Текст книги "Занимательно о химии"

Автор книги: Лев Власов

Соавторы: Дмитрий Трифонов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 13 страниц)

После нескольких неудачных экспериментов, кончавшихся страшными взрывами, выяснили: злополучное вещество представляет собой соединение инертного газа аргона с каким-то неизвестным еще на Земле элементом.

Однако когда великий фантаст дописывал последние строки своего произведения, химики были абсолютно уверены, что аргон ни с чем и ни при каких условиях соединяться не может. Множество реальных опытов убедило их в этом.

Аргон назвали инертным газом. По-гречески «инертный» значит «бездеятельный». Аргон входит в состав целой плеяды химических ленивцев, которую составляют гелий, неон, криптон, ксенон, радон.

В периодической системе они образуют так называемую нулевую группу. Потому что валентность этих элементов равна нулю. Ни отдавать, ни принимать электроны атомы инертных газов не способны.

Как только не пытались воздействовать на них химики! И нагревали до температур, при которых самые тугоплавкие металлы становились бурлящей огненной жидкостью; и охлаждали до такого состояния, что инертные газы превращались в лед; и пропускали через них сильнейшие электрические разряды; и подвергали действию самых яростных химических реагентов. Тщетно!

Там, где другие элементы давно бы спасовали, вступили в химические соединения, инертные газы оставались бесстрастными. «Не тратьте понапрасну силы, – словно говорили они исследователям, – мы вовсе не желаем вступать в реакции. Мы выше этого!» И за свое высокомерие заслужили от химиков еще один титул: «благородные газы». Но, право же, в нем чувствуется оттенок иронии…

Крукс, который обнаружил в земных минералах гелий, мог гордиться: он подарил миру новый, реально существующий химический элемент. Химический?! Сэр Вильям Крукс дорого бы отдал за то, чтобы заставить гелий вести себя подобно другим обитателям таблицы Менделеева – соединяться с водородом, с кислородом, с серой. Чтобы почтенные профессора могли рассказывать со своих кафедр об окислах и солях гелия…

Но гелий, первый в группе инертных газов, не оправдал надежд. В самом конце прошлого столетия соотечественники Крукса Рамзай и Рэлей открыли неон и аргон, криптон и ксенон. Затем список химических лодырей завершил радон. Все они были элементами со своими атомными весами. Но, честное слово, рука не поднималась написать рядом со словами, скажем, «элемент аргон» слово «химический».

И ученые выселили высокомерное семейство благородных газов на окраину таблицы Менделеева, пристроили к ней новую секцию, нулевую группу. А в учебниках химии записали: есть среди химических элементов такие, что ни при каких условиях не способны вступать в соединения.

Ученые были огорчены: шесть элементов отнюдь не по их воле выпадали из сферы деятельности химической науки.

Разгадка, которая не принесла утешения

В растерянности на первых порах оказался и сам Дмитрий Иванович Менделеев. Поначалу он даже высказал «спасительную» мысль. Нет, аргон вовсе не новый элемент. Это очень своеобразное соединение азота, молекула которого состоит из трех атомов, N ₃. Подобно тому как наряду с кислородной молекулой O ₂известна молекула озона O ₃.

Факты в конце концов убедили Менделеева в ошибке, и он признал правоту Рамзая. Все учебники мира называют теперь английского ученого первооткрывателем плеяды благородных газов. И никто не пытается это оспаривать.

…Двадцать лет томился в застенках Шлиссельбургской крепости народоволец Николай Морозов. В годы Советской власти он стал ученым с мировым именем. Крепкие стены каменного мешка не раздавили в нем воли к научному творчеству. Он постоянно и упорно работал, и рождались у него идеи и гипотезы одна другой смелее и оригинальнее. В крепости Морозов завершил исследование, посвященное периодической системе. И в нем он предсказал существование элементов, которые должны быть химически неактивными.

Когда Морозов вышел на свободу, инертные газы были уже открыты и нашли свое место в таблице элементов…

Рассказывают, что незадолго до смерти Менделеева его посетил Морозов и два наших великих соотечественника долго говорили о периодическом законе. Увы, содержание беседы неизвестно и, видимо, навсегда останется загадкой.

Немного не дожил Менделеев до раскрытия тайны инертности благородных газов. А тайна эта заключалась в следующем.

