Химик. А. К. Чарыков, В. К. Потрохов

Химия как искусство превращения веществ родилась на заре человеческого общества. Уже первобытные люди пользовались в своем быту огнем как средством обработки пищевых продуктов, а зола, оставшаяся после лесного пожара, служила своеобразным удобрением первым земледельцам. За 3000 лет до нашей эры люди научились выплавлять из руд медь и ее сплав с оловом - бронзу, и это ознаменовало крутой перелом в истории человеческого общества - на смену каменному веку пришел бронзовый. Секрет выплавки железа был открыт примерно в 1500 году до нашей эры. Начиная с этой поры, цивилизация вступила в железный век. К концу первого тысячелетия до нашей эры древние народы Средиземноморья и Ближнего Востока, Индии и Китая уже умели варить стекло и обжигать керамику, красить ткани, дубить кожи, готовить закваску для выпечки хлеба, варить пиво и сбраживать виноградный сок.

Слово "химия" впервые встречается в 336 году нашей эры в книге римского астронома Юлия Матерна Фирмика, в которой он рекомендует заниматься ею лишь тем, кто родился под знаком Сатурна. Происхождение этого слова до сих пор остается спорным, но наиболее вероятной версией является та, которая связывает слово "химия" с древним названием Египта - Kham. В пользу этого говорит факт, что египетские жрецы умели не только выплавлять и проверять на чистоту такие металлы, как золото, серебро, медь, олово и свинец, но и готовить из них различные сплавы. Кроме того, они знали и хранили в глубокой тайне многие рецепты и приемы приготовления лекарств, красителей, горючих веществ, косметических препаратов и других снадобий.

В последующую эпоху, вплоть до XVII века, химия развивалась как тайное искусство, причем центральной идеей и основной целью ее было превращение неблагородных металлов - меди, олова, свинца, ртути - в золото и серебро с помощью особого магического вещества - философского камня. И какой бы фантастической и нелепой ни казалась эта идея с позиции современных представлений о строении вещества, ее рьяные поборники - средневековые алхимики - накопили огромный багаж наблюдений, ввели в обиход большое количество новых веществ и соединений, изобрели целый ряд приборов и технических приемов (перегонка, возгонка, осаждение, перекристаллизация), оставшихся в химической практике по сей день.

Основоположником химии как науки многими учеными по праву считается великий английский химик Роберт Бойль. Химики, по его мнению, должны "посвятить все свои силы производству опытов и собиранию наблюдений, а не высказыванию теорий, не проверенных опытным путем". Он первым из химиков дал материалистическое понятие химического элемента, близкое к современному, и ввел в научную терминологию понятие "химический анализ". Он был сторонником и пропагандистом слияния физических и химических методов исследования, широко пользовался в своих опытах весами, мерной посудой, приемами объемного титрования. Его именем назван важнейший газовый закон - закон Бойля - Мариотта. Но мало кто знает, что Бойль открыл и описал свойства фосфорной кислоты и фосфористого водорода, получил уксусную кислоту при сухой перегонке древесины, впервые стал использовать растительные экстракты (фиалок, васильков) в качестве кислотно-основных индикаторов для определения кислот и оснований. Его основное сочинение "Химик-скептик" на долгое время определило основные направления и пути развития химии.

Гениальный великий русский ученый и поэт Михайло Васильевич Ломоносов был ученым-энциклопедистом, стоял у истоков корпускулярной (атомистической) теории химии. Ему принадлежит блестящее экспериментальное доказательство закона сохранения материи в химических превращениях, опровергающее мнение самого "славного Роберта Бойля". Ломоносов, подобно своему гениальному соотечественнику Д. И. Менделееву, был поборником теоретических наук и практических задач промышленности и сельского хозяйства России. Он разработал множество рецептур для изготовления минеральных красок и цветных стекол (смальт). (Мозаическая картина "Полтавская баталия", собранная под его руководством из образцов смальты, которые были изготовлены на организованной им в 1753 году фабрике, украшает вестибюль здания Академии наук в Ленинграде.) В 1752 году он прочел нескольким студентам Петербургской академии первый в мире курс физической химии.

XIX и XX века выдвинули целую плеяду знаменитых химиков различных национальностей, блестящих экспериментаторов и глубоких теоретиков, способствовавших ее быстрому развитию и проникновению во все отрасли техники, промышленности и сельского хозяйства. И ныне мы являемся свидетелями триумфа химии, которая в наше время стала не только мощной многоотраслевой наукой, но и уверенно заняла ведущее место в системе производительных сил общества.

Химия наших дней - это многомиллионная армия рабочих и инженеров, технологов, операторов, аппаратчиков, ученых, студентов, учителей, учащихся школ и ПТУ. Это система вузов и техникумов, академических и отраслевых институтов, конструкторских бюро, центральных заводских лабораторий и контрольных станций. Это огромные металлургические, нефтеперерабатывающие, целлюлозно-бумажные, горно-обогатительные комбинаты, заводы по производству удобрений, пластмасс, синтетических волокон и тканей, цемента, огнеупоров, стекла и других важнейших материалов современности.

