Коли первісна людина розвела перше багаття, вона й гадки не мала, що перед нею – хімічне явище.

Але це вогнище зігріло її холодними ночами, допомогло приготувати їжу, врятуватися від хижих тварин і в кінці кінців вижити, щоб замислитись над загадками світобудови.

Зуби і травна система людини в цілому встигли пристосуватися до вживання приготованої на вогнищі їжі, перш ніж вона зуміла пояснити: чому смажене м’ясо і випечений хліб не лише смачніші, але й поживніші, ніж сирі. Виявляється, що більш повному засвоєнню поживних речовин сприяє частковий розклад крохмалю та білків, який починається при термічній обробці продуктів, а закінчується в органах травлення.

Перший глиняний глечик, напевне, потрапив у полум’я випадково. Але неважко уявити здивування, а потім і радість первісної людини, яка виявила, що виріб не лише не зіпсувався, а навпаки став більш міцним і вже не розмокає у воді. В такому посуді можна було закип’ятити чай або зварити перший в історії людства суп.

Цей незграбний глечик став першим в ряду виробів, куди поряд з ним входять і будівельна цегла, і витончений фарфор, і керамічні деталі, без яких не буде працювати ні електронний мікроскоп, ні комп’ютер останнього покоління.

Батьківщина хімії – Єгипет.

Володіли “таємним мистецтвом” жерці. Вони вміли виготовляти ліки й отрути, косметичні засоби та речовини для бальзамування трупів.

12 тисяч років тому в Єгипті вже навчилися випалювали цеглу, з якої були збудовані деякі піраміди, що простояли до нашого часу.

Древні єгиптяни вміли добувати бронзу, свинець, ртуть, олово, залізо, підробляти коштовні камені і золото.

Значних успіхів у практичній хімії досягли в древньому Китаї.

У другому столітті тут навчилися отримувати папір, у сьомому – фарфор, у дев’ятому – чорний порох.

Європейцям ці відкриття стали відомими лише через кілька століть.

У Європі єгипетське мистецтво підробки благородних металів трансформувалося в алхімію – науку, яка ставила своєю метою перетворення неблагородних металів на золото.

Алхіміки прагнули отримати три міфічні речовини: філософський камінь, який перетворював би метали на золото; еліксир, який міг би вилікувати будь-яку хворобу і навіть повернути молодість; алькагест – універсальний розчинник усіх без винятку речовин.

Найдавнішим хімічним виробництвом на території нашої країни була виплавка заліза, яка почалася ще в 7-5 столітті до нашої ери. Залізо виплавляли в горнах. Перші доменні печі з’явилися у 18 столітті. Заводське виробництво металу набуло розвитку наприкінці 19 століття. На сьогодні Україна займає п’яте місце у світі по виплавці чорних металів.

Прекрасна наша блакитна планета – єдина жива серед мільярдів мертвих світів. Від космічного холоду та пекучого Сонця, від метеоритів та випромінювання захищає її атмосфера.

Лише у 18 столітті з'ясували, що повітря – суміш, яка складається з азоту, кисню, вуглекислого та інертних газів, водяної пари.

Життя без кисню неможливе, але і кисень з'явився в атмосфері Землі лише завдяки живим організмам. Увесь кисень повітря утворений зеленими рослинами в процесі фотосинтезу.

“Найпоширеніший мінералом на Землі” назвав воду академік Ферсман, дивовижною речовиною називаємо її ми. Вода може одночасно перебувати в трьох агрегатних станах: річка вкрита льодом, в ополонці поблискує рідка вода, а над берегом стелиться туман.

Немає жодної речовини на Землі, яка б мала таку високу теплоємність як вода. Це дозволяє їй регулювати клімат нашої планети, пом’якшуючи його.

Відомо, що густина речовин у твердому стані більша, ніж у рідкому. Води це не стосується: крига плаває на поверхні водойми, не даючи їй промерзнути до дна. Вода розчиняє майже всі речовини, що є в природі. Наш організм на три чверті складається з різних водних розчинів.

Вода – основа життя на Землі.

