ИМЕННЫЕ РЕАКЦИИ И РЕАКТИВЫ
Химики — и неорганики, и органики, и аналитики — часто упоминают имена своих коллег:
«Как будем получать вещество — по Гриньяру или по Виттигу?»
«У Вас готов реактив Швейцера?» «Я думаю, что хлор нам даст реакция Дикона.»
«Реактив Несслера нужен новый, так как старый уже пожелтел».
Подобного рода названия — своеобразная дань памяти химикам — первооткрывателям новых методов синтеза веществ и новых аналитических реагентов.
Всего известно более 1000 именных органических, неорганических и аналитических реакций. Их число продолжает увеличиваться, так как нет до сих пор общепринятой номенклатуры химических реакций. Название реакции по имени ее первооткрывателя дает возможность кратко передать смысл происходящего превращения. В этом разделе мы знакомим читателя только с наиболее простой и широко известной частью именных реакций и реактивов.
8.1. ОДИН ИЗ ШЕСТИ ДЮМА
Какой из знаменитых Дюма предложил метод определения азота?
Среди шести известных представителей фамилии Дюма есть видный деятель Французской революции, генерал Французской республики, два писателя — Дюма-отец и Дюма-сын, известный психолог и не менее известный химик. Химик Дюма (см. 2.20) был тонким и наблюдательным экспериментатором. В 1831 г. он предложил метод определения содержания азота в органических соединениях, сущность которого состоит в сожжении органического вещества в присутствии оксида меди CuO и металлической меди Cu. Кроме молекулярного азота N2 (см. 4.20) при реакции образуются диоксид углерода CO2 и вода. Эти побочные продукты реакции поглощают раствором гидроксида калия КОН, а объем азота измеряют. Расчет позволяет определить, сколько азота было в исходном органическом веществе.
8.2. ПРОБА БЕЙЛЬШТЕЙНА
Знаете ли вы, что русский химик Бейльштейн — не только составитель широко известного справочника по органическим соединениям, но и автор оригинального способа качественного определения галогенов в органических веществах?
Высокочувствительная «проба Бейльштейна» позволяет обнаружить наличие галогенов (см. 4.34) в органическом соединении с использованием минимального количества исследуемого вещества. Для ее проведения берут медную проволоку и на конце сгибают ее в небольшое колечко, которое прокаливают в пламени газовой горелки до тех пор, пока оно не перестанет окрашиваться (это делают для того, чтобы удалить все летучие соединения меди). Затем проволоку охлаждают и погружают в небольшое количество исследуемого вещества. Если теперь внести проволоку в огонь, то разрушение органического вещества, содержащего атомы галогенов — хлора, брома, иода, при высокой температуре приведет к образованию на поверхности проволоки галогенидов меди, которые окрашивают пламя в зеленый цвет.
Следует учесть, однако, что ряд органических веществ, не содержащих галогенов (например, карбамид, см. 8.5) тоже окрашивают пламя в зеленоватый цвет.
8.3. РЕАКЦИЯ БУНЗЕНА И РЕАКТИВ ФИШЕРА
Прямое назначение реактива Фишера (Карл Фишер — немецкий химик-аналитик) — определение содержания воды в органических и неорганических веществах. Реакция, положенная в основу этого метода, — взаимодействие иода I2 с диоксидом серы SO2:
I2 + SO2 + 2H2O ↔ 2HI + H2SO4
была открыта Бунзеном еще в 1853 г. В безводной среде I2 с SO2 не реагирует, но достаточно уже следов влаги, чтобы реакция началась. В 1935 г. Фишер сделал реакцию Бунзена аналитической, проходящей со 100%-м выходом, добавив к I2 и SO2 пиридин C5H5N и метанол CH3OH (см. 1.60). Пиридин связывает продукты реакции, а метанол служит растворителем исходных веществ:
2C5H5N∙I2 + C5H5N∙SO2 + H2O = 2C5H5N∙HI + C5H5N∙SO3.
Смесь метанола, пиридина, иода и диоксида серы получила название реактива Фишера.
8.4. НЕССЛЕР ИЛИ КЬЕЛЬДАЛЬ?
Агрохимическая лаборатория находилась неподалеку от животноводческого комплекса. Удивительно, но факт: в те дни, когда ветер дул от ферм в сторону лаборатории, все анализы на содержание азота в карбамиде (мочевине) и других азотсодержащих удобрениях были испорчены, так как показывали невероятное, почти стократное превышение. Почему определение азота зависело от направления ветра?
Чаще всего в лаборатории используют для анализа азотсодержащих веществ методы Несслера или Кьельдаля.
Юлиус Несслер (1827–1905) — немецкий химик-аналитик — предложил в 1868 г. для качественного и количественного определения примесей аммиака NH3 и солей аммония (например, хлорида аммония, см. 1.44) в различных веществах реакцию взаимодействия аммиака с щелочным раствором комплексного соединения тетраиодомеркурата калия K2(HgI4):
2K2(HgI4) + NH3 + 3КОН = (Hg2N)I∙H2O + 7KI + 2Н2O.
В результате реакции образуется вещество (Hg2N)I∙H2O, придающее анализируемому раствору желтый цвет, когда аммиака очень мало. При больших его количествах выпадает осадок бурого цвета.
Позднее, в 1883 г., Иохан-Густав-Кристоффер Кьельдаль (1849–1900), датский химик, разработал другой метод анализа, названный впоследствии его именем. Вещество, которое предстоит анализировать, он сначала разлагал кипячением с концентрированной серной кислотой, часто в присутствии катализаторов. При этом азот органического соединения превращался в сульфат аммония (NH4)2SO4, как, например, в случае анализа карбамида CO(NH2)2:
CO(NH2)2 + H2SO4 + H2O = CO2↑ + (NH4)2SO4.
После добавления к сульфату аммония раствора гидроксида натрия NaOH выделялся газообразный аммиак, который нагреванием удаляли из раствора:
(NH4)2SO4 + 2NaOH = 2NH3↑ + Na2SO4 + 2Н2О↑
и поглощали точно отмеренным количеством разбавленной серной кислоты. Можно для определения количества аммиака (или катиона аммония) в завершающей части анализа использовать и реакцию Несслера.
В воздухе животноводческого помещения всегда повышенное содержание аммиака; аммиак отлично поглощается водой и кислотами, а это приводит к большому искажению результатов химического анализа.
8.5. ВСЛЕД ЗА ВЁЛЕРОМ
Вёлер (см. 2.18) в 1828 г. случайно (см. 9.19) обнаружил, что при нагревании водного раствора цианата аммония NH4NCO образуется карбамид (NH2)2CO (мочевина). Это был первый синтез органического вещества из неорганического, проведенный чисто химическим методом в лаборатории:
NH4NCO ↔ (NH2)2CO,
а сама реакция получила название реакции Вёлера. Это пример обратимой реакции таутомерии — превращения одного структурного изомера в другой.
Прошло сорок лет, и карбамид стали получать по реакции Александра Ивановича Базарова (1845–1907), русского химика и агронома, директора Никитского ботанического сада в Крыму. Синтез карбамида по Базарову состоял во взаимодействии аммиака NH3 и диоксида углерода CO2 при 180°C в присутствии пара воды как катализатора (см. 6.5).:
2NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O
Любопытно, что применение другой реакции Вёлера сохранилось до наших дней. Она лежит в основе современного промышленного способа получения белого фосфора (см. 4.26):
Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 = P2↑ + 5СО↑ + 3CaSiO3.
Фосфат кальция Ca3(PO4)2 (апатит, фосфорит, см. 10.49) смешивают с коксом C и диоксидом кремния SiO2 (песок), а затем прокаливают. Фосфор состава P2 возгоняется из реакционной смеси и конденсируется в холодильнике уже в виде белого воскообразного вещества состава P4 — белого фосфора. Вместе с ним удаляется и газообразный монооксид углерода СО, а в реакторе остается расплавленный метасиликат кальция CaSiO3.
8.6. СТАРЕЙШИЙ СПОСОБ
Знаете ли вы, что в основе одного из самых старых способов получения чистой ортофосфорной кислоты лежит реакция Маргграфа?
Маргграф (см. 1.61) предложил получать ортофосфорную кислоту H3PO4 нагреванием белого или красного фосфора с азотной кислотой:
P4 + 20HNO3 = 4Н3РO4 + 20NO2↑ + 4Н2O.
После удаления газообразного диоксида азота остается только водный раствор ортофосфорной кислоты (см. 5.75).
8.7. ЗНАМЕНИТАЯ БЕРТОЛЕТОВА СОЛЬ
Для получения триоксохлората калия KClO3 Бертолле (см. 2.41) предложил пропускать хлор Cl2 в горячий раствор гидроксида калия KOH в воде. Уже через несколько минут из раствора начинают выпадать белые пластинчатые кристаллы KClO3:
6КOН + Cl2 = KClO3 + 5КСl + 3Н2O.
