Kimyo · Kimyo asoslari · 1-kurs

Alkimyodan davriy qonungacha

Alkimyogarlar temirni misga «aylantirdi» deb o‘ylagan — aslida tarozida nima o‘zgardi?

Vaziyat

Buxorodagi madrasa hujrasida alkimyogar mis kuporosi eritmasiga temir mix botiradi — mix qizarib, «misga aylanadi». Sakkiz asr o‘tib Parijda Lavuaze qalayni kavsharlab yopilgan retortada qizdiradi va tarozida tortadi, Manchesterda Dalton gazlar nisbatini o‘lchaydi, Peterburgda esa Mendeleyev kartochkalarni stolga terib, hali hech kim ko‘rmagan elementlar uchun bo‘sh joy qoldiradi. Alkimyogarlarning orzusi nega amalga oshmadi, kimyo qanday qilib aniq fanga aylandi va qanday tajribalar bunga yo‘l ochdi?

Mavzu

Kimyo tarixi: alkimyodan davriy qonungacha. To‘rt xona — to‘rt davr. Buxoro madrasasi hujrasidagi alembik (Ar-Roziy distillash qurilmasi, Ibn Sino gul suvi, Beruniyning mineral va metallar nisbiy zichligi tarozisi)…

Asosiy tushunchalar

Massaning saqlanishi
Karra va hajmiy nisbatlar
Davriy qonun va bashorat

Formulalar

Fe + Cu^{2 +} \overset{}{\to} Fe^{2 +} + Cu

Temir mis kuporosidan misni siqib chiqaradi — bu transmutatsiya emas, o‘rin almashish: mis eritmadan keladi.

\sum m_{boshl.} = \sum m_{oxir.}

Massaning saqlanish qonuni (Lomonosov 1748/1756, Lavuaze 1774–1789): yopiq idishda massa o‘zgarmaydi.

2 H_{2} + O_{2} \overset{}{\to} 2 H_{2} O V (H_{2}) : V (O_{2}) : V (H_{2} O) = 2 : 1 : 2

Gey-Lyussakning hajmiy nisbatlar qonuni; Avogadro (1811): teng hajmlarda teng sondagi molekulalar.

M = 2 D_{H_{2}}, A (El) = \min m {(El)}_{1 mol}

Kannitsaro usuli: molyar massa bug‘ zichligidan, atom og‘irligi — 1 mol birikmalardagi element massasining eng kichigi.

A (ekasilitsiy) \approx \frac{1}{4} (A_{Si} + A_{Sn} + A_{ekaAl} + A_{As})

Mendeleyevning «atomanalogiya» usuli: noma’lum element xossalari qo‘shnilarining o‘rtachasiga yaqin.

Nazariya

Kimyoning boshlanishi: amaliyot, atomistika, alkimyo

Kimyo amaliyotdan boshlangan: tosh va neolit davrida olov, kulolchilik (loyni pishirish), so‘ng mis, bronza (Cu + Sn) va temir davrlari — har biri rudadan metall eritishni talab qilgan; Mesopotamiya va Misrda miloddan avvalgi II ming yillikda shisha idishlar yasalgan. Miloddan avvalgi V asrda Levkipp va Demokrit modda bo‘linmas zarralar — atomlardan iborat degan; Arastu to‘rt unsur (yer, suv, havo, olov) va to‘rt sifat g‘oyasini rivojlantirdi: sifatlarni almashtirib bir moddani boshqasiga aylantirish mumkin. Bu g‘oya ellinizm davrida Iskandariyada hunarmandlar tajribasi bilan qo‘shilib, alkimyo tug‘ildi. Yunon-misr alkimyosining asosiy maqsadi — transmutatsiya, oddiy metallarni oltinga aylantirish. Uning vakillari: Bolos Mendesiy (mil. avv. II asr atrofi), Mariya Yahudiya (unga suv hammomi va haydash asboblari nisbat beriladi), Zosim Panopolitan (taxm. 300-yil). Bu yo‘lda haydash, sublimatsiya, kristallash, qotishmalar va bo‘yoqlar haqida ko‘p amaliy bilim to‘plandi.