Земна кора на 75% складається з алюмосилікатів – сполук Алюмінію, Силіцію та Оксигену.

З часом гірські породи вивітрюються. Вітер та вода переносять уламки, продовжуючи їх руйнування.

На дні моря завершується шлях зруйнованих гірських порід. Ближче до берега осідають крупніші та важчі частинки кварцового піску – SіО₂, далі – менші та легші частинки глинозему – Аl₂О₃.

Білки входять до складу всіх без винятку живих організмів. Вони забезпечують перенесення кисню та поживних речовин, скорочення м’язів, захист від бактерій і отрут.

Усі білки складаються з амінокислот. Білки кожного організму індивідуальні, а от амінокислоти, з яких вони побудовані, – єдині для всієї живої природи. У процесі травлення білки розпадаються на амінокислоти й у такому вигляді надходять у кров та в клітини, де з них синтезуються білки, типові для даного організму.

Перший штучно синтезований білок – інсулін. Він використовується при лікуванні цукрового діабету.

Жири разом із білками та вуглеводами складають основу харчування людини. Вони забезпечують організм енергією: при окисненні 1 г жиру виділяється вдвічі більше енергії, ніж при окисненні 1 г білків чи вуглеводів, більше ніж при згоранні 1 г бензину, вугілля чи нафти.

Жири входять до складу клітинних мембран, приймають участь у регуляції обміну речовин. За умов правильної організації харчування біля третини жирів, що надходять до організму повинні мати рослинне походження.

Вуглеводи – це і глюкоза винограду, і сахароза цукрового буряка, і крохмаль картоплі та зернових. Цікаво, що і сахароза, і крохмаль розкладаються з утворенням глюкози, яка є вихідною речовиною для їх утворення. Біля 1% глюкози постійно міститься в крові людини, забезпечуючи потреби організму в енергії. Глюкозу прописують хворим, виснаженим людям. А найпоширенішим з солодких вуглеводів є звичайний харчовий цукор (сахароза). Виробництво цукру – хімічний процес, який здійснюється на цукрових заводах.

Жоден директор хімзаводу напевне не погодився б працювати за таких умов: невисокі температури порядка 30-40°С, атмосферний тиск, розбавлені розчини не занадто активних з хімічної точки зору речовин.

Але ж у живому організмі за цих же умов щосекунди відбуваються тисячі реакцій! Це стає можливим завдяки ферментам – біологічним каталізаторам, які прискорюють перебіг хімічних реакцій в клітинах живих організмів.

Створити каталізатори, активність яких наближалась би до активності ферментів, керувати активність самих ферментів в клітинах організму – завдання науки майбутнього.

Ферменти синтезуються в неактивному стані і активуються лише після приєднання до них молекул вітамінів.

Вітаміни надходять у наш організм з їжею, сприяючи нормальному перебігу біохімічних реакцій в організмі. Відсутність або недостача вітамінів викликає тяжкі захворювання.

Забезпечити потребу в вітамінах можна завдяки раціональному харчуванню.

Поряд з ферментами та вітамінами до біологічно активних речовин, які регулюють процеси обміну в організмі, належать алкалоїди.

Алкалоїди, як правило, синтезуються в рослинах і захищають їх від поїдання тваринами. Одна з гіпотез загибелі динозаврів – отруєння їх алкалоїдами нової, на той час, групи квіткових рослин. Справді, серед алкалоїдів зустрічаються небезпечні отрути, наприклад, славнозвісне кураре.

Алкалоїдами є лікарські речовини: хінін, кодеїн, атропін. Тонізуюча дія чаю та кави пояснюється вмістом в них кофеїну та теїну. І, нарешті, алкалоїдами є деякі наркотичні речовини: опій, нікотин, морфін, героїн.

“Плили якось фінікійські купці по Середземному морю. Знялася буря, і корабель пристав до берега. Розвели купці велике багаття, а, щоб вітер не задував полум’я, обклали його брилами соди. На ранок серед попелу знайшли купці прозорі злитки, чисті, як вода, і тверді, як камінь”. Так давньоримський історик Пліній описує історію відкриття скла.