Кристаллы отфильтровывают и высушивают при температуре не выше 100°С. Триоксохлорат калия применяют в производстве спичек (см. 1.30–1.32). Описанная выше простая реакция получила впоследствии название реакции Бертолле, а ее продукт — «бертолетова соль» (см. 9.39).
8.8. СМЕСЬ КИБАЛЬЧИЧА
Так называли смесь, состоящую из триоксохлората калия KClO3 и сахара C12H22O11. Ее использовали в качестве запала к кустарно изготовленным бомбам. Если смочить смесь каплей концентрированной серной кислоты H2SO4, то происходит сильная вспышка (см. 1.28):
3КСlO3 + H2SO4 = 2СlO2↑ + KClO4 + K2SO4 + H2O.
Выделяющийся диоксид хлора ClO2 тотчас же разлагается на хлор Cl2 и кислород O2:
2ClO2 = Cl2↑ + 2O2↑,
воспламеняя сахар:
C12H22O11 + 12O2 = 12СO2↑ + 11H2O.
Примечание. Николай Иванович Кибальчич (1854–1881) — русский инженер, участник покушения на Александра II, создатель проекта реактивного летательного аппарата.
8.9. КАК ПОЛУЧИТЬ КИСЛОТУ КАРО?
Реакция Каро (Никодем Каро, 1871–1935, немецкий химик) — это реакция взаимодействия триоксохлоросульфата водорода HSClO3 с безводным пероксидом водорода H2O2 (см. 5.63):
HSClO3 + H2O2 = H2SO5 + НСl.
Один из продуктов реакции — пероксомоносерную кислоту H2SO5 — еще до сих пор называют кислотой Каро. Она образует легкоплавкие бесцветные красивые кристаллы, прикосновение которых к бензолу C6H6 сопровождается взрывом. Это один из сильнейших окислителей. Есть еще способ получения кислоты: надо смешать концентрированную серную кислоту с пероксодисульфатом калия K2S2O8, а затем добавить в полученную кашицу лед:
K2S2O8 + H2O = K2SO4 + H2SO5.
8.10. ЖИДКОСТЬ ВАККЕНРОДЕРА
Эта жидкость — смесь политионовых кислот состава H2SxO6, где x > 3, тонкодисперсной серы и небольших количеств серной кислоты H2SO4 (см. 1.49; 5.71).
В 1845 г. немецкий химик, врач и аптекарь Генрих-Вильгельм-Фердинанд Ваккенродер (1798–1854) установил, что при пропускании сероводорода H2S в охлаждаемый ниже 0ºC водный раствор диоксида серы SO2 образуется «необычная смесь», получившая впоследствии его имя. Образование одной из политионовых кислот такой смеси:
H2S + 3SO2 = H2S4O6.
8.11. ПРОБА ПО ГЕМПЕЛЮ
Вальтер Гемпель (1851–1916) — немецкий химик-аналитик — предложил проводить восстановление серосодержащих веществ натрием Na, магнием Mg или алюминием Al. Для этого исследуемый образец в сухом виде он помещал на листочек или пластинку металла, заворачивал в бумагу и обертывал тонкой проволокой, а затем поджигал. Серосодержащие вещества в процессе восстановления металлами превращались в сульфиды. Потом Гемпель растягивал проволоку и погружал продукты сгорания в пробирку с водой. Если теперь слегка подкислить раствор, произойдет выделение сероводорода H2S:
Al2S3 + 6HCl = 3H2S↑ + 2АlСl3,
который можно обнаружить по почернению фильтровальной бумажки, смоченной раствором нитрата свинца Pb(NO3)2 или сульфата меди CuSO4:
Pb(NO3)2 + H2S = PbSi + 2HNO3.
Образующиеся сульфиды свинца PbS или меди CuS вызывают появление на бумаге черных пятен (см. 9.33).
8.12. ДВА ОТКРЫТИЯ ГЛАУБЕРА
Немецкий алхимик Глаубер (см. 1.48; 2.25) впервые получил многие соли и кислоты. В истории химии наиболее известны две реакции Глаубера.
Первая реакция Глаубера — получение сульфата натрия при взаимодействии хлорида натрия NaCl с серной кислотой H2SO4 (см. 152):
2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl↑.
Вторая из предложенных Глаубером реакций связана с синтезом трихлорида сурьмы SbCl3 («сурьмяного масла», см. 3.47):
3HgCl2 + Sb2S3 = 2SbCl3↑ + 3HgS↓.
При нагревании смеси хлорида ртути HgCl2 и сульфида сурьмы Sb2S3 хлорид сурьмы отгоняется и собирается в охлаждаемом приемнике.
8.13. СОПЕРНИЧЕСТВО КИСЛОРОДА И ХЛОРА
Генри Дикон (1822–1876) — английский химик-технолог — в 1867 г. разработал способ непрерывного получения хлора Cl2 путем каталитического окисления хлороводорода HCl кислородом воздуха при температуре 400°C с участием катализатора дихлорида меди CuCl2:
4HCl + O2 = 2Сl2 + 2Н2O.
Эта реакция получила название реакции Дикона, а промышленная технология — процесса Дикона. В процессе Дикона получают не чистый Cl2, а смесь воздуха с 11% Cl2. Из этой смеси Cl2 не выделяют, так как она им бедна, а используют смесь для производства хлорной извести CaCl(OCl) (см. 3.23):
Ca(OH)2 + Cl2 = CaCl(OCl) + H2O.
8.14. ДЛЯ ЧЕГО ИСПОЛЬЗУЮТ РЕАКЦИЮ ФОГЕЛЯ?
Вернер Фогель (р. 1925 г.) — немецкий химик-аналитик — предложил применять для открытия примеси соединений кобальта Co в анализируемых растворах реакцию образования тиоцианатного комплекса этого элемента, вызывающего синее окрашивание раствора. Реакция Фогеля заключалась в добавлении к исследуемому раствору концентрированного водного раствора тиоцианата аммония NH4NCS:
CoCl2 + 4NH4NCS ↔ (NH4)2[Co(NCS)4] + 2NH4Cl.
Продукт реакции тетратиоцианатокобальтат аммония — синего цвета. Чувствительность реакции Фогеля повысится, если к раствору добавить амиловый спирт C5H11OH. Полученный комплекс практически полностью перейдет в слой спирта, который не смешивается с водным раствором, а интенсивность окраски возрастает (см. 5.16).
8.15. ФЕЛИНГОВЛ ЖИДКОСТЬ
Реактив Фелинга («фелингова жидкость») — это раствор сульфата меди CuSO4 и тартрата калия-натрия KNa(C4H4O6) в 10%-м водном растворе гидроксида натрия NaOH. Все указанные вещества взаимодействуют следующим образом:
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4,
Cu(OH)2 + 2KNaC4H4O6 = Na2[Cu(C4H4O6)2] + 2KOH.
В первой реакции образуется гидроксид меди Cu(OH)2, который в осадок не выпадает, а тотчас же вступает в реакцию образования растворимого дитартратокупрата натрия Na2[Cu(C4H4O6)2], придающего жидкости синий цвет. Таким образом, реактив Фелинга содержит этот комплекс, сульфат натрия Na2SO4 и гидроксиды натрия и калия КОН. Реактив Фелинга применяют для обнаружения соединений мышьяка:
Na3AsO3 + 2Na2[Cu(C4H4O6)2] + 4NaOH = Cu2O↓ + Na3AsO4 + 4Na2(C4H4O6) + 2Н2O,
а также альдегидов, моносахаридов и др. соединений, с которыми при нагревании он образует желто-оранжевые, красные вещества или красновато-желтый осадок оксида димеди Cu2O. «Фелингову жидкость», в частности, используют для диагностики диабета путем определения содержания сахара в моче больных.
Реактив был предложен немецким химиком-органиком и технологом Германом-Христианом Фелингом (1812–1885) в 1849 г.
8.16. ПРОБА БЕТТЕНДОРФА
Антон-Йозеф-Губерт Беттендорф (1839–1902), немецкий химик, предложил в 1869 г. для обнаружения мышьяка As (см. 4.23) в растворе добавлять к концентрированной хлороводородной кислоте HCl несколько капель анализируемого раствора, а затем 0,5 мл концентрированного раствора дихлорида олова SnCl2 в той же кислоте. В этом случае жидкость, если в ней содержится соединение мышьяка, например его трихлорид AsCl3, быстро буреет, и через некоторое время выпадает черный осадок мышьяка, а в растворе остается гексахлоростаннат водорода H2[SnCl6]:
2AsCl3 + 3SnCl2 + 6HCl = 2As↓ + 3H2[SnCl6].
