сказати, що деякі сполуки також зіграли поворотну роль в історії людства. Ця цікава ідея і лягла в основу книги.
Якщо розглядати деякі звичайні або не зовсім звичайні речовини в такому аспекті, виявляються дивовижні історії. В результаті підписання угоди в Бреде в 1667 році голландці поступилися англійцям свої володіння в Північній Америці в обмін на маленький острівець Ран в архіпелазі Банда (сучасна Індонезія). Англія, яка втратила свої права на острів Ран (привабливість якого полягала виключно в тому, що там вирощували мускатний горіх), натомість отримала права на невеликий шматочок суші на іншому краю світу - острів Манхеттен.
Голландці стали претендувати на Манхеттен незабаром після прибуття туди Генрі Гудзона, який шукав шлях в Ост-Індію, до легендарних Островів прянощів (Молуккські острови). 1664 року губернатор Нового Амстердама Пітер Стейвесант був змушений поступитися колонію англійцям. Невдоволення голландців цієї поступкою і інші територіальні розбіжності призвели до війни між двома країнами, яка тривала близько трьох років. Англійське присутність на острові Ран дратувало голландців, оскільки тільки воно порушувало монополію Голландії на торгівлю мускатним горіхом. Голландці, відомі в цьому регіоні своєю жорстокістю, абсолютно не бажали, щоб англійці мали частку в прибутковій торгівлі прянощами. Після чотирирічної блокади і кривавих боїв голландці нарешті захопили острів Ран. Англійці помстилися тим, що стали нападати на кораблі голландської Ост-Індської компанії.
Голландці вимагали компенсації за піратство і домагалися повернення Нового Амстердама. Англійці хотіли, щоб голландці заплатили за свої злочини в Ост-Індії і повернули Ран. Так як ні одна зі сторін не хотіла йти на поступки і не могла здобути перемогу на море, в Бреде було підписано угоду, що дозволило обом державам зберегти обличчя. Англійці забирали Манхеттен і відмовлялися від домагань на острів Ран. Голландці ставали господарями острова Ран і більше не претендували на Манхеттен. Коли англійці підняли свій прапор над Новим Амстердамом (пізніше перейменованим в Нью-Йорк), здавалося, що голландцям в цій суперечці пощастило більше. Хіба можна порівняти маленьке поселення в Новому Світі (близько тисячі осіб) з монополією на торгівлю мускатним горіхом?
Чому мускатний горіх цінувався так високо? Подібно до інших прянощів, таким як гвоздика, перець і кориця, мускатний горіх широко використовувався в Європі для збереження продуктів, його вживали в їжу і застосовували в медицині. Але мускатний горіх мав і іншу, набагато більш важливу функцію. Вважалося, що мускатний горіх захищає від "чорної смерті", яка з XIV століття спустошувала Європу протягом чотирьохсот років.
Звичайно, тепер нам відомо, що "чорна смерть" (чума) - це бактеріальне захворювання, яке переносять щури і яке передається через укуси бліх. Тому можна сказати, що носити на шиї маленький мішечок з мускатним горіхом як засіб від чуми - просто марновірство. Так, так можна було б сказати, якщо не розбиратися в хімічний склад мускатного горіха. Характерний запах цього горіха пояснюється присутністю в ньому ізоевгенола. Рослини виробляють подібні речовини в якості природних пестицидів - для захисту від жуйних тварин, комах і мікробів. Цілком ймовірно, що ізоевгенол з мускатного горіха діяв як природний інсектицид, відганяє бліх. Звичайно, правда й інше: заможні люди, що мали можливість купити мускатний горіх, жили у відносно більш сприятливих умовах, тобто в оточенні меншої кількості щурів і бліх, що знижувало ймовірність зараження чумою.
Чи допомагав мускатний горіх від чуми, сказати важко, але летючі ароматичні речовини в його складі сприяли зростанню його ціни і популярності. Відкриття і завоювання нових земель, підписану в Бреде угоду, а також той факт, що головне місто Америки називають Нью-Йорком, а не Новим Амстердамом, - все це має відношення до речовини ізоевгенол.
Слідом за історією про ізоевгеноле можна розповісти історії про безліч інших з'єднань, що змінили наш світ. Деякі з цих сполук широко відомі і раніше мають велике значення для світової економіки або медицини, інші давно забуті. Але всі ці речовини зіграли роль в одному або навіть в декількох поворотних події, що вплинули на хід історії.
Ми вирішили написати цю книгу, щоб розповісти про дивовижну зв'язку між хімічними сполуками і історією людства і показати, що іноді не пов'язані між собою на перший погляд події мають відношення до хімічних молекул, а шлях розвитку суспільства часом визначається хімічною структурою деяких речовин. Думка про те, що ті чи інші події в історії можуть залежати від чого-небудь такого незначного, як молекули (тобто групи з двох або кількох атомів, певним чином пов'язаних між собою), змушує нас по-новому поглянути на розвиток цивілізації. Такі незначні зміни, як правило зв'язку між атомами в молекулі, можуть призводити до надзвичайно сильним відмінностей у властивостях з'єднань і впливати на хід подій. Таким чином, ця книга не про історію хімії, а скоріше про роль хімії в історії.
Вибір молекул, про які ми вирішили розповісти, в деякому сенсі довільний і ні в якій мірі не вичерпний. Ми вибрали ті сполуки, які здалися нам найцікавішими як в історичному, так і в хімічному відношенні. Ми не стверджуємо, що саме ці молекули надали найбільш сильний вплив на цивілізацію. Без сумніву, наші колеги-хіміки могли б додати в список деякі інші молекули, вилучивши деякі з наших. Ми розповімо про молекулах, які поклали початок Великим географічним відкриттям і освоєння нових земель. Ми поговоримо про молекулах, які зіграли важливу роль у розвитку торгівлі, привели до переселення народів і колонізації окремих територій, а також сприяли работоргівлі і підневільного праці. Ми спробуємо пояснити, як хімічна структура деяких молекул вплинула на те, що ми їмо, що п'ємо і у що одягаємося. Ми познайомимося з молекулами, стимулювати розвиток медицини і гігієни, а також з молекулами, що сприяли промисловому прогресу. Ми поговоримо про "молекулах війни", які забрали життя мільйонів людей, і про "молекулах світу", які врятували мільйони життів. Ми побачимо, як багато змін у відносинах між чоловіками і жінками, в людській культурі, в законодавстві і в навколишньому середовищу можна пов'язати з хімічною структурою декількох молекул. Втім, обрані нами сімнадцять речовин - це не завжди окремі молекули. У деяких розділах розглянуті групи молекул з дуже схожою структурою, властивостями та історичною роллю.
Події розглядаються нами не в хронологічному порядку. У розташуванні глав ми хотіли відобразити зв'язок між подібними молекулами, групами подібних молекул, а також між різними за хімічною структурою молекулами, які, проте, мають схожі властивості або можуть бути пов'язані з аналогічними подіями. Наприклад, початок Промислової революції пов'язують з вирощуванням на плантаціях в Північній і Південній Америці цукрової тростини і виробництвом цукру, а в Англії економічні і соціальні зміни були пов'язані з іншим речовиною - бавовною, причому за хімічною структурою другого речовина доводиться старшим або, може бути, двоюрідним братом першого. Швидкий розвиток хімічної промисловості в Німеччині в наприкінці XIX століття в певній мірі обумовлено отриманням нових барвників з кам'яновугільної смоли - побічний продукт, що утворюється при отриманні газу з кам'яного вугілля. Ті ж німецькі хімічні компанії першими синтезували штучні антибіотики, за структурою нагадують нові барвники. Крім того, з дьогтю було отримано і перший антисептик - фенол, який згодом став використовуватися для виробництва пластмас і який за хімічною структурою споріднений ізоевгенолу з мускатного горіха. В історії можна знайти масу подібних хімічних взаємозв'язків.
Нас також цікавило питання про роль інтуїтивного передбачення в численних відкриття в хімії. Часто говорять, що багато важливих відкриття були зроблені лише завдяки щасливому випадку. Однак нам здається, що набагато більш важливу роль відіграє здатність вченого усвідомити важливість зробленого відкриття і зрозуміти його суть. Багато разів в історії хімії дивні, але потенційно важливі результати залишалися без уваги. Нам здається, що слід віддати належне здатності вчених розпізнавати цінність несподіваних результатів, а не пояснювати все простим везінням. Деякі винахідники і першовідкривачі, про які ми розповідаємо в цій книзі, були хіміками, інші взагалі не мали ніякого наукової освіти. Багато з цих людей мали незвичайним характером. Їх історії дивні.

