Текст книги "Все обо всем. Том 3"

Автор книги: Аркадий Ликум

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 32 страниц)

Что такое углерод?

Углерод – это химический элемент, имеющий чрезвычайно важное значение для любого живого существа. Во всей материи, существующей на Земле, на его долю приходится менее одного процента, однако он содержится в любом организме, живом или уже мертвом. Тело любого живого существа построено из веществ, имеющих в своем составе углерод, и наличие его в том или ином месте на земле, даже в небольшом количестве, может указывать на то, что там когда-то существовала жизнь. Растения добывают углерод из углекислого газа – двуокиси углерода – содержащегося в атмосфере, и используют его как строительный материал для корней, стеблей и листьев. Животные получают его, поедая эти растения. И те, и другие выделяют его в воздух в виде все той же двуокиси углерода при дыхании, а в почве он накапливается при разложении тел умерших существ.

Из всех форм существования чистого углерода наиболее известным и, возможно, наиболее ценным для людей является уголь. Он примерно на 4/5 состоит из углерода, а остаток составляют водород и другие элементы. Ценность угля проистекает из химических свойств углерода, главным из которых является то, что он охотно взаимодействует с кислородом. Этот процесс протекает при сжигании угля на воздухе, при этом выделяется большое количество тепловой энергии, которую можно использовать для самых различных целей.

Однако углерод в неживой природе можно обнаружить не только в виде угля. Две другие формы его существования в чистом виде, резко отличающиеся друг от друга, – графит и алмаз. Графит очень мягкий и жирный на ощупь. Он служит прекрасным смазочным материалом для многих механизмов. И еще, как вы знаете, из него изготовляют грифели карандашей. В этом случае графит смешивается с глиной для уменьшения его мягкости. Алмазы, напротив, являются самыми прочными из веществ, известных человеку. Их используют для создания особо прочных резцов, а также ювелирных украшений.

Атомы углерода могут образовывать связи между собой и с атомами других элементов. В результате получается огромное множество углеродных соединений. Одним из наиболее простых является уже упомянутая двуокись углерода, образующаяся при сжигании углерода в кислороде или на воздухе. Окись углерода или углекислый газ, являющийся ядовитым для людей и животных, образуется, если углерод горит в атмосфере, где имеется недостаток кислорода. С большим трудом углерод реагирует с другими элементами или веществами. Как правило, это происходит при достаточно высокой температуре.

Что такое азот?

Все живые существа нуждаются в азоте, ибо он играет важную роль в организме растений, человека иживотных. Азот входит в состав белков, являющихся строительным материалом для человеческого тела. Безэтих веществ никто не может расти, залечивать раны и заменять отмирающие ткани. В воздухе, которым мы дышим, содержится 78 процентов азота, на каждый квадратный километр поверхности Земли приходится около 12 500 000 тонн азота. Азот – это газ без цвета, вкуса или запаха. Он лишь чуть-чуть растворяется в воде. При очень низкой температуре или высоком давлении он превращается в жидкость. В условиях обычного атмосферного давления азот становится жидким при температуре —210 °C. Казалось бы, при наличии такого количества азота в воздухе у живых существ не должно возникать проблемы с его получением.

Однако в действительности в природе лишь растения из семейства бобовых способны поглощать азот из воздуха. Все остальные живые организмы, в том числе и люди, не могут усваивать чистый азот. Для получения необходимого азота люди едят белковую пищу, приготовленную из некоторых видов растений или травоядных животных. Когда мы дышим, то вдыхаем азот, содержащийся в воздухе. Но азот, в отличие от кислорода, совершенно не усваивается нашими легкими, и мы просто выдыхаем его обратно.

Однако наличие азота в атмосфере способствует тому, что мы не поглощаем слишком много кислорода. Избыток последнего является ничуть не менее опасным, чем его недостаток. Что же касается других живых существ, то они получают азот также в виде соединений с другими элементами: растения – из почвы, животные – из растений или из других животных. Азот с очень большим трудом взаимодействует с другими элементами. Например, с кислородом в природе он реагирует только при вспышках молний во время грозы, создающих исключительно высокую температуру.