Сурьма в тех же условиях не выделяется.
8.17. РЕАКЦИЯ МАРША
Как определяют наличие мышьяка при судебно-медицинской экспертизе?
В этом случае применяют реакцию, предложенную в 1836 г. Джеймсом Маршем (1790–1846), английским химиком-аналитиком. Реакция Марша служит для качественного открытия очень малых количеств мышьяка As. Все соединения мышьяка в кислом растворе восстанавливаются металлическим цинком до арсина AsH3:
K3AsO3 + 3Zn + 9HCl = 3ZnCl2 + AsH3↑ + 3H2O + 3KCl.
Образующийся очень ядовитый бесцветный газ арсин пропускают через нагретую стеклянную трубку. Арсин разлагается на водород и мышьяк, оседающий на холодных частях трубки в виде буро-черного зеркала:
2AsH3 = 2As + 3Н2↑.
8.18. АРГЕНТОМЕТРИЯ ПО МОРУ И ФОЛЬГАРДУ
При количественном определении содержания галогенид-ионов титрованием анализируемой пробы раствором нитрата серебра AgNO3 очень трудно зафиксировать точку эквивалентности, когда пора прекратить добавление раствора AgNO3.
Карл-Фридрих Mop (1806–1879) — немецкий химик и фармацевт — предложил для определения конца титрования добавлять в анализируемый раствор хромат калия K2CrO4. Как только все галогенид-ионы будут израсходованы в реакции осаждения галогенида серебра, например хлорида серебра AgCI:
Ag+ + Cl— = AgCl↓,
начнется выделение более растворимого хромата серебра Ag2CrO4 кирпично-красного цвета. Это и будет сигналом появления точки эквивалентности (см. 5.38).
По способу Фольгарда (см. 2.68) окончание реакции осаждения галогенида серебра замечают по появлению красной окраски раствора, вызванной образованием тиоцианата железа [Fe(NCS)3]. Фольгард предложил добавлять в титруемый раствор тиоцианат калия KNCS и нитрат железа Fe(NO3)3. В точке эквивалентности тиоцианат серебра AgNCS превращается в галогенид серебра, а освободившиеся тиоцианат-ионы NCS— немедленно образуют с катионами железа ярко-красный тиоцианат железа:
Ag+ + NCS— = AgNCS↓,
AgNCS + Cl— = AgCl↑ + NCS—,
Fe(NO3)3 + 3KNCS ↔ [Fe(NCS)3] + 3KNO3.
8.19. РЕАКТИВ И РЕАКЦИЯ ЧУГАЕВА
Для осуществления реакции Чугаева (см. 2.38) к анализируемому раствору прибавляют аммиак NH3 до слабощелочной реакции, а затем несколько капель спиртового раствора диметилглиоксима (CH3)2C2(NOH)2. Если в растворе содержится примесь никеля (см. 4.44), то появляется красно-фиолетовая окраска. При большом содержании никеля выпадает осадок красного цвета:
NiCl2 + 2(CH3)2C2(NOH)2 + 2NH3 = [Ni{(CH3)2C2(NOH)NO}2] + 2NH4Cl.
Образующееся в этой реакции комплексное соединение носит название бис(диметилглиоксимато)никель(II).
8.20. ЧТО ТАКОЕ РЕАКТИВ ШВЕЙЦЕРА?
В 1857 г. швейцарский химик Матиас-Эдуард Швейцер (1818–1860) обнаружил, что концентрированный водный раствор гидроксида тетраамминмеди(II) [Cu(NH3)4](OH)2, получаемый в реакции
Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2
при взаимодействии гидроксида меди Cu(OH)2 и водного раствора аммиака NH3, растворяет целлюлозу (см. 1.36 и 1.62). Если полученный раствор целлюлозы пропускать через фильеры (отверстия малого диаметра) в ванну с разбавленной серной кислотой, то получаются тонкие «шелковые» нити медно-аммиачного волокна — чистой регенерированной целлюлозы, не содержащей ни меди, ни азота: реактив Швейцера в серной кислоте разрушается:
[Cu(NH3)4](OH)2 + 3H2SO4 = CuSO4 + 2(NH4)2SO4 + 2Н2O
и выделяет растворенную в нем целлюлозу. В растворе остаются сульфат меди CuSO4 и сульфат аммония (NH4)2SO4.
8.21. УНИВЕРСАЛЬНАЯ РЕАКЦИЯ ГРИНЬЯРА
Франсуа-Огюст-Виктор Гриньяр (1871–1935) — французский химик-органик, лауреат Нобелевской премии — предложил свою реакцию для синтеза металл органических соединений. Например, получение диметилцинка (CH3)2Zn осуществляют прямым взаимодействием в среде органического растворителя иодметана и цинка:
2CH3I + 2Zn = (CH3)2Zn + ZnI2.
Так как цинкорганические соединения самовоспламеняются на воздухе, то значительно удобнее использовать для работы магнийорганические соединения, которые чаще всего и называют реактивами Гриньяра. C помощью реактивов Гриньяра можно получить спирты, карбоновые кислоты, насыщенные углеводороды — алканы. В частности, чтобы синтезировать этан C2H6, на бромэтан C2H5Br действуют магниевым порошком Mg, а затем выделенный бром-магнийэтан (бромид этилмагния) разлагают водой:
C2H5Br + Mg = C2H5MgBr,
C2H5MgBr + H2O = C2H6↑ + Mg(OH)Br.
8.22. КАК «ВЫРАСТИТЬ» ОРГАНИЧЕСКУЮ МОЛЕКУЛУ?
Химики-органики любят говорить, что они в состоянии строить молекулы веществ, как строители складывают здание из кирпичей или блоков. Как им это удается?
Если в качестве реагентов использовать органические вещества, одно из которых содержит атом металла, а другое — атом галогена, и при этом создать условия, благоприятные для возникновения новых химических связей металл — галоген, то можно добиться соединения остающихся фрагментов молекул исходных реактивов между собой. Такие процессы характерны, например, для реакции Вюрца. Реакция была открыта Вюрцем в 1855 г. и является одной из важнейших для получения насыщенных углеводородов (алканов). Например, для получения этана C2H6 к раствору иодметана CH3I в этиловом эфире (C2H5)2O добавляют металлический натрий (см. 6.44):
2CH3I + 2Na = C2H6↑ + 2NaI.
Здесь происходит соединение двух фрагментов — метальных радикалов CH3 — и удлинение углеводородной цепочки, при этом образуется этан. А для синтеза ароматических соединений используют «модификацию Фиттига»:
C6H5Br + CH3Br + 2Na = C6H5CH3 + 2NaBr.
В этой реакции на смесь бромбензола C6H5Br и бромметана CH3Br действуют металлическим натрием Na. Продукт реакции — толуол C6H5CH3. Фиттиг открыл эту реакцию в 1885 г.
Если в подобном процессе участвует алкоголят металла, например этилат натрия C2H5ONa, то можно «выстроить» мслекулу эфира в соответствии с реакцией Уильямсона. Александер Уильямсон (1824–1904), английский химик-органик, президент Лондонского королевского общества, открыл эту реакцию в 1852 г. Она позволяет получать простые эфиры (см. 6.50) из алкоголятов металлов и алкилгалогенидов. Например, синтез метилэтилового эфира C2H5OCH3 проводят смешиванием этилата натрия с иодметаном CH3I:
C2H5ONa + CH3I = C2H5OCH3 + NaI.
8.23. КАК «ЗАМКНУТЬ» ЦИКЛ?
Примером реакции, превращающей линейные молекулы в циклические, является реакция образования бензола из ацетилена — реакция Бертло и Реппе. В 1868 г. Бертло (см. 2.42) установил, что при пропускании ацетилена C2H2 через раскаленную до 500°C железную трубку можно получить бензол C6H6:
3H2C2 = C6H6.
В настоящее время эта реакция представляет лишь исторический интерес: бензола здесь образуется мало, и он загрязнен смолами и нафталином. Реакцией Реппе называют реакцию превращения ацетилена в бензол при давлении 1,5 МПа и температуре 60°C в присутствии катализатора — цианида никеля Ni(CN)2 или тиоцианата никеля Ni(NCS)2. Эту реакцию предложил в 1948 г. Вальтер-Юлиус Реппе (1892–1969), немецкий химик-органик, директор концерна «ИГ Фарбен индустрии.
8.24. ХЛОРИД АЛЮМИНИЯ «ВЫБРАСЫВАЕТ» ХЛОРОВОДОРОД
Если прибавить хлорид алюминия AICl3 к смеси бензола C6H6 (см. 9.21) и алкил галогенида, например хлорметана CH3CI, то происходит энергичное выделение хлороводорода HCl и образование толуола C6H5CH3:
C6H6 + CH3Cl = HCl + C6H5CH3.