Органічне - хіба це не те, що росте на городі?

Щоб допомогти читачеві усвідомити хімічну сторону описуваних подій, ми пропонуємо спочатку коротко ознайомитися з хімічними термінами. Багато із з'єднань, про яких піде мова, називають органічними. В останні двадцять-тридцять років це слово використовувалося в сенсі, дуже далекому від початкового значення. "Органічними" все частіше називають продукти сільського господарства, Для виробництва яких не застосовуються штучні пестициди, гербіциди або синтетичне добрива. Початково термін "органічний" був запропонований близько двохсот років тому шведським хіміком Йенсом Якобом Берцеліусом, який в 1807 році назвав органічними ті речовини, які відбуваються з живих організмів. навпаки, неорганічнимиречовинами Берцеліус назвав ті, які відбуваються з неживих джерел.
У XVIII столітті в науковому світі поширилася ідея, що хімічні речовини, Що відбуваються з природних джерел, чимось відрізняються від інших, і що вони містять в собі певну життєву сутність, навіть якщо її не вдається виявити і виміряти. Цю особливу сутність називали життєвою енергією. Наукове протягом, яке підтверджувало, що в речовинах з рослинних або тваринних джерел міститься якась містична сила, називалося віталізмом. Вважалося неможливим створити органічна сполука в лабораторних умовах, але за іронією долі це зробив один зі студентів самого Берцеліуса. У 1828 році Фрідріх Велер, в майбутньому професор хімії в університеті Геттінгена в Німеччині, нагрів суміш двох неорганічних речовин - аміаку і ціанової кислоти - і отримав кристали сечовини, які нічим не відрізнялися від кристалів сечовини, виділеної з сечі тварин.
Прихильники віталізму вважали, що ціанової кислота є органічною речовиною, оскільки її отримували з висушеної крові. Проте ідея віталізму почала згасати. Ще через кілька десятиліть вона розсипалася остаточно, оскільки іншим хімікам також вдавалося синтезувати органічні речовини з неорганічних. Останні прихильники віталізму змушені були змиритися з тим, що до тих пір вважали єрессю, і смерть віталізму стала загальновизнаним фактом. Виникла необхідність дати нове хімічне визначення органічних речовин.
Тепер органічними стали називати такі речовини, які містять вуглець. Таким чином, органічна хімія - це наука, що вивчає сполуки вуглецю. Безумовно, це визначення недосконале, оскільки існують сполуки вуглецю, які хіміки ніколи не розглядали в якості органічних. Причина цього лежить головним чином в традиції. Наприклад, задовго до експериментів Велером було відомо, що карбонати, що містять кисень і вуглець, входять до складу мінеральних речовин, а не тільки живих організмів. Таким чином, мармур (карбонат кальцію) і питну соду (бікарбонат натрію) ніколи не відносили до органічних сполук. Аналогічно вуглець у формі алмазу або графіту (обидві речовини початково добували в землі, а тепер їх можна отримати штучним шляхом) завжди сприймали як неорганічної речовини. Діоксид вуглецю, що складається з одного атома вуглецю, з'єднаного з двома атомами кисню, був відомий вченим протягом багатьох століть і ніколи не розглядався як органічної сполуки. Таким чином, дане вище визначення не бездоганна. Але, загалом, органічні речовини дійсно містять вуглець, а неорганічні речовини складаються з інших елементів.
Вуглець відрізняється від інших елементів неймовірним різноманітністю утворюваних нею зв'язків, а також широким діапазоном елементів, з якими він може утворювати зв'язку. Таким чином, кількість з'єднань вуглецю, як природних, так і синтетичних, багаторазово перевершує кількість з'єднань всіх інших елементів разом узятих. Це почасти пояснює те, що в книзі ми приділяємо більше уваги органічних речовин, ніж неорганічним. Але наш вибір пояснюється також і тим, що обидва автори книги є хімік-органік.

Структурні формули: чи потрібні вони?

Для нас найбільшою проблемою в роботі над книгою було визначення розумних меж її хімічного змісту. Деякі колеги радили нам менше говорити про хімію і більше - про історію. І вже зрозуміло, говорили нам, не варто малювати ніяких хімічних структур. Але нам здалося найцікавішим якраз відобразити зв'язок між хімічною структурою і властивостями речовини, а також зв'язок між його структурою і історичними подіями. Звичайно, можна прочитати книжку, не дивлячись на формули, але нам здається, що розуміння хімічних структур оживляє зв'язок між хімією і історією.
Органічні речовини складаються всього з декількох видів атомів: вуглецю (C), водню (H), кисню (O) і азоту (N). Крім того, в них можуть зустрічатися і інші елементи: бром (Br), хлор (Cl), фтор (F), йод (I), фосфор (P) і сірка (S). У книзі ми зображували структури хімічних сполук головним чином для порівняння, тому, щоб зрозуміти пояснення, потрібно просто поглянути на малюнок. Відмінності в структурах зазвичай позначені стрілками, обведені колом або виділені яким-небудь іншим чином. Наприклад, єдиною відмінністю між двома зображеними нижче речовинами є положення OH-групи. У кожному разі це положення зазначено стрілкою. У першій молекулі OH-група розташовується у другого атома вуглецю зліва, а в другій молекулі - у першого атома вуглецю.

Молекула, що синтезується робочої бджолою

Це, здавалося б, незначна відмінність має для бджіл надзвичайно важливе значення. Першу молекулу синтезує бджолина матка, а другу - робочі бджоли, і все бджоли вміють відрізняти першу молекулу від другої. Ми можемо побачити відмінність між бджолиної маткою і робочої бджолою, якщо подивимося на картинку.

Бджолина матка

робоча бджола
Малюнки люб'язно надані Раймондом і Сільвією Чемберлен

Самі бджоли для розпізнавання користуються хімічними сигналами. Можна сказати, вони мають хімічним "зором".
Щоб показати порядок з'єднання атомів в молекулах, хіміки користуються структурними формулами. Атоми зображують за допомогою хімічних символів, а зв'язки між ними малюють у вигляді рисок. Іноді між двома атомами може бути не одна, а кілька рисок. Якщо рисок дві, то це подвійна зв'язок (\u003d), якщо їх три, то зв'язок потрійна (≡).
В одній з найпростіших органічних молекул - в молекулі метану (болотного газу) - вуглець оточений чотирма простими (одинарними) зв'язками, кожна з яких з'єднує його з атомом водню. Хімічна формула метану CH 4, а структурна формула виглядає так:

метан

найпростіша органічна молекула з подвійним зв'язком - етилен (C 2 H 2). Його структурна формула така:

етилен

В даному випадку вуглець як і раніше має чотири зв'язку, оскільки подвійний зв'язок розглядається як дві одинарні. Етилен - дуже просте і дуже важлива речовина. Це рослинний гормон, який сприяє дозріванню плодів. Наприклад, якщо яблука зберігати в непровітрюваному приміщенні, вони швидко перестигнуть під дією власної етилену. (Можна прискорити дозрівання незрілих авокадо або ківі, поклавши їх в пакет із стиглим яблуком.)
Органічне поєднання метанол, або метиловий спирт, має хімічну формулу CH 4 O. Структура цього кисневмісного з'єднання представлена \u200b\u200bна малюнку:
метанол

В даному випадку атом кисню має дві прості зв'язку, Одна з яких пов'язує його з атомом вуглецю, а інша - з атомом водню. І, як завжди, вуглець оточений чотирма зв'язками.
У з'єднаннях, в яких існує подвійний зв'язок між атомами вуглецю і кисню, як в оцтової кислоти (оцті), формула C 2 H 4 O 2 цієї статті не показує однозначно, де розташована подвійна зв'язок. Саме з цієї причини нам потрібні структурні формули: щоб показати, в якому порядку з'єднуються атоми і де розташовані подвійні зв'язки.

