Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
Нинішній швидкий поступ справжньої Науки викликає в мене часом сумне почуття жалю, що я народився так рано. Годі навіть уявити, якого ступеня могутності в найближче тисячоліття сягне влада людини над матерією. О, ця доброчесна Наука тоді стане дивовижною стезею вдосконалення, що веде до того, що люди перестануть бути вовками одне для одного, а людські істоти нарешті пізнають те, що вони нині безпідставно величають гуманністю.
Бенджамін Франклін,
з листа до хіміка Джозефа Прістлі,
8 лютого 1780
Для чого потрібно вивчати хімію? Одна з важливих підстав для цього міститься в наведених вище словах Бенджаміна Франкліна: хімія та споріднені з нею науки дають людині, її розумові змогу здобути владу над матерією. Майже 200 років тому Франклін сказав, що наука швидко прогресує. І нам відомо, що науки розвиваються дедалі стрімкіше, а завдяки науковому й технічному прогресові світ, у якому ми живемо, багато в чому змінився порівняно з тим, яким він був за часів Франкліна.
Наука відіграє таку важливу роль у сучасному житті, що жодна людина без наукових знань не може правильно зрозуміти світу, в якому вона живе.
Наука хімія має справу з речовинами. На цій стадії вивчення хімії можна обійтися без наукового визначення поняття «речовина», обмежившись припущенням, що читач має загальне уявлення про значення цього слова. Загальновідомі приклади речовин — вода, цукор, сіль, мідь, залізо, кисень; зрештою, кожен може навести й багато інших прикладів.
Півтораста років тому англійський хімік Гемфрі Деві (1778— 1829) відкрив, що звичайну сіль можна розкласти шляхом пропускання крізь неї електричного струму на м'який сріблястий метал, який він назвав содієм* (натрій), і зеленувато-жовтий газ, відкритий трохи раніше й названий хлором. Газоподібний хлор чинить сильну корозійну дію на багато металів, а при вдиханні дратує слизову оболонку носа й горла. Те, що речовина сіль, яка складається з металу (натрію) і корозійно активного газу (хлору), має зовсім інші властивості, — лише один із багатьох відкритих хіміками дивовижних фактів, що стосуються природи речовин.
Дріт із натрію горить у хлорі, даючи сіль. Процес сполучення натрію та хлору з утворенням солі називається хімічною реакцією. Звичайний вогонь також є наслідком хімічної реакції — сполучення пального з киснем повітря, внаслідок чого утворюються продукти горіння. Так, бензин складається зі сполук Карбону з Гідрогеном, і коли суміш бензину та повітря миттєво згоряє в циліндрах автомобільного двигуна, відбувається хімічна реакція, під час якої бензин і кисень повітря реагують з утворенням карбон(IV) оксиду та водяної пари (плюс невелика кількість карбон(II) оксиду); при цьому виділяється енергія, яка зумовлює рух автомобіля. Карбон(IV) оксид (діоксид) і карбон(II) оксид (монооксид) — сполуки Карбону з Оксигеном, а вода — сполука Гідрогену з Оксигеном.
Хіміки вивчають речовини, щоб якомога більше дізнатися про їхні властивості (характерні якості) та про реакції, внаслідок яких вони перетворюються на інші речовини. Відомості, здобуті таким чином, надзвичайно цінні. Вони не лише задовольняють людську допитливість, бажання людини більше знати про саму себе й про світ, у якому вона живе, а й сприяють перетворенню цього світу на зручніше середовище існування людей, щоб зробити їх щасливішими шляхом підвищення життєвого рівня, зменшення страждань, спричинюваних хворобами, і розширення сфери людської діяльності.
Розглянемо кілька прикладів, що показують, як знання хімії допомагало людині в минулому і як може допомогти їй у майбутньому.
Сто років тому було встановлено, що з деяких рослин, наприклад з маку й кокаїнового куща (коки), можна виділити препарати, які вгамовують біль (знеболювальні засоби). З цих рослин хіміки виділили чисті речовини, морфін і кокаїн, що мають болезаспокійливу дію. Проте ці речовини мають і небажану властивість — знову викликають потребу в них, що іноді призводить до наркоманії. Хіміки потім дослідили морфін і кокаїн, щоб установити їхню хімічну будову, і після цього штучно синтезували безліч інших речовин близької будови, визначили їхню знеболювальну силу та наркотичну дію. Таким чином було отримано препарати значно сильніші, ніж природні речовини; синтезовано препарати, що в 10 000 разів перевершують дію морфіну.
Аналогічну історію має відкриття загальних анестезувальних засобів. У 1800 р. Гемфрі Деві — молодий учений, який тільки розпочинав наукову кар'єру, — випробовував на собі дію багатьох газів. (Йому пощастило, що справа не скінчилася смертю, оскільки один із газів, які він вдихав, був дуже отруйний). Він установив, що вдихання газу, який згодом дістав назву «звеселяючого», викликає стан істерії і що люди під його дією не відчувають болю при падінні та забоях. Він рекомендував використовувати цей газ у хірургії, записавши таке: «Оскільки нітроген(I) оксид за своєю широкою дією здатний знімати фізичний біль, його, імовірно, можна успішно застосовувати при хірургічних операціях». Проте його пораду не помічали майже п'ятдесят років. Лише в 1844 р. нітроген(I) оксид [нітроген(I) оксид N2O] був використаний доктором Горасом Веллсом у Гартфорді (США) при видаленні зубів, а двома роками пізніше було зроблено першу хірургічну операцію під наркозом з використанням діетилового етеру (у Массачусетській лікарні, Бостон). Етер, хлороформ і нітроген(I) оксид невдовзі почали застосовувати всюди. Застосування анестезії було великим відкриттям не лише тому, що вона знімає біль, а й тому, що дає змогу проводити найтонші хірургічні операції, які неможливі, якщо пацієнт залишається при свідомості.
Гумову промисловість можна згадати як галузь хімічної промисловості. Вона виникла після того, як було встановлено, що сирий каучук — липку речовину, яку добувають із соку каучукового дерева, — можна шляхом вулканізації (змішування із сіркою та нагрівання) перетворити на гуму, що має цінніші, ніж у каучуку, властивості (значно більшу міцність, відсутність липкості). Протягом останніх років матеріали, подібні до гуми, виготовляють із синтетичного каучуку; вони за багатьма показниками переважають гуму з натурального каучуку. Синтетичний каучук одержують із продуктів переробки нафти або природного газу.
Виробництво сталі — ще одна величезна галузь хімічної промисловості. Сталь, що складається здебільшого з металевого заліза, є важливим конструкційним матеріалом. Сталь одержують із залізної руди шляхом складних хімічних процесів. У США щороку виробляють приблизно 800 кг сталі на душу населення.
Хімія відіграє таку важливу роль у житті людини двадцятого століття, що цей вік цілком слушно можна назвати століттям хімії.
* У 1807 р. X. Деві вперше одержав (металевий натрій шляхом електролізу їдкого натру (NaOH). Дана ним назва елемента содій (sodium) походить від іспанського слова сода (soda), що має те саме значення, що й в українській мові. Ця назва збереглася досі лише в США та в деяких інших країнах. Загальноприйнята назва елемента натрій (natrium) походить від арабського слова натрун і грецького нітрон, які також первісно стосувалися природної соди. — Прим. перекл.