Дополнительный материал к урокам по теме "Химия и религия"
занимательные факты по химии по теме

Афанасьева М. Н.

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов № 53» города Курска

Химия и религия

Тема: «Предмет  химии. Вещества и их свойства».

     Среди алхимиков, искренне, бескорыстно и честно служивших науке, попадались и обманщики, использовавшие алхимию для собственной наживы. Из такого рода «артистов» алхимического обмана наиболее замечательна фигура жившего в XVIII веке итальянца Джузеппе Бальсамо, известного под именем графа Калиостро. Он выдавал себя за современника(!) Иисуса Христа, обладателя жизненного эликсира и философского камня. Его похождения были описаны Гете, А. Дюма-отцом.

Тема: «Закон сохранения массы веществ. Роль М. В. Ломоносова в развитии химии».

     Высоким искусством мозаики славились мастера Византии. Во многих церквах и храмах сохранились их работы, не потерявшие до наших дней сияния и блеска своих красок.

     В Древней Руси знали и умели делать цветное стекло. Многие соборы X- XI вв. в Киеве, Чернигове, во Владимиро - Суздальском княжестве славились своими мозаичными картинами из цветной смальты.

     Мозаичное дело в Италии в XVII-XVIII вв. было сосредоточено в папской мозаичной мастерской, которой в середине XVII века было поручено перевести в мозаику картины маслом, украшавшие собор Святого Петра.

     Одна из первых ломоносовских мозаик, набранная, вероятно, лично им самим - маленький образок Нерукотворного Спаса (иконка размером 11,2 см х 9 см).

Тема: «Кислород. Оксиды. Горение».

     ***

     Значение огня для жизни ощущалось первобытным человеком настолько сильно, что в древности даже возникла легенда о даровании огня людям богами (легенда о Прометее).

    * **

    Оксид железа Fе2О3 (охра)

     В красках, которые использовал монах-живописец Дионисий в 1492 году для росписи знаменитых фресок Ферапонтова монастыря, также содержалась охра.  

    ***

     «Празелень» - самая дешевая и популярная краска XVII века. Она включает в себя оксид кремния  SiО2, оксид железа (III) Fe2O3, оксиды К, Nа, Са, Мg и воду. Празелень применял Дионисий для росписи фресок Ферапонтова монастыря в 1492 году, её использовали в «Стенном письме» Грановитой  Палаты Московского Кремля в 1668 году.

Тема: «Вода. Растворы. Основания».

    ***

     Все знают, что формула воды - Н2О. А вот кто её впервые установил? Маленькая подсказка: этот человек по образованию был теологом, в 1796 году в университете Турина получил степень доктора богословия. (А. Авогадро).

    ***

     Если проследить упоминание о воде в священном писании, то это упоминание очень часто связано с идеей очищения. Наиболее ярко это отражено в повествовании о крещении израильтян в реке Иордан во время пророка  Иоанна Предтече. Иоанн крестил крещением покаяние. И образом и символом раскаяния людей было их омовение в реке.

     А в христианской церкви существует таинство крещения. Таинство - тайна, - до конца сокрыто от нас, что происходит с человеком в момент крещения. Известно только, что божественная энергия (благодать) снисходит во время этого обряда на человека.

      ***

     У всех народов, чтобы предстать перед Богом, человек должен быть чистым. Во всех конфессиях мира вода как будто является посредником, соединяющим человека с творцом. Иудеи совершают омовение в миквах, у мусульман можно приступать к молитве только после омовения.

     ***

     Зимой 1888 года корабль «Лара» следовал рейсом из Ливерпуля в Сан-Франциско. На 3 день пути на корабле начался пожар. Среди покинувших судно был капитан Нейл Керри. Потерпевшие бедствие стали испытывать муки жажды, которые возрастали с каждым днем. Потом, когда после 3 недель скитания по морю, они благополучно достигли берега, капитан, человек весьма трезвого отношения к действительности в следующих словах описал то, что спасло их: «Мы мечтали о пресной воде. Мы стали воображать будто вода вокруг шлюпки из голубой морской превращается в зеленоватую пресную. Я собрался с силами и зачерпнул её. Когда я попробовал, она оказалась пресной».