Оцтова кислота

Подібні структурні формули можна зобразити і в стислому вигляді. Тоді структурна формула оцтової кислоти прийме наступний вигляд:

Або навіть

Тут показані не всі хімічні зв'язки, Існуючі в цій молекулі. Така форма запису дозволяє спростити малюнок і демонструє тільки взаємне розташування атомів.
Ця система запису добре підходить для невеликих молекул, але для більших молекул навіть такий запис забирає багато часу і складна для сприйняття. Наприклад, звернемося знову до молекули, що синтезується бджолиної маткою, і порівняємо дві форми запису - стислу і розгорнуту, яка відображатиме розташування всіх зв'язків:

Розгорнута структурна формула молекули, що синтезується бджолиної маткою

Така формула занадто громіздка і погано сприймається. З цієї причини молекули часто зображують з деякими спрощеннями. Найпоширенішим з них є відсутність в формулах більшості атомів водню. (Але це не означає, що атомів водню в цих молекулах немає.) Атом вуглецю завжди має чотири зв'язку. Тому якщо ви бачите, що в будь-якої формулою атом вуглецю має менше зв'язків, знайте: насправді, зв'язків чотири, просто ті, яких немає на малюнку, пов'язують вуглець з атомом водню.
Молекула, що синтезується бджолиної маткою

Крім того, атоми вуглецю в формулах часто зображують пов'язаними не по прямій лінії, а під кутом. Насправді такий запис точніше відображає реальну структуру молекул. Зобразимо молекулу, синтезируемую бджолиної маткою.

А в ще більш стислому вигляді можна опустити більшість атомів вуглецю:

Тут кінець лінії і все перетину позначають місце розташування атома вуглецю. Всі інші атоми, за винятком більшості атомів водню і вуглецю, зображені. Якщо використовувати дане спрощення, то різниця між молекулами, які синтезуються бджолиної маткою і робочої бджолою, видно набагато чіткіше.

У червні 1812 року Велика армія Наполеона нараховувала шістсот тисяч чоловік. Вже на початку грудня того ж року вона зменшилася лише до десяти тисяч. Після відступу з Москви змученим французам вдалося переправитися через річку Березина поблизу Борисова. Тих, хто залишився в живих, переслідували голод, хвороби і мороз: вони стали причиною поразки Наполеона не меншою мірою, ніж багнети і кулі російських. Безліч солдатів загинули, оскільки були недостатньо добре одягнені і екіпіровані, щоб пережити крижану зиму.

Відступ Наполеона з Росії мало серйозні наслідки для всієї Європи. У 1812 році 90% населення Росії становили кріпаки, які перебували в повній власності поміщиків і не мали ніяких прав. Їх продавали і купували. Ця ситуація більше нагадувала рабовласницький лад, ніж кріпосне право в Західній Європі. Переможна хода наполеонівської армії по Європі супроводжувалося поширенням принципів і ідеалів Французької революції (1789-1799), які руйнували середньовічні підвалини, змінювали політичні кордони і сприяли становленню національної свідомості. Нововведення Наполеона також виявилися корисними. Реформований державний апарат і загальні для всіх кодекси прийшли на зміну заплутаним місцевим законам і правилам, з'явилися уявлення про права людини, сім'ї, приватної власності. Замість сотень місцевих систем мір і ваг систем була прийнята єдина, десяткова.

Але що стало причиною поразки найбільшої армії, яку вів Наполеон? Чому солдати Наполеона, перш непереможні, здригнулися? На цей рахунок є одна дивна здогадка, сформулювати яку можна, перефразовуючи слова дитячого віршика: тому що не було гудзиків! Це здається неймовірним, але загибель армії Наполеона можна пов'язати з такою незначною річчю, як гудзики. Точніше, з олов'яними гудзиками, на яких трималася одяг всій армії, починаючи з шинелей офіцерів і закінчуючи штанами і мундирами піхотинців. При низькій температурі блискуче металеве олово перетворюється в крихкий сірий порошок, все ще олов'яний, але має зовсім іншу структуру. Невже саме це сталося з гудзиками наполеонівських солдатів? Один свідок у Борисові описував війська французів як «натовп привидів, загорнутих в жіночі хустки, шматки килимів і пропалені шинелі». Невже зникнення гудзиків призвело до того, що солдати так замерзли, що більше не могли воювати? І замість того, щоб тримати зброю, вони змушені були буквально притримувати штани?

Втім, в цій гіпотезі є кілька вузьких місць. Так звана олов'яна чума ( «хвороба олова») була відома на півночі Європи вже кілька століть. Як міг Наполеон, впевнений в готовності своїх військ до переможним битвам, дозволити виготовляти елементи обмундирування з олова? Крім того, розпад олова є досить тривалий процес, навіть при такій низькій температурі, як взимку 1812 року в Росії. Однак це цікава історія, і хімікам вона дуже подобається як пояснення поразки французької армії. Але якщо в цій гіпотезі є частка правди, то виникає питання: що було б, якби гудзики не розсипалися від холоду і французи продовжили рух на схід? Чи не привело б це до того, що кріпосне право в Росії впало на півстоліття раніше? Збереглася б межа між Західною і Східною Європою, яка приблизно відповідає кордоні наполеонівської імперії?

У всій історії людства метали грали дуже важливу роль. Крім випадку з олов'яними гудзиками наполеонівських солдатів, були і інші. Відомо, наприклад, що олов'яні рудники Корнуолла привертали увагу древніх римлян і стали однією з причин захоплення ними території сучасної Великобританії. До 1650 року близько шістнадцяти тисяч тонн срібла з рудників Нового Світу перекочували в скрині багатих іспанців і португальців, і велика частина цих коштів була витрачена на війни в Європі. Пошуки золота і срібла надали надзвичайно сильний вплив на відкриття, колонізацію і заселення багатьох регіонів світу. Наприклад, золоті копальні в Каліфорнії, Австралії, Південній Африці, Новій Зеландії і на річці Клондайк в Канаді в значній мірі сприяли освоєнню цих місць в XIX столітті. У нашій мові закріпилося безліч виразів, в яких згадується золото: золотий стандарт, золота людина, золотий час, чорне золото. Назва цілих епох віддає данину металів. На зміну бронзового віку, коли бронза - сплав або суміш олова і міді - використовувалася для виготовлення зброї і знарядь праці, прийшов залізний вік, коли люди почали плавити і кувати залізо.

Але тільки чи олово, золото і залізо вплинули на хід історії? Метали - це елементи, тобто речовини, які за допомогою хімічних реакцій не можна розкласти на простіші складові. У природі існує дев'яносто елементів. Крім того, людина створила ще близько дев'яноста елементів в дуже невеликій кількості. Але хімічних сполук (речовин, утворених в результаті хімічних взаємодійдвох або декількох елементів) відомо близько семи мільйонів. Без перебільшення можна сказати, що деякі сполуки також зіграли поворотну роль в історії людства. Ця цікава ідея і лягла в основу книги.