Sharq alkimyosi va Markaziy Osiyo olimlari

VIII–XI asrlarda yunon asarlari arab tiliga tarjima qilinib (Bag‘doddagi «Bayt al-hikma»), alkimyo tajribaga tayana boshladi. Jobir ibn Hayyon (taxm. 721–813) nomi bilan bog‘liq asarlarda (muallifligi tarixchilar orasida bahsli) simob–oltingugurt nazariyasi bayon qilingan: barcha metallar yer ostida simob va oltingugurtdan, ularning tozaligi va nisbatiga qarab hosil bo‘ladi — demak nisbatni o‘zgartirib, oltin olish mumkin. Al-Kindiy (taxm. 801–873) atirlar va haydash haqida yozgan va oltin olish da’volarini rad etgan. Abu Bakr ar-Roziy (865–925) «Sirlar kitobi»da moddalarni mineral, o‘simlik va hayvon moddalariga, minerallarni esa «ruhlar» (simob, navshadil, oltingugurt, mishyak sulfidlari), metallar, toshlar, kuporoslar, buralar va tuzlarga ajratgan, laboratoriya asboblarini — anbiq (alembik), qozon, tigel, hovonchani tasvirlagan. Abu Nasr Forobiy (taxm. 872–950) alkimyoning mumkinligini himoya qilgan. Abu Rayhon Beruniy (973–1048) «Mineralogiya»da metallar va qimmatbaho toshlarning nisbiy zichligini o‘lchagan (usuli — «Fizika tarixi: Beruniy, Ulug‘bek» tajribasida). Abu Ali ibn Sino (980–1037) «Shifo kitobi»da alkimyogarlar metallarning turini o‘zgartira olmasligini, faqat rangini bo‘yab o‘xshatishini yozgan. Al-Xorazmiy algebrasi va al-Farg‘oniy astronomiyasi bu davrning aniq hisob an’anasini ko‘rsatadi. Asboblar va olimlar sanalari — «Kimyo xonasi va xavfsizlik» tajribasida ham.

G‘arb alkimyosi, texnik kimyo va yatrokimyo

XII–XIII asrlarda arab asarlari lotinchaga o‘girildi. Buyuk Albert (taxm. 1200–1280) minerallar haqida yozdi, Rojer Bekon (taxm. 1219–1292) tajribani ilm asosi deb bildi; Arnoldo de Villanova, Raymund Lull nomlari bilan ko‘plab alkimyoviy risolalar yurgan. «Psevdo-Jobir» (XIII asr oxiri) lotin matnlarida mineral kislotalar — «kuchli suv» (nitrat kislota) va zar suvi tasviri uchraydi. «Vasiliy Valentin» nomidagi asarlar (1600-yillar boshi) surma birikmalarini tasvirlaydi. XVI–XVII asrlarda texnik kimyo gurkiradi: V. Biringuchcho «Pirotexniya» (1540) va G. Agrikola «Metallar haqida» (1556) — rudalar va metallurgiya qo‘llanmalari; Venetsiya shishasi, chinni (Yevropada Meyssen, 1708–1710), keramika, tuzlar, qog‘oz, keyinroq osh tuzidan soda olish (N. Leblan, 1791). Yatrokimyo (Paratsels, 1493–1541) kimyoni dori tayyorlashga yo‘naltirdi: uch asos — oltingugurt, simob, tuz; Van Gelmont «gaz» so‘zini kiritdi. Bu birlashish davrida amaliy bilim va nazariya bir-biriga yaqinlashdi.

