Текст книги "Занимательно о химии"

Автор книги: Лев Власов

Соавторы: Дмитрий Трифонов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 13 страниц)

Срочно снарядили экспедицию для доставки заокеанского продукта. Однако весь груз пришлось выбросить в море. Оказалось, что для производства пороха годится только калиевая селитра. Натриевая жадно поглощала влагу из воздуха, порох отсыревал, и использовать его было невозможно.

Не в первый раз пришлось выбрасывать европейцам заокеанский груз в море. В XVII веке на берегах реки Платино-дель-Пино были найдены крупинки белого металла, получившего название платины. Впервые в Европу платина попала в 1735 году. Но с ней не знали толком, что делать. Из благородных металлов в то время были известны лишь золото и серебро, и платина не находила себе сбыта. Но вот ловкие люди обратили внимание, что по удельному весу платина и золото довольно близки друг к другу. Воспользовались этим и стали добавлять платину к золоту, которое шло на изготовление монет. Это уже была подделка. Испанское правительство запретило ввоз платины, а те запасы, которые еще остались в государстве, – собрали и в присутствии многочисленных свидетелей утопили в море.

Но история с чилийской селитрой не окончилась. Она оказалась превосходным азотным удобрением, благосклонно предоставленным человеку природой. Других азотных удобрений в то время не знали. Началась интенсивная разработка природных месторождений натриевой селитры. Из чилийского порта Иквикве ежедневно отчаливали суда, доставлявшие столь ценное удобрение во все уголки земного шара.

…В 1898 году мир был потрясен мрачным предсказанием знаменитого Крукса. В своей речи он предрекал человечеству смерть от азотного голода. Ежегодно вместе с урожаем поля лишаются азота, а месторождения чилийской селитры постепенно вырабатываются. Сокровища пустыни Атакамы оказались каплей в море.

Тогда ученые вспомнили об атмосфере. Пожалуй, первым человеком, обратившим внимание на безграничные запасы азота в атмосфере, был наш знаменитый ученый Климент Аркадьевич Тимирязев. Тимирязев глубоко верил в науку и силу человеческого гения. Он не разделял опасений Крукса. Человечество преодолеет азотную катастрофу, выпутается из беды, считал Тимирязев. И оказался прав. Уже в 1908 году ученые Биркеланд и Эйде в Норвегии в промышленном масштабе осуществили фиксацию атмосферного азота с помощью электрической дуги.

Примерно в это же время в Германии Фриц Габер разработал метод получения аммиака из азота и водорода. Так была окончательно решена проблема связанного азота, столь необходимого для питания растений. А свободного азота в атмосфере много: ученые подсчитали, что если весь азот атмосферы превратить в удобрения, то этого растениям хватит более чем на миллион лет.

Для чего нужен фосфор?

Юстус Либих считал, что растение может поглощать азот воздуха. Удобрять почву необходимо лишь калием и фосфором. Но именно с этими элементами ему и не повезло. Его «патентованное удобрение», которое взялась выпускать одна из английских фирм, не приводило к прибавке урожая. Лишь через много лет понял и открыто признал свою ошибку Либих. Он использовал нерастворимые фосфорнокислые соли, боясь, что хорошо растворимые будут быстро вымыты из почвы дождями. Но оказалось, растения не могут усваивать фосфор из нерастворимых фосфатов. И человеку пришлось готовить для растений своеобразный «полуфабрикат».

Каждый год урожаи всего мира уносят с полей около 10 миллионов тонн фосфорной кислоты. Для чего же нужен фосфор растениям? Ведь он не входит ни в состав жиров, ни в состав углеводов. Да и многие белковые молекулы, особенно наиболее простые, не содержат фосфора. Но без фосфора все эти соединения просто не могут образоваться.

Фотосинтез – это не просто синтез углеводов из углекислоты и воды, который «шутя» производит растение. Это сложный процесс. Фотосинтез идет в так называемых хлоропластах – своеобразных «органах» растительных клеток. В состав хлоропластов как раз и входит много соединений фосфора. Грубо приближенно хлоропласты можно представить себе в виде желудка какого-либо животного, где происходит переваривание и усвоение пищи, – ведь именно они имеют дело с непосредственными «строительными» кирпичиками растений: углекислотой и водой.

Поглощение растением углекислоты из воздуха происходит с помощью фосфорных соединений. Неорганические фосфаты превращают углекислый газ в анионы угольной кислоты, которые в дальнейшем и идут на постройку сложных органических молекул.