Якщо розглядати деякі звичайні або не зовсім звичайні речовини в такому аспекті, виявляються дивовижні історії. В результаті підписання угоди в Бреде в 1667 році голландці поступилися англійцям свої володіння в Північній Америці в обмін на маленький острівець Ран в архіпелазі Банда (сучасна Індонезія). Англія, яка втратила свої права на острів Ран (привабливість якого полягала виключно в тому, що там вирощували мускатний горіх), натомість отримала права на невеликий шматочок суші на іншому краю світу - острів Манхеттен.

Голландці стали претендувати на Манхеттен незабаром після прибуття туди Генрі Гудзона, який шукав шлях в Ост-Індію, до легендарних Островів прянощів (Молуккські острови). 1664 року губернатор Нового Амстердама Пітер Стейвесант був змушений поступитися колонію англійцям. Невдоволення голландців цієї поступкою і інші територіальні розбіжності призвели до війни між двома країнами, яка тривала близько трьох років. Англійське присутність на острові Ран дратувало голландців, оскільки тільки воно порушувало монополію Голландії на торгівлю мускатним горіхом. Голландці, відомі в цьому регіоні своєю жорстокістю, абсолютно не бажали, щоб англійці мали частку в прибутковій торгівлі прянощами. Після чотирирічної блокади і кривавих боїв голландці нарешті захопили острів Ран. Англійці помстилися тим, що стали нападати на кораблі голландської Ост-Індської компанії.

Голландці вимагали компенсації за піратство і домагалися повернення Нового Амстердама. Англійці хотіли, щоб голландці заплатили за свої злочини в Ост-Індії і повернули Ран. Так як ні одна зі сторін не хотіла йти на поступки і не могла здобути перемогу на море, в Бреде було підписано угоду, що дозволило обом державам зберегти обличчя. Англійці забирали Манхеттен і відмовлялися від домагань на острів Ран. Голландці ставали господарями острова Ран і більше не претендували на Манхеттен. Коли англійці підняли свій прапор над Новим Амстердамом (пізніше перейменованим в Нью-Йорк), здавалося, що голландцям в цій суперечці пощастило більше. Хіба можна порівняти маленьке поселення в Новому Світі (близько тисячі осіб) з монополією на торгівлю мускатним горіхом?

Чому мускатний горіх цінувався так високо? Подібно до інших прянощів, таким як гвоздика, перець і кориця, мускатний горіх широко використовувався в Європі для збереження продуктів, його вживали в їжу і застосовували в медицині. Але мускатний горіх мав і іншу, набагато більш важливу функцію. Вважалося, що мускатний горіх захищає від «чорної смерті», яка з XIV століття спустошувала Європу протягом чотирьохсот років.

Звичайно, тепер нам відомо, що «чорна смерть» (чума) - це бактеріальне захворювання, яке переносять щури і яке передається через укуси бліх. Тому можна сказати, що носити на шиї маленький мішечок з мускатним горіхом як засіб від чуми - просто марновірство. Так, так можна було б сказати, якщо не розбиратися в хімічному складі мускатного горіха. Характерний запах цього горіха пояснюється присутністю в ньому ізоевгенола. Рослини виробляють подібні речовини в якості природних пестицидів - для захисту від жуйних тварин, комах і мікробів. Цілком ймовірно, що ізоевгенол з мускатного горіха діяв як природний інсектицид, відганяє бліх. Звичайно, правда й інше: заможні люди, що мали можливість купити мускатний горіх, жили у відносно більш сприятливих умовах, тобто в оточенні меншої кількості щурів і бліх, що знижувало ймовірність зараження чумою.

Чи допомагав мускатний горіх від чуми, сказати важко, але летючі ароматичні речовини в його складі сприяли зростанню його ціни і популярності. Відкриття і завоювання нових земель, підписану в Бреде угоду, а також той факт, що головне місто Америки називають Нью-Йорком, а не Новим Амстердамом, - все це має відношення до речовини ізоевгенол.

Слідом за історією про ізоевгеноле можна розповісти історії про безліч інших з'єднань, що змінили наш світ. Деякі з цих сполук широко відомі і раніше мають велике значення для світової економіки або медицини, інші давно забуті. Але всі ці речовини зіграли роль в одному або навіть в декількох поворотних події, що вплинули на хід історії.

Ми вирішили написати цю книгу, щоб розповісти про дивовижну зв'язку між хімічними сполуками і історією людства і показати, що іноді не пов'язані між собою на перший погляд події мають відношення до хімічних молекул, а шлях розвитку суспільства часом визначається хімічною структурою деяких речовин. Думка про те, що ті чи інші події в історії можуть залежати від чого-небудь такого незначного, як молекули (тобто групи з двох або кількох атомів, певним чином пов'язаних між собою), змушує нас по-новому поглянути на розвиток цивілізації. Такі незначні зміни, як правило зв'язку між атомами в молекулі, можуть призводити до надзвичайно сильним відмінностей у властивостях з'єднань і впливати на хід подій. Таким чином, ця книга не про історію хімії, а скоріше про роль хімії в історії.

Вибір молекул, про які ми вирішили розповісти, в деякому сенсі довільний і ні в якій мірі не вичерпний. Ми вибрали ті сполуки, які здалися нам найцікавішими як в історичному, так і в хімічному відношенні. Ми не стверджуємо, що саме ці молекули надали найбільш сильний вплив на цивілізацію. Без сумніву, наші колеги-хіміки могли б додати в список деякі інші молекули, вилучивши деякі з наших. Ми розповімо про молекулах, які поклали початок Великим географічним відкриттям і освоєння нових земель. Ми поговоримо про молекулах, які зіграли важливу роль у розвитку торгівлі, привели до переселення народів і колонізації окремих територій, а також сприяли работоргівлі і підневільного праці. Ми спробуємо пояснити, як хімічна структура деяких молекул вплинула на те, що ми їмо, що п'ємо і у що одягаємося. Ми познайомимося з молекулами, стимулювати розвиток медицини і гігієни, а також з молекулами, що сприяли промисловому прогресу. Ми поговоримо про «молекулах війни», які забрали життя мільйонів людей, і про «молекулах світу», які врятували мільйони життів. Ми побачимо, як багато змін у відносинах між чоловіками і жінками, в людській культурі, в законодавстві і в навколишньому середовищі можна пов'язати з хімічною структурою декількох молекул. Втім, обрані нами сімнадцять речовин - це не завжди окремі молекули. У деяких розділах розглянуті групи молекул з дуже схожою структурою, властивостями та історичною роллю.

Події розглядаються нами не в хронологічному порядку. У розташуванні глав ми хотіли відобразити зв'язок між подібними молекулами, групами подібних молекул, а також між різними за хімічною структурою молекулами, які, проте, мають схожі властивості або можуть бути пов'язані з аналогічними подіями. Наприклад, початок Промислової революції пов'язують з вирощуванням на плантаціях в Північній і Південній Америці цукрової тростини і виробництвом цукру, а в Англії економічні і соціальні зміни були пов'язані з іншим речовиною - бавовною, причому за хімічною структурою другого речовина доводиться старшим або, може бути, двоюрідним братом першого. Швидкий розвиток хімічної промисловості в Німеччині в кінці XIX століття в певній мірі обумовлено отриманням нових барвників з кам'яновугільної смоли - побічний продукт, що утворюється при отриманні газу з кам'яного вугілля. Ті ж німецькі хімічні компанії першими синтезували штучні антибіотики, за структурою нагадують нові барвники. Крім того, з дьогтю було отримано і перший антисептик - фенол, який згодом став використовуватися для виробництва пластмас і який за хімічною структурою споріднений ізоевгенолу з мускатного горіха. В історії можна знайти масу подібних хімічних взаємозв'язків.