Хлорид алюминия выполняет здесь функцию катализатора, и в этом сущность реакции Фриделя — Крафтса. Напомним, что Шарль Фридель (1832–1899) — французский химик-органик, член Парижской академии наук, а Джеймс-Мейсон Крафте (1839–1917) — американский химик-органик, член Национальной академии наук США.
8.25. ПИРИДИН РАМЗАЯ И ЧИЧИБАБИНА
Рамзай (см. 2.27) обнаружил, что при пропускании через раскаленные железные трубки смеси ацетилена и циановодорода HCN образуется пиридин:
2Н2С2 + HCN = C5H5N.
Реакция, открытая им в 1877 г., получила название реакции Рамзая. В 1914 г. Чичибабин (см. 2.34) открыл две реакции, получившие его имя. Он обнаружил, что при действии на нагретый пиридин C5H5N амидом натрия NaNH2 наблюдается выделение водорода H2:
C5H5N + NaNH2 = C5H4N(NHNa) + H2↑.
Если затем продукт реакции обработать водой, то можно получить 2-аминопиридин, необходимый для производства ряда лекарств:
C5H4N(NHNa) + H2O = C5H4(NH2) + NaOH.
Вторая реакция Чичибабина — это образование 2-оксипиридината калия при пропускании пара пиридина над нагретым до 400°C гидроксидом калия КОН:
C5H5N + KOH = C5H4N(OK) + H2↑.
8.26. «РАЗБОРКА» ОРГАНИЧЕСКОЙ МОЛЕКУЛЫ
«Разборка» органической молекулы происходит при полном окислении или горении вещества; при этом выделяются диоксид углерода СО2, вода Н2О и другие вещества. Однако такой процесс можно сравнить скорее с полным уничтожением (до фундамента) «здания» органической молекулы. А осторожная «разборка» с отщеплением одной молекулы СО2 характерна для реакции Бородина (см. 2.36). Она была открыта в 1861 г. и заключается в декарбоксилировании серебряных солей алифатических карбоновых кислот под действием галогенов (хлора Cl2, брома Br2 или иода I2) (см. 4.34) в безводном органическом растворителе. Например, превращение ацетата серебра CH3COOAg в бром метан СН3Br происходит при его взаимодействии с бромом (см. 4.38):
CH2COOAg + Br2 = СН3Br + AgBr + CO2↑.
Диоксид углерода и азот отщепляются от вещества и в реакции Шмидта. Реакция открыта немецким химиком-органиком Карлом Шмидтом (1887–1958) в 1924 г. Он добавил к уксусной кислоте СН3СООН азид водорода HN3, а затем концентрированную серную кислоту H2SO4 и увидел выделение газов, один из которых оказался азотом N2, а второй — диоксидом углерода СО2. Анализ раствора показал, что в нем содержится метиламин CH3NH2:
CH3COOH + HN3 = CH3NH2 + CO2↑ + N2↑.
8.27. ПОЛЕЗНЫЙ ЦИАНИД КАЛИЯ
В соответствии с реакцией Кольбе взаимодействие иодметана СН3I с цианидом калия KCN (см. 6.2) в среде органического растворителя при нагревании приводит к образованию ацетонитрила CH3CN:
CH3I + KCN = CH3CN + KI.
Ацетонитрил разлагается водой с образованием уксусной кислоты и аммиака:
CH3CN + 2Н2O = CH3COOH + NH3↑.
В настоящее время получение ацетонитрила ведут, не используя такого вредного и ядовитого реактива, как цианид калия; применяют дегидратацию ацетата аммония:
CH3COONH4 = CH3CN + 2Н2O.
Уксусную кислоту можно синтезировать проще, применяя реакцию Делепина. В 1909 г. Марселей Делепин (1871–1965), французский химик-органик, член Парижской академии наук, предложил получать карбоновые кислоты окислением их альдегидов действием оксида серебра Ag2O в водном растворе гидроксида натрия NaOH. Например, уксусная кислота образуется при окислении уксусного альдегида CH3CHO:
CH3CHO + Ag2O = CH3COOH + 2Ag.
Естественно, что кислота будет тотчас же превращаться в щелочной среде в ацетат натрия:
CH3COOH + NaOH = NaCH3COO + H2O,
из которого ее выделяют действием серной (H2SO4) или фосфорной (H3PO4) кислот при нагревании:
2NaCH3COO + H2SO4 = 2СН3СООН + Na2SO4.
8.28. ДВА СИНТЕЗА НИТРОМЕТАНА
Хорошо известен способ получения нитросоединений — реакция нитрования: взаимодействие органического вещества с азотной кислотой HNO3. Реакция получила имя Коновалова. Михаил Иванович Коновалов (1858–1906), русский химик-органик, был ректором Киевского политехнического института.
Например, метан CH4 в такой реакции, протекающей при повышенном давлении, превращается в нитрометан:
CH4 + HNO3 = CH3NO2 + H2O.
А можно ли обойтись без применения азотной кислоты при нитровании?
Виктор Мейер (1848–1897) — немецкий химик, президент Немецкого химического общества — предложил получать алифатические нитросоединения действием нитрита серебра на алкилгалогениды. Например, бромметан превращается при помощи реакции Мейера в нитрометан CH3NO2:
CH3Br + AgNO2 = CH3NO2 + AgBr↓.
8.29. ВОЛШЕБНЫЙ ПОЛИСУЛЬФИД
Мало кому знакомо удивительное свойство полисульфидов (см. 6.46) «съедать» кетоны.
Конрад Вильгеродт (1841–1930), немецкий химик-органик, открыл в 1887 г., что кетоны превращаются в амиды карбоновых кислот с тем же числом атомов углерода под воздействием водного раствора полисульфида аммония (NH4)2Sx Например, из ацетона (CH3)2CO (см. 6.49) можно получить амид пропионовой кислоты (пропан-амид):
2(СН3)2СО + 2(NH4)2Sx = 2C2H5CONH2 + (NH4)2S2x-3 + 3H2S↑.
Реакции такого рода стали называть реакциями Вильгеродта.
Сульфид аммония помог Зинину (см. 2.32) в 1842 г. превратить нитробензол C6H5NO2 в анилин C6H5NH2. Эта реакция осталась в химии под названием реакции Зинина.
8.30. ДРЕВЕСНЫЙ СПИРТ КАННИЦЦАРО
Знаете ли вы, что реакция Канниццаро — это реакция диспропорционирования формальдегида до метанола и формиат-иона?
В 1853 г. итальянский химик Канниццаро (см. 2.9) обнаружил, что при действии на формальдегид HCHO (см. 6.55) гидроксида калия KOH образуются метанол CH3OH (см. 1.60) и соль муравьиной кислоты — формиат калия НСООК:
2НСНО + KOH = CH3OH + НСООК.
8.31. ФОРМИАТ ГОЛЬДШМИДТА
Виктор-Мориц Гольдшмидт (1888–1947) — норвежский геохимик, директор Геологического музея в Осло, один из основоположников геохимии — предложил теперь уже хорошо известную реакцию образования формиатов из монооксида углерода СО и гидроксидов щелочных металлов:
KOH + CO = HCOOK.
Реакция протекает с количественным выходом под давлением 0,7 МПа и температуре 120–150°C. В реакции Гольдшмидта CO ведет себя как кислотный оксид, хотя обычно его рассматривают как несолеобразующий, т. е. ни кислотный, ни основный оксид.
8.32. ГЛИКОЛИ ВАГНЕРА
В 1887 г. русский химик-органик Егор Егорович Вагнер (1849–1903) разработал общий способ окисления этиленовых углеводородов разбавленным водным раствором перманганата калия KMnO4 (см. 5.47). Продуктами окисления оказались гликоли — двухатомные спирты, содержащие две группы ОН у насыщенных атомов углерода. Например, этилен C2H4 (см. 9.37) превращается в этиленгликоль CH2(OH)CH2OH, а из раствора осаждается черно-бурый осадок диоксида марганца MnO2:
3С2Н4 + 2 KMnO4 + 4Н2O = 3СН2(ОН)СН2ОН + 2MnО2↓+ 2КОН.
Мировое производство этиленгликоля сейчас превышает 15 млн. т в год.
8.33. МОЖНО ЛИ ПОЛУЧИТЬ СПИРТ БЕЗ БРОЖЕНИЯ?
В 1854 г. Бертло (см. 2.42) открыл способ получения этилового спирта C2H5OH без применения брожения пищевого сырья: зерна, картофеля, сахара — и без гидролиза растительных материалов вроде древесины. Он использовал реакцию, получившую его имя, — реакцию Бертло:
C2H4 + H2O = C2H5OH.
