Чому ми пишемо хімічні формули саме так. Науково-популярний журнал для юнацтва «Країна знань» №4, 2024

Деякі хімічні формули, наприклад, ті ж формули води або кухонної солі, нам з вами знайомі майже так само, як і слова, що їх позначають. Виразні формули сучасної хімії зручні, загальноприйнятні і загальнозрозумілі, немов загальний алфавіт; колишні, у тому числі, успадковані від алхіміків, куди більш хитромудрі і складні системи хімічних записів наукою призабуті.

 Але чому ми пишемо їх саме так? Всьому «виною» молодий студент-медик Уппсальского університету Єнс Якоб Берцеліус (1779-1848) зі Швеції.

Єнс
Єнс Якоб Берцеліус
(1779–1848)

Берцеліус зрозумів, що його справжнє покликання - хімія (за шведською студентською легендою, він навіть совав хабар сторожу вузівської хімлабораторії, щоб приходити туди щодня, а не раз на тиждень, як належало за навчальним планом практичних занять). І був дуже засмучений тим, що в той час шведські вчені не використовували хімію в своїх працях тією мірою, як це робили вчені інших країн, передових у науці. На думку молодого студента, рідній Швеції це загрожувало відставанням від розвинених у плані хімічної науки сусідів.

За сімейними переказами, відомий своєю допитливістю, ще дванадцятирічним хлопцем Берцеліус обожнював майже про все детально розпитувати, задаючи купу серйозних питань, - чим дратував і стомлював членів власної родини. Одного разу ті спеціально познайомили його з лікарем при місцевих мінеральних джерелах у Медеві, на півдні Швеції, щоб той залишив їх у спокої і набридав комусь іншому поза домом.

Тактичний прийом спрацював: хлопець захопився вивченням мінерального складу води з джерел, рік пропрацював у лікаря асистентом. Незабаром, дізнавшись про «вольтів стовп» італійського вченого Алессандро Вольта (1745-1827), що з'явився в 1800 році, першому пристрої, який забезпечував постійний електричний струм, він сам сконструював собі майже такий же, правда, з поправкою на свою бідність, з мідних монет і зібраних біля будівництва цинкових обрізків, - для електрохімічних і медичних експериментів.

 Молодий студент-медик опублікував свої перші наукові роботи про склад мінеральних вод, які він вивчав (у 1800-му) і про гальванічний вплив електрики на органи тіла (у 1802-му). Так були закладені основи впливу Берцеліуса, який у 29 років став академіком Шведської академії наук, і майбутнього багаторічного одного з її керівників, на сучасну хімію.

Згодом Берцеліус тісно подружився з такими своїми колегами, шановними ученими з інших країн, як дослідник електромагнетизму датський фізик Ханс Крістіан Ерстед (1777-1851), який взимку 1819-1820 років вперше експериментально довів вплив електричного струму на магніт, і один з основоположників органічної хімії, першовідкривач щавлевої кислоти німець Фрідріх Велер (1800-1882), який допомагав перекладати роботи Берцеліуса.

Завдяки своїм дослідженням Берцеліус відкрив кілька елементів, - а саме: церій (у 1803-му), селен (у 1817-му) і торій (у 1828-му), став одним із відкривачів кремнію і цирконію, дав назву ванадію.

Берцеліус неодноразово підкреслював важливість наявності літератури з кожної з досліджуваних ним тем. Коли, після вивчення тканин і рідин тварин, він у 1807 році зробив відкриття молочної кислоти в м'язових тканинах, то, описуючи її, також пожалкував, що доти все ще не існувало компендіуму[1] всіх уже відомих хімічних фактів, рівнянь і реакцій. Адже саме це, на думку Берцеліуса, - «квінтесенція для кожного хіміка» у світі!

Lärbok i kemien
Той самий багатотомник
«Lärbok i kemien»

Вчений взявся за таку роботу сам: став збирати всі можливі матеріали, манускрипти і замітки з хімії. І вже дуже скоро, у 1808 році, з друку вийшов перший том першого у світі узагальнюючого хімічного довідника і підручника, де ясно і чітко був викладений матеріал, - «Lärbok i kemien».