Конечно, роль фосфора в жизнедеятельности растений этим не ограничивается. Да и нельзя сказать, что его значение для растений уже выяснено полностью. Однако даже то, что известно, показывает его важную роль в их жизнедеятельности.

Химическая война

Это действительно война. Только без пушек и танков, ракет и бомб. Это «тихая», иногда многим незаметная, война не на жизнь, а на смерть. И победа в ней – счастье для всех людей.

Много ли вреда причиняет, например, обычный овод? Оказывается, это зловредное создание приносит убыток, только в нашей стране исчисляемый миллионами рублей в год. А сорняки? Только в США их существование стоит четыре миллиарда долларов. Или взять саранчу, сущее бедствие, превращающее цветущие поля в голую, безжизненную землю. Если подсчитать весь вред, который наносят сельскому хозяйству мира растительные и животные грабители за один-единственный год, получится невообразимая сумма. На эти деньги можно было бы целый год бесплатно кормить 200 миллионов человек!

Что такое «цид» в переводе на русский язык? Это значит – убивающий. И вот созданием различных «цидов» и занялись химики. Ими были созданы инсектициды – «убивающие насекомых», зооциды – «убивающие грызунов», гербициды – «убивающие траву». Все эти «циды» находят сейчас самое широкое применение в сельском хозяйстве.

До второй мировой войны широко применялись в основном неорганические ядохимикаты. Различных грызунов и насекомых, сорняки обрабатывали мышьяковыми, серными, медными, бариевыми, фтористыми и многими другими ядовитыми соединениями. Однако, начиная с середины сороковых годов, все большее распространение начинают находить органические ядохимикаты. Такой «крен» в сторону органических соединений был сделан вполне сознательно. Дело не только в том, что они оказались более безвредными для человека и сельскохозяйственных животных. Они обладают большей универсальностью, да и требуется их значительно меньше, чем неорганических, для получения того же эффекта. Так, всего миллионная доля грамма порошка ДДТ на один квадратный сантиметр поверхности полностью уничтожает некоторых насекомых.

В использовании органических ядохимикатов были и свои курьезы. Одним из действенных ядохимикатов считается в настоящее время гексахлоран. Однако, наверное, мало кому известно, что это вещество было получено впервые еще Фарадеем в 1825 году. Больше ста лет исследовали гексахлоран химики, даже не подозревая о его чудесных свойствах. И лишь после 1935 года, когда за его изучение взялись биологи, этот инсектицид стал выпускаться в промышленных масштабах. Лучшими инсектицидами в настоящее время являются фосфорорганические соединения, например фосфамид или препарат М-81.

До недавнего времени использовали для защиты растений и животных препараты наружного действия. Однако посудите сами: прошел дождь, подул ветер, и ваше защитное вещество исчезло. Все надо начинать сначала. Ученые задумались над вопросом – нельзя ли вводить ядохимикаты внутрь защищаемого организма? Делают же человеку прививки – и болезни ему не страшны. Как только микробы попадают в такой организм, они немедленно уничтожаются невидимыми «хранителями здоровья», появившимися там в результате введения сыворотки.

Оказалось, что создать ядохимикаты внутреннего действия вполне возможно. Ученые сыграли на различном строении организмов насекомых-вредителей и растений. Для растений такой ядохимикат безвреден, для насекомого – смертельный яд.

Химия защищает растения не только от насекомых, но и от сорняков. Были созданы так называемые гербициды, которые угнетающе действуют на сорняки и практически не вредят развитию культурного растения.

Пожалуй, одними из первых гербицидов, как это ни странно, были… удобрения. Так, уже давно отмечалось практиками сельского хозяйства, что если на поля вносить повышенные количества суперфосфата или сульфата калия, то при интенсивном росте культурных растений рост сорняков угнетается. Но и здесь, как и в случае с инсектицидами, в наше время решающую роль играют органические соединения.

Помощники земледельца

Мальчишке перевалило за шестнадцать. И вот он, пожалуй, первый раз в парфюмерном отделе. Он здесь не из любопытства, а по необходимости. У него уже начали пробиваться усы, и их надо брить.

Для начинающих это довольно интересная операция. Но примерно лет через десять-пятнадцать она до того надоест, что иногда хочется отрастить бороду.

А возьмите, например, траву. На железнодорожном полотне она недопустима. И люди из года в год «бреют» ее серпами и косами. Но представьте себе железную дорогу Москва – Хабаровск. Это девять тысяч километров. И если всю траву на ее протяжении скашивать, да еще не один раз за лето, на этой операции придется держать почти тысячу человек.