Физики, которые так часто приходили и приходят на помощь химикам, установили: внешняя оболочка, содержащая 8 электронов, чрезвычайно устойчива. Она своеобразный идеал прочности электронной оболочки. И следовательно, ей нет никакого резона терять или, наоборот, набирать себе лишние электроны.

Вот где основа «благородства» инертных газов: 8 электронов на внешней оболочке. Или 2 – в случае атома гелия. Двухэлектронная оболочка его не уступает в прочности восьмиэлектронной у других химических ленивцев.

И другое стало ясно химикам: пристройка к таблице Менделеева нулевой группы – не вынужденная мера. Без нее периодическая система выглядела бы зданием недостроенным. Ведь каждый ее период заканчивается инертным газом. Дальше начинается заполнение следующей электронной оболочки, вырастает очередной этаж Большого дома.

Видите, все объяснилось довольно просто. Благородные газы, несмотря на сей аристократический титул, обнаружили способность к практической деятельности: гелием стали заполнять воздушные шары и дирижабли, он начал помогать водолазам в борьбе с кессонной болезнью; аргоновые и неоновые рекламы расцветили ночные улицы городов.

Но, может, «все-таки она вертится!»? Может, физики чего-то недодумали, чего-то недорассчитали, а химики не использовали весь арсенал средств, заставляющих вещества реагировать друг с другом?

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

– Две параллельные прямые никогда не пересекутся! – утверждала геометрия устами величайшего математика древности Эвклида.

– Нет, должны пересечься! – заявил в середине прошлого столетия русский ученый Николай Лобачевский.

И родилась новая геометрия – неэвклидова.

– Бред и фантазия! – так реагировали на нее на первых порах многие сильные научного мира сего.

Но без геометрии Лобачевского не было бы ни теории относительности, ни смелых представлений о том, каким законам подчиняется устройство вселенной.

Перу Алексея Толстого принадлежит роман «Гиперболоид инженера Гарина».

– Превосходная фантастика, – заявили о нем литературоведы всего мира.

– Фантазия, которая никогда не сможет стать реальностью! – вторили им ученые.

Лишь каких-то пятнадцать лет не дожил Толстой до момента, когда из кристалла рубина вырвался световой луч невиданной яркости и мощи и слово «лазер» вошло в лексикон отнюдь не одних только специалистов.

…Химики-энтузиасты упрямо верили в возможность покорить неслыханное упорство инертных газов. Если мы возьмем на себя труд полистать уже начавшие желтеть страницы научных журналов двадцатых, тридцатых, сороковых годов, нам попадется немало любопытных статей и заметок. Они подтвердят: химики не отказались от мечты вовлечь инертные газы в сферу своей деятельности.

С этих страниц смотрят на нас необычные формулы. Они повествуют об удивительных веществах, соединениях гелия со ртутью, палладием, платиной, другими металлами. Одно лишь плохо: это не те химические соединения, которые хотелось бы получить. Двухэлектронная оболочка гелия в них остается незыблемой, а существуют они только при очень низкой температуре. В царстве абсолютного нуля…

Дальше листаем химические журналы – еще новость: советский химик Никитин приготовил куда менее сказочные соединения ксенона и радона с водой, фенолом и некоторыми другими органическими жидкостями: Xe · 6Н ₂O, Rn · 6Н ₂О. Они устойчивы в обычных условиях, их нетрудно получить, но…

Но по-прежнему химическая связь здесь ни при чем. Атомы ксенона и радона свято блюдут совершенство своих внешних оболочек: 8 электронов было, 8 осталось. Больше пятидесяти лет прошло со времени открытия инертных газов, а «воз и ныне там».

…Завершится двадцатое столетие – самое бурное, самое памятное из всех прошедших веков человеческой истории. И ученые подведут итог тому, каких высот в этом столетии достигла научная мысль. В нескончаемом перечне выдающихся открытий на видном месте окажется «Получение химических соединений инертных газов». А какой-нибудь восторженный комментатор добавит: одно из самых сенсационных открытий.

Сенсация? Полно! Скорее романтическая история. Или даже история о том, как просто иногда может решиться проблема, которая десятилетиями мучила многих ученых своей неразрешимостью…

В наши дни химия напоминает могучее дерево с огромной, все разрастающейся кроной. Одному человеку уже не под силу изучать целую ветку. Чаще всего исследователь затрачивает годы, чтобы подробно ознакомиться с маленькой веточкой, с почкой, с чуть заметным ростком. Из тысяч таких исследований складывается знание о той или иной ветви.