 Книга ця, що розрослася до шести томів і перекладена на ряд мов, активно використовувалася у світовій хімічній науці в наступні три десятка років; а її автор став найавторитетнішою постаттю в області хімії. Згодом Берцеліус тричі публікував все більш точні і повні таблиці атомних мас елементів, у 1812-му з'явилася його робота з електрохімічної класифікації елементів. Болгарський хімік, історик і популяризатор науки Калоян Манолов у своєму двотомнику біографій учених XVII XIX століть «Великі хіміки» зазначав:

 «Берцеліус був невтомним. Число синтезованих, очищених і проаналізованих речовин наростало з кожним місяцем 100, 200, 300... Минули роки. Речовин стало 1000, а Берцеліус все ще продовжував працювати наполегливо і систематично. Протягом майже 20 років він вивчив понад 2000 сполук відомих тоді 43 елементів, щоб визначити їх атомні ваги. Успіх його був безперечним, велика частина отриманих значень визначена з тією ж точністю, з якою і нині обчислені атомні ваги елементів».

І, нарешті, саме він у 1813-1814 роках ввів просту і зрозумілу систему хімічних символів для позначення елементів (у вигляді першої або першої й однієї з наступних букв назви такого), що згодом призвело і до появи в науці сучасного способу написання хімічних формул. Сам Берцеліус, правда, писав хімічні формули способом, який дещо відрізняється від сучасного, - з верхніми, надрядковими цифровими індексами.

 «Він приступив вже до складання таблиць, але щось його постійно бентежило, і він відчував якусь незадоволеність. Берцеліус креслив різноманітні круги, якими Дальтон позначав елементи, і невдоволено кривив губи.

Кратер Берцеліус
Кратер Берцеліус (лат. Berzelius)
— ударний кратер у північній частині
Таврских гір з видимого боку Місяця

 – До чого ж незручні ці знаки! Їх важко писати, вони складні для запам'ятовування, а коли приходить час їх друкувати, виникає ціла трагедія. У друкарів дійсно не було таких знаків, їх доводилося готувати спеціально. Кожен друкар відливав знаки різної величини, і формули виходили дуже строкатими. Необхідно було винайти новий, більш зручний спосіб позначення елементів. Берцеліус взяв список елементів і почав уважно його розглядати, подумки перераховуючи основні властивості кожного з елементів.

 Найзручніше - позначити елементи буквами. Тоді не буде необхідності у спеціальних типографських знаках. І, крім того, вони легше запам'ятовуються і пишуться. Припустимо, досить першої літери латинської назви елемента. Кисень у такому випадку буде позначатися літерою О (оксігеніум), а водень Н (гідрогеніумом). Берцеліус з захопленням почав записувати назви і знаки елементів, поки не дійшов до ртуті. Її латинська назва починається теж з Н (гідраргірум). Що ж, значить, до першої букві потрібно додати ще один знак. Латинські назви вуглецю, хрому та міді теж починаються з однієї і тієї ж букви - C. Отже, вибір букв повинен підкорятися якійсь закономірності. Щоб уникнути повторень, він запропонував однією літерою позначати неметали, а якщо виникає необхідність, додавати другу букву, яка повинна застосовуватися для металів.

Для позначення вуглецю залишилася буква C, для міді - Cu, а для хрому - Cr. Згідно з цим правилом, він позначив азот буквою N, нікель - Ni, водень - Н, ртуть - Hg і так далі. Стаття Берцеліуса про нову номенклатуру була опублікована в 1813 році в журналі Томсона «Філософські літописи». Рік по тому в тому ж журналі Берцеліус опублікував ще одну статтю, в якій сформулював правила написання формул». (Калоян Манолов, «Великі хіміки»).

А ще Берцеліус у 1838 році придумав слово «протеїн», ввів у хімію такі терміни як «алотропія», «ізомерія», «каталіз», «органічна хімія». Одним словом, цей впливовий шведський учений - один із тих, хто вніс чималий внесок у розвиток науки останніх двох століть, що прискорив розвиток таких наук, як біологія і хімія; сучасна «Encyclopædia Britannica» прямо визначає його в числі «одного із засновників сучасної хімії».

[1] Компендіум являє собою короткий збірник інформації, що відноситься до сукупності знань

Міодраг Драгомілович, Сербія