А нельзя ли придумать какой-нибудь химический способ «бритья»? Оказывается, можно.

Чтобы скосить траву на одном гектаре, необходимо, чтобы целый день работали 20 человек. Гербициды заканчивают «операцию по уничтожению» на такой же площади за несколько часов. Причем уничтожают траву начисто.

А известно ли вам, что такое дефолианты? «Фолио» – значит «лист». Дефолиант – вещество, вызывающее их опадение. Их применение позволило механизировать уборку хлопка. Из года в год, из века в век выходили люди на поля и вручную обирали кусты хлопчатника. Тот, кто не видел ручную уборку хлопка, вряд ли может представить всю тяжесть такой работы, которая, кроме всего, происходит при отчаянной жаре в 40–50 градусов.

Теперь же все значительно проще. За несколько дней до раскрытия коробочек с хлопком плантации хлопчатника обрабатываются дефолиантами. Самый простейший из них – Mg[ClO ₃] ₂. Листья с кустов опадают, и вот уже на полях работают хлопкоуборочные комбайны. Кстати, в качестве дефолианта может использоваться CaCN ₂, а это значит, что при обработке им кустов в почву дополнительно вносится азотное удобрение.

Но в своей помощи сельскому хозяйству, «в исправлении» природы, химия пошла еще дальше. Химиками были открыты так называемые ауксины – ускорители роста растений. Правда, поначалу природные. Простейшие из них, например гетероауксин, химики научились синтезировать в своих лабораториях. Эти вещества не только ускоряют рост, цветение и плодоношение растений, но повышают их устойчивость и жизнеспособность. Кроме этого, оказалось, что применение ауксинов в повышенных концентрациях оказывает прямо противоположный эффект – затормаживает рост и развитие растений.

Здесь наблюдается почти полная аналогия с лекарственными веществами. Так, известны лекарственные препараты, содержащие мышьяк, висмут, ртуть, однако в больших (скорее, повышенных) концентрациях все эти вещества ядовиты.

Например, ауксины могут намного удлинить сроки цветения декоративных растений, и в первую очередь цветов. При внезапных весенних заморозках затормозить распускание почек и цветение деревьев и так далее и тому подобное. С другой стороны, в холодных районах с коротким летом это позволит выращивать «ускоренным» методом урожаи многих фруктов и овощей. И хотя эти способности ауксинов еще не реализованы в широком масштабе, а представляют собой лишь лабораторные опыты, можно не сомневаться, что в недалеком будущем помощники земледельцев выйдут на широкий простор.

Обслуживают призраки

Вот факт для газетной сенсации: маститому ученому признательные коллеги преподносят… вазу из алюминия. Любой подарок заслуживает благодарности. Но не правда ли, дарить алюминиевую вазу… Есть над чем поиронизировать…

Это теперь. Сто лет назад такой дар показался бы исключительно щедрым. Его действительно преподнесли английские химики. И не кому-нибудь, а самому Дмитрию Ивановичу Менделееву. В знак великих заслуг перед наукой.

Видите, как все в мире относительно. В прошлом столетии не знали дешевого способа добычи алюминия из руд, и потому металл был дорог. Нашли способ, и цены стремительно полетели вниз.

Многие элементы периодической системы и поныне стоят недешево. И это часто ограничивает их применение. Но мы уверены, до поры до времени. Химия и физика еще не раз проведут «снижение цен» на элементы. Проведут обязательно, ведь чем дальше, тем больше обитателей менделеевской таблицы вовлекает практика в сферу своей деятельности.

Но среди них есть и такие, что в земной коре либо вовсе не встречаются, либо их безумно мало, почти что нет совсем. Скажем, астат и франций, нептуний и плутоний, прометий и технеций…

Однако их можно приготовить искусственно. А уж коль скоро химик держит в руках новый элемент, то начинает задумываться: как дать ему путевку в жизнь?

Наиболее практически важным искусственным элементом является пока плутоний. И его мировое производство превышает ныне добычу многих «обычных» элементов периодической системы. Добавим, что химики относят плутоний к числу самых изученных элементов, хотя ему «от роду» чуть больше четверти века. Все это не случайно, поскольку плутоний – превосходное «горючее» для ядерных реакторов, ничем не уступающее урану.