В этой реакции этилен C2H4 подвергается гидратации в присутствии серной кислоты H2SO4 и катализатора — ртути (см. 9.37).
8.34. ВМЕСТО ПИЩЕВОГО СЫРЬЯ — АЦЕТИЛЕН
Уксусный альдегид, уксусную кислоту, этиловый спирт даже для технических целей раньше приходилось получать из пшеницы и сахара. Кому удалось приспособить для этого такое непищевое сырье, как ацетилен?
Русский химик-органик Михаил Григорьевич Кучеров (1850–1911) в 1881 г. открыл реакцию, носящую теперь его имя. Она заключается в получении уксусного альдегида CH3CHO из ацетилена H2C2 в присутствии катализатора оксида ртути HgO:
H2C2 + H2O = CH3CHO.
Ацетилен для проведения этой реакции получить не так уж трудно: сначала ведут обжиг известняка — карбоната кальция CaCO3 (см. 3.23):
CaCO3 = CaO + CO2↑,
а затем спекают оксид кальция CaO с углем (см. 9.50):
2СаО + 5С = 2СаС2 + CO2↑
и разлагают полученный карбид кальция водой:
CaC2 + 2Н2О = Ca(OH)2 + H2C2.
Из полученного уксусного альдегида можно получить и этиловый спирт (восстановлением), и уксусную кислоту (окислением).
Позднее для получения альдегидов стали использовать реакции Сабатье и Адкинса.
В 1912 г. Поль Сабатье (1854–1941) — французский химик, член Парижской академии наук, лауреат Нобелевской премии — установил, что уксусная кислота CH3COOH (см. 1.50) может быть превращена в уксусный альдегид CH3CHO при действии муравьиной кислоты HCOOH в присутствии нагретого до 300–350°C диоксида марганца MnO2:
CH3COOH + HCOOH = CH3CHO + H2O + CO2↑.
Это реакция Сабатье.
В 1931 г. американский химик-органик Гомер Адкинс (1892–1949) предложил получать формальдегид HCHO (см. 6.55) окислением метанола CH3OH (см. 1.60) кислородом воздуха при 250–400°C в присутствии катализатора триоксида дижелеза Fe2O3. Формальдегид образуется в реакции Адкинса практически без примеси метанола:
2СН3ОН + O2 = 2НСНO + 2Н2O.
8.35. ПОЛУЧЕНИЕ ФЕНОЛА — НЕЛЕГКАЯ ЗАДАЧА
Немецкий химик-технолог Фридрих Рашиг (1863–1928) разработал промышленный метод получения фенола C6H5OH. Сначала хлорируют бензол в присутствии катализатора оксида алюминия Al2O3, а затем полученный продукт подвергают гидролизу водяным паром при участии катализатора ортофосфата кальция Ca3(PO4)2:
C6H6 + Cl2 = C6H5Cl + НСl, C6H5Cl + H2O = C6H5OH + HCl.
Эти реакции стали называть одним именем — реакции Рашига.
8.36. САХАР ИЗ ФОРМАЛЬДЕГИДА
Бутлеровым (см. 2.33) была предложена реакция для получения смеси сахаров («формозы») из формальдегида HCHO (см. 6.55) при воздействии на него гидроксида кальция Ca(OH)2 (см. 3.23):
6НСНO = C6H10O5 + H2O.
Реакция сложная (она протекает через ряд промежуточных стадий), аутокаталитическая (сама себя катализирует) и ускоряется под действием ультрафиолетового излучения (см. 1.61).
8.37. ПРЕОДОЛЕНИЕ ДЕФИЦИТА
Один из самых главных способов превращения твердого топлива в жидкое подсказала реакция Орлова. Егор Иванович Орлов (1865–1944) — русский химик-неорганик и технолог, создатель проекта первого в России завода для производства формалина (1909 г.). В 1908 г. Орлов получил этилен C2H4 при пропускании смеси монооксида углерода СО и водорода H2 над никель-палладиевым катализатором (Ni-Pd) при температуре около 100°С:
2СО + 4Н2 = C2H4 + 2Н2O.
Немецкие химики Франц Фишер (1877–1947) — директор Института кайзера Вильгельма по изучению угля, и Ганс Тропш (1889–1935), сотрудник того же института, в 1923 г. предложили получать смеси углеводородов состава CnH2n+2 гидрированием монооксида углерода СО под давлением примерно 1 МПа и температуре 200–400°C в присутствии катализатора (никеля Ni, железа Fe или рутения Ru):
СО + (2n+1)Н2 = CnH2n+2 + nH2O.
Реакция протекает со значительным выделением энергии в форме теплоты.
Кстати, процесс Фишера — Тропша позволяет также получать из смеси (СО и H2) метанол (см. 1.60):
CO + 2Н2 = CH3OH.
Эта реакция проводится в присутствии катализатора оксида хрома Cr2O3 при температуре 300°C и давлении 30 МПа.
Автор:
09 июля 2017 21:51
В таблице Менделеева, принятой у нас, приводятся русские названия элементов. У подавляющего числа элементов они фонетически близки к латинским: аргон — argon, барий — barium, кадмий — cadmium и т.д. Аналогично называются эти элементы и в большинстве западноевропейских языков. У некоторых же химических элементов названия в разных языках совершенно различны.
Источник:
Всё это не случайно. Наибольшие отличия в названиях тех элементов (либо их самых распространённых соединений), с которыми человек познакомился в древности или в начале средних веков. Это семь металлов древних (золото, серебро, медь, свинец, олово, железо, ртуть, которые сопоставлялись с известными тогда планетами, а также сера и углерод). Они встречаются в природе в свободном состоянии, и многие получили названия, соответствующие их физическим свойствам.
Вот наиболее вероятное происхождение этих названий:
Золото
С древнейших времен блеск золота сопоставлялся с блеском солнца (sol). Отсюда — русское «золото». Слово gold в европейских языках связано с греческим богом Солнца Гелиосом. Латинское aurum означает «жёлтое» и родственно с «Авророй» (Aurora) — утренней зарёй.
Серебро
По-гречески серебро — «аргирос», от «аргос» — белый, блистающий, сверкающий (индоевропейский корень «арг» — пылать, быть светлым). Отсюда — argentum. Интересно, что единственная страна, названная по химическому элементу (а не наоборот), — это Аргентина. Слова silver, Silber, a также серебро восходят к древнегерманскому silubr, происхождение которого неясно (возможно, слово пришло из Малой Азии, от ассирийского sarrupum — белый металл, серебро).
Железо
Происхождение этого слова доподлинно неизвестно; по одной из версий, оно родственно слову «лезвие». Европейские iron, Eisen происходят от санскритского «исира» — крепкий, сильный. Латинское ferrum происходит от fars — быть твёрдым. Название природного карбоната железа (сидерита) происходит от лат. sidereus — звёздный; действительно, первое железо, попавшее в руки людям, было метеоритного происхождения. Возможно, это совпадение не случайно.
Сера
Происхождение латинского sulfur неизвестно. Русское название элемента обычно производят от санскритского «сира» — светло-желтый. Интересно было бы проследить, нет ли родства у серы с древнееврейским серафим — множительным числом от сераф; буквально «сераф» означает «сгорающий», а сера хорошо горит. В древнерусском и старославянском сера — вообще горючее вещество, в том числе и жир.
Свинец
Происхождение слова неясно; во всяком случае, ничего общего со свиньей. Самое удивительное здесь то, что на большинстве славянских языков (болгарском, сербско-хорватском, чешском, польском) свинец называется оловом! Наш «свинец» встречается только в языках балтийской группы: svinas (литовский), svin (латышский).
Английское название свинца lead и голландское lood, возможно, связаны с нашим «лудить», хотя лудят опять же не ядовитым свинцом, а оловом. Латинское же plumbum (тоже неясного происхождения) дало английское слово plumber — водопроводчик (когда-то трубы зачеканивали мягким свинцом), и название венецианской тюрьмы со свинцовой крышей — Пьомбе. Из этой тюрьмы по некоторым данным ухитрился бежать Казанова. А вот мороженое здесь ни при чём: пломбир произошёл от названия французского курортного городка Пломбьер.
Олово
В Древнем Риме олово называли «белым свинцом» (plumbum album), в отличие от plumbum nigrum — чёрного, или обыкновенного, свинца. По-гречески белый — алофос. По-видимому, от этого слова и произошло «олово», что указывало на цвет металла. В русский язык оно попало в XI веке и означало как олово, так и свинец (в древности эти металлы плохо различали). Латинское stannum связано с санскритским словом, означающим стойкий, прочный. Происхождение английского (а также голландского и датского) tin неизвестно.