     ***

    «Почему «святая» вода не портится?

     «Святая» вода хранится всегда в серебряных сосудах. Серебро же обладает сильными бактерицидными свойствами. Это было известно ещё в древние времена. Так, например, для лечения ран воины Александра Македонского применяли серебряные пластинки, которые накладывали на раны. Серебро убивало микробы, что способствовало заживлению ран. Вода, которая соприкасалась с серебром, долгое время сохраняется свежей, так как в ней не развиваются микроорганизмы. Объясняется это тем, что серебро в небольшой степени (очень малой) растворяется в воде, и раствор серебра убивает все присутствующие в воде микроорганизмы. Фильтрование воды через посеребренный кварцевый песок также очищает воду от бактерий.

     Еще в древности было известно, что вода, находящаяся в контакте с серебром, приобретает целебные свойства. Древние индусы обеззараживали воду, погружая в нее пластины из металлического серебра. В русской православной церкви «святая» вода выдерживается в серебряных сосудах

     Какова же причина проявления особых свойств «серебряной воды»? Ионы Ag+  проникают внутрь клеток бактерий и нарушают их жизнедеятельность. Эффективность  уничтожения бактерий в воде, содержащей следы ионов серебра, очень высокая. Бактерицидность такой воды сохраняется в течение многих месяцев.

      ***

     В некоторых странах существовал обычай при освящении колодцев бросать в них серебряные монеты, а также хранить воду в серебряных чашах.

      ***

     Эффективность уничтожения бактерий в воде, содержащей серебро, чрезвычайно высока, в 1750 раз сильнее действия карболовой кислоты той же концентрации.

      ***

     Заметим, что обеззараживание воды с использованием серебра и сегодня остается эффективным методом дезинфекции и консервирования питьевой воды. «Серебряную воду» получают электролизом воды на серебряных электродах по методу, разработанному Л. А. Кульским. Такая вода применяется на кораблях и в полевых условиях, при изготовлении минеральных вод, для консервирования соков, фармацевтических препаратов в лечебных целях.

      ***

     «Использование Н2О и оснований во фресковой живописи».

     С самых древних времен и до наших дней художники, создавая монументальную живопись, чаще всего используют технику фрески. Слово это происходит от итальянского «fresco», что значит «свежий», «сырой».

     Фрески пишут по сырой штукатурке (оштукатуренной стене) красками, которые разводятся водой. Высыхая, известь штукатурки плотно соединяется с красочным слоем.

     Искусство фрески было известно ещё в Древней Руси. В то время не существовало другого искусства, кроме церковного, художники создавали фрески на стенах церквей.

     Первые киевские церкви - Десятинная, Собор Святой Софии- были богато украшены мозаичными изображениями, выполненными из смальты. Однако создание мозаик - очень длительный и дорогой процесс, поэтому уже во 2-ой половине XI века они были вытеснены росписями, выполненными водорастворимыми красками по сырой штукатурке.

     Стены церквей покрывались фресками будто ковром - от пола и до самых сводов.

     Фрески писали и знаменитые древнерусские мастера Андрей Рублев, Дионисий, а также живший в России византийский художник Феофан Грек. Стены Ферапонтова монастыря в Белозерском крае расписаны Дионисием на рубеже XV-XVII вв. У каждого из названных мастеров была своя манера изображения, своя излюбленная гамма красок.

     При создании наиболее древних фресок наряду с покупными минеральными красками русские изографы применяли цветные глины красных, желтых, коричневых, зеленых тонов. Эти глины тщательно растирали в воде. Попадавшиеся в них крохотные частички кварца и слюды создавали особую фактуру живописи, слабое её мерцание. Современные художники, копирующие старинные фрески, также используют в качестве пигментов различные глины.