Что такое уран?

Уран существовал на земле в течение миллиардов лет, однако большинство людей узнало о нем лишь после создания ядерного оружия и атомных электростанций. Уран – это один из самых тяжелых химических элементов. Он является металлом и его содержание в земной коре выше, чем таких известных издавна элементов, как ртуть и серебро. Залежи урановых руд были обнаружены во многих регионах земного шара. Особенно велики их залежи в России, Канаде, США, Заире и некоторых другихстранах. Чистый металлический уран блестит так же, как серебро. Однако, если его подержать несколько минут на воздухе, то поверхность куска металла тускнеет и приобретает коричневый оттенок. На нем образуется пленка оксида урана – соединения урана с кислородом, а процесс ее образования называется окислением. Пленка, образуясь на поверхности металла, препятствует проникновению кислорода внутрь образца и дальнейшему развитию процесса окисления.

Главным отличием урана от подавляющего большинства других элементов заключается в том, что он обладает естественной радиоактивностью. Это означает, что атомы урана сами по себе постепенно изменяются, испуская при этом определенные виды невидимых глазу лучей. Эти лучи бывают трех видов, называемых альфа-, бета– и гамма-излучениями. В процессе изменений, претерпеваемых атомами урана, они превращаются в другой радиоактивный элемент. С новым элементом происходит то же самое, при этом выделяется новая порция излучения. Так проходит до тех пор, пока не образуется новый элемент, не являющийся радиоактивным. В этой цепочке превращений имеется 14 стадий. На одной из них образуется хорошо известный элемент радий, а на последней – свинец.

Свинец – нерадиоактивный элемент, и поэтому на нем цепочка превращений заканчивается. Полный процесс превращения урана в свинец занимает миллиарды лет. Уран имеет несколько изотопов. Изотопами называются атомы одного и того же элемента, имеющие различный атомный вес, который указывается цифрами после названия элемента. В качестве материала для атомных бомб и топлива для атомных электростанций используется уран-235. Другой элемент – плутоний, применяемый для тех же целей, – не существует в природе, и его получают из урана при помощи специальныхустройств.

Чем определяется ценность алмазов?

Как известно, алмазы – это прекрасные драгоценные камни. Таким образом, можно сказать, что красота алмаза определяет его привлекательность и ценность в глазах людей. Кроме того, алмазы вообще и бриллианты в частности являются самыми твердыми веществами, известными человеку, и эта их твердость чрезвычайно полезна для людей. Следовательно, она также является мерилом стоимости алмазов. Почему же один алмаз обладает большей ценностью, чем другой? Алмазы, продающиеся в ювелирных магазинах, значительно отличаются по цвету и качеству (чистоте). Они бывают всех цветов радуги, причем некоторые цвета встречаются реже, чем другие. Больше других ценятся алмазы синего и красного оттенков и чистые бесцветные камни.

Другим фактором, в значительной степени определяющим стоимость алмаза, является его чистота. Алмазы могут быть чистыми, как капля воды, но могут обладать дефектами – повреждениями размером от маленькой точечки добольшой трещины. Известно, что некоторые алмазы обладали настолько большой ценностью в глазах людей, что играли определенную роль в истории.

Наиболее известным среди них является «Кох-и-нор (гора света)» – самый древний из известных на земле алмазов. Правители и государи многих стран так стремились завладеть им, что, начиная с 1400 года на протяжении пяти веков почти все военные вторжения в Индию определялись этим желанием! «Надежда» – алмаз необычайно голубого цвета, весящий около 44 каратов, – также прошел через руки большого числа владельцев.

Существует поверье, что этот камень приносит несчастье своему обладателю. Среди других известных алмазов следует отметить такие, как «Орлов», являвшийся украшением короны русских царей, «Регент», хранящийся в Лувре в Париже, и «Куллинан», распиленный на части, вставленные в корону и скипетр английских монархов. Алмазы более низкого качества используются в производстве. Широко распространены алмазные круги, с помощью которых затачивают режущие инструменты и шлифуют линзы. Промышленные алмазы применяются также всверлах, предназначенных для сверления камней.