Ртуть
Латинское hydrargirum произошло от греческих слов «хюдор» — вода и «аргирос» — серебро. «Жидким» (или «живым», «быстрым») серебром ртуть называется также в немецком (Quecksilber) и в староанглийском (quicksilver) языках, а по-болгарски ртуть — живак: действительно, шарики ртути блестят, как серебро, и очень быстро «бегают» — как живые. Современное английское (mercury) и французское (mercure) названия ртути произошли от имени латинского бога торговли Меркурия. Меркурий был также вестником богов, и его обычно изображали с крылышками на сандалиях или на шлеме. Так что бог Меркурий бегал так же быстро, как переливается ртуть. Ртути соответствовала планета Меркурий, которая быстрее других передвигается по небосводу.
Русское название ртути, по одной из версий, — это заимствование из арабского (через тюркские языки); по другой версии, «ртуть» связана с литовским ritu — качу, катаю, происшедшим от индоевропейского рет(х) — бежать, катиться. Литва и Русь были тесно связаны, а во 2-й половине XIV века русский язык был языком делопроизводства великого княжества Литовского, а также языком первых письменных памятников Литвы.
Углерод
Международное название происходит от латинского carbo — уголь, связанного с древним корнем kar — огонь. Этот же корень в латинском cremare — гореть, а возможно, и в русском «гарь», «жар», «угореть» (в древнерусском «угорати» — обжигать, опалять). Отсюда — и «уголь». Вспомним здесь также игру горелки и украинскую горшку.
Медь
Слово того же происхождения, что и польское miedz, чешское med. У этих слов два источника — древненемецкое smida — металл (отсюда немецкие, английские, голландские, шведские и датские кузнецы — Schmied, smith, smid, smed) и греческое «металлон» — рудник, копь. Так что медь и металл — родственники сразу по двум линиям. Латинское cuprum (от него произошли и другие европейские названия) связано с островом Кипр, где уже в III веке до н.э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди. Римляне называли медь cyprium aes — металл из Кипра. В позднелатинском cyprium перешло в cuprum. С местом добычи или с минералом связаны названия многих элементов.
Кадмий
Открыт в 1818 году немецким химиком и фармацевтом Фридрихом Штромейером в карбонате цинка, из которого на фармацевтической фабрике получали медицинские препараты. Греческим словом «кадмейа» с древних времён называли карбонатные цинковые руды. Название восходит к мифическому Кадму (Кадмосу) — герою греческой мифологии, брату Европы, царю Кадмейской земли, основателю Фив, победителю дракона, из зубов которого выросли воины. Кадм будто бы первым нашёл цинковый минерал и открыл людям его способность изменять цвет меди при совместной выплавке их руд (сплав меди с цинком — латунь). Имя Кадма восходит к семитскому «Ка-дем» — Восток.
Кобальт
В XV веке в Саксонии среди богатых серебряных руд обнаруживали блестящие, как сталь, белые или серые кристаллы, из которых не удавалось выплавить металл; их примесь к серебряной или медной руде мешала выплавке этих металлов. «Нехорошая» руда получила у горняков имя горного духа Коболда. По всей видимости, это были содержащие мышьяк кобальтовые минералы — кобальтин CoAsS, или сульфиды кобальта скуттерудит, сафлорит или смальтин. При их обжиге выделяется летучий ядовитый оксид мышьяка. Вероятно, имя злого духа восходит к греческому «кобалос» — дым; он образуется при обжиге руд, содержащих сульфиды мышьяка. Этим же словом греки называли лживых людей. В 1735 году шведский минералог Георг Бранд сумел выделить из этого минерала не известный ранее металл, который и назвал кобальт. Он выяснил также, что соединения именно этого элемента окрашивают стекло в синий цвет — этим свойством пользовались ещё в древних Ассирии и Вавилоне.
Никель
Происхождение названия сходно с кобальтом. Средневековые горняки называли Никелем злого горного духа, а «купферникелем» (Kupfernickel, медный чёрт) — фальшивую медь. Эта руда внешне походила на медную и применялась в стекловарении для окрашивания стекол в зелёный цвет. А вот медь из неё никому получить не удавалось — её там не было. Эту руду — медно-красные кристаллы никелина (красного никелевого колчедана NiAs) в 1751 году исследовал шведский минералог Аксель Кронштедт и выделил из неё новый металл, назвав его никелем.
Ниобий и тантал
В 1801 году английский химик Чарлз Хатчет проанализировал чёрный минерал, хранившийся в Британском музее и найденный ещё в 1635 году на территории современного штата Массачусетс в США. Хатчет обнаружил в минерале оксид неизвестного элемента, который получил название Колумбии — в честь страны, где он был найден (в то время США ещё не имели устоявшегося названия, и многие называли их Колумбией по имени первооткрывателя континента). Минерал же назвали колумбитом. В 1802 году шведский химик Андерс Экеберг выделил из колумбита ещё один оксид, который упорно не хотел растворяться (как тогда говорили — насыщаться) ни в одной кислоте. «Законодатель» в химии тех времён шведский химик Йене Якоб Берцелиус предложил назвать содержащийся в этом оксиде металл танталом. Тантал — герой древнегреческих мифов; в наказание за свои противоправные действия он стоял по горло в воде, к которой склонялись ветви с плодами, но не мог ни напиться, ни насытиться. Аналогично и тантал не мог «насытиться» кислотой — она отступала от него, как вода от Тантала. По свойствам этот элемент настолько был похож на колумбий, что в течение длительного времени шли споры о том, являются ли Колумбий и тантал одним и тем же или всё же разными элементами. Только в 1845 году немецкий химик Генрих Розе разрешил спор, проанализировав несколько минералов, в том числе и колумбит из Баварии. Он установил, что на самом деле существуют два близких по свойствам элемента. Колумбий Хатчета оказался их смесью, а формула колумбита (точнее, манганоколумбита) — (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6. Второй элемент Розе назвал ниобием, по имени дочери Тантала Ниобы. Однако символ Cb до середины XX века оставался в американских таблицах химических элементов: там он стоял на месте ниобия. А имя Хатчета увековечено в названии минерала хатчита.
Прометий
Его много раз «открывали» в различных минералах при поисках недостающего редкоземельного элемента, который должен был занимать место между неодимом и самарием. Но все эти открытия оказались ложными. Впервые недостающее звено в цепи лантанидов обнаружили в 1947 году американские исследователи Дж. Маринский, Л. Гленденин и Ч. Кориэлл, разделив хроматографически продукты деления урана в ядерном реакторе. Жена Кориэлла предложила назвать открытый элемент прометием, по имени Прометея, похитившего у богов огонь и передавшего его людям. Этим подчеркивалась грозная сила, заключенная в ядерном «огне». Жена исследователя оказалась права.
Торий
В 1828 году Й.Я. Берцелиус обнаружил в редком минерале, присланном ему из Норвегии, соединение нового элемента, который он назвал торием — в честь древнескандинавского бога Тора. Правда, название это Берцелиус придумал ещё в 1815 году, когда ошибочно «открыл» торий в другом минерале из Швеции. Это был тот редкий случай, когда сам исследователь «закрыл» якобы обнаруженный им элемент (в 1825 году, когда оказалось, что ранее у Берцелиуса был фосфат иттрия). Новый же минерал назвали торитом, это был силикат тория ThSiO4. Торий радиоактивен; период его полураспада 14 млрд. лет, конечный продукт распада — свинец. По количеству свинца в ториевом минерале можно определить его возраст. Так, возраст одного из минералов, найденного в штате Вирджиния, оказался равным 1,08 млрд. лет.
Титан
Считается, что этот элемент открыл немецкий химик Мартин Клапрот. В 1795 году он обнаружил в минерале рутиле оксид неизвестного металла, который назвал титаном. Титаны — в древнегреческой мифологии гиганты, с которыми боролись боги-олимпийцы. Через два года выяснилось, что элемент «менакин», который обнаружил в 1791 году английский химик Уильям Грегор в минерале ильмените (FeTiO3), тождествен титану Клапрота.
Ванадий
Открыт в 1830 году шведским химиком Нильсом Сефстремом в шлаке доменных печей. Назван в честь древнескандинавской богини красоты Ванадис, или Вана-Дис. В этом случае тоже выяснилось, что ванадий открывали и раньше, и даже не один раз — мексиканский минералог Андрее Мануэль дель Рио в 1801 году и немецкий химик Фридрих Вёлер незадолго до открытия Сефстрема. Но дель Рио сам отказался от своего открытия, решив, что имеет дело с хромом, а Вёлеру завершить работу помешала болезнь.