«Веточкой», которую изучал канадский химик Нейл Бартлетт, было соединение, на языке химии именуемое гексафторид платины, PtF ₆. Не случайно ученый уделял много внимания этому веществу. Соединения фтора с тяжелыми металлами – очень интересные вещества, очень нужные для науки и для практики. Например, для разделения изотопов урана – урана-235 и урана-238 – для нужд ядерной энергетики. Отделить один изотоп от другого – дело весьма сложное, но с помощью гексафторида урана UF ₆их удается рассортировать. Кроме того, фтористые соединения тяжелых металлов – очень активные химические вещества.

Бартлетт подействовал на PtF ₆кислородом и получил крайне любопытное соединение. Кислород в нем содержался в виде положительно заряженной молекулы O ₂. Молекулы, потерявшей один электрон. Что здесь удивительного? То, что оторвать электрон от кислородной молекулы чрезвычайно трудно. Нужно затратить много энергии. Шестифтористая платина оказалась способной отобрать электрон у кислородной молекулы.

Чтобы удалить электрон с внешней оболочки атомов инертных газов, также требуется весьма много энергии. Тут есть закономерность: чем тяжелее инертный газ, тем энергия меньше. И оказалось: заставить атом ксенона распрощаться с одним электроном все-таки проще, чем оторвать его от молекулы кислорода.

А значит… Вот где начинается самое интересное! Бартлетт решил заставить шестифтористую платину выступить в роли похитителя электрона у ксенонового атома. И достиг успеха – в 1962 году родилось первое в мире химическое соединение инертного газа. Выглядит оно так: XePtF ₆. И в достаточной степени устойчивое. Не то что какие-нибудь экзотические соединения гелия с платиной или ртутью.

Это едва заметное зернышко сразу дало побег. Побег, который стал расти со скоростью бамбука, – новое направление химии, химию инертных газов. Еще вчера многие серьезные ученые были скептиками; сегодня они держат в руках более тридцати настоящих химических соединений инертных газов. Главным образом фторидов ксенона, криптона и радона.

А стало быть, миф о незыблемости внешней электронной оболочки благородных газов рухнул!

Как построены молекулы различных соединений инертных газов? Ученые только-только начинают в этом разбираться. Выходит, что атомы могут располагать гораздо большим запасом валентных сил, чем считалось раньше.

На признании особой прочности, незыблемости восьмиэлектронной оболочки строились прежде представления о валентности. А теперь ученым приходится задуматься: так ли уж все ясно в этих теориях? Может, вам доведется вместе с ними обнаружить новые закономерности…

Новое несоответствие? Как с ним справиться?

…Рассказывают также: пришел в научно-исследовательский институт задумчивый человек с солидной папкой в руках. Разложил перед учеными свои бумаги. И тоном, не терпящим возражений, сказал:

– В таблице Менделеева должно быть лишь семь групп элементов – ни более и ни менее!

– Как так? – удивились видавшие виды ученые.

– А очень просто! Ведь в числе «семь» сокрыт великий смысл! Семь цветов радуги, семь нот в музыкальной гамме…

Ученые поняли, что имеют дело с не совсем нормальным человеком. И попытались обратить притязания новоявленного перестройщика менделеевской таблицы в шутку.

– Не забудьте, что в человеческой голове имеется семь отверстий! – улыбнулся один.

– И про семь пядей во лбу тоже! – произнес другой.

…Такой случай произошел как-то в одном из московских институтов.

Подобных случаев в истории периодической системы было видимо-невидимо. Перекроить ее пытались многократно. Иногда это имело определенный смысл. Но чаще всего оказывалось стремлением иных авторов соригинальничать.

В 1969 году великое открытие Менделеева празднует столетний юбилей. И надо же было так сложиться обстоятельствам, что накануне этой выдающейся даты даже серьезные химики начали задумываться: в периодической системе придется кое-что перестроить…

Были времена, когда у ученых язык не поворачивался назвать элементы нулевой группы химическими. Теперь иное дело. Элементы нулевой группы как-то неудобно стало именовать, инертными. Что ни месяц в химических журналах появляется несколько статей по химии инерт… виноваты, элементов нулевой группы. Из разных стран приходят сведения о синтезе новых химических соединений криптона, ксенона, радона… Двух-, четырех-, шестивалентный ксенон, четырехвалентный криптон – эти термины, столь сумасшедшие какое-то десятилетие назад, стали теперь обиходными.