     Вообще, качеству грунта – штукатурке - во фресковой живописи придается очень большое значение, поскольку от него зависит долговечность создаваемых картин. На Руси известь, применяемая для фресок, проходила многолетнюю обработку: в течение трех-восьми лет её выдерживали в особых ямах, постоянно  перелопачивая. Для получения штукатурки известь смешивали с гипсом, мелом, мелкотолченым кирпичом, рубленым льном. Грунт обычно делали двухслойным. На хорошо просохший первый, достаточно толстый слой штукатурки непосредственно перед началом работы художника наносили тонкий второй слой. По нему и выполняли роспись.

     Фреска составляет целую эпоху в развитии западноевропейской живописи. До нашего времени дошли великолепные росписи Джотто, Микеланджело, Рафаэля, Гойи и других прославленных мастеров. К сожалению, немало фресок погибло. Среди них - работы Леонардо да Винчи (1452-1519). В своих работах он использовал 116 веществ, среди которых 11 растительных масел, 13 минералов, 21 соль, 28 природных высокомолекулярных соединений. Однако его попытка писать масляными красками по фресковому грунту оказалась неудачной: фреска «Тайная вечеря» в трапезной Миланского монастыря Санта - Мария делле Грацие начала осыпаться вскоре после создания. Разрушение великого творения Леонардо довершили неумелые реставраторы и солдаты Наполеона, устроившие в трапезной конюшню.

     О величии фресок итальянского Возрождения можно судить по творениям Рафаэля и Микелланджело. Совсем недавно в личной молельне римских пап - Сикстинской капелле - проведена реставрация колоссальных фресок Микеланджело «Сотворение мира» и «Страшный суд» обще площадью около 750 м2. Состояние стен капеллы было проверено с помощью самой современной электронной аппаратуры, а для анализа химического состава использованных художником красок - применены наиболее совершенные физико-химические методы. Реставраторы очистили поверхность красочного слоя специальным составом и нанесли слой акрилового лака на защищаемую поверхность.

Тема: «Соли».

      ***

     Изучение памятников древнерусского искусства показывает, что русские мастера располагали уже довольно большим ассортиментом красок. В астромировом Евангелии (1056-1057), Сборнике Святослава (1076) и Архангельском Евангелии упоминают киноварь (сульфид ртути), сурик (оксид свинца), черлень (малиновая краска), черная краска из сажи.

     Лучшим свидетельством высокого качества красок, изготовлявшихся русскими мастерами могут служить знаменитые фрески и картины Андрея Рублева, написанные в XV веке, а также роспись памятников древнего зодчества - Московских, Новгородских, Ярославских храмов.

      ***

     В XV веке в одной из рукописей Троице-Сергиевой лавры был записан «Указ како творится киноварь». «…возьми ртоутя (ртуть) литру едину, сунпор (серу), ослиный кал и жарие на огне, видиши исходящ дым и тогда творится киноварь». (киноварь – сульфид ртути HgS)

     В качестве пигмента киноварь чаще всего использовалась для приготовления масляных и акварельных красок. По свидетельству Ч. Ченнини (XVI в.) монахи владели множеством секретов приготовления этих красок. Один из них состоял в том, что растирать порошок сульфида ртути с водой нужно как можно больше - «хоть 20 лет».

     ***

Сурик. Свинцовые белила (Pb3(OH)2(CO3)2)

    Сурик использовали не только для покраски щитов. Его с давних времен применяли и в иконописи. В расходной книге Кирилло-Белозерского монастыря, основанного в 1397 году и сохранившегося до наших дней, нашли запись, датированную 1606 годом: «Купил сурику 4 гривенки (1 гривенка - 410 грамм), дано 28 алтын…»

Тема : «Химия неметаллических элементов»  

Сурьма.

     Любопытно, что во Франции и Англии до сих пор ещё бытует другое название сурьмы - антимоний. Интересное толкование этого слова приводит Ярослав Гашек в рассказе «Камень жизни».

     Летом 1460 года игумен одного из немецких монастырей Леонардус в поисках философского камня получил тяжёлый порошок с металлическим блеском. Случайно скормленный свиньям, этот порошок будто бы оказался для них полезным. Отец -  настоятель обители решил испробовать действие новооткрытого «камня жизни» на монахах своей обители. Измельченный в порошок этот камень был добавлен в тощую монастырскую кашу. Наутро все сорок подопытных монахов в страшных мучениях умерли. Уцелел только сам Леонардус, который той каши не ел. Так будто бы и была открыта сурьма. Не берусь судить, что в этой истории правда, что вымысел, однако и английское и немецкое название сурьмы (antimony, antimon) действительно можно перевести как «антимонахин», «средство против монахов».