Уран, нептуний, плутоний
В 1781 году английский астроном Уильям Гершель открыл новую планету, которую назвали Ураном — по имени древнегреческого бога неба Урана, деда Зевса. В 1789 году М. Клапрот выделил из минерала смоляной обманки чёрное тяжёлое вещество, которое он принял за металл и, по традиции алхимиков, «привязал» его название к недавно открытой планете. А смоляную обманку он переименовал в урановую смолку (именно с ней работали супруги Кюри). Лишь спустя 52 года выяснилось, что Клапрот получил не сам уран, а его оксид UO2.
В 1846 году астрономы открыли предсказанную незадолго до этого французским астрономом Леверье новую планету. Её назвали Нептуном — по имени древнегреческого бога подводного царства. Когда в 1850 году в минерале, привезенном в Европу из США, обнаружили, как полагали, новый металл, его, под впечатлением открытия астрономов, предложили назвать нептунием. Однако вскоре выяснилось, что это был уже открытый ранее ниобий. О «нептунии» забыли почти на целое столетие, пока в продуктах облучения урана нейтронами не обнаружили новый элемент. И как в Солнечной системе за Ураном следует Нептун, так и в таблице элементов за ураном (№ 92) появился нептуний (№ 93).
В 1930 году была открыта девятая планета Солнечной системы, предсказанная американским астрономом Ловеллом. Её назвали Плутоном — по имени древнегреческого бога подземного царства. Поэтому было логично назвать следующий за нептунием элемент плутонием; он был получен в 1940 году в результате бомбардировки урана ядрами дейтерия.
Гелий
Обычно пишут, что его открыли спектральным методом Жансен и Локьер, наблюдая полное солнечное затмение в 1868 году. На самом деле всё было не так просто. Спустя несколько минут после окончания солнечного затмения, которое французский физик Пьер Жюль Жансен наблюдал 18 августа 1868 года в Индии, ему впервые удалось увидеть спектр солнечных протуберанцев. Аналогичные наблюдения провёл английский астроном Джозеф Норман Локьер 20 октября того же года в Лондоне, особо подчеркнув, что его способ позволяет изучать солнечную атмосферу во вне-затменное время. Новые исследования солнечной атмосферы произвели большое впечатление: в честь этого события Парижская академия наук вынесла постановление о чеканке золотой медали с профилями учёных. При этом ни о каком новом элементе речи не было.
Итальянский астроном Анджело Секки 13 ноября того же года обратил внимание на «замечательную линию» в солнечном спектре вблизи известной жёлтой D-линии натрия. Он предположил, что эту линию испускает водород, находящийся в экстремальных условиях. И только в январе 1871 года Локьер высказал идею, что эта линия может принадлежать новому элементу. Впервые слово «гелий» произнёс в своей речи президент Британской ассоциации содействия наукам Уильям Томсон в июле того же года. Название было дано по имени древнегреческого бога солнца Гелиоса. В 1895 году английский химик Уильям Рамзай собрал выделенный из уранового минерала клевеита при его обработке кислотой неизвестный газ и с помощью Локьера исследовал его спектральным методом. В результате «солнечный» элемент был обнаружен и на Земле.
Цинк
Слово «цинк» ввёл в русский язык М.В. Ломоносов — от немецкого Zink. Вероятно оно происходит от древнегерманского tinka — белый, действительно, самый распространённый препарат цинка — оксид ZnO («философская шерсть» алхимиков) имеет белый цвет.
Фосфор
Когда в 1669 году гамбургский алхимик Хеннинг Бранд открыл белую модификацию фосфора, он был поражён его свечением в темноте (на самом деле светится не фосфор а его пары при их окислении кислородом воздуха). Новое вещество получило название, которое в переводе с греческого означает «несущий свет». Так что «светофор» — лингвистически то же самое, что и «Люцифер». Кстати, греки называли Фосфоросом утреннюю Венеру, которая предвещала восход солнца.
Мышьяк
Русское название, наиболее вероятно, связано с ядом которым травили мышей, помимо прочего, по цвету серый мышьяк напоминает мышь. Латинское arsenicum восходит к греческому «арсеникос» — мужской, вероятно, по сильному действию соединений этого элемента. А для чего их использовали, благодаря художественной литературе знают все.
Сурьма
В химии у этого элемента три названия. Русское слово «сурьма» происходит от турецкого «сюрме» — натирание или чернение бровей в древности краской для этого служил тонко размолотый чёрный сульфид сурьмы Sb2S3 («Ты постом говей, не сурьми бровей». — М. Цветаева). Латинское название элемента (stibium) происходит от греческого «стиби» — косметического средства для подведения глаз и лечения глазных болезней. Соли сурьмяной кислоты называют антимонитами, название, возможно, связано с греческим «антемон» — цветок сростки игольчатых кристаллов сурьмяного блеска Sb2S2 похожи на цветы.
Висмут
Вероятно это искажённое немецкое «weisse Masse» — белая масса с древности были известны белые с красноватым оттенком самородки висмута. Кстати в западноевропейских языках (кроме немецкого) название элемента начинается на «b» (bismuth). Замена латинского «b» русским «в» — распространённое явление Abel — Авель, Basil — Василий, basilisk — василиск, Barbara — Варвара, barbarism — варварство, Benjamin — Вениамин, Bartholomew — Варфоломей, Babylon — Вавилон, Byzantium — Византия, Lebanon — Ливан, Libya — Ливия, Baal — Ваал, alphabet — алфавит… Возможно переводчики полагали, что греческая «бета» — это русская «в».
Источник:
Еще крутые истории!
Новости партнёров
реклама
Илья Леенсон,
канд. хим. наук, ст. науч. сотр. химического факультета МГУ
«Троицкий вариант» №23(217), 15 ноября 2016 года
У каждого вещества — неорганического или органического — должно быть свое название. Иначе ни химики, ни обычные люди, даже говорящие на одном языке, не будут понимать друг друга. Для этого и служит четко установленная международная номенклатура неорганических и органических веществ (на латыни nomenclatura — называние имен). Но так было не всегда. Еще менее 300 лет назад в этом вопросе был полный произвол, идущий с алхимических времен. Известно, что алхимики изъяснялись весьма туманным языком, понятным только посвященным. Вот, например, как описывает трансмутацию, то есть превращение неблагородных металлов в золото, легендарный алхимик Василий Валентин: «Петух пожирает лису, но затем, погруженный в воду и подгоняемый огнем, в свою очередь, будет проглочен лисой… Вся плоть, которая вышла из земли, должна распасться и снова стать землей, которой она прежде была… Смешай это с золотом наивысшей пробы и очищенной сурьмою в соотношении один к трем, помести в плавильный горшок и мягко нагревай двенадцать часов. Когда же расплавится, грей еще три дня и три ночи. Одна часть полученной тинктуры обратит тысячу частей трансмутируемого металла в хорошее и прочное золото». Химики XIX века пытались расшифровать алхимические трактаты, понять, каким химическим реакциям соответствует «петух, пожирающий лису» или «дракон, проглотивший свой хвост». Однако никто не мог поручиться, что расшифровка правильная. Не исключено, что и алхимики понимали эти рецепты каждый по-своему. У алхимиков были свои символы, означающие вещества и реакции, но они не были, так сказать, стандартными. Например, вода обозначалась волнистыми линиями или перевернутым треугольником; для уксуса было не менее семи значков, а для золота — полтора десятка! Свои значки были для процессов нагревания, перемешивания, осаждения, измельчения и т. д. И они тоже не были «стандартными». Всё это продолжалось в течение XVIII и даже части XIX века. Например, шведский химик Шееле, открывший кислород, назвал его «купоросным газом», потому что получил его с помощью купоросного масла.
Химия как наука не могла дальше нормально развиваться с такими значками и такими произвольными названиями, своими у каждого химика. Но создать четкие, понятные всем химикам и однозначные названия различных веществ так же трудно, как создать четкие, понятные всем людям и однозначные правила какого-либо языка, например русского. Это возможно разве что для искусственных языков типа эсперанто. Недаром английский химик Кларенс Смит, член рабочей группы по подготовке так называемой Льежской номенклатуры органических соединений, принятой в 1930 году, сказал в своем докладе: «Уже через полчаса после того, как я впервые увидел правила международного языка эсперанто, я написал доктору Заменгофу в Варшаву с просьбой включить меня в общество эсперантистов. Мы хотим примерно того же в химии — иметь номенклатуру, основанную на таких же простых принципах, чтобы химик, потратив всего несколько часов, мог бы написать название или формулу любого химического соединения известного строения». К сожалению, такое вряд ли возможно. В 1787 году французские химики (в их числе были Лавуазье и Бертолле) обсуждали реформу химической номенклатуры. Не все их названия были удачны. Типичный пример — водород и кислород («гидрогениум» и «оксигениум»). В то время ошибочно полагали, что кислород «рождает» все кислоты. Потом оказалось, что не все кислоты содержат кислород (исключениями служат, например, соляная, плавиковая и др.). Так что логичнее было бы поступить наоборот — назвать кислород водородом (этот элемент тоже «рождает» воду), а водород назвать кислородом, так как он входит в состав всех кислот. Как написал по этому поводу английский химик Дэви, «то тело, которое французская номенклатура характеризует как носитель кислотности, одинаково могло бы быть признано за носитель щелочности». Действительно, кислород входит в состав щелочей во всех без исключения случаях.
