Десять химических открытий, совершенных по счастливой случайности
- Архимед: бег голышом
- Вулканизация каучука
- Правосторонние и левосторонние молекулы
- Вильям Перкин и лилово-розовая краска
- Кекуле и его необычный сон
- Открытие радиоактивности
- Тефлон: как нашли идеально гладкое вещество
- Приклейте их! Клеевые заметки
- Растущие волосы
- Слаще сахара
В этой главе приводится десять историй об ученых, открывших то, о чем они даже не подозревали в процессе своих исследований.
Архимед: бег голышом
Архимед — греческий математик, который жил в III в. до н.э. Конечно, в книге о химии нужно говорить о химиках, а не о математиках, но познания Архимеда были настолько разносторонними, что даже трудно себе представить.
Герон, царь Сиракуз, дал Архимеду задание — узнать, была ли его новая корона изготовлена, как и положено, из чистого золота, или часть золота ювелир присвоил себе, заменив его сплавом. Архимед уже был знаком с таким понятием, как плотность, и знал плотность чистого золота. Он размышлял так: если вычислить плотность короны и сравнить ее с плотностью чистого золота, то можно узнать, честный ювелир или нет. Впрочем, хотя Архимед знал, как измерить вес короны, он не представлял, как измерить ее объем, чтобы затем найти ее плотность.
Желая отдохнуть, он решил пойти в общественные бани. Сев в полную ванну и увидев, как вода вытекает через край, Архимед вдруг понял, что объем его тела, погруженного в ванну, равен объему вытекшей воды. Теперь он знал, как можно измерить объем короны. Архимед пришел в такой восторг, что голым выскочил из ванны и побежал по улицам домой, то и дело выкрикивая «Эврика, эврика!» (Я нашел!). Именно такой способ определения объема твердых тел неправильной формы используется до сих пор. (Кстати, оказалось, что корона была изготовлена из сплава, и нечестный ювелир незамедлительно получил по заслугам.)
Вулканизация каучука
Каучук в виде латекса был открыт в начале XVI века в Южной Америке, но не получил большого распространения, потому что в жару становился липким и терял форму.
Чарльз Гудьер, пытаясь узнать, как придать каучуку необходимые свойства, случайно просыпал на горячую плиту пачку каучука, смешанного с серой. При этом он заметил, что, несмотря на высокую температуру, получившееся соединение не теряет формы. Таким необычным способом Гудьер изобрел процесс вулканизации — химический процесс, используемый для обработки натурального или синтетического каучука или пластмассы с целью придать им нужные свойства, например эластичность, прочность и твердость.
Правосторонние и левосторонние молекулы
В 1884 году французские виноделы пригласили Луи Пастера, чтобы он исследовал соединение, остающееся на поверхности винных бочек после брожения, — виноградную кислоту. Пастер знал, что она идентична винной кислоте, которая известна как оптически активная, т. е. обладает способностью поворачивать поляризованный свет в том или ином направлении.
Когда Пастер изучал соль виноградной кислоты под микроскопом, то заметил, что в ней содержатся кристаллы двух типов, причем кристаллы одного типа являются зеркальным отображением кристаллов другого типа. С помощью пинцета Пастер аккуратно отделил одни кристаллы от других и определил, что оба типа кристаллов оптически активны, поворачивают поляризованный свет с одной и той же интенсивностью, но в разных направлениях. Это открытие послужило началом новой эры в химии и показало, насколько важной для свойств молекул является их геометрия.
Вильям Леркин и лилово-розовая краска
В 1856 году Вильям Перкин, студент Королевского химического колледжа в Лондоне, решил остаться на рождественские каникулы дома и поработать в своей лаборатории над синтезом хинина. (Даю 100%-ю гарантию, что на рождественские каникулы мои студенты уж точно не работают в лаборатории!)
В ходе своих опытов Перкин получил какое-то черное вещество. И когда он спиртом чистил колбу, в которой проводилась реакция, то заметил, что это черное вещество растворилось, а спирт приобрел лиловый цвет, т.е. лилово-розовый. Так произошел синтез первой искусственной краски. К счастью, в том году лилово-розовый цвет был в моде, поэтому новая краска стала быстро пользоваться большим спросом. А Перкин бросил колледж и с помощью своих богатых родителей построил фабрику по производству этой краски.
Впрочем, история на этом не закончилась. Сообразительные немцы увидели, какой потенциал заключен в этой области химической промышленности и вложили в нее много времени и ресурсов. Они начали создавать и исследовать самые разные химические соединения, и вскоре Германия стала мировым лидером в области химических исследований и в химическом производстве.