Откуда взялись алмазы?

Алмазы являются самыми твердыми веществами на Земле. Согласно утверждениям ученых, они были образованы около 100 000 000 лет тому назад. Вто время в глубинах земли температура была значительно выше, чем теперь, и горные породы находились в жидком состоянии. Земля постепенно остывала, и эта жидкая масса подвергалась воздействию чудовищного давления и высвобождавшегося тепла. В результате образовались специфические кристаллические структуры. Одной из них стали алмазы – кристаллы химического элемента углерода. Двумя самыми интересными особенностями алмазов является их твердость и блеск.

Алмаз в пять раз тверже корунда, занимающего после него второе место по твердости среди всех веществ на земле. Благодаря этому обстоятельству обработка алмазов, предназначенных для ювелирных украшений, является чрезвычайно сложной и кропотливой работой. На первой стадии алмаз распиливают на части. Требуется большое мастерство, чтобы правильно найти линии, определяемые кристаллической структурой камня, вдоль которых его следует разделить. Затем по этим линиям при помощи другого заостренного на конце алмаза наносят узкий желобок. В полученное углубление вставляют острую режущую кромку специального стального зубила и резко ударяют по нему. Если все было сделано правильно, то алмаз – самое твердое вещество в мире – легко распадется на две части в полном соответствии с замыслом мастера!

Если взглянуть на готовый алмаз повнимательней, то можно увидеть, что его поверхность состоит из множества граней – крошечных плоских участков, находящихся под углом друг к другу. Они обтачиваются при помощи быстро вращающегося стального круга, на поверхность которого наносится алмазная пыль, смешанная с маслом. В среднем один бриллиант (так называется алмаз, имеющий ювелирную ценность) имеет 58 граней! Эта операция проводится для того, чтобы придать камню правильную форму иблеск.

Что такое гранит?

Вы знаете, что все материалы на Земле покоятся на мощных гранитных плитах? Гранит – это твердая горная порода, которая является одним из основных материалов, образующих внешнюю часть земной коры. Название «гранит» происходит от слова «гранум», означающего в переводе «зерно». Речь, однако, как вы сами понимаете, не идет о зернах пшеницы или ржи. Зернами называют кристаллы кварца, слюды, полевого шпата, роговой обманки и других минералов, являющихся составными частями гранита. Цвет гранита может быть различным. Чаще всего он имеет сероватую или розоватую окраски, однако присутствие в нем примесей может изменить его окраску.

Гранит является вулканической горной породой. Как правило, он образуется в глубинах Земли при охлаждении расплавленной магмы. Магма – это смесь различных минералов, внешне похожая на тесто. Гранит формируется в горных регионах. Скалы на поверхности Земли, подобно огромному одеялу, предотвращают слишком быстрое остывание магмы. Гранит оказывается снаружи только тогда, когда внешние покровы «выветриваются», то есть разрушаются под воздействием воды, ветра, льда или в результате перемещений в земной коре, когда гранитные глыбы выталкиваются на поверхность. После этого, однако, уже сам гранит подвергается выветриванию. Первыми разрушаются кристаллы полевого шпата, превращающиеся в смесь глины и солей. Только кварц оказывается способным устоять перед воздействием сил природы.

Со временем от гигантских гранитных скал остаются лишь обломки и минеральная пыль, которые вместе с остатками живых организмов образуют почву. Гранит – один из самых прочных строительных материалов. Он идет на возведение фасадов больших зданий, монументов, а также на изготовление могильных плит и надгробий. Древние египтяне использовали его для строительства храмов и знаменитых пирамид.

Что такое платина?