Нас також цікавило питання про роль інтуїтивного передбачення в численних відкриття в хімії. Часто говорять, що багато важливих відкриття були зроблені лише завдяки щасливому випадку. Однак нам здається, що набагато більш важливу роль відіграє здатність вченого усвідомити важливість зробленого відкриття і зрозуміти його суть. Багато разів в історії хімії дивні, але потенційно важливі результати залишалися без уваги. Нам здається, що слід віддати належне здатності вчених розпізнавати цінність несподіваних результатів, а не пояснювати все простим везінням. Деякі винахідники і першовідкривачі, про які ми розповідаємо в цій книзі, були хіміками, інші взагалі не мали ніякого наукового освіти. Багато з цих людей мали незвичайним характером. Їх історії дивні.

Органічне - хіба це не те, що росте на городі?

Щоб допомогти читачеві усвідомити хімічну сторону описуваних подій, ми пропонуємо спочатку коротко ознайомитися з хімічними термінами. Багато із з'єднань, про які піде мова, називають органічними. В останні двадцять-тридцять років це слово використовувалося в сенсі, дуже далекому від початкового значення. «Органічними» все частіше називають продукти сільського господарства, для виробництва яких не застосовуються штучні пестициди, гербіциди або синтетичне добрива. Початково термін «органічний» був запропонований близько двохсот років тому шведським хіміком Йенсом Якобом Берцеліусом, який в 1807 році назвав органічними ті речовини, які відбуваються з живих організмів. навпаки, неорганічними речовинами Берцеліус назвав ті, які відбуваються з неживих джерел.

У XVIII столітті в науковому світі поширилася ідея, що хімічні речовини, що відбуваються з природних джерел, чимось відрізняються від інших, і що вони містять в собі певну життєву сутність, навіть якщо її не вдається виявити і виміряти. Цю особливу сутність називали життєвою енергією. Наукове протягом, яке підтверджувало, що в речовинах з рослинних або тваринних джерел міститься якась містична сила, називалося віталізмом. Вважалося неможливим створити органічна сполука в лабораторних умовах, але за іронією долі це зробив один зі студентів самого Берцеліуса. У 1828 році Фрідріх Велер, в майбутньому професор хімії в університеті Геттінгена в Німеччині, нагрів суміш двох неорганічних речовин - аміаку і ціанової кислоти - і отримав кристали сечовини, які нічим не відрізнялися від кристалів сечовини, виділеної з сечі тварин.

Прихильники віталізму вважали, що ціанової кислота є органічною речовиною, оскільки її отримували з висушеної крові. Проте ідея віталізму почала згасати. Ще через кілька десятиліть вона розсипалася остаточно, оскільки іншим хімікам також вдавалося синтезувати органічні речовини з неорганічних. Останні прихильники віталізму змушені були змиритися з тим, що до тих пір вважали єрессю, і смерть віталізму стала загальновизнаним фактом. Виникла необхідність дати нове хімічне визначення органічних речовин.

Тепер органічними стали називати такі речовини, які містять вуглець. Таким чином, органічна хімія - це наука, що вивчає сполуки вуглецю. Безумовно, це визначення недосконале, оскільки існують сполуки вуглецю, які хіміки ніколи не розглядали в якості органічних. Причина цього лежить головним чином в традиції. Наприклад, задовго до експериментів Велером було відомо, що карбонати, що містять кисень і вуглець, входять до складу мінеральних речовин, а не тільки живих організмів. Таким чином, мармур (карбонат кальцію) і питну соду (бікарбонат натрію) ніколи не відносили до органічних сполук. Аналогічно вуглець у формі алмазу або графіту (обидві речовини початково добували в землі, а тепер їх можна отримати штучним шляхом) завжди сприймали як неорганічної речовини. Діоксид вуглецю, що складається з одного атома вуглецю, з'єднаного з двома атомами кисню, був відомий вченим протягом багатьох століть і ніколи не розглядався як органічної сполуки. Таким чином, дане вище визначення не бездоганна. Але, загалом, органічні речовини дійсно містять вуглець, а неорганічні речовини складаються з інших елементів.

Вуглець відрізняється від інших елементів неймовірним різноманітністю утворюваних нею зв'язків, а також широким діапазоном елементів, з якими він може утворювати зв'язку. Таким чином, кількість з'єднань вуглецю, як природних, так і синтетичних, багаторазово перевершує кількість з'єднань всіх інших елементів разом узятих. Це почасти пояснює те, що в книзі ми приділяємо більше уваги органічних речовин, ніж неорганічним. Але наш вибір пояснюється також і тим, що обидва автори книги є хімік-органік.

Структурні формули: чи потрібні вони?

Для нас найбільшою проблемою в роботі над книгою було визначення розумних меж її хімічного складу. Деякі колеги радили нам менше говорити про хімію і більше - про історію. І вже зрозуміло, говорили нам, не варто малювати ніяких хімічних структур. Але нам здалося найцікавішим якраз відобразити зв'язок між хімічною структурою і властивостями речовини, а також зв'язок між його структурою та історичними подіями. Звичайно, можна прочитати книжку, не дивлячись на формули, але нам здається, що розуміння хімічних структур оживляє зв'язок між хімією і історією.

Органічні речовини складаються всього з декількох видів атомів: вуглецю (C), водню (H), кисню (O) і азоту (N). Крім того, в них можуть зустрічатися і інші елементи: бром (Br), хлор (Cl), фтор (F), йод (I), фосфор (P) і сірка (S). У книзі ми зображували структури хімічних сполук головним чином для порівняння, тому, щоб зрозуміти пояснення, потрібно просто поглянути на малюнок. Відмінності в структурах зазвичай позначені стрілками, обведені колом або виділені яким-небудь іншим чином. Наприклад, єдиною відмінністю між двома зображеними нижче речовинами є положення OH-групи. У кожному разі це положення зазначено стрілкою. У першій молекулі OH-група розташовується у другого атома вуглецю зліва, а в другій молекулі - у першого атома вуглецю.

Це, здавалося б, незначна відмінність має для бджіл надзвичайно важливе значення. Першу молекулу синтезує бджолина матка, а другу - робочі бджоли, і все бджоли вміють відрізняти першу молекулу від другої. Ми можемо побачити відмінність між бджолиної маткою і робочої бджолою, якщо подивимося на картинку.

Самі бджоли для розпізнавання користуються хімічними сигналами. Можна сказати, вони мають хімічним «зором».

Щоб показати порядок з'єднання атомів в молекулах, хіміки користуються структурними формулами. Атоми зображують за допомогою хімічних символів, а зв'язки між ними малюють у вигляді рисок. Іноді між двома атомами може бути не одна, а кілька рисок. Якщо рисок дві, то це подвійна зв'язок (\u003d), якщо їх три, то зв'язок потрійна (≡).

В одній з найпростіших органічних молекул - в молекулі метану (болотного газу) - вуглець оточений чотирма простими (одинарними) зв'язками, кожна з яких з'єднує його з атомом водню. Хімічна формула метану CH 4, а структурна формула виглядає так:

Найпростіша органічна молекула з подвійним зв'язком - етилен (C 2 H 2). Його структурна формула така:

В даному випадку вуглець як і раніше має чотири зв'язку, оскільки подвійний зв'язок розглядається як дві одинарні. Етилен - дуже просте і дуже важлива речовина. Це рослинний гормон, який сприяє дозріванню плодів. Наприклад, якщо яблука зберігати в непровітрюваному приміщенні, вони швидко перестигнуть під дією власної етилену. (Можна прискорити дозрівання незрілих авокадо або ківі, поклавши їх в пакет із стиглим яблуком.)

Органічне поєднання метанол, або метиловий спирт, має хімічну формулу CH 4 O. Структура цього кисневмісного з'єднання представлена \u200b\u200bна малюнку:

В даному випадку атом кисню має дві прості зв'язку, одна з яких пов'язує його з атомом вуглецю, а інша - з атомом водню. І, як завжди, вуглець оточений чотирма зв'язками.