Французские химики обсуждали и новую систему записи. Было предложено обозначать простые вещества простыми символами — по-разному расположенными черточками и кусочками кривых, а сложные вещества — сочетанием этих символов. Металлы обозначались буквами, взятыми из их латинских названий, — как сейчас обозначаются все элементы. Эти буквы помещались в кружок. Например, символ меди (cuprum) выглядел так, как сейчас значок для авторского права: ©, символ свинца (plumbum) — как дорожный знак (или символ растворителя для сухой химчистки): Ⓟ. Символы кислот помещались в квадрат, а символы щелочей — в треугольник, вершиной вверх или вниз. Комитет по номенклатуре при Парижской академии наук одобрил эти обозначения, но химикам они не понравились: записывать неудобно, а печатать — тем более.
Следующий шаг предпринял основатель современной атомистической теории английский химик Джон Дальтон. Сначала он изображал символы элементов кружочками; в некоторых стояли буквы, в других — разные значки: точки, по-разному расположенные черточки, латинские буквы. Сложные вещества Дальтон изображал несколькими кружочками. Это уже напоминает современные обозначения молекул. Например, СО2 у Дальтона — ○●○. Эти формулы отражали не только качественный, но и количественный состав веществ. Однако символы Дальтона постигла та же судьба, что и значки, предлагавшиеся французскими химиками: они были крайне неудобны как для запоминания, так и для записи. Революционное, хотя и очень простое и даже очевидное предложение внес шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус. Он выкинул всякие кружки и прочие геометрические фигуры, оставив только первую букву названия элемента на латыни. Если же эта буква у разных названий оказывалась одинаковой, то нужно было взять две буквы. Например, латинские названия углерода (carboneum), кальция (calcium) и меди (cuprum) начинаются с одной буквы, поэтому символы для них С, Ca и Cu. Число же атомов в молекуле Берцелиус предложил записывать, как показатель степени в математике, например SO2 для сернистого газа. И хотя в 1835 году немецкий химик Юстус фон Либих предложил записывать число атомов в виде подстрочных индексов, запись по Берцелиусу использовалась химиками еще очень долго; ее можно видеть, например, в статьях и учебниках Дмитрия Менделеева: скажем, формула воды была Н2О.
Новые формулы были очень удобны. Как писал сам Берцелиус, его формула позволяет с одного взгляда понять то, что, выраженное словами, заняло бы несколько строк. Статья Берцелиуса была опубликована по-английски, ее быстро перевели на шведский и немецкий языки, и с ней ознакомились все ведущие химики мира. Как и надеялся Берцелиус, ярлыки с новыми формулами появились в лабораториях на склянках с реактивами. Уже почти 200 лет химики пользуются предложенными Берцелиусом символами химических элементов. Однако иногда возникали разночтения, например ниобий в Европе и колумбий в США. Особенно много споров в последние десятилетия было по поводу искусственных элементов. Вот яркий пример. Элемент №105 впервые получен на ускорителе в Дубне в 1970 году группой академика Георгия Флёрова и независимо в Беркли (США). Советские исследователи предложили назвать новый элемент нильсборием (Ns) в честь датского физика Нильса Бора, а американцы — ганием (На) в честь немецкого ученого Отто Гана, одного из авторов открытия деления урана. Комиссия по номенклатуре Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) предложила название жолиотий (Jl) в честь французского ученого Фредерика Жолио-Кюри либо (чтобы никому не было обидно) — уннилпентиумом (Unp), т. е. просто 105-м. Символы Ns, Ha, Jl можно было видеть в таблицах элементов, изданных в разные годы. Сейчас этот элемент носит название дубний. А в честь Флёрова назван элемент №114 — флеровий.
Значительно сложнее была проблема с номенклатурой органических веществ. В 1892 году в Женеве состоялся конгресс Международной комиссии по реформе химической номенклатуры. Были приняты правила номенклатуры, которая называется Женевской. Ее идеи и сейчас сохраняют актуальность. Современная номенклатура — это правила ИЮПАК, которые периодически пересматриваются. Наиболее значительные изменения вводились в 1979 и в 1993 годах. Эти правила занимают целый том, полностью мало кто из химиков ими владеет. Чтобы понять, как по этим правилам назвать сложное органическое вещество, достаточно заглянуть в описания лекарств, которые вкладывают в упаковки; в этих описаниях часто даются названия по правилам ИЮПАК. Вот относительно простые примеры: 7-бром-5-(орто-хлорфенил)-2,3-дигидро-1Н-1,4-бензодиазепин-2-он (феназепам) или 9-(2,6,6-триметилциклогексен-1-ил)-3,7-диметилнонатетраен-2,4,6,8-ол-1 (витамин А). Но бывают названия намного длиннее!
Не удивительно, что в органической химии активно используется множество так называемых тривиальных (от лат. trivialis — обыкновенный) названий. Особенно их много у веществ, имеющих природное происхождение. Молекулы природных соединений обычно очень сложные, и их систематические названия по правилам номенклатуры, как мы видели, громоздки и неудобны. Поэтому такие названия применяют только к наиболее простым соединениям. Большинство же природных веществ носит тривиальные названия. Для их составления не существует строгих правил, но общая тенденция состоит в том, что в основу этих названий положены латинские, греческие, а иногда арабские названия организмов, из которых эти вещества выделены. Например, бензол — от араб. luban jawi — ладан яванский. Толуол — от смолы южноамериканского дерева Toluifera balsamum.
Тем не менее нередко наблюдается путаница в терминах, что имеет свои исторические причины. Например, у аминокислот цистина и цистеина очень похожие названия (от греч. kystis — мочевой пузырь, отсюда и заболевание цистит). Студенты часто эти названия путают. Могут спутать даже химики, если они не специалисты в этой области. Можно ли поменять эти названия? Конечно, нет! Они же в сотнях книг и тысячах научных статей. И если даже придумать новые, легко различимые названия, всё равно пришлось бы запоминать и старые тоже, иначе тот, кто читает старые книги и статьи, не поймет, о чем в них идет речь.
Очень часто химики устанавливали строение того или иного природного соединения спустя многие десятилетия (а иногда и столетия) после его выделения из природного источника. В результате данное первоначально веществу тривиальное название может не иметь ничего общего со строением его молекул и даже с источником выделения и вводить в заблуждение. Например, из корней одного мексиканского растения семейства астровые было выделено вещество с инсектицидным действием. Его назвали аффинином — по латинскому названию этого растения — Erigeron affinis. Однако вскоре выяснилось, что ботаники ошиблись: на самом деле источником аффинина было другое растение, гелиопсис, однако название вещества осталось прежним.
Интересна ошибка французского химика Мишеля Эжена Шеврёля (1786–1889). Он обнаружил в жирах новую органическую кислоту с 17 атомами углерода (что было удивительно: в известных тогда кислотах было только четное число атомов углерода). Шеврёль назвал эту кислоту маргариновой по ее внешнему виду: по-гречески margaron — перламутр. Через сто лет оказалось, что у Шеврёля была смесь равных количеств известных кислот с 16 и 18 атомами углерода (пальмитиновая и стеариновая). И по анализу смесь как раз давала 17 атомов углерода. Тогда разделить такую смесь было невозможно.
Аналогичную ошибку совершил Юстус фон Либих. Он выделил из вина новое вещество и предложил назвать его энантовым эфиром, а соответствующую кислоту с семью атомами углерода — энантовой (от греч. oine — вино и anthos — цветок). Впоследствии выяснилось, что Либих ошибся: его «энантовый эфир» на самом деле оказался смесью эфиров капроновой (С6) и каприловой (С8) кислот, так что элементный анализ смеси как раз давал формулу с семью атомами углерода. Но поэтичное название осталось.
Вот еще одно «ошибочное» название. В 1889 году немецкий химик Людвиг Кнорр синтезировал новое вещество и назвал его морфолином, причем по ошибке: Кнорр считал, что в морфолине содержится такой же шестичленный цикл с атомами азота и кислорода, как и в известном морфине. Ошибочное название исправлять не стали. Сейчас морфолин применяют для предотвращения коррозии, в том числе на АЭС.