    ***

Стекло

     Витраж широко использовался для архитектурного оформления готических храмов.

     ***

     На территории древнеславянского государства археологи многократно находили фрагменты стеклянных кругов диаметром 200-250 мм с хорошо заделанными кромками. Ученые сходятся во мнении, что эти стеклянные круги служили для остекления окон круглых общественных зданий, например, храма Киевской Софии и других церквей домонгольской Руси.

     ***

     Когда по старинным улочкам Милана идешь к центру города, перед глазами высятся бесконечные башенки и шпили Миланского собора. Громадный и вместе с тем стройный, он украшен, как кружево, резным мрамором. Это единственный в Европе мраморный собор. Его строили около 6 веков.

      ***

     Исследование красочного слоя фресок собора Святой Софии в Новгороде (роспись стен выполнена на «весец» 1108 года) с помощью современных медотов анализа (эмиссионной и  инфракрасной спектроскопии, рентгеноструктурного микрохимического анализов и др.) позволило установить, что для получения синего тона древние изографы использовали древесный уголь с белым наполнителем. А вот для росписи Новгородской церкви Спаса на Ковалеве (XIV в.) Феофан Грек и его ученики - помимо угля применяли ещё азурит 2СuCO3*СuCO2 и ультрамарин 2Na2O*3As2O3*6SiO2*2Na2S.

     Если бы вам были предложены достаточно большие порции каждого пигмента (1-2 г) каким простым способом определения азурита вы бы воспользовались? (Ответ: карбонаты разлагаются с выделением углекислого газа под действием кислот).

     ***

     30 января 9-го года до н.э. в Риме в честь победы римского императора Августа над врагами был открыт небольшой квадратный храм Алтарь Мира. Стены храма украшены скульптурным рельефом, который прославляет бога войны Марса и его сыновей Ромула и Рэма. Эти братья – близнецы по преданию, и основали город Рим.

Бериллий.

     Изумруд - самая красивая и ценная разновидность берилла, является классическим ювелирным камнем.

     Существует много легенд об изумрудах. Одна из них о том, что чаша Грааля, из которой пил Христос в последнюю вечерю, была вырезана из огромного изумруда. Согласно другой старой легенде, изумруд наделял своего хозяина даром предсказания будущего.

Свинец.

     В древней Руси была широко распространена добыча олова и свинца и их металлическая переработка. Свинцовыми листами покрывали крыши храмов. В XII веке оловом была покрыта церковь в Суздале.

     ***

     В далекой северной Руси свинец использовали для сооружения свинцовых крыш. В 1151 году епископ Нифонт обил свинцом Софийскую Новгородскую церковь. В  1125 году епископ Ионн  поновил церковь Святой Богородицы в Суздале, покрыл её свинцом.

     Мраморная облицовка Храма Христа Спасителя в Москве соединялась с кирпичной кладкой укреплениями, залитыми свинцом. О практичности такого решения судить трудно - Храм простоял всего около полувека, но за этот период нареканий на такой способ крепления не было.

      ***

Свинцовые белила.

     В церковном письме епископа Нектария (1599 г.) указано «како белила делать». «Бити свинец тонко на камени или на наковальне молотом и резати полосы широтою по три перста и верти свинец в трубку, чтоб ся вместе не смыкались и влити в кать дрожжей и свинец ставити в дрожжах на решетку стоймя и покрыть гораздо, и удушити чтоб духу не выпускать ни мало».

     В этом рецепте приведена очень старая русская технология производства основного карбоната свинца Pb(OH)2*2PbCO3, который называли свинцовыми белилами, или просто белилами, или «бели».

     Готовые свинцовые белила - это по существу основной карбонат свинца, растертый с растительным маслом. Они  были известны на Руси давно. О них сообщалось ещё в Остромировом Евангелии в 1056-1057 гг.