Скло – це вікно в світ. Не лише те скло, яке вставлене в шибку, але й оптичне скло лінз, за допомогою якого вдивляються у світ створені людиною телескопи, та мікроскопи.

Матеріали прозорі, як скло, і твердіші за граніт, тонші за павутину, але міцніші за сталевий дріт. Таких матеріалів у природі нема. Вони народжуються в хімічних лабораторіях.

Вироби з пластмас легкі, міцні, корозійностійкі, дешеві. Отримують пластмаси з природної вуглеводневої сировини: нафти, кам'яного вугілля, природного газу.

Пластмаси – один з найважливіших матеріалів майбутнього.

У хімії, як і в житті, багато парадоксів. Першим металом, з яким познайомилася людина, і який почала використовувати у своїх цілях було надзвичайно рідкісне в природі золото.

На зміну “золотому віку” прийшов бронзовий, потім – залізний. Сьогодні у своїй діяльності людина використовує більше 60 металів та майже 6000 сплавів на їх основі.

Метали – це і деталі машин, і каталізатори, і особливо міцна апаратура, і електричний дріт.

Є метали і в нашому організмі. Вони входять до складу ферментів та інших активних білків.

Вивчаючи ознаки хімічних реакцій, їх, як правило, спостерігають в лабораторних умовах. Озирніться навколо. Хімічні явища супроводжують нас на кожному кроці, повсякчас відбуваються в природі та в побуті.

Горить свічка, палає вогонь, температура людського тіла навіть в найлютіший мороз не опускається нижче 36°С – все це свідчить про перебіг хімічних реакцій, ознакою яких є виділення світла та тепла.

Що спільного мають засмагла людина, пожовкле листя на деревах та вибілена білизна? Лише те, що в кожному з цих випадків ми маємо справу з хімічними реакціями, ознакою яких є зміна кольору.

У печерах утворюються сталактити та сталагміти, равлик будує свою раковину, у людини формується скелет, на стінках чайника з'являється накип – в кожному разі ми маємо справу з хімічним процесом, результатом якого є випадання осаду.

Більше того, осад у кожному з цих випадків містить кальцій карбонат, однією з видозмін якого є звичайна крейда.

Переконатися, що гірська порода містить карбонат, допоможе флакон з соляною кислотою, який входить у спорядження геолога. Виділення вуглекислого газу при дії кислоти на мінерал свідчить про те, що перед нами – карбонат.

А прикладами глобальних хімічних процесів, що супроводжуються виділенням газу, є фотосинтез та дихання.

Якщо ми спробуємо визначити рису характерну для всіх без виключення живих організмів, то це, напевно, буде обмін речовин. Він полягає в тому, що одні речовини, такі як кисень, поживні речовини, вода, надходять всередину організму, а інші – вуглекислий газ, продукти обміну, виводяться з нього.

Обмін речовин – це тисячі хімічних реакцій, які щохвилини відбуваються в кожній клітині живого організму та забезпечують його життєдіяльність.

Навчитися керувати обміном речовин означає позбавити організм від хвороб та подовжити його життя.

“Десь, колись на землю впав сонячний промінь”, – так починає свою розповідь про фотосинтез К.А.Тімірязєв. Так могла б починатися казка, а не наукова праця. Та ж сам процес, вивченню якого всесвітньо відомий вчений присвятив півсторіччя свого життя, нагадував йому чудо, коли з вуглекислого газу та води рослини синтезували кисень і органічні речовини.

Виявляється, що зелені рослини, засвоюють лише кілька відсотків енергії Сонця, перетворюючи її в енергію органічних речовин. Збільшення продуктивності фотосинтезу дозволить підвищити врожайність рослин і кількість кисню, що надходить в атмосферу.

Дихання – неодмінна умова існування більшості живих істот. При цьому в організм надходить атмосферне повітря, яке містить 21% кисню О2 та 0,03% вуглекислого газу СО2, а виділяється повітря, з меншим вмістом кисню та більшим вмістом СО2. Це – так зване зовнішнє дихання, відоме кожному з нас. А внутрішнє дихання відбувається всередині клітини. Кисень вступає в хімічні реакції з органічними речовинами, перетворюючи їх на вуглекислий газ та воду. При цьому виділяється енергія, необхідна для життя.