Платина – это металл, обладающий уникальными свойствами. Его название происходит от испанского слова «плата», означающего «маленькое серебро», и дано ему из-за серовато-белой окраски. Платина почти такая же пластичная, как и золото. Кусочек этого металла весом в 30 г можно вытянуть в тонкую проволоку, такую длинную, что она протянулась бы через половину Европы от города Кельна в Германии до Москвы. Платина вдвое тяжелее свинца, и кубик из нее размером 30 см в длину, ширину и высоту весил быболее 500 кг. В природе платину находят в рудах вместе с другими редкими металлами: рутением, палладием, родием, иридием и осмием. Эти элементы называются платиновыми металлами. Иногда она встречается в земле вместе с золотом, серебром, медью, железом, хромом и никелем. Ее находят ввиде маленьких зерен, вкраплений или самородков.

Впервые большие залежи платины были найдены в Южной Америке в XVIII веке. Долгое время этот металл не находил особого применения и поэтому ценился невысоко. Однако потом, когда люди научились использовать его уникальные свойства, цена на него стала резко возрастать. К тому же содержание платины в земной коре настолько мало, что стоимость кубика, о котором мы говорили, превышает на мировом рынке два миллиона долларов.

Особую ценность представляет стойкость платины по отношению к окислителям (например, кислороду), кислотам и нагреванию. Платина плавится при температуре 1843 °C и растворяется только в смеси азотной и соляной кислот. Как правило, она используется в виде сплавов с платиновыми металлами, серебром, золотом, медью, никелем или оловом. Главной областью применения платины является ювелирная промышленность, однако она также используется для изготовления контактов в электрических цепях, аналитических весов и другого оборудования в научных лабораториях, в приборах для точного измерения температуры и т. д.

Что такое спирт?

Существует множество различных спиртов. Наиболее известным и распространенным среди них является этиловый спирт, содержащийся в алкогольных напитках. Этиловый спирт производят из крахмала и сахара. Его можно получать и из пшеницы, ржи, кукурузы, овощей и фруктов. Когда сырьем служит крахмал, то вначале он превращается в сахар, из которого затем при брожении и получают этиловый спирт. В Ирландии, например, спирт производят из картошки, а в США главным сырьем является черная патока.

Знаете ли вы о том, что спирт можно использовать в качестве топлива? Он даже может служить заменой бензина в двигателях автомобилей. В этом случае его часто применяют в смеси с другими веществами. Так было во время Второй мировой войны в тех странах, где особенно остро ощущался недостаток бензина. Хотя спирт легче воды, тем не менее эти две жидкости легко смешиваются в самых различных соотношениях, образуя растворы, замерзающие при более низкой температуре, чем вода. Такие смеси называемые антифризами и используются в радиаторах машин.

Спирт находит широкое применение в качестве растворителя, например, при изготовлении лаков. Он используется для приготовления обезболивающих средств, таких как хлороформ и эфир, и в производстве многих веществ: красителей, медикаментов, жидких мазей и уксуса. Спирт является антисептиком, то есть обеззараживающим и противогнилостным веществом, и поэтому в нем хранят многие поддающиеся порче образцы в музеях и больницах.

Что такое алюминий?

Алюминий – серебристо-белый блестящий металл, который примерно в три раза легче, чем железо. Из него можно вытягивать проволоку более тонкую, чем самые тонкие волосы, и изготавливать пластины толщиной с чертежный лист. Возможно, вас несколько удивит тот факт, что он является самым широко распространенным металлом на Земле. Он составляет примерно 8 процентов отвсей массы земной коры.

Однако в природе алюминий никогда не встречается в чистом виде. Легко взаимодействуя с другими элементами и веществами, он образует соединения, входящие в состав почвы и горных пород. Многие прекрасные драгоценные камни – сапфиры, рубины, гранаты и другие – являются соединениями алюминия. Долгое время проблема отделения алюминия от других веществ была весьма трудно разрешаемой, и поэтому он стоил очень дорого.

В 1886 году ученый-химик Чарльз Мартин Холл нашел дешевый способ получения этого металла в больших количествах. В расплаве криолита, являющимся соединением алюминия и натрия со фтором, он растворил небольшое количество окиси алюминия. Потом он поместил смесь в сосуд из гранита и пропустил через нее постоянный электрический ток. Через пару часов он обнаружил на дне сосуда маленькие блестящие «пуговицы», состоявшие из чистого алюминия. Этот способ до сих пор лежит в основе получения практически всего металлического алюминия, производимого вмире. Криолит был найден только в Гренландии, однако он может быть получен искусственным путем. Основным сырьем для производства алюминия служит его окись, входящая в состав бокситов. Их залежи имеются во многих регионах мира.