Железо.

     В Дели, во дворе мечети Куват – Уль - Ислам, построенной в XII веке, стоит знаменитая железная колонна, называемая кутубовой. Она очень популярна у местных жителей и иностранных туристов. Масса её 6,5 тонн, высота 7,5 м. Примерно на 0,5 м колонна закопана в землю. Диаметр колонны на уровне земли-420 мм, а у вершины-320 мм. Она создана индийскими мастерами в 415 году н.э. в честь победы одного из императоров династии Гупта. Колонна стоит уже более 1500 лет и следов коррозии (окисления) на ней не видно.

     Сегодня около делийской колонны постоянно толпятся люди. В большинстве своем бедняки, которые надеются обрести счастье. Дело в том, что тот, кто обхватит колонну руками, став к ней спиной, станет счастливым человеком.

Медь.

     Большими мастерами в области бронзового литья были японцы. Гигантская фигура Будды в храме Тодайдзи, созданная в VII веке, весит более 400 тонн. Чтобы отлить такую статую, требовалось поистине выдающееся мастерство.

    ***

     Медными листами покрыта и Южная дверь Успенского собора - главного Храма древней Руси.

Серебро.

     На сегодняшний день серебряная вода-это лучший производимый антибиотик, настолько хороший, что в Афганистане и Ираке американские войска используют серебряную воду (1 атом на 100 миллионов), чтобы уничтожить всех микробов в ране. 

Ртуть.

     Шел XVII век. Монастырь. Молодому монаху было поручено приготовить красную краску «скарлет». В соответствии с рецептом он взял водный раствор иодида калия KI и нитрата ртути Hg(NO3)2. Монах увидел, как раствор сначала стал красным, а затем прозрачным и бесцветным. Никакого красного осадка «скарлет» не образовалось. Объяснив происшедшее «дьявольским наваждением» монах бросил работу и стал молиться.

     Красный осадок иодида (краска «скарлет»), малорастворимый в воде. Образуется только при смешивании строго стехиометрических количеств реагентов, отвечающих реакции:      Hg(NO3)2 + 2KI = HgI2 +2KNO3

     Вероятно, монах вылил в сосуд с раствором нитрата ртути весь раствор иодида калия, рассчитанный на несколько синтезов. Поэтому образовавшийся вначале осадок иодида ртути HgI2 стал тотчас же взаимодействовать с избытком иодида калия, образуя прозрачный раствор тетраиодомеркурата калия HgI2 + 2KI = K2[HgI4]

     ***

     Способность ртути растворять многие металлы, образуя так называемые амальгамы, была замечена ещё до н.э. В более поздние времена амальгамы использовались для покрытия медных церковных куполов тончайшим слоем золота. Таким образом, был позолочен, например, купол Исаакиевского собора - изумительного памятника архитектуры, созданного в 1818-1858 гг. в Петербурге по проекту Огюста Монферрана.

     Более 100 кг червонного золота было нанесено амальгамацией на медные листы, из которых выполнен гигантский, диаметром около 26 м, купол этого собора. Поверхность медных листов тщательно очищали от жира, шлифовали и полировали, а затем покрывали амальгамой - раствором золота и ртути. После этого листы нагревали на специальных жаровнях до тех пор, пока ртуть не испарилась, а на листе при этом оставалась тонкая (толщиной несколько микрон) пленка золота.

Кобальт.

     Сохранившиеся документы свидетельствуют, что на Руси большим спросом пользовалась дорогая, но очень стойкая и сочная кобальтовая краска «голубец». Ею были расписаны стены Грановитой  и Оружейной палат, Архангельского и Успенского соборов и других замечательных сооружений этого времени.

Тема: «Органическая химия».

     ***

     Источники горючих газов были известны в Азербайджане, Иране, Индии, Ираке. Обилие  горящих факелов привело к возникновению в этих странах огнепоклонства. Азербайджан в переводе в арабского означает - страна огней. До сих пор сохранились памятники древности - храм огнепоклонников в Сураханах на Апшеронском полуострове, а также храм огня в провинции Пенджаб в Индии.