Ilmiy kimyo: Boyl, flogiston, pnevmokimyo, Lavuaze va Lomonosov

R. Boyl «Skeptik kimyogar» (1661) da Arastuning to‘rt unsuri va Paratselsning uch asosini tajriba bilan tanqid qildi, elementni boshqa jismlardan tuzilmagan «aralashmagan» oddiy jism deb tushundi va korpuskulyar (atomistik) qarashni tajriba bilan bog‘ladi. Elementning amaliy ta’rifi — analiz bilan parchalab bo‘lmaydigan modda — Lavuazeniki (1789). G. Shtal (I. Bexer g‘oyasi asosida) flogiston nazariyasini yaratdi: yonuvchi modda yonganda «flogiston» chiqib ketadi. Lekin metall kuydirilganda og‘irlashadi! Pnevmatik vanna (S. Heyls, 1727) gazlarni suv ustida yig‘ish imkonini berdi: J. Blek — CO₂ («bog‘langan havo», 1754–1756), G. Kavendish — H₂ («yonuvchi havo», 1766), D. Rezerford — N₂ (1772), J. Pristli — O₂ (1774, HgO ni linza bilan qizdirib; K. Sheele undan biroz oldin olgan, nashri 1777). A. Lavuaze (1743–1794) kavsharlangan retortada qalayni qizdirib, ochmasdan tortganda massa o‘zgarmasligini, ochilganda havo kirib og‘irlashishini ko‘rsatdi; 12 kunlik simob tajribasida havoning ≈ 1/6 qismi yutilib, qizil kuyindi hosil bo‘lishini, kuyindi qizdirilsa o‘sha gaz qaytishini isbotladi — yonishning kislorod nazariyasi. U kimyoviy nomenklaturani (1787) va «Kimyoning boshlang‘ich kursi»ni (1789) yaratdi. M. V. Lomonosov (1711–1765) Peterburgda kimyo laboratoriyasini qurdi (1748), Eylerga maktubida (1748) materiya va harakatning saqlanishini bayon qildi va 1756-yilda yopiq idishda metall kuydirib, massa o‘zgarmasligini kuzatdi. Xavfsizlik: simob va uning bug‘i, simob sulfidi qizdirilganda chiqadigan SO₂ zaharli — bu tajribalar faqat tarixiy rekonstruksiya, maktab laboratoriyasida bajarilmaydi.

Miqdoriy qonunlar va atom-molekulyar ta’limot

I. Rixter (1792–1794) moddalar aniq ekvivalent nisbatlarda reaksiyaga kirishini topdi («stexiometriya»); J. Prust (1799) — tarkibning doimiylik qonuni. J. Dalton (1803–1808): har element o‘z og‘irligiga ega atomlardan iborat; bir xil elementlar bir necha birikma hosil qilsa, bir element massasiga to‘g‘ri keladigan ikkinchisining massalari kichik butun sonlar nisbatida (karra nisbatlar: N₂O : NO : N₂O₃ : NO₂ : N₂O₅ uchun 1 : 2 : 3 : 4 : 5); u birinchi atom og‘irliklari jadvalini va doirasimon belgilarni tuzdi (suvni HO deb olgani uchun O = 7). J. Gey-Lyussak (1808) — gazlar kichik butun hajmiy nisbatlarda reaksiyaga kirishadi; A. Avogadro (1811) buni molekulalar bilan tushuntirdi: teng hajmlarda teng sondagi molekula, H₂ va O₂ — ikki atomli. Y. Berselius harfli belgilarni (1813–1814) va aniq atom og‘irliklarini kiritdi, kimyoviy analizni rivojlantirdi. Elektrokimyo: A. Volta ustuni (1800), G. Devi elektroliz bilan K, Na (1807), Ca, Mg, Ba, Sr (1808) ni ajratdi, M. Faradey elektroliz qonunlarini (1833–1834, $m = M I t / (z F)$ ) va «elektrod, anod, katod, ion» atamalarini kiritdi («Elektroliz» tajribasi). Avogadro g‘oyasini S. Kannitsaro (1858) qayta tikladi; Karlsrue kongressi (1860) qaror qabul qilmay tugadi, lekin u yerda tarqatilgan Kannitsaro risolasi keyingi yillarda atom og‘irliklarining yagona tizimiga olib keldi.