У з'єднаннях, в яких існує подвійний зв'язок між атомами вуглецю і кисню, як в оцтової кислоти (оцті), формула C 2 H 4 O 2 цієї статті не показує однозначно, де розташована подвійна зв'язок. Саме з цієї причини нам потрібні структурні формули: щоб показати, в якому порядку з'єднуються атоми і де розташовані подвійні зв'язки.

Подібні структурні формули можна зобразити і в стислому вигляді. Тоді структурна формула оцтової кислоти прийме наступний вигляд:

Тут показані не всі хімічні зв'язки, що існують в цій молекулі. Така форма запису дозволяє спростити малюнок і демонструє тільки взаємне розташування атомів.

Ця система запису добре підходить для невеликих молекул, але для більших молекул навіть такий запис забирає багато часу і складна для сприйняття. Наприклад, звернемося знову до молекули, що синтезується бджолиної маткою, і порівняємо дві форми запису - стислу і розгорнуту, яка відображатиме розташування всіх зв'язків:

Така формула занадто громіздка і погано сприймається. З цієї причини молекули часто зображують з деякими спрощеннями. Найпоширенішим з них є відсутність в формулах більшості атомів водню. (Але це не означає, що атомів водню в цих молекулах немає.) Атом вуглецю завжди має чотири зв'язку. Тому якщо ви бачите, що в будь-якої формулою атом вуглецю має менше зв'язків, знайте: насправді, зв'язків чотири, просто ті, яких немає на малюнку, пов'язують вуглець з атомом водню.

Крім того, в такому вигляді простіше порівняти ці молекули з молекулами, які синтезують інші комахи. Наприклад, бомбікол - це феромон, або статевий аттрактант, який синтезують самці шовковичного шовкопряда. На відміну від молекули, що синтезується бджолиної маткою (яка також є феромонами), ця молекула складається з шістнадцяти атомів вуглецю, має дві подвійні зв'язку замість однієї і не містить групи COOH.

Особливо вигідно опускати зображення атомів вуглецю і водню в формулах циклічних з'єднань - досить поширених структур, в яких атоми вуглецю утворюють кільце. Нижче приведена структурна формула молекули циклогексану C 6 H 6.

А ось стислу форму сприймати набагато легше:

Ще один термін, який широко використовується для опису хімічних речовин, - ароматичне з'єднання. У словниках ароматне або ароматичну речовину визначається як речовина, що має аромат, тобто пікантний або гострий смак і приємний запах. У хімії вживається слово «ароматичний», і багато ароматичні сполуки мають запах, хоча далеко не завжди приємний. У хімічному сенсі ароматичне з'єднання - це з'єднання, що має в складі бензольне кільце (див. Нижче), яке найчастіше зображують у стислому вигляді.

Дивлячись на структурну формулу прозаку, можна сказати, що в цій молекулі є два ароматичних (бензольних) кільця. Таким чином, прозак відноситься до ароматичних сполук.

Ми зробили дуже короткий екскурс в світ органічних структур, але цього цілком достатньо, щоб зрозуміти зміст даної книги. Ми будемо порівнювати хімічні молекули, Щоб показати їх схожість і відмінність, і побачимо, що надзвичайно малі зміни в структурі молекул іноді можуть призвести до дуже серйозної зміни властивостей речовини. І саме через свої унікальні властивості деякі молекули мали значний вплив на цивілізацію.

По-русски такі продукти частіше називають натуральними, а по-англійськи слова «натуральний» і «органічний» в цьому сенсі дійсно є синонімами. - Прим. перев.

З енсаціонное викриття! Пенні Лекутер, викладач хімії з Канади, і практикуючий американський хімік Джей Берресон показують виворіт всесвітньої історії. Не святі, царі, не герої, які не маси і навіть не великі ідеї - світом править хімія. Невидимі оку молекули приводять в рух народи, армії і флоти, народжують і звертають на порох міста і цілі цивілізації, рухають гори і штовхають людей на великі подвиги, жахливі злочини і грандіозні авантюри ...

Передмова

У червні 1812 року Велика армія Наполеона нараховувала шістсот тисяч чоловік. Вже на початку грудня того ж року вона зменшилася лише до десяти тисяч. Після відступу з Москви змученим французам вдалося переправитися через річку Березина поблизу Борисова. Тих, хто залишився в живих, переслідували голод, хвороби і мороз: вони стали причиною поразки Наполеона не меншою мірою, ніж багнети і кулі російських. Безліч солдатів загинули, оскільки були недостатньо добре одягнені і екіпіровані, щоб пережити крижану зиму.

Відступ Наполеона з Росії мало серйозні наслідки для всієї Європи. У 1812 році 90% населення Росії становили кріпаки, які перебували в повній власності поміщиків і не мали ніяких прав. Їх продавали і купували. Ця ситуація більше нагадувала рабовласницький лад, ніж кріпосне право в Західній Європі. Переможна хода наполеонівської армії по Європі супроводжувалося поширенням принципів і ідеалів Французької революції (1789-1799), які руйнували середньовічні підвалини, змінювали політичні кордони і сприяли становленню національної свідомості. Нововведення Наполеона також виявилися корисними. Реформований державний апарат і загальні для всіх кодекси прийшли на зміну заплутаним місцевим законам і правилам, з'явилися уявлення про права людини, сім'ї, приватної власності. Замість сотень місцевих систем мір і ваг систем була прийнята єдина, десяткова.

Але що стало причиною поразки найбільшої армії, яку вів Наполеон? Чому солдати Наполеона, перш непереможні, здригнулися? На цей рахунок є одна дивна здогадка, сформулювати яку можна, перефразовуючи слова дитячого віршика: тому що не було гудзиків! Це здається неймовірним, але загибель армії Наполеона можна пов'язати з такою незначною річчю, як гудзики. Точніше, з

олов'яними

гудзиками, на яких трималася одяг всій армії, починаючи з шинелей офіцерів і закінчуючи штанами і мундирами піхотинців. При низькій температурі блискуче металеве олово перетворюється в крихкий сірий порошок, все ще олов'яний, але має зовсім іншу структуру. Невже саме це сталося з гудзиками наполеонівських солдатів? Один свідок у Борисові описував війська французів як "натовп привидів, загорнутих в жіночі хустки, шматки килимів і пропалені шинелі". Невже зникнення гудзиків призвело до того, що солдати так замерзли, що більше не могли воювати? І замість того, щоб тримати зброю, вони змушені були буквально притримувати штани?

Втім, в цій гіпотезі є кілька вузьких місць. Так звана олов'яна чума ( "хвороба олова") була відома на півночі Європи вже кілька століть. Як міг Наполеон, впевнений в готовності своїх військ до переможним битвам, дозволити виготовляти елементи обмундирування з олова? Крім того, розпад олова є досить тривалий процес, навіть при такій низькій температурі, як взимку 1812 року в Росії. Однак це цікава історія, і хімікам вона дуже подобається як пояснення поразки французької армії. Але якщо в цій гіпотезі є частка правди, то виникає питання: що було б, якби гудзики не розсипалися від холоду і французи продовжили рух на схід? Чи не привело б це до того, що кріпосне право в Росії впало на півстоліття раніше? Збереглася б межа між Західною і Східною Європою, яка приблизно відповідає кордоні наполеонівської імперії?

У всій історії людства метали грали дуже важливу роль. Крім випадку з олов'яними гудзиками наполеонівських солдатів, були і інші. Відомо, наприклад, що олов'яні рудники Корнуолла привертали увагу древніх римлян і стали однією з причин захоплення ними території сучасної Великобританії. До 1650 року близько шістнадцяти тисяч тонн срібла з рудників Нового Світу перекочували в скрині багатих іспанців і португальців, і велика частина цих коштів була витрачена на війни в Європі. Пошуки золота і срібла надали надзвичайно сильний вплив на відкриття, колонізацію і заселення багатьох регіонів світу. Наприклад, золоті копальні в Каліфорнії, Австралії, Південній Африці, Новій Зеландії і на річці Клондайк в Канаді в значній мірі сприяли освоєнню цих місць в XIX столітті. У нашій мові закріпилося безліч виразів, в яких згадується золото: золотий стандарт, золота людина, золотий час, чорне золото. Назва цілих епох віддає данину металів. На зміну бронзового віку, коли бронза - сплав або суміш олова і міді - використовувалася для виготовлення зброї і знарядь праці, прийшов залізний вік, коли люди почали плавити і кувати залізо.