    ***

     Первые свечи были восковые. Свеча из пчелиного воска могла быть изготовлена самым примитивным способом. Позже воск стали очищать. С Американских континентов в Европу  завозился растительный воск. Его применяли для изготовления свечей вместо пчелиного. Но он был гораздо дороже. Нити для свечей проваривали в течение нескольких часов в щелоке, потом промывали водой и отбеливали хлорной известью.

     В 1816 году французский химик Шеврель открыл в сале стеариновую кислоту. Вместе с Гей-Люссаком в 1825 году он взял в Англии патент на изготовление стеариновых свеч.

     Стеариновые свечи оказались дешевле, но церковь долго не соглашалась заменять восковые свечи на стеариновые, т.к. восковые свечи при сгорании издавали приятный запах.

     Современные свечи состоят из смеси парафина и церезина.

     ***

     Когда Иисус Христос превратил воду в вино, он не вносил туда какие-то сахара или лактозу, а придавал воде особое свойство - своим присутствием, человеческими эмоциями.

     ***

   Какими красками писали западноевропейские художники Средневековья и Возрождения, византийские и русские иконописцы? Оказывается, до XV века наиболее распространенной техникой живописи была темпера.

     Андрей Рублев и Семен Холмогорец, Мазаччо Дюрер, Кранах и Брейгель Старший, Тициан и Рафаэль, как и многие их современники писали темперными красками, для приготовления которых пигменты растирали на различных эмульсиях. Готовые темперные краски можно развести водой, но после их высыхания эта способность растворяться в воде утрачивается.

     Свойства темперных красок зависят от характера использованных эмульсий. Классическая яичная темпера недостаточно эластична, это приводит к тому, что при изменении условий окружающей среды (температура, влажность) живописный слой не способен расширяться и сокращаться вместе с грунтом и основой и неизбежно и покрывается сеточкой тонких трещин (кракелюр). Поэтому в старину для повышения эластичности красок применяли различные добавки: итальянские  живописцы использовали вино и сок фигового дерева, немецкие - спирт и пиво, содержащее растительную клейковину, русские изографы брали хлебный квас. Названные добавки способствовали также улучшению текучести красок и служили консервантами, т.е. препятствовали развитию процессов гниения.

    Технология создания темперного полотна очень сложна. Живопись многослойна, каждый её фрагмент прописывается много раз, и всякий раз необходимо ждать полного высыхания красок. На Руси в технике темперы в старину писали иконы. Икон, относящихся к домонгольскому периоду, осталось немного - около 30. Самая ценная из уцелевших - икона «Апостолы Петр и Павел» (середина XI века), находившаяся в Новгородском соборе Святой Софии.

     Русские иконы обычно писали на сосновых, липовых или еловых досках. Сухие, выдержанные в течение нескольких лет доски скоблили, шлифовали, делали в центральной части углубление-ковчег. На подготовленную доску накладывали кусок холста - поволоку, а на нее последовательно наносили до 10 слоев левкаса (грунта), состоящего из смеси мела, муки и меда, который играл роль связующего. В других случаях в качестве связующего использовали мездровый или рыбий клей. Первый готовили из обрезков кожи животных, второй - из плавательных пузырей осетровых рыб (это сырье содержит белок с относительно небольшой молярной массой, что придает клею необходимые свойства). Рыбий клей всегда был дорог. В средние века новгородские купцы вывозили его за границу в числе самых ценных товаров. Левкас был жидким. Его составляющие растирали так тонко, что после высыхания десяти последовательно нанесенных слоев получалась пленка толщиной около 1 мм. По левкасу писали красками. Здесь также существовал строгий раз и навсегда установленный порядок. Святых изображали в соответствии с канонами иконописных подлинников.

     В светской живописи в XV –XVII вв. темпера была вытеснена менее сложной техникой масляной живописи. Однако с середины XIX столетия темпера вновь  обрела былую популярность. Ею пользуются и современные художники, в частности миниатюристы старинного художественного центра России-села Палех в Ивановской области. Здешние мастера, продолжая и развивая традиции русской иконописи, создают великолепные произведения декоративно-прикладного искусства.