Organik kimyo, davriy qonun, atom tuzilishi, XX–XXI asrlar va O‘zbekiston

Vitalizm (organik moddani faqat tirik organizm yaratadi) F. Veler mochevina sintezi (1828) bilan qulay boshladi; G. Kolbe (sirka kislota, 1845), N. N. Zinin (anilin, 1842), M. Bertlo sintezlari uni butunlay rad etdi. Radikallar va tiplar nazariyalaridan keyin A. Kekule va A. Kuper (1857–1858) uglerodning to‘rt valentligini, A. M. Butlerov (1861) kimyoviy tuzilish nazariyasini yaratdi, Vant-Goff va Le Bel (1874) — stereokimyo. Davriy qonun: I. Deberayner triadalari (1829), J. Nyulends «oktavalar qonuni» (1865), L. Meyer jadvallari (1864, 1870), D. I. Mendeleyev jadvali (1869) va «Kimyo asoslari» (1868–1871): u bo‘sh kataklar qoldirib, ekabor, ekaalyuminiy, ekasilitsiyni bashorat qildi — Ga (1875), Sc (1879), Ge (1886) topildi; Te va I juftida massa tartibidan xossalarni ustun qo‘ydi. Atom tuzilishi: radioaktivlik (A. Bekkerel 1896, Kyurilar 1898), elektron va Tomson modeli (1897, 1904), Rezerford yadrosi (1911), Bor modeli, F. Soddi izotoplari, G. Mozli qonuni (1913), Lyuis va Kossel bog‘ nazariyalari (1916), so‘ng valent bog‘lar va molekulyar orbitallar usullari; kvant mexanikasi (Plank 1900, Eynshteyn 1905, de Broyl 1924, Geyzenberg, Shryodinger 1926, Dirak 1928) kvant kimyoni tug‘dirdi. XX asr: rentgen-struktur analiz, xromatografiya (M. Tsvet), YaMR (1946), xromato-mass-spektrometriya, «nishonlangan atomlar» (D. Xeveshi), polimerlar (G. Shtaudinger) va bioorganik kimyo. XXI asr: supramolekulyar kimyo, nanomateriallar, fotokataliz, femtokimyo, biokimyo va «kimyoviy tibbiyot»; pestitsid, gerbitsid va fungitsidlarning foydasi bilan birga atrof-muhitga xavfi. O‘zbekistonda: akademik S. Yu. Yunusov (1909–1995) O‘simlik moddalari kimyosi institutini tuzgan (1956) — 800 dan ortiq alkaloid ajratilgan; O. S. Sodiqov (1913–1987) — Fanlar akademiyasi prezidenti, Bioorganik kimyo instituti uning nomida; sanoat: Chirchiq («Maxam-Chirchiq»), Navoiyazot, Farg‘onaazot — azotli o‘g‘itlar, Olmaliq va Navoiy kon-metallurgiya kombinatlari, Sho‘rtan va Ustyurt gaz-kimyo majmualari. Model haqida: sahna — rekonstruksiya; tarixiy raqamlar manbalardan, reaksiyalar tezligi vaqt bo‘yicha qisqartirilgan, massalar bugungi atom massalari bilan hisoblangan.

Bilasizmi?

Lavuazening «Kimyoning boshlang‘ich kursi» (1789) kitobidagi asboblar tasvirlari — 13 ta gravyura — uning rafiqasi Mari-Ann Polz-Lavuaze tomonidan chizilgan; u ingliz kimyogarlari asarlarini ham fransuz tiliga tarjima qilgan.
Germaniyni 1886-yilda K. Vinkler argirodit mineralidan ajratib, Germaniya sharafiga atagan; uning atom og‘irligi (72,6) va zichligi (5,32 g/sm³) Mendeleyev 1871-yilda «ekasilitsiy» uchun aytgan 72 va 5,5 ga juda yaqin chiqdi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.