Допустим, химик узнал, какие элементы и в каком соотношении содержатся в данном веществе; узнал он также, в каком порядке они соединены друг с другом. Сможет ли он теперь самостоятельно получить это вещество? Эта задача похожа на такую: человек знает, сколько деталей и какие именно есть в его будильнике.
Сумеет ли он самостоятельно сделать точно такой же будильник?
И в какой срок?
Понятно, что это зависит не только от того, учился ли человек часовому делу, но и от того, имеются ли у него нужные детали. Если часовой мастер опытный, а все детали, как в конструкторе, у него есть в готовом виде, дело пойдёт быстро.
А если ему самому нужно будет вытачивать все оси и шестерёнки? Условия можно усложнить: даже металла у мастера нет, он должен сначала найти подходящую руду, построить печи для выплавки чугуна и стали, изготовить металлообрабатывающие станки…
В общем, самому пройти весь путь развития техники!
Примерно в таком же положении были алхимики, а затем и первые химики: почти всё они должны были изготовлять для себя самостоятельно. С развитием промышленности химики могли кое-какие вещества покупать уже в готовом виде, а в учебных лабораториях (они появились только в середине XIX в.) осваивать под руководством опытных преподавателей премудрости химического синтеза, способы очистки веществ, методы превращения одних соединений в другие.
За последние полтора века химики разработали массу способов и приёмов для осуществления самых разнообразных превращений.
Многие сотни реакций носят имена химиков, впервые их разработавших.
Теперь химик в своей лаборатории может достаточно быстро «собрать будильник», даже если это новая, изобретённая им модель. А школьник может провести сотню простых экспериментов, руководствуясь набором «Юный химик».
В настоящее время на химических заводах, а также в специальных лабораториях производятся тысячи разнообразных химических веществ — «заготовок», из которых химики синтезируют различные соединения.
Одни из них требуются тоннами и даже миллионами тонн, потому что они нужны для получения синтетических тканей, моющих веществ, средств защиты растений и множества других товаров.
Другие нужны в количестве нескольких граммов или даже миллиграммов, если речь идёт, например, о некоторых биохимических или радиоактивных препаратах. Так, крупнейшая компания по производству химикатов «Sigma-Aldrich» принимает заказы на поставку десятков тысяч разнообразных соединений — от редких металлов в самых разных видах (порошок, гранулы, проволока, растворы и т. п.) до реагентов для мытья химической посуды.
В хорошей лаборатории на полках, в шкафах, на складе есть почти все «запчасти», которые нужны для работы по данной тематике.
И конечно, имеется необходимое оборудование — от пробирок до сложнейших приборов.
Для чего химикам нужны разные вещества, понятно — чтобы синтезировать из них другие, до этого не существовавшие. Например, новые лекарства, или моющие средства, или пластмассы, которые после использования не загрязнят окружающую среду на свалке, а будут быстро «съедены» микроорганизмами.
А для чего нужно дорогостоящее оборудование — сложнейшие приборы, которых не было не то что у Ломоносова, а ещё 20-30 лет назад?
Эти приборы умеют многое: они способны быстро проанализировать состав вещества, установить строение молекул, проследить за ходом химической реакции, даже если она идёт очень быстро. И всё это необходимо для того, чтобы узнать закономерности, которым подчиняются химические реакции, и предсказать возможность получения новых веществ с нужными свойствами.
Не зная закономерностей протекания химических реакций, химик будет работать вслепую, наугад. И, скорее всего, не сможет достигнуть желаемого результата.
Чтобы управлять работой большого завода, необходимо знать во всех подробностях, что происходит в каждом его цехе. Так же и в химии: чтобы управлять химической реакцией, нужно знать, что происходит с атомами и молекулами в процессе превращения исходных реагентов в продукты реакции.
В некоторых случаях реакция может идти «в обе стороны»: А + В ^ С + D, где буквами А и В обозначены реагенты — исходные вещества, а буквами С и D — продукты реакции. Такие реакции называются обратимыми.
Обратимая реакция не доходит до конца, то есть исходные вещества не переходят в продукты на 100%, а лишь, например, на 70 или даже всего на 5%. В других случаях реакция идёт только «слева направо». Такие реакции называются необратимыми.
А многие вещества вообще между собой не взаимодействуют. Почему так происходит?
Нельзя ли узнать заранее, не проводя никаких опытов, пойдёт ли реакция?
А если пойдёт, то пройдёт ли до конца или остановится, едва начавшись? Понятно, что такие вопросы исключительно важны для химиков.