Добувати вогонь висіканням іскри чи тертям – важка і невдячна справа.

Але лише після того, як у 18 столітті Клод Бертоле, пропускаючи хлор через гарячий розчин лугу, отримав бертолетову сіль, стала можливою поява сірників.

Перші сірники загоралася лише при контакті з концентрованою кислотою. Вони були громіздкими, незручними та небезпечними у користуванні.

Головка сучасного сірника містить бертолетову сіль, сірку, скляний порошок, а обмазка коробки складається з червоного фосфору та манган оксиду.

Античні вчені нараховували сім планет і сім металів, що їм відповідали.

Планет виявилося не сім, а вісім, та й металів значно більше, у всякому разі для виготовлення звичайнісінької електричної лампочки їх потрібно не менше восьми.

Цоколь виготовлений з цинку, або з латуні – мідно-цинкового сплаву, припій зі сплаву свинцю, олова та сурми, електроди залізно-нікелеві, вусики – молібденові, а на них тримається вольфрамова спіраль.

Електрична лампочка – звичайне диво сучасної цивілізації.

“Світ мій, дзеркальце, скажи...” – примовляла казкова цариця. Щодня дивимося у дзеркало й ми. А коли з’явилося перше дзеркало?

Скло відоме людству понад п’ять тисячоліть, а от дзеркала почали виготовляти у Венеції наприкінці 12 століття. Усіх скловарів було ув’язнено на о. Мурано, щоб зберегти таємницю виготовлення венеціанського скла.

Реакція, яка перетворює звичайне скло на дзеркальну поверхню у хімії так і називається: “реакція срібного дзеркала”.

Рослини виносять з ґрунту значну кількість хімічних елементів, особливо Нітрогену, Фосфору, Калію. Збираючи врожай, ми вилучаємо ці елементи з наших полів, тим самим зменшуючи родючість ґрунтів. «Продаючи врожай з поля, селянин тим самим продає саме поле», - писав з цього приводу Ю. Лібіх.

Коли з’ясували, що рослини нездатні засвоювати атмосферний азот, а запаси зв’язаного Нітрогену в ґрунті поповнюються дуже повільно, деякі вчені навіть прорікали “азотну загибель” людства, внаслідок необоротного зниження родючості ґрунтів.

На допомогу людині прийшла хімія.

Виявилося, що в атмосферному азоті атоми Нітрогену сполучені дуже міцним потрійним хімічним зв’язком. Зруйнувати цей зв’язок у природі може лише блискавка та деякі ґрунтові мікроорганізми.

Для хіміків зв’язування атмосферного азоту теж виявилося нелегкою задачею. Але вже на початку двадцятого століття вчені з нею впоралися і азотні добрива почали добувати з повітря!

Звільнити поле від бур’янів та шкідників – завдання не з легких!

Для боротьби з шкідниками хіміки створили особливі речовини, названі пестицидами. Серед них виділяють інсектициди – для знищення комах, фунгіциди – для боротьби з грибковими захворюваннями, гербіциди – для боротьби з бур’янами.

Поводитися з пестицидами слід обережно, строго дотримуючись інструкції по застосуванню, щоб не нанести шкоди природі та здоров’ю людей.

Ще найдавніша людина пізнала цілющу силу деяких вод, мінералів, рослин.

Але вони не могли врятувати від тифу та чуми, холери та дизентерії.

На допомогу людям прийшли штучно синтезовані лікарські препарати.

Сьогодні 90% лікарських препаратів, що використовуються в медицині, створені хімічним шляхом.

Засновником ятрохімії – лікарської хімії – вважають відомого вченого 16 століття Парацельса.

“Я – ятрохімік, тому що знаю хімію і медицину”, - говорив він про себе.