– Над таблицей Менделеева навис кошмар фторидов ксенона! – ужаснулся один видный ученый.

Пусть сказано громко, однако развеять «кошмар» необходимо. Уже теперь… Но как?

Вот что предлагают ученые: понятие «нулевая группа» сдать в архив истории науки. А все некогда инертные газы поместить в восьмую. Благо у них на внешней оболочке 8 электронов…

Позвольте! Ведь восьмая группа уже существует, ее «встроил» в таблицу не кто иной, как сам Менделеев. Девять элементов в ней: железо, кобальт, никель, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина.

С ней что прикажете делать?

Иными словами, химики лицом к лицу столкнулись с новым несоответствием. Привычные контуры менделеевской таблицы вот-вот должны измениться.

«Всегда что-то мешает» – гласит латинская пословица. Этой перемене контуров мешает «старая» восьмая группа. Куда ее переместить?

«Всесъедающий»

Так назвал его выдающийся советский ученый Александр Евгеньевич Ферсман. Ибо нет на свете элемента более яростного, нет в природе вещества химически более активного, чем герой настоящего очерка. И вообще вы не встретите его в природе в свободном виде, только лишь в форме соединений.

Его имя фтор. В переводе с греческого «разрушающий». Вот второй, не менее энергичный термин, характеризующий главную особенность этого представителя седьмой группы таблицы Менделеева.

Кто-то сказал однажды: «Путь к свободному фтору вел через человеческие трагедии…» Это не красивая фраза. Сто четыре элемента обнаружили люди В поисках новых простых веществ исследователи преодолели множество трудностей, пережили массу разочарований, становились жертвами курьезных ошибок. Погоня за следами неизвестных элементов отнимала у ученых много сил.

Фтор, элемент фтор в свободном виде, отнимал жизни.

Велик скорбный перечень борцов, пострадавших при попытках получить свободный фтор. Член Ирландской академии наук Нокс, французский химик Никлес, бельгийский исследователь Лайет – вот жертвы «всесъедающего». А сколько ученых получили серьезные травмы? Среди них выдающиеся химики французы Гей-Люссак и Тенар, англичанин Гем фри Дэви… Несомненно, существовали и безвестные исследователи, которым фтор отомстил за дерзкую попытку выделить его из соединений.

Когда Анри Муассан 26 июня 1886 года докладывал Парижской академии наук, что ему удалось, наконец, получить свободный фтор, один глаз ученого был закрыт черной повязкой…

Француз Муассан первым узнал, что представляет собой элемент фтор в свободном виде. И что греха таить, многие химики попросту боялись работать с этим элементом.

Ученые двадцатого столетия нашли способы обуздать ярость фтора, отыскали пути поставить его на службу человеческой практике. Химия этого элемента стала теперь большой самостоятельной областью неорганической химии.

Грозный «джинн из бутылки» был укрощен. И труды многочисленных борцов за свободный фтор окупались сторицей.

Во многих образцах современных холодильников рабочей охлаждающей жидкостью является фреон. Химики называют это вещество сложнее: дифтордихлорметан. Фтор – непременная его составная часть.

«Разрушающий», оказывается, способен образовывать соединения, которые фактически ничто не может сокрушить. Они не горят и не гниют, не растворяются ни в щелочах, ни в кислотах, свободный фтор бессилен их разрушить, они почти не чувствительны к арктическому холоду и мало реагируют на внезапную резкую смену температур. Одни из них – жидкости, другие – твердые вещества. Общее их имя фторуглероды, соединения, выдумать которые оказалось не под силу самой природе. Их получил человек. Очень полезным оказался союз углерода с фтором. Фторуглероды применяют как охлаждающие жидкости в моторах, для пропитки специальных тканей, как смазочные масла с очень продолжительным сроком действия, в качестве изоляционных материалов, как вещества для конструирования различных аппаратов химической промышленности.

Когда ученые искали пути к овладению энергией ядра, им понадобилось разделить изотопы урана: уран-235 и уран-238. И такую сложнейшую задачу исследователям удалось, об этом уже говорилось, разрешить с помощью интересного соединения – шестифтористого урана.

Именно фтор помог химикам доказать, что инертные газы вовсе уж не такие химические ленивцы, как считалось десятилетиями. Первое появившееся на свет соединение инертного газа ксенона было его соединение со фтором.