На некоторых американских спутниках Земли источником энергии служили америций и кюрий. Эти элементы отличаются сильнейшей радиоактивностью. При их распаде выделяется много тепла. С помощью термоэлементов оно преобразуется в электричество.

А прометий, до сих пор не найденный в земных рудах? Миниатюрные батарейки, размером чуть больше шляпки обычной канцелярской кнопки, созданы с участием прометия. Химические батареи в лучшем случае служат не более полугода. Прометиевая атомная батарейка беспрерывно работает в течение пяти лет. И диапазон ее применений весьма широк: от слуховых аппаратов до управляемых снарядов.

Астат готов предложить свои услуги врачам для борьбы с заболеваниями щитовидной железы. Ее пытаются ныне лечить с помощью радиоактивных излучений. Известно, что в щитовидке может накапливаться йод, а ведь астат – химический аналог йода. Введенный в организм, астат будет концентрироваться в щитовидной железе. Тогда-то и скажут веское слово его радиоактивные свойства.

Так что некоторые искусственные элементы отнюдь не пустое место для потребностей практики. Правда, служат человеку они односторонне. Люди могут использовать только их радиоактивные свойства. До химических особенностей руки пока не дошли. Исключение – технеций. Соли этого металла, как выяснилось, могут делать стальные и железные изделия устойчивыми против коррозии.

Несколько слов в оправдание

В ином деле самое трудное – вовремя остановиться.

Но остановиться все-таки надо. Даже если на кончике пера повис очередной занимательный рассказ по химии.

Но это, как говорится, присказка. А в заключение мы хотим сказать следующее.

Однажды слышали мы этакий жаркий спор, весьма похожий на те, что в свое время именовали «проблемой физиков и лириков». Правда, спорили на сей раз представители отменно точных наук. И один из спорщиков заявил, дескать, науки химии как таковой нет. Она – частный случай физики. Прямо так и заявил.

– А потому нет науки химии, – продолжил он, – что какой бы химический процесс мы ни взяли, если объяснять его интимный механизм, то только на основе физических закономерностей. Взаимодействуют два атома, обмениваются электронами. А что диктует возможность такого обмена? Что лежит в основе химической связи? Физические закономерности…

Можете себе представить, как возмутились химики, услышав подобное рассуждение?

Электроны-то электронами, а наука химия, древняя и вечно юная, существует! Со своими правилами и законами, со своей историей и своими безграничными перспективами. Иное дело, что ей частенько приходится привлекать на помощь и физику, и математику, и кибернетику.

Химия двадцатого столетия тем и своеобразна, тем и отличается от ранних периодов своего развития, что разбилась на множество самостоятельных направлений. Да что там – направлений! Самостоятельных наук! Электрохимия, фотохимия, радиационная химия. Химия низких температур и высоких давлений. Химия высоких температур и низких давлений.

И нередко бывает так, что ученый, работающий в одной области, плохо понимает своего коллегу-специалиста в другой. Но это ни в коей мере не говорит о низкой квалификации этих химиков.

Химические «диалекты» превратились в самостоятельные химические «языки».

И это еще полдела.

Химия ныне весьма тесно срослась с другими науками: биологией и геологией, механикой и космогонией. Эти «союзы» дали целый букет, как их называют, гибридных наук: биохимия, геохимия, космохимия, физико-химическая механика и прочее, и прочее, и прочее.

Возьмите, например, такую область, как биохимия. Ведь именно ей в конце концов предстоит разобраться в том, что же такое жизнь с ее бесчисленными проявлениями. Именно биохимии вкупе с фармакологией и медициной предстоит находить все новые и новые могущественные средства борьбы с болезнями.

А космохимия – химия далеких звезд и планет. Она еще только-только зарождается, но в познании эволюции вселенной ей будет принадлежать далеко не последнее слово.

Тут выяснилось совершенно неожиданное. Именно гибридные науки чуть ли не ежедневно приносят удивительные плоды – факты, наблюдения, о которых никто и не подозревал. От этих «гибридов» больше всего ожидает и практика.

А теперь войдите в наше положение. Берете лист бумаги и хотите написать что-то химическое. Набросали две-три фразы, и, глядишь, сквозь них уже проглядывают улыбающиеся физиономии физики и биологии. И четкий некогда замысел приобретает не в пример более смутные очертания. Помните пословицу «В огороде – бузина, в Киеве – дядька»? Так в современной науке и в химии, в частности, между «бузиной» и «дядькой» обнаруживается часто весьма конкретная связь.