Органічне - хіба це не те, що росте на городі?

Щоб допомогти читачеві усвідомити хімічну сторону описуваних подій, ми пропонуємо спочатку коротко ознайомитися з хімічними термінами. Багато із з'єднань, про які піде мова, називають

органічними.

В останні двадцять-тридцять років це слово використовувалося в сенсі, дуже далекому від початкового значення. "Органічними" все частіше називають продукти сільського господарства, для виробництва яких не застосовуються штучні пестициди, гербіциди або синтетичне добрива

Початково термін "органічний" був запропонований близько двохсот років тому шведським хіміком Йенсом Якобом Берцеліусом, який в 1807 році назвав органічними ті речовини, які відбуваються з живих організмів. навпаки,

неорганічними

речовинами Берцеліус назвав ті, які відбуваються з неживих джерел.

У XVIII столітті в науковому світі поширилася ідея, що хімічні речовини, що відбуваються з природних джерел, чимось відрізняються від інших, і що вони містять в собі певну життєву сутність, навіть якщо її не вдається виявити і виміряти. Цю особливу сутність називали життєвою енергією. Наукове протягом, яке підтверджувало, що в речовинах з рослинних або тваринних джерел міститься якась містична сила, називалося віталізмом. Вважалося неможливим створити органічна сполука в лабораторних умовах, але за іронією долі це зробив один зі студентів самого Берцеліуса. У 1828 році Фрідріх Велер, в майбутньому професор хімії в університеті Геттінгена в Німеччині, нагрів суміш двох неорганічних речовин - аміаку і ціанової кислоти - і отримав кристали сечовини, які нічим не відрізнялися від кристалів сечовини, виділеної з сечі тварин.

Прихильники віталізму вважали, що ціанової кислота є органічною речовиною, оскільки її отримували з висушеної крові. Проте ідея віталізму почала згасати. Ще через кілька десятиліть вона розсипалася остаточно, оскільки іншим хімікам також вдавалося синтезувати органічні речовини з неорганічних. Останні прихильники віталізму змушені були змиритися з тим, що до тих пір вважали єрессю, і смерть віталізму стала загальновизнаним фактом. Виникла необхідність дати нове хімічне визначення органічних речовин.

Тепер органічними стали називати такі речовини, які містять вуглець. Таким чином, органічна хімія - це наука, що вивчає сполуки вуглецю. Безумовно, це визначення недосконале, оскільки існують сполуки вуглецю, які хіміки ніколи не розглядали в якості органічних. Причина цього лежить головним чином в традиції. Наприклад, задовго до експериментів Велером було відомо, що карбонати, що містять кисень і вуглець, входять до складу мінеральних речовин, а не тільки живих організмів. Таким чином, мармур (карбонат кальцію) і питну соду (бікарбонат натрію) ніколи не відносили до органічних сполук. Аналогічно вуглець у формі алмазу або графіту (обидві речовини початково добували в землі, а тепер їх можна отримати штучним шляхом) завжди сприймали як неорганічної речовини. Діоксид вуглецю, що складається з одного атома вуглецю, з'єднаного з двома атомами кисню, був відомий вченим протягом багатьох століть і ніколи не розглядався як органічної сполуки. Таким чином, дане вище визначення не бездоганна. Але, загалом, органічні речовини дійсно містять вуглець, а неорганічні речовини складаються з інших елементів.

Вуглець відрізняється від інших елементів неймовірним різноманітністю утворюваних нею зв'язків, а також широким діапазоном елементів, з якими він може утворювати зв'язку. Таким чином, кількість з'єднань вуглецю, як природних, так і синтетичних, багаторазово перевершує кількість з'єднань всіх інших елементів разом узятих. Це почасти пояснює те, що в книзі ми приділяємо більше уваги органічних речовин, ніж неорганічним. Але наш вибір пояснюється також і тим, що обидва автори книги є хімік-органік.

Структурні формули: чи потрібні вони?

Для нас найбільшою проблемою в роботі над книгою було визначення розумних меж її хімічного складу. Деякі колеги радили нам менше говорити про хімію і більше - про історію. І вже зрозуміло, говорили нам, не варто малювати ніяких хімічних структур. Але нам здалося найцікавішим якраз відобразити зв'язок між хімічною структурою і властивостями речовини, а також зв'язок між його структурою та історичними подіями. Звичайно, можна прочитати книжку, не дивлячись на формули, але нам здається, що розуміння хімічних структур оживляє зв'язок між хімією і історією.

Органічні речовини складаються всього з декількох видів атомів: вуглецю (C), водню (H), кисню (O) і азоту (N). Крім того, в них можуть зустрічатися і інші елементи: бром (Br), хлор (Cl), фтор (F), йод (I), фосфор (P) і сірка (S). У книзі ми зображували структури хімічних сполук головним чином для порівняння, тому, щоб зрозуміти пояснення, потрібно просто поглянути на малюнок. Відмінності в структурах зазвичай позначені стрілками, обведені колом або виділені яким-небудь іншим чином. Наприклад, єдиною відмінністю між двома зображеними нижче речовинами є положення OH-групи. У кожному разі це положення зазначено стрілкою. У першій молекулі OH-група розташовується у другого атома вуглецю зліва, а в другій молекулі - у першого атома вуглецю.

Молекула, що синтезується бджолиної маткою

Глава 1

Перець, мускатний горіх і гвоздика

"За Христа і прянощі!" - таким був переможний клич португальських моряків в травні 1498 року, коли кораблі під командуванням Васко да Гами досягли берегів Індії. Метою експедиції було порушення монополії венеціанських купців на торгівлю прянощами. У середньовічній Європі перець цінувався так високо, що за фунт [менш півкілограма] його сушених горошин можна було купити звільнення від феодальної залежності разом з дворянським титулом. Сьогодні перець є на обідньому столі в кожному будинку, і важко собі уявити, що кілька століть тому потреба в ньому, а також в таких спеціях, як кориця, гвоздика, мускатний горіх і імбир, привела до Великих географічних відкриттів.

Коротка історія перцю

Перець - плід тропічної кучерявого рослини

що відбувається з Індії, - до сих пір найпопулярніша пряність. Зараз цей продукт в основному виробляють в екваторіальних районах Індії, в Бразилії, Індонезії та Малайзії. Це сильне рослина з деревовидним стволом може досягати шести метрів у висоту. У віці від двох до п'яти років рослина починає приносити круглі червоні плоди і при оптимальних умовах живе до сорока років. Кожна ліана в рік може принести до десяти кілограмів перцю.

Приблизно три чверті врожаю переробляють в чорний перець, який отримують з незрілих плодів шляхом ферментації під дією мікроскопічних грибів. З решти 25% більшу частину становить білий перець, який отримують шляхом видалення лушпиння з зрілих і висушених плодів. Зовсім невелика кількість надходить у продаж у вигляді зеленого перцю: зелені плоди, які тільки-тільки починають дозрівати, збирають і поміщають в розсіл. Зернятка іншого кольору, які іноді можна знайти в спеціалізованих магазинах, отримані шляхом штучного фарбування, або це взагалі плоди іншого рослини.

Вважається, що перець в Європу привезли арабські купці, що доставляли його по древньому торговому шляху, що проходив через Дамаск і Червоне море. У Греції перець був відомий вже в V столітті до н. е. В ті часи його частіше використовували в медичних, ніж в кулінарних цілях (він служив, наприклад, антидотом при отруєннях). У Стародавньому Римі перець і інші спеції почали активно вживати в їжу.