Опытный наставник быстро находит ошибку

Но не только эти, поражающие своими масштабами промышленные предприятия, определяют лицо современной химии. Это и тончайшие и сверхпрочные эластичные синтетические сосуды, призванные заменить естественные живые ткани; отдельные гены, искусственно пришитые к хромосомам бактерий и вирусов, заставляющие их производить в организме недостающие вещества; новые удивительные лекарства и биологические стимуляторы, выделяемые в количествах нескольких миллиграммов из килограммов природного сырья; феромоны и аттрактанты - вещества-сигнализаторы опасности и средства общения в мире животных и т. д. И как бы ни далеки, казались друг от друга задачи, методы и приемы работы специалистов-химиков, работающих в разных областях, всех их объединяют общие цели - изучения состава и строения веществ на атомно-молекулярном уровне: химический анализ и синтез, конструирование новых соединений и веществ по наперед заданному плану, обладающих полезными для человека качествами. Химический состав - свойства - практическое использование - так вкратце выглядит основная триада: тройная цепь задач химии как науки и как ведущей отрасли народного хозяйства.

И если вы решили выбрать химию своей профессией, можете не сомневаться - она принесет вам глубокое удовлетворение, ибо области ее приложения необычайно широки, а объектами исследования являются все материальные тела живой и неживой природы, включая космические объекты.

В настоящее время химикам известно несколько десятков тысяч неорганических и несколько миллионов органических соединений. Каждое из них индивидуальное, то есть обладает своим особым набором свойств, своей химической природой. Познать их и использовать в практической деятельности - благородная и благодарная задача, решить которую под силу лишь тем, кто знает и умеет. Знать - залог разумного, научного подхода, позволяющий избежать долгих, ненужных, а порой и бесплодных поисков и опытов. Уметь - значит, чувствовать вещество, интуитивно сознавать его химическую сущность и особенности, предугадывать его поведение в конкретных условиях эксперимента. Но уметь для химика означает еще и готовность быть терпеливым и упорным в достижениях главных целей - направленного превращения одних веществ в другие, получения и выделения новых продуктов.

Несмотря на огромные успехи и технические свершения современной химии, такие, как получение искусственных алмазов, проведение химического анализа атмосферы Венеры, синтез некоторых гормонов, расшифровка молекулярной структуры наследственности, химия наших дней, так же как и в древние времена, остается в значительной мере искусством. И современным химикам природа открывает с большим трудом свои сокровенные тайны, обнажая перед ними неожиданные грани и скрытые свойства материи. Материя в руках химика играет всеми оттенками природных красок и запахов, предстает перед глазами в причудливых, а порой неожиданных формах, обнаруживает удивительные, неожиданные свойства. Мир, увиденный глазами химика, красочен, богат и бесконечно разнообразен. И если вы решили стать химиком, природа щедро откроет перед вами свои кладовые. Вы увидите мир, полный движения, изменений и превращений, удивительные картины рождения и гибели молекул, ионов, свободных радикалов и других частиц - фундаментальных кирпичиков, из которых состоит весь окружающий нас мир.

Когда в начале XIX века химия окончательно выделилась из общего русла естественных наук, определила свой предмет и свои задачи, сформулировала свои первые научные теории, она представлялась современникам единой и монолитной. Но уже на ранних этапах своего развития химики поняли, что их наука настолько широка, сферы ее приложения и практические задачи настолько многообразны, что появилась необходимость ее разделения на различные отделы и химические дисциплины.

Уже в XIX веке химики четко разделились по предмету исследования на неоргаников и органиков. Первые изучали мир мертвой неорганической природы, вторые - живую органическую материю и те вещества и соединения, на которых она образуется и которые лежат в ее основе. В эту же пору сложилась как самостоятельная дисциплина аналитическая химия, которая стала заниматься химическим анализом вещества.

В начале XX века сложились и оформились биохимия, физическая химия, электрохимия, геохимия, агрохимия, гидрохимия, коллоидная химия и ряд других химических дисциплин.

Возникновению и становлению каждой из них способствовала в первую очередь практическая необходимость развития экономики. Так, промышленное производство алюминия, который еще в конце прошлого века был "экзотическим" металлом, стало возможным только с развитием теоретической базы электрохимических производств и на основе всестороннего изучения минеральных ресурсов нашей планеты. Необходимость замены традиционных материалов - металлов и дерева - другими, обладающими особым набором технических и эксплуатационных свойств - пластичностью, коррозионной устойчивостью, диэлектрическими свойствами, легкостью, прочностью, - вызвала бурный рост исследования полимеров и возникновение новой науки - химии полимеров. Потребности автомобильной и авиационной промышленности стимулировали в 20 - 30-х годах нашего века возникновение нового научного направления - химии каучука и его синтетических аналогов.

