Алхимия и ядерная химия

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН


ФЕРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ


КАФЕДРА ХИМИЯ


САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ
РАБОТА
по дисциплине «История химия»
на тему: Алхимия и ядерная химия
Выполнила:
студентка группы 22.56 1-курса
КОМИЛОВА. М

Проверила:

Амирова Т.Ш.


Фергана-2022

Тема: Алхимия и ядерная химия

План:
1. Алхимия. Наука древних или магия шарлатанов.
2. Взгляды ученых XXI века на алхимию.
3. Зарождение ядерной химии.

Обычно слово «алхимия» воспринимается как обозначение тайного магического искусства, владеющий которым может превратить любой металл в золото, а заодно стать бессмертным. Правда, для многих ученых алхимия скорее ассоциируется с гравюрой-пародией Питера Брейгеля. Столь односторонний взгляд на алхимию связан с тем, что ее обычно рассматривают с позиций современной химии - типичной науки из поля естествознания, и считают дискредитированной шарлатанами предшественницей настоящей химии, этакой «недохимией».

Алхимию нередко называют «детством» химии - периодом, когда отсутствие подлинно научных знаний искатели «волшебных эликсиров» заменяли туманными заклинаниями и другими мистическими приемами. Историки науки вежливо хвалят алхимиков лишь за побочные продукты многовековых бессмысленных поисков «философского камня». Это богатые экспериментальные разработки, создание лабораторного оборудования, методов синтеза и переработки веществ. Регулярно делаются попытки перевода древних зашифрованных рецептов на современный язык формул и уравнений химических реакций.
Подобный узкий, сугубо вещественный подход позволяет гордиться достижениями современной, «научной» химии. И это вполне справедливо. Отделение самой материальной из наук - химии - от присущего алхимикам мистицизма позволило добиться невероятных успехов в изучении вещества.
Но при этом произошли и потери, о значении которых мы сейчас только начинаем догадываться.
Потери эти не являются именно химическими, они общие для всей современной науки. Важнейшая из них - потеря целостности восприятия мира, ощущения взаимосвязи происходящего в лабораторной установке со всем миром веществ и организмов. В науке возникло множество узких и глубоких специализаций, ученые с трудом понимают своих коллег даже из близких областей и соседних лабораторий. Химики синтезируют множество не существовавших в природе веществ, очень нужных для «цивилизации» и «прогресса», но очень вредных для самих людей. Самое известное следствие этого - экологический кризис. Одна из главных причин химического загрязнения природы - отсутствие у ученых «чувства вещества», того резонанса исследователя и предмета исследования, при котором человек ощущает вещество «изнутри». Возможно, что это почти утерянное чувство было основой «Великого Делания» настоящих алхимиков.
Взгляды ученых XXI века на алхимию во многом сохраняют подход первого представителя современного естествознания, исследовавшего ее историю - Пьера Эжена Марселена Бертло (1827-1907). Широко образованный человек, известный химик, бывший в то же время министром народного образования и изящных искусств, затем министром иностранных дел Франции (а с 1876 года - членом-корреспондентом Петербургской АН), он смотрел на историю химии глазами естествоиспытателя конца XIX века. Классическая книга Бертло «Начала алхимии» вышла в 1885 г.
Это было время торжества рационального взгляда на мир, время великих научных открытий и веры во всемогущество естественных наук - математики, физики, химии, биологии.

Научным и единственно правильным в конце XIX века считался только такой способ познания мира, при котором результаты не зависели от личности ученого и имели измеримое материальное выражение (например, открытие новых химических элементов, создание электродинамики). Бурно прогрессирующая химия стала тогда одним из главных орудий человека в преобразовании и покорении природы. Сам Бертло, блестящий химик-синтетик, впервые получивший множество органических соединений из исходных неорганических веществ, а также первый синтетический жир, был абсолютно уверен, что развитие химии принесет счастье человечеству. Вряд ли он мог предполагать, что в начале XXI века лучшей рекламой пищевых продуктов и косметических средств будет надпись «без химических добавок».

В результате исторического анализа Бертло из трудов алхимиков были отсеяны магические и мистические наслоения и извлечены «истинно научные» знания о свойствах веществ. Например, Бертло легко «расшифровал» самый популярный из герметических текстов - «Изумрудную скрижаль» (лат. «Tabulae Smaragdinae») следующим образом:
«Гермесу приписывают одну из главных аксиом алхимиков: «Если вы не лишите тела их телесного состояния и если вы не превратите в тела бестелесные вещества, вы не получите то, что вы ожидаете»; это значит: если вы не лишите металлы их металлического состояния (окислением, растворением и т.п.) и если вы не получите металлы из неметаллических веществ и т.п.»
Трактовка Бертло - узко-химическая. В 1885 году, когда он писал свою книгу «Начала алхимии», он не знал о сложном строении атома. С точки зрения науки начала XXI века аксиому алхимиков можно толковать и как получение из вещества плазмы (ионизированные атомы), и как ядерный распад и ядерный синтез. А можно пойти еще дальше и предположить, что речь идет о разложении нуклонов на кварки. И ничто не запрещает нам пользоваться более модным термином современной физики - «Физическим вакуумом»... Но «химико-металлическая» трактовка остается самой понятной и потому считается самой научной. Подобное сужение восприятия алхимических текстов позволяет современным химикам свысока глядеть на «златоделателей». 
Сам термин «алхимия» имеет арабское происхождение, как многие другие знакомые химикам слова (алкоголь, нафта, нитрум, эликсир (ал-иксир) и т.д.). Средневековые европейские ученые получили древние химические знания в переводе с арабского. В простиравшейся от Инда до Пиреней арабской империи в VIII-IX вв. происходило то, что можно сравнить с более поздним европейским Возрождением XVI в. Начали усиленно развиваться науки и искусства. Арабы активно собирали знания греков, персов и индусов; к 900 г. все важнейшие сохранившиеся книги древности были переведены на арабский язык. Высшие школы были основаны в Багдаде, Самарканде, Кордове, Севилье, Гренаде. Возродилась и получила дальнейшее развитие алхимия, известная до этого как тайное искусство египетских жрецов и затем греческих ученых из храма Сераписа в Александрии. По-видимому, основной теоретической базой арабской алхимии оказалась астрология; в результате начала преобладать магическая «теория» превращений веществ. Основным центром арабской алхимии стала Кордова (современная Испания); в библиотеке кордовского халифа Абд-аль-Рахмана-Шах-Насира было 400 тыс. книг.
Наиболее известные ученые арабского мира - Джабир-ибн-Хайян(лат. Гебер) (VIII-IX вв.), алхимик, получивший нашатырный спирт, растворы серной и азотной кислот; Абу Бакр Мухаммед ибн Закарийа ар-Рази, сокращенное имя Абу-ар-Рази или Ар-Рази (лат. Разес) (865-925 гг.), создавший первую подробную классификацию веществ и лабораторного оборудования; Абу али Ибн Сина (лат. Авиценна) (ок. 980-1037), великий врач и энциклопедист; Ибн-Рушд (лат. Аверроэс) (1126-1198), философ, учение которого влияло на европейское естествознание до XVII века.
Несмотря на то, что большинство работ Джабира-ибн-Хайяна сейчас известны только в более поздних переводах, именно ему можно приписать чрезвычайно важную для алхимиков теорию «стихий-качеств» или «двух принципов». Согласно этой теории, все металлы состоят из двух начал, двух принципов - серы и ртути. Эти начала не соответствуют известным элементам (Hg и S). Ртуть - женское начало, символизирует металлические свойства и обусловливает блеск, ковкость и гибкость металлов. Сера - мужское начало, указывает на степень воспламеняемости и цвет. Известные металлы отличаются друг от друга только соотношением принципов ртути и серы. В приписываемой Джабиру книге «Сумма тайных совершенств» написано: «Солнце (золото) составлено из весьма утонченной ртути и небольшого количества очень чистой, ясной, гомогенизированной серы с красноватым отливом.» Из идеи двух начал следует, что металлы способны к взаимному превращению (трансмутации) - нужно только изменить в них соотношение принципов серы и ртути. Последователь Джабира Ар-Рази вводит еще одно начало или принцип - соль, или мышьяк. Принцип «соль» - не составляющая металлов, а описание способа слияния принципов серы и ртути.
Подобная «теория строения» кажется современным химикам не только антинаучной, но и просто смешной. Однако вполне современная (1964 г.) теория строения вещества - кварковая - предполагает, что все элементарные частицы построены из «цветных», «странных», «очарованных» кварков, соединяющихся благодаря наличию специального «принципа взаимодействия» - глюонов.
Ядерная химия — часть химии высоких энергий, раздел физической химии — изучает ядерные реакции и сопутствующие им физико-химические процессы, устанавливает взаимосвязь между физико-химическими и ядерными свойствами вещества. Часто под ядерной химией подразумевают области исследования радиохимии (иногда как её раздел) и радиационной химии. Это разные науки, но ядерная химия является для них теоретическим фундаментом. Термин ядерная химия даже в настоящее время не является общепринятым по причине того, что превращение атомных ядер это изначально область ядерной физики, а химия по определению изучает только химические реакции при которых ядра атомов остаются неизменными. Ядерная химия зародилась на стыке радиохимии, химической физики и ядерной физики
Зарождение ядерной химии, как и ядерной физики, связано с открытием радиоактивности урана (А. Беккерель, 1896), Th и продуктов его распада — новых, радиоактивных элементов Ро и Ra(М. Склодовская-Кюри и П. Кюри, 1898). Дальнейшее развитие было определено открытием искусств. ядерного превращения (Э. Резерфорд, 1919), изомерии атомных ядер естественных радионуклидов (Отто Ган, 1921) и изомерии искусств. атомных ядер (И. В. Курчатов и др., 1935), деления ядер Uпод действием нейтронов (О. Ган, Ф. Штрасман, 1938), спонтанного деления U(Г. Н. Флёров и К. А. Петржак, 1940). Создание ядерных реакторов (Э. Ферми, 1942) и ускорителей частиц (Дж. Кокрофти Э. Уолтон, 1932) открыло возможность изучения процессов, происходящих при взаимодействии частиц высокой энергии со сложными ядрами, позволило синтезировать искусственные радионуклиды и новые элементы. Становление ядерной химии как науки связано с работами американского химика и физика-ядерщика (химика-ядерщика) Гленна Сиборга во время работ по созданию атомной бомбы. Ядерная химия была призвана решить проблему получения весовых количеств плутония. Современная ядерная химия сформировалась благодаря появлению новой области физической химии — химии высоких энергий.
Для решения поставленных задач в ядерной химии используют радиохимические методы, ионизационный, в последнее время, масс-спектрометрические, а также применяют толстослойные фотоэмульсии. Важнейшая задача ядерной химии — выделение и идентификация радиохимическими методами продуктов ядерных реакций. Особую роль эти методы играют при исследовании ядерных реакций, в которых образуется сложная смесь нуклидов различных элементов. Для их выделения применяют радиохимические варианты методов осаждения, экстракции, ионообменной хроматографии, электролиза и дистилляции. Идентифицируют нуклиды по характеру излучения, измерением энергии и периода полураспада или методом масс-спектрометрии. Для этой цели используют многоканальные спектрометры, различные типы счетчиков. Изучение механизма ядерных превращений позволило понять процессы, протекающие в космосе, происхождение и распространение химических элементов, объяснить аномалии в изотопном составе различных природных объектов, получить радиоактивные изотопы почти всех химических элементов и синтезировать новые элементы периодической системы, в том числе актиноиды и трансактиноиды. Для определения периода полураспада короткоживущих нуклидов (Т1/2 < 1 мин) используют специальную технику измерения времени жизни нуклида от момента его образования до распада непосредственно на детекторе.
К ядерной химии иногда относят и некоторые радиохимические проблемы, например исследование химии «горячих атомов», возникающих при различных ядерных превращениях. Горячие атомы в результате радиоактивного распадаимеют избыточную (по сравнению с обычными атомами среды) кинетическую энергию, формально соответствующую температурам 10 000-10 000 000 К и превышающую энергию активации многих химических реакций. При столкновениях с атомами и молекулами среды горячие атомы способны стабилизироваться в соединениях, отличных от исходных (эффект Силарда — Чалмерса; 1934). Этот эффект и используют в радиохимии для исследования механизма реакций горячих атомов со средой, для синтеза меченых соединений, разделения изотопов и др.
Методами ядерной химии с использованием «новых атомов», и прежде всего позитрония (Ps) и мюония (Мu), изучают превращения атомов в различных химических системах — мезонная химия.