Кекуле и его необычный сон
Фридрих Кекуле, немецкий химик, в середине 60-х годов XIX века работал над структурной формулой бензола (C6H6). Однажды поздно ночью он сидел перед горящим камином, с трудом преодолевая дремоту. Наконец, сон овладел им, и, погружаясь в сладкое забытье, Кекуле увидел группы атомов, танцующих среди огня, как змеи. Затем одна из «змей» изогнулась кольцом и образовала круг. Кекуле тут же проснулся и понял, что бензол имеет кольцевую структуру. Всю оставшуюся ночь ему уже было не до сна: он вычислял, какие могут быть выводы из этого открытия. Предложенная Кекуле модель бензола положила начало современным исследованиям ароматических соединений.
Открытие радиоактивности
В 1856 году французский физик Анри Беккерель изучал фосфоресценцию (свечение) некоторых минералов под действием света. Его опыты заключались в том, что он клал образец минерала на фотопластину, упакованную в светонепроницаемый конверт, и выставлял на яркий солнечный свет.
В один из дней, когда он собирался провести подобный опыт, в Париже наблюдалась сильная облачность. Беккерель положил образец минерала на пластинку и для большей сохранности спрятал в выдвижной ящик комода. Несколько дней спустя он вернулся к образцу минерала и пластине, проявил ее и к своему удивлению обнаружил на ней отличное изображение кристалла, хотя кристалл все это время находился в ящике комода без доступа солнечного света. Дело в том, что в исследуемом образце минерала содержался уран. Так Беккерель обнаружил радиоактивность.
Тефлон: как нашли идеально гладкое вещество
Рой Планкетт, химик из компании «Дюпон», открыл тефлон в 1938 году. В то время он работал над синтезом новых охладителей. У Планкетта в лаборатории находился полный баллон газообразного тетрафторэтилена, но когда он открыл вентиль, то из баллона ничего не выходило. Он удивился тому, что произошло, и не заметил, как оставил баллон открытым. Спустя некоторое время он обнаружил белое вещество, которое было очень гладким и абсолютно инертным. Таким образом, произошла полимеризация газа в вещество, которое получило название тефлон. Оно использовалось во время второй мировой войны при изготовлении прокладок и клапанов, которые применялись на заводе по обработке сырья для атомной бомбы. После войны тефлон в конце концов нашел широкое распространение в мирной жизни — попал на кухню в качестве антипригарного покрытия для сковородок.
Приклейте их! клеевые заметки
В середине 70-х годов XX века химик Арт Фрай работал в компании «3М», а точнее, в том ее подразделении, где разрабатывались клеи. Фрай, который к тому же еще пел в хоре, в нотной тетради использовал в качестве закладок маленькие обрезки бумаги. Однако эти обрезки часто выпадали и терялись. Однажды он вспомнил о клее, который был разработан и отвергнут несколько лет назад из-за того, что не обладал достаточно сильным клеющим эффектом.
Не теряя времени, он нанес немного этого «бракованного» клея на листок бумаги и обнаружил, что получилась довольно хорошая закладка, которая к тому же отлично отклеивается, не оставляя никаких следов. Таким образом появились на свет маленькие разноцветные листки для заметок на липучке, которые сейчас можно увидеть где угодно.
Растущие волосы
В конце 70-х годов XX века миноксидил, запатентованный фирмой Upjohn, использовался в качестве средства для лечения высокого кровяного давления. Однако в 1980 году доктор Энтони Заппакоста написал письмо в New England Journal of Medicine. В этом письме доктор сообщал, что у одного из его пациентов, который принимал миноксидил против гипертонии, на голове, еще недавно лысой, начали расти волосы.
На это обратили внимание дерматологи, в том числе и доктор Вирджиния Фидлер-Вайсс (Virginia Fiedler-Weiss). Она измельчила несколько таблеток миноксидила и приготовила из них раствор, который предложила некоторым своим пациентам в качестве наружного средства местного действия. Этот раствор оказался настолько эффективным средством, что и по сей день миноксидил применяют как общенациональное средство для роста волос.
Слаще сахара
В 1879 году химик Фальберг работал в лаборатории над одной проблемой синтеза. Случайно он пролил на руку одно из созданных им соединений и обнаружил, что оно имеет сладкий вкус. (Ну почему это не нравится Администрации по безопасности и здоровью на производстве (Occupational Safety and Health Administration — OSHA)!) Фальберг назвал это новое вещество сахарином.
Джеймс Шлаттер открыл, что аспартам сладкий на вкус, когда работал над соединением, используемым в ядерных исследованиях. Он случайно испачкал себе пальцы веществом, которое представляло собой созданный им сложный эфир. Сладкий вкус этого вещества Шлат-тер обнаружил, когда лизнул палец, чтобы взять листок бумаги.