У I столітті на частку спецій, серед яких важливе місце займав індійський перець, припадала приблизно половина вартості всього товару, який прибував в Середземномор'ї з Азії і з східного узбережжя Африки. Спеції використовували в кулінарії з двох причин: по-перше, для запобігання псуванню продуктів, по-друге, для додання гостроти готових страв. Рим був величезним містом. Транспортування товарів здійснювалася повільно, заморожування продуктів харчування ще не практикувалося, так що проблема їх доставки і збереження стояла дуже гостро. При визначенні якості продуктів споживачі могли розраховувати тільки на власний нюх (етикетки з написом "придатний до такого-то числа" з'явилися значно пізніше). Спеції приглушали запах протухлого товару і, можливо, допомагали сповільнити подальше розкладання. Крім того, щедре використання прянощів могло поліпшити смак сушених, копчених і солоних продуктів.

У середньовіччі значна частина торговельних угод між Європою і країнами Сходу здійснювалася в Багдаді (Ірак) і Константинополі (тепер Стамбул), шлях до яких йшов уздовж південного берега Чорного моря. З Константинополя спеції морем доставляли до Венеції, яка майже повністю контролювала цей ринок протягом останніх чотирьох століть середньовіччя.

пекуча хімія

На відміну від чорного перцю, який є плодом рослини одного-єдиного виду, червоний гострий перець, або чилі, - плід декількох видів рослин, що відносяться до роду

Рослини цього роду, що походять з тропічної Америки (можливо, з Мексики), відомі людям не менше дев'яти тисяч років. Усередині кожного виду рослин цього роду існує безліч варіацій. наприклад,

Вид однорічного рослини, до якого відносяться паприка, кайенский перець, Колокольчикова овочевий перець і багато інших. А перець табаско - плід багаторічної деревної рослини

Capsicum frutescens.

Перець чилі буває самих різних кольорів, розмірів і форм, але в будь-якому випадку його пікантний смак і печіння пояснюються присутністю в ньому капсаїцину (C

N) - речовини зі структурою, що нагадує структуру пиперина:

капсаїцин

поклик прянощів

Чорний перець був не єдиною пряністю, яка цінувалася так високо. Мускатний горіх і гвоздика цінувалися не менше, але зустрічалися набагато рідше. Батьківщиною цих двох продуктів є Молуккські острови - легендарні Острови прянощів (нині індонезійська провінція Молукку). мускатне дерево

Myristicafragrans

росте виключно на островах Банда - невеликому архіпелазі в море Банда, приблизно в двох з половиною тисячах кілометрів на схід від столиці Індонезії Джакарти. Це крихітні острова: найбільший не перевищує в довжину десяти кілометрів, а довжина самого маленького становить всього пару кілометрів. На північ від Молуккських островів розташовані теж дуже маленькі острови Тернате і Чідорі - єдине місце на планеті, де росло гвоздикове дерево

Eugeniaaromatica.

Століттями остров'яни збирали пахучі плоди цих рідкісних дерев і продавали їх арабським, малайським і китайським купцям для відправки в Азію і Європу. торгові шляхи були добре відомі, але незалежно від того, чи пройшли вони через Індію, Аравію, Персію або Єгипет, перш ніж потрапити до покупців в Західній Європі, товар переходив з рук в руки не менше дванадцяти раз, і при кожній угоді вартість товару збільшувалася вдвічі . Тому немає нічого дивного в тому, що віце-король португальських володінь в Індії Афонсу де Албукерки спорядив експедиції спочатку на Цейлон, а після на півострів Малакка, який був в ті часи центром торгівлі прянощами в Східній Індії. У 1512 році Албукерки досяг джерела гвоздики і мускатного горіха і встановив португальську монополію на ці товари, торгуючи безпосередньо з острів'янами, так що незабаром Португалія обійшла Венецію.

Іспанію теж цікавив ринок прянощів. У 1518 році португальський мореплавець Фернан Магеллан, чий план відкинула власна країна, переконав іспанського монарха не тільки в тому, що до островів прянощів можна дістатися, рухаючись в західному напрямку, але і в тому, що цей шлях може виявитися коротше. У Іспанії були причини підтримати Магеллана. Новий шлях в Ост-Індію дозволив би іспанським кораблям уникнути заходу в португальські порти. Крім того, за кілька років до цього папа римський Олександр VI видав буллу про розподіл нехристиянського світу між Іспанією і Португалією. Португалії відводилися всі нововідкриті землі на схід від уявної вертикальної лінії, що проходила на відстані ста ліг (близько п'ятисот кілометрів) на захід від островів Зеленого Мису. Іспанія могла володіти всіма нехристиянськими землями на захід від цієї лінії. Багато вчених і мореплавці того часу прекрасно знали, що Земля кругла, однак Ватикану, мабуть, це відомо не було. Таким чином, просування на захід давало Іспанії законна підстава претендувати на острови прянощів.

Магеллан переконав короля Іспанії в тому, що йому відомий шлях через американський континент, і, мабуть, він переконав у цьому і самого себе. У вересні 1519 Магеллан покинув Іспанію і попрямував в південно-західному напрямку, щоб перетнути Атлантику, а потім став спускатися вниз вздовж берегів, є нині територією Бразилії, Уругваю та Аргентини. Коли він досяг естуарія Ла-Плата шириною понад двісті кілометрів (в глибині якого сьогодні розташований місто Буенос-Айрес), його, мабуть, спіткало жахливе розчарування, оскільки це ще не було закінченням материка. Однак Магеллан продовжив рух на південь, впевнений в тому, що прохід між Атлантичним і Тихим океанами десь близько. Положення його п'яти невеликих кораблів і 265 членів екіпажу ставало все важче. Чим далі на південь плив Магеллан, тим коротше ставали дні і тим сильніше лютував шторм. Небезпечний берег з раптовими приливами і відливами, моторошна погода, гігантські хвилі, нескінченний град, сніг і вельми реальна небезпека обмерзання кораблів - все це додатково ускладнювало подорож. На 50 ° південної широти, не бачачи протоки і вже придушивши один заколот, Магеллан вирішив перечекати залишок зими і лише потім рушити далі, в підступні води, які тепер носять його ім'я.

До жовтня 1520 роки чотири з п'яти кораблів пройшли по протоці, який називається Магеллановою. Запаси продовольства виснажилися, і команда вважала, що слід повернути додому. Однак бажання отримати мускатний горіх і гвоздику, а також надія на славу і почесті, які могли очікувати його в тому випадку, якщо іспанцям вдасться відібрати у португальців ринок прянощів, змусили Магеллана продовжити шлях на захід на трьох кораблях. Шлях в двадцять тисяч кілометрів через Тихий океан, Який виявився непередбачено величезним, без карт, з примітивними навігаційними інструментами, малим запасом їжі та майже без води, був набагато страшніше подорожі навколо краю Південної Америки. Прибуття 6 березня 1521 року на Гуам, один з Маріанських островів, дозволило команді зробити перепочинок. Багато моряки померли під час подорожі від голоду або цинги.

Ароматні молекули гвоздики і мускатного горіха

Хоча гвоздика і мускатний горіх відносяться до різних видів і виростають на різних островах, розділених сотнями кілометрів відкритого моря, їх не схожий запах пояснюється присутністю в них дивно схожих молекул. Основним компонентом гвоздичної олії є евгенол, а пахучим компонентом мускатного масла - ізоевгенол. Ці ароматні і ароматичні молекули розрізняються лише положенням подвійного зв'язку:

Єдина відмінність між цими двома з'єднаннями полягає в положенні подвійного зв'язку (показано стрілками)

Цілком очевидно також спорідненість цих молекул з молекулою цінгерона (з імбиру). При цьому запах імбиру зовсім не схожий на запах гвоздики або мускатного горіха.