Если нам когда-нибудь еще придется писать нечто популярное на тему о химии, мы, пожалуй, поставим в эпиграф приведенную пословицу.

В этой же книге мы, однако, пытались держаться в «химических» рамках.

Содержание

Вместо предисловия … 3

Обитатели большого дома

Периодическая система с птичьего полета … 9

Как астрономы оказали химикам медвежью услугу … 12

Двуликий элемент … 14

Самый первый, самый удивительный … 18

Сколько на Земле водородов? … 20

Химия = физика + математика! … 22

Еще немного математики … 24

Как химики встретились с неожиданным … 27

Разгадка, которая не принесла утешения … 29

В поисках «сумасшедшей» идеи, или как инертные газы перестали быть инертными … 31

Новое несоответствие? Как с ним справиться? … 35

«Всесъедающий» … 37

«Философский камень» Геннинга Брандта … 39

Запах свежести, или пример того, как количество переходит в качество … 41

Проще простого, удивительнее удивительного … 43

«Лед неокрепший на речке студеной…» … 46

Сколько вод на Земле? … 48

Вода «живая», животворная, вездесущая … 50

Сосулькины секреты … 52

Кое-что из области языкознания, или «две большие разницы» … 53

Почему «две большие разницы»? … 55

Еще два «почему» … 57

Некоторая несуразица … 59

Об оригинальности в архитектуре … 61

Четырнадцать близнецов … 62

Мир металлов и его парадоксы … 64

Металлы-жидкости, металл-газ (!) … 67

Необычные соединения … 68

Первый кибернетик в химии … 70

«Кибернетическая машина» застопорилась … 71

Как один элемент превратить в другой … 73

Смерть и бессмертие в мире элементов … 77

Один, два, много … 79

Справедливо ли поступила природа? … 82

Тропою ложных солнц … 84

Судьба одного из ста четырех … 86

Где твое место, уран? … 88

Маленькие истории из области археологии … 90

Уран и его профессии … 91

Недостроенное здание? … 94

Гимн современным алхимикам … 95

На краю Ойкумены … 97

«Святцы» элементов … 99

Змея, кусающая свой хвост

Душа химической науки … 103

Молнии и черепахи … 105

Чудесный барьер … 107

Змея, кусающая свой хвост … 103

Как «черепаха» становится «молнией», и наоборот … 111

Цепные реакции … 113

Как химия подружилась с электричеством … 115

Враг номер один … 116

…и как с ним бороться … 119

Светящаяся струя … 120

Солнце в роли химика … 123

Два варианта химических пут … 125

Химия и излучение … 126

Самая длинная реакция … 129

Химический музей

Вопрос без ответа … 133

Причина многообразия и ее следствия … 134

Химические кольца … 137

Третья возможность … 139

Кое-что о комплексных соединениях … 142

Сюрприз простого соединения … 144

Чего не знал Гемфри Дэви 145

26, 28, или нечто совсем удивительное … 147

Похвальное слово жидкости Кадэ … 149

Повесть о ТЭСе … 151

Необычные бутерброды … 155

Странные причуды угарного газа … 157

Красное и зеленое … 160

Все в одном … 162

Самый необычный атом, самая необычная химия … 163

Еще раз про алмаз … 164

Неизвестное под ногами … 167

Когда одно и то же вовсе не одно и то же … 168

Ее глазами

Слово о пользе анализа … 173

Чтобы порох был хорошим … 174

Как был открыт германий … 176

Свет и цвет … 178

Химический анализ… Солнца … 180

Волны и вещество … 182

И всего лишь ртутная капля … 185

Химическая призма … 187

Как открыли прометий … 188

Ароматы земляничной поляны … 196

Смерть Наполеона: легенда и действительность … 192

Анализ радиоактивационный … 194

Как взвесить невесомое? … 196

Химия единичных атомов … 198

Есть ли предел? … 200

Число, поражающее воображение … 201

Широко распростирает химия…

Опять про алмаз … 205

Бесконечные молекулы … 207

Алмазное сердце и шкура носорога … 212

Союз углерода и кремния … 214

Удивительные сита … 217

Химические клешни … 219

Химия в белом халате … 222

Чудо из плесени … 229

Микроэлементы – витамины растений … 231

Что едят растения и при чем тут химия? … 234

Маленькая аналогия, или как химики накормили растения калием … 235

«Азотная катастрофа» … 236

Для чего нужен фосфор? … 239

Химическая война … 240

Помощники земледельца … 243

Обслуживают призраки … 245

Несколько слов в оправдание … 248