Таковы успехи трудовой деятельности фтора.

«Философский камень» Геннинга Брандта

Жил да был в средние века в немецком городе Гамбурге купец Геннинг Брандт. Мы не знаем, сколь изобретателен был он в своих торговых операциях, однако с уверенностью можем сказать, что о химии имел самые примитивные представления.

Но и он не устоял перед соблазном попытаться сразу стать богачом. Дело было за малым: найти пресловутый «философский камень», который, по верованиям алхимиков, и булыжник мог превратить в золото.

…Шли годы. Все реже вспоминали торговые люди имя Брандта, и когда вспоминали, грустно покачивали головами. А он тем временем растворял, перемешивал, просеивал, прокаливал разные минералы и снадобья, и его руки были покрыты незаживающими ожогами от кислот и щелочей.

В один прекрасный вечер бывшему купцу улыбнулась фортуна. На дне реторты осело какое-то вещество, белое как снег. Оно быстро сгорало, образуя густой удушливый дым. И самое любопытное – светилось в темноте. Холодный свет был настолько ярок, что позволял читать старинные алхимические трактаты (они теперь заменяли Брандту деловые бумаги и расписки).

…Так, случайно, открыли новый химический элемент фосфор. В переводе с греческого это слово означает «несущий свет», «светоносец».

Многие светящиеся составы основной своей частью имеют фосфор. Помните знаменитую баскервилльскую собаку, за которой так долго охотился Шерлок Холмс? Ее пасть была намазана фосфором.

Никакой другой представитель менделеевской таблицы не обладает столь своеобразной особенностью.

Ценных и важных качеств у фосфора хоть отбавляй.

Немецкий химик Молешотт некогда сказал: «Без фосфора нет мысли». И это действительно так, потому что в мозговых тканях содержится много сложных фосфорных соединений.

Но без фосфора нет и самой жизни. Без него не могли бы протекать дыхательные процессы, мышцы не могли бы запасать энергию. Наконец, фосфор – один из важнейших строительных «кирпичиков» любого живого организма. В самом деле, основная составляющая часть костей – фосфорнокислый кальций.

Ну скажите, чем не «философский камень», позволяющий превращать неживое в живое?

И наконец, почему фосфор светится?

Над кусочком белого фосфора – облако фосфорных паров. Они окисляются, и при этом выделяется большая энергия. Она возбуждает атомы фосфора, а благодаря этому и возникает свечение.

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

Легко дышится после грозы. Прозрачный воздух словно напоен свежестью.

Это не только поэтический образ. При грозовых разрядах образуется в атмосфере газ озон. Он-то и делает воздух чище.

Озон – тот же кислород. Только молекула кислорода содержит два атома элемента, а в молекуле озона их три. О ₂и О ₃– казалось бы, атомом кислорода меньше, атомом больше, какая разница?

Разница огромная: озон и кислород совершенно непохожие вещества.

Без кислорода нет жизни. Напротив, озон в больших концентрациях способен убить все живое. Он, после фтора, сильнейший окислитель. Соединяясь с органическими веществами, озон моментально разрушает их. Все металлы, кроме золота и платины, под действием озона быстро превращаются в окислы.

Он двулик! Убийца живого, озон в то же время во многом способствует существованию жизни на Земле.

Этот парадокс легко объяснить. Солнечное излучение неоднородно. В его состав входят так называемые ультрафиолетовые лучи. Если бы все они достигали земной поверхности, жизнь на ней стала бы невозможной. Ибо эти лучи, несущие огромную энергию, смертоносны для живых организмов.

К счастью, до поверхности Земли добирается лишь малая доля солнечного ультрафиолета. Большая же часть теряет свою силу в атмосфере на высоте 20–30 километров. На этом рубеже в воздушном одеяле планеты содержится много озона. Он-то и поглощает ультрафиолетовые лучи. (Кстати, одна из современных теорий происхождения жизни на Земле приурочивает появление первых организмов ко времени формирования озонового слоя в атмосфере.)

Но людям необходим озон и на Земле. И в больших количествах.

Им – и в первую очередь химикам – крайне нужны тысячи и тысячи тонн озона.

Изумительную окислительную способность озона с удовольствием взяла бы на вооружение химическая промышленность.