Алюминий – почти идеальный материал для изготовления кухонной утвари, поскольку он хорошо проводит тепло и легко очищается. Однако особенно широко он используется в самолетостроении и при производстве двигателей машин.

Что такое тальк?

Тальк – это самый мягкий минерал из всех известных человеку. Он настолько мягок, что от целого куска легко соскребается при помощи ногтей. Он представляет собой маленькие хлопья или чешуйки минерала, имеющие серебристо-белую или нежно-зеленую окраску. В твердой форме тальк известен под названием мыльный камень. В этом случае он представляет собой минерал сероватого или зеленоватого цвета, часто покрытый бурыми пятнами, очень мягкий и жирный на ощупь. Самый лучший тальк добывают в Пьемонте в Италии.

Однако его залежи имеются во многих странах, в том числе Англии, Канаде, Германии, России и Зимбабве. Самые большие в мире запасы его находятся на Атлантическом побережье Соединенных Штатов. Благодаря теплоизоляционным свойствам мыльного камня в прежние времена из него часто изготавливали кухонную утварь, за что он получил название «горшечный камень». Он также использовался вкачестве материала для труб и раковин. Так как мыльный камень плохо растворяется в кислотах, то пластинками из него обкладывают стенки и днища лабораторных сосудов, служащих для хранения едких жидкостей. Он плохо проводит электричество и поэтому находит применение в качестве изоляционного материала для распределительных щитов и других подобных объектов. Для облицовки им различных поверхностей используется его свойство становиться более твердым при нагревании.

Древние египтяне вырезали из талька магические талисманы и амулеты и покрывали их цветной лазурью. Примерно три четверти всего производимого в мире талька идет на изготовление косметических средств, глазурованных плиток и других керамических изделий, бумаги, резины и кровельных материалов.

Что такое широта и долгота?

Представьте себе, что вы находитесь на борту корабля, затерянного в океанских просторах, или бредете по пустыне, где нет никаких заметных объектов или ориентиров. Как бы вы сумели объяснить свое точное местонахождение так, что кто-то смог бы разыскать вас? Именно для этой цели были введены понятия широты и долготы. С их помощью вас можно отыскать в любой точке на поверхности Земли, где бы вы ни находились. Широта служит для определения местонахождения объекта по отношению к Северному и Южному полюсам. На равном расстоянии между полюсами пролегает воображаемая линия, называемая экватором. Это нулевая широта.

Двигаясь от экватора к северу, мы попадаем в область северных широт, к югу – южных. Широты – это такие же воображаемые линии, протянувшиеся вокруг Земли через равные промежутки. Они параллельны друг другу и экватору и поэтому называются параллелями. Расстояние между этими линиями измеряется не в километрах, ав градусах. Если круг поделить на 360 равных частей линиями, проходящими через центр круга, то угол между соседними линиями будет равен одному градусу. Для большей точности определения места каждый градус делится на 60 минут, а каждая минута – на 60 секунд. Северный полюс находится на 90 градусе северной долготы, а Южный – на 90 градусе южной долготы.

Однако, чтобы точно определить какое-либо место на земном шаре, недостаточно знать его положение относительно севера и юга, но также – запада и востока. Для этого служат линии долготы. Поскольку не существует ни западного, ни восточного полюсов, то, следовательно, не существует естественной точки отсчета.

Давным-давно было решено, что линия нулевой долготы проходит через Гринвичскую лабораторию, находящуюся в Англии на восточной окраине Лондона. Линии долготы называются меридианами. Все они пролегают перпендикулярно экватору и пересекаются друг с другом в двух точках на Северном и Южном полюсах. К востоку от нулевого меридиана находится область восточных долгот, к западу – западных.