Легендами оповите його коротке життя і дивна смерть. Лицар і мандрівник, філософ і вчений, він зцілював хворих, використовуючи нові для свого часу ліки, які створював сам.

“Справжня мета хімії полягає не в отриманні золота, а у виготовленні ліків”, - стверджував Парацельс.

Набагато випередивши свій час, Парацельс висловив ідею про те, що в живих організмах відбуваються хімічні процеси, а хвороба – не що інше, як порушення цих процесів. Він же запропонував використовувати як ліки хімічні речовини, покликані відновити порушену рівновагу. Цими речовинами, на його думку, могли стати сполуки деяких металів. Хімія поповнила арсенал медиків більш ефективними та менш шкідливими препаратами.

Ряд захворювань викликаються хвороботворними мікроорганізмами. У боротьбі з ними лікарі використовують сульфаніламідні препарати та антибіотики. Ці ліки далеко не ідеальні. Вражаючи хвороботворні бактерії, вони наносять певну шкоду й самому хворому. Відмовитися від ліків неможливо, але ставитися до них уважно і обережно – необхідно.

Знання хімії потрібні не лише агрономам і лікарям, технологам і вчителям, але й митцям.

Сучасні фарби, якими користуються художники – акварельні та гуашеві, масляні й анілінові, виготовляють на підприємствах хімічної промисловості. Але синтезувати штучні фарби вчені навчилися лише в 18 столітті. Чим же користувалися художники до цього часу?

Вже первісна людина виконувала кольорові малюнки на стінах печер, використовуючи для цього вугілля, крейду, кольорові глини.

П’ять тисяч років тому в Єгипті були відомі червоні, жовті, зелені, сині фарби.

Геніальний іконописець 15 сторіччя Андрій Рубльов у своїй творчості використовував лише шість основних кольорів. Змішуючи їх у різних пропорціях він отримував безліч відтінків.

До винайдення штучних пігментів художники намагалися виготовляти фарби на основі рослинних барвників. Але фарби ці виявилися нестійкими. З часом вони, як і листя на деревах, темніли та змінювали свій колір. Саме тому на пейзажах давніх майстрів часто домінують коричневі кольори.

У 1751 році М. В. Ломоносов у своїй промові “Слово про користь хімії”, говорить про недоліки природних барвників: “Часто фарби не зберігають свій колір та яскравість, але в короткий час змінюються, темніють, і, зрештою, красу свою втрачають. До кого ж за допомогою звернутися? Хто знайти може тривалий і незмінний засіб живопису? Та ж хімія”.

Синтезовані хімічним шляхом штучні пігменти дешевші за природні, мають чистіші кольори і дають митцям величезну кількість відтінків.

Хімічна промисловість займає четверте місце за ступенем забруднення природи після енергетики, металургії та транспорту. В той же час це єдина галузь, яка створює технології, здатні зменшити рівень забруднення оточуючого середовища, зібрати та знешкодити небезпечні речовини, що потрапляють у довкілля.

Фільтри, що очищують викиди підприємств, містять речовини, які знешкоджують або вбирають шкідливі домішки. Знизити токсичність вихлопів автомобілів дозволяють каталізатори, які забезпечують більш повне згорання пального.

Але найперспективнішим шляхом у справі охорони природи є перехід до безвідходних та маловідходних технологій. Як тут не пригадати пророчі слова Д. І. Менделєєва: “У хімії немає відходів, є лише невикористана сировина”.

Хімія створює нові речовини, які, замінюючи природну сировину, дозволяють зберігати природні ресурси.

Синтетичні матеріали значною мірою замінили продукцію рослинного та тваринного походження. Ці речовини дешевші, доступніші, часто більш якісні, ніж їх попередники.

Але штучно створені речовини мають серйозний недолік: у природі вони розкладаються дуже повільно, оскільки не входять до жодного з ланцюгів живлення. Так, скло та деякі пластмаси залишаються у природі без змін протягом кількох десятиліть.

Більшість з цих речовин потрапляють у природу як побутові відходи.

Охороняти природу, не допускати забруднення довкілля – справа кожного з нас.

◀ Хімія та їжа

Задачі ▶