Озону поклонились бы и нефтяники. Нефть многих месторождений содержит серу. Сернистые нефти доставляют много хлопот, хотя бы тем, что быстро разрушают аппаратуру, например котельные топки на электростанциях. С помощью озона было бы легко обессеривать такие нефти. А за счет этой серы производство серной кислоты удалось бы удвоить, если не утроить.

Мы пьем хлорированную водопроводную воду. Она безвредна, но ее вкус – это отнюдь не вкус родниковой воды. В питьевой воде, обработанной озоном, погибнут все болезнетворные микробы. И не будет досадного привкуса.

Озон может обновлять старые автомобильные шины, отбеливать ткани, целлюлозу, пряжу. Он многое может. И потому ученые и инженеры работают над созданием мощных промышленных озонаторов.

Вот он какой, озон! O ₃ничуть не менее важен, чем O ₂.

Философская мысль давно сформулировала принцип диалектики: переход количества в качество. Пример кислорода и озона – один из самых ярких примеров проявления диалектики в химии.

Ученым известна еще и молекула из четырех атомов кислорода, O ₄. Правда, этот «квартет» крайне неустойчив и о его свойствах еще почти ничего не знают.

Проще простого, удивительнее удивительного…

Шла до войны на экранах кинотеатров веселая комедия «Волга-Волга». И был в ней неунывающий водовоз, который распевал, подстегивая ленивых лошадей:

 
Потому что без воды —
И ни туды и ни сюды…
 

Зрители улыбались, песенка даже вошла в поговорку.

А если хотите, в этой непритязательной напевке скрыт, как говорят философы, глубочайший подтекст.

Ибо вода для жизни – это вещество номер один. H ₂O. Атом кислорода плюс два атома водорода. Едва ли не первая химическая формула, которую узнает каждый. Попробуем себе представить, какой вид имела бы наша планета, исчезни с нее внезапно вода.

…Мрачные зияющие «глазницы» морских и океанских впадин, покрытых толстым слоем солей, некогда растворенных в воде. Пересохшие русла рек, навек замолкнувшие родники. Горные породы, рассыпавшиеся в прах: ведь в их состав входило большое количество воды. Ни кустика, ни цветочка, ни единого живого существа на мертвой Земле. И над ней безоблачное небо жуткого, необычного цвета.

Казалось бы, простейшее соединение, а без воды никакая жизнь – ни разумная, ни неразумная – невозможна.

Давайте разберемся – почему?

Прежде всего вода самое что ни на есть удивительное химическое соединение на свете.

Когда Цельсий изобрел свой термометр, он положил в основу устройства две величины, или две константы: температуру кипения воды и температуру ее замерзания. Первую посчитал равной 100 градусам, вторую – нулю. И разделил промежуток между этими крайними точками на 100 частей. Так появился на свет первый прибор для измерения температуры.

Но что бы подумал Цельсий, если бы знал: на деле-то вода должна замерзать отнюдь не при нуле градусов, а кипеть не при ста?

Современные ученые установили: вода в этом случае выступает в роли великого обманщика. Она самое аномальное соединение на земном шаре.

Вот что говорят ученые: вода должна закипать при температуре на 180 градусов более низкой. При минус 80 градусах. Во всяком случае, закипать при подобной антарктической температуре предписывают ей правила распорядка, царящие в периодической системе.

Свойства элементов, входящих в ту или иную группу периодической системы, изменяются довольно закономерно, когда мы переходим от легких элементов к тяжелым. Скажем, температуры кипения. Свойства соединений меняются тоже не бог весть как. Они зависят от положения элементов, из которых построены молекулы, в таблице Менделеева. В том числе и свойства водородных соединений, гидридов элементов, входящих в одну и ту же группу.

Воду можно назвать гидридом кислорода. Кислород – член шестой группы. Здесь располагаются сера, селен, теллур, полоний. Молекулы их гидридов устроены одинаково с молекулой воды: H ₂S, H ₂Se, H ₂Te, H ₂Рo. Для каждого из них известны температуры кипения, они довольно правильно изменяются при переходе от серы к ее более тяжелым собратьям. И вот что оказывается: температура кипения воды из этого ряда весьма резко выпадает. Она гораздо выше, чем ей положено. Вода словно не желает считаться с правилами поведения, что установлены для таблицы Менделеева. На 180 градусов откладывает она процесс своего перехода в парообразное состояние. И это первая удивительная аномалия воды.