Уже при жизни нашего поколения возникли и продолжают возникать новые направления и разделы химической науки, призванные решать насущные задачи развития экономики и народного благосостояния. Очень часто эти новые направления и идеи, лежащие в их основе, возникают, как принято теперь говорить, на стыке наук. Не только практические нужды, но и взаимодействие, взаимопроникновение наук друг в друга рождают новые идеи.

Так, на "пересечении" химии, физики, биологии и математики родилась в 60-х годах нашего века одна из наиболее интересных химических наук - молекулярная биология. Как передается информация от клетки к клетке или от коры больших полушарий мозга к двигательным органам или органам речи? Где и как записана инструкция, в соответствии с которой из единственной оплодотворенной клетки живого организма со временем образуется взрослая особь со всеми ее особенностями внешнего облика, поведения и психического склада? Еще во времена Менделя и Дарвина ученые предполагали, что большая часть индивидуальных черт организма наследуется и передается с помощью особых мельчайших единиц наследственности - генов, но только во второй половине XX века ученые увидели и точно охарактеризовали гены как материальные частицы. Молекулы азотсодержащих оснований - аденина, гуанина, цитозина, тимина и урацила - буквы, с помощью которых на завитой в спираль нитке полимерной нуклеиновой ("нуклесс" в переводе с греческого - "ядро") кислоты записаны слова, предложения, команды - полная инструкция о том, как и в какой последовательности должна проходить химическая сборка организма. Этому успеху способствовали усилия ученых самых разных специальностей и достаточно высокий уровень техники и научного оснащения, достигнутый к середине нашего века.

Электронный микроскоп, точнейшие рентгенографические установки, техника низких температур и глубокого вакуума, прецизионные (точнейшие) методы разделения и очистки - хромография, экстракция, электрофорез и электродиализ и многие другие современные экспериментальные методы и приборы - та необходимая база, на которой выросла химия и продолжает сейчас бурно развиваться.

Наше время знаменуется пристальным вниманием к интересам и судьбам человека, как личности и основного элемента социального развития. Человек - в центре науки нашей эпохи. На повестке дня - проблема увеличения продолжительности жизни, поиск эффективных методов и средств борьбы с сердечными и раковыми заболеваниями, наследственными болезнями, психическими недугами. В решении каждой из этих задач химии принадлежит решающая роль.

Сейчас 20 процентов мировых патентов выдается на открытия в области химии (исключая металлургию, горную, нефте- и газодобывающую промышленности), а доля химической продукции в валовом мировом производстве в стоимостном выражении близка к 25 процентам. В будущем эти показатели, несомненно, еще возрастут. Логика научно-технического прогресса предопределяет опережающие темпы развития отдельных отраслей химической промышленности и химии как науки в целом. Без новой технологии и новых материалов не создать ни искусственное сердце, ни космическую технику. Даже новые, сверхчувствительные методы анализа возникают для решения конкретных практических задач - при конструировании лазеров, создании сверхпроводящих и фоточувствительных материалов, для экологического контроля окружающей среды. Какую бы отрасль народного хозяйства, техники, быта, культуры, здоровья мы ни взяли, везде их развитие и прогресс органически связаны с достижениями химической науки и промышленности. Уже при жизни нынешнего поколения вполне обоснованно возник и стал широкоупотребимым термин "химизация" промышленности, экономики, сельского хозяйства. Вот несколько примеров, показывающих, как велика роль химии в выполнении, например, Продовольственной программы.

В начале нашего века урожай зерновых культур даже в самых благоприятных условиях не превышал 15 процентов с гектара. Сегодня благодаря применению различных видов минеральных удобрений, инсектицидов, ростовых веществ и других химических препаратов в ряде хозяйств нашей страны урожай получают в 60 центнеров зерна пшеницы с гектара. Конечно, не последнюю роль в этом играет селекция и новые сорта, а к их созданию причастна и химия.

Всех химиков объединяют общие цели: изучение состава и строения веществ на атомно-мопекулярном уровне

Ученые-футурологи предсказывают, что к началу XXI века урожайность зерновых достигнет 100 центнеров с гектара.

Применение витаминных добавок, стимуляторов роста, антибиотиков и других биологически активных веществ способствует существенному повышению привесов сельскохозяйственных животных. В нашей стране освоен промышленный способ производства кормового белка из парафиновых углеводородов нефти и ведутся работы по утилизации одноклеточной водоросли хлореллы в пищевых целях.

Можно не сомневаться, что в пищевом рационе жителей XXI века синтетические продукты займут достойное место.

Уже сейчас ученые многих стран работают над увлекательнейшей и важнейшей задачей генной и клеточной инженерии - придать растениям способность связывать молекулярный азот из воздуха, подобно тому, как это делают так называемые "азотофиксирующие" бактерии на корнях бобовых растений. Один из путей решения этой задачи - введение - интродукция - в хромосомы культурных растений генов из хромосом бактерий, программирующих фиксацию азота.

В нашей стране проводят работы по прямому синтезу углеводов из воды и углекислого газа подобно тому, как это происходит в зеленых листьях растений в процессе фотосинтеза.

В повестку дня при выполнении энергетической программы поставлена задача, найти каталитический способ фотохимического разложения воды под действием солнечного света. Если химикам удастся решить эту задачу, человечество получит в свои руки практически неисчерпаемый и экологически чистый источник энергии - молекулярный водород, при сгорании которого выделяется большое количество энергии и никаких отходов, кроме обыкновенной воды.

Вместе с тем сегодня в ряде стран проводятся работы по биотехнологической, микробиологической переработке зеленой массы растений, древесины и отходов сельскохозяйственного производства в горючий биогаз, метан, водород и этиловый спирт, которые заменят нефть в двигателях будущего.

Химические методы очистки крови и мочи от вредных веществ, накапливаемых в результате самоотравления организма и при различных тяжелых заболеваниях, широко применяются в медицине. К ним относится диализ (аппарат "искусственная почка") и гемо-сорбция (очистка крови от холестерина и других, способствующих инфаркту веществ с помощью сорбентов - поглотителей). Ряд ферментативных препаратов (включая так называемые иммобилизованные ферменты) успешно применяются для растворения тромбов и других злокачественных образований. Все большее применение получают капсульные препараты "пролонгированного" (продолжительного) действия, основанные на медленном, но дозированном поступлении лекарственных веществ из ампул, вшитых или принятых внутрь.

На повестке дня - конструирование вживляемых в организм инъекторов, вырабатывающих недостающие гормоны. К началу третьего тысячелетия химиотерапия должна победить рак, диабет. В обозримом будущем врачи в содружестве с химиками научатся побеждать наследственные болезни, улучшать память, продлевать жизнь. Не исключено, что протезирование внутренних органов - почек, сосудов, сердца - станет обыденным уже в медицине XXI столетия. Зачатки этого направления созданы уже теперь. И не малая заслуга в этом деле принадлежит именно химии, ибо только она может и обязана создавать материалы, способные конкурировать с природными тканями.

И наконец, несколько слов о космохимии. Космические тела, планеты, звезды, кометы, туманности построены из тех же атомов и молекул, что и Земля. И даже космические лучи представляют из себя в основном те же частицы, из которых состоит земная материя. Конечно, астрономы открывают и совершенно неведомые на земле объекты и состояния вещества - квазары, пульсары, черные дыры. Не исключено, что в глубинах Космоса существует и антиматерия. Но свет далеких звезд, идущий на Землю миллионы лет, - это излучение атомов, молекул, ионов и атомных ядер. Как, из каких атомов и частиц устроена Вселенная? Когда и каким образом родилась Земля, Луна, планеты, звезды, Галактика и вся известная нам Вселенная? Было ли у нее начало, есть ли у нее границы? Есть ли во Вселенной жизнь и Разум где-либо, помимо нашей планеты? Все эти фундаментальные вопросы космологии и философии помогает решать химия. Для этого надо знать химический состав метеоритов, Луны, планет, комет и звезд.

Советской науке принадлежит ведущее место в организации уникальных экспериментов по химическому исследованию этих тел. Советские межпланетные корабли спускаются на Венеру, летят на встречу с кометой Галлея. Автоматические анализаторы отбирают пробы, обрабатывают их и передают на Землю автоматизированную информацию. Космос и Химия неразрывны. Любая космическая станция - автономное химическое предприятие со сложной системой получения, использования, регенерации, переработки и хранения химических продуктов и веществ, необходимых для поддержания оптимальных параметров жизнедеятельности и работы космонавтов. Константин Эдуардович Циолковский мечтал о выходе Человека в космическое пространство. Советские конструкторы, инженеры, химики-технологи, ученые разных специальностей создали первые в мире космические аппараты, орбитальные станции, межпланетные корабли и ракетное топливо, способное побороть земное притяжение. Советский человек первым увидел Землю с космической высоты, первым вышел в открытый космос. Советские космонавты первыми осуществили технологические эксперименты в условиях невесомости.

Химию XXI века ждет много свершений и много осуществленных чудес на Земле, в глубинах океана и в безграничных просторах космоса. И если вы решите выбрать химию своей профессией, вы станете участниками этих свершений и творцами будущих рукотворных чудес.

Какие же химические профессии и специальности можно получить по окончании средних профтехучилищ, химических техникумов, химических и химико-технологических вузов нашей страны?