Вторая связана с ее замерзанием. Статут периодической системы предписывает: вода должна затвердевать при температуре 100 градусов ниже нуля. Вода это требование жестоко нарушает и превращается в лед при нуле градусов.

И вот к какому любопытному выводу приводит это своеволие воды: на Земле ее жидкое и твердое состояние является ненормальным. «По штату» ей следовало бы пребывать лишь в виде пара. Вообразите себе мир, где свойства воды подчинялись бы строгим закономерностям периодической системы. Для фантастов этот уникальный факт – весьма благодатная почва для написания увлекательных романов и повестей. Для нас же с вами, как и для ученых, лишнее подтверждение, что менделеевская таблица куда более сложное сооружение, чем может показаться на первый взгляд. И характеры ее обитателей очень уж напоминают характеры живых людей, их просто нельзя ограничить определенными рамками. У нашей воды характер своевольный…

Но почему?

Потому, что молекулы воды устроены особенным образом и благодаря этому обладают необычайно сильной способностью притягиваться друг к другу. Тщетно мы стали бы искать в стакане воды молекулы-одиночки. Они образуют группы, которые ученые называют ассоциациями. И формулу воды правильнее было бы записать (H ₂O) _n, где n – обозначает число молекул в ассоциации.

Разрываются эти ассоциативные связи между молекулами воды с очень большим трудом. Потому она и плавится и кипит при гораздо более высоких температурах, чем следовало бы ожидать.

«Лед неокрепший на речке студеной…»

В 1913 году печальное известие облетело весь мир. Погиб, столкнувшись с айсбергом, гигантский океанский лайнер «Титаник». По-разному объясняли эксперты причины катастрофы. Сошлись на том, что в тумане капитан не разглядел огромную плавающую ледяную гору и, налетев на нее, корабль окончил свое земное существование.

Если мы посмотрим на это прискорбное событие глазами химика, то придем к весьма неожиданному выводу: «Титаник» пал жертвой еще одной аномалии воды.

Устрашающие ледяные глыбы – айсберги плавают, подобно пробке, на поверхности воды. Глыбы в десятки тысяч тонн.

И все потому, что лед легче воды.

Попробуйте расплавить любой металл и в расплав бросить кусок того же металла: он моментально утонет. В твердом состоянии любое вещество имеет большую плотность, чем в жидком. Лед и вода – удивительное исключение из этого правила. Не будь этого исключения, все водоемы средних широт быстро промерзли бы до дна: все живое бы тут погибло.

Вспомните некрасовские стихи:

 
Лед неокрепший на речке студеной,
Словно как тающий сахар лежит…
 

Стукнут сильные морозы, лед окрепнет. Потянется по реке зимняя дорога. Но под толстым слоем льда, как и прежде, будет струиться вода. Река не промерзнет до дна.

Лед, твердое состояние воды, – вещество исключительно своеобразное. Существует несколько видов льдов. В природе известен один, тот, что плавится при нуле градусов. Ученые в лабораториях, применяя высокие давления, получили еще шесть ледяных разновидностей. Самый сказочный из них (лед VII), найденный при давлении больше 21 700 атмосфер, можно было бы назвать раскаленным льдом. Он плавится при температуре 192 градуса выше нуля, при давлении в 32 тысячи атмосфер.

Казалось, что может быть обыденнее картины таяния льда. Но какие удивительные вещи при этом происходят!

Любое твердое вещество после плавления начинает расширяться. Вода же, получающаяся при таянии льда, ведет себя совсем иначе: она сжимается и лишь затем, если температура продолжает повышаться, начинает расширяться. Это происходит опять-таки из-за сильной способности молекул воды взаимно притягиваться. При четырех градусах выше нуля такая способность проявляется особенно резко. А потому при этой температуре вода обладает наибольшей плотностью; потому наши реки, пруды и озера даже при самых жестоких холодах не промерзают до дна.

Вы радуетесь приходу весны, восхищаетесь прекрасными деньками золотой осени. Радостная весенняя капель и багряный убор лесов…

Опять же аномальное свойство воды!

Чтобы растаял лед, нужно много тепла. Несравненно больше, чем для плавления любого другого вещества, взятого в таком же количестве.

Когда вода замерзает, это тепло снова выделяется. Лед и снег, отдавая тепло обратно, подогревают землю и воздух. Они смягчают резкий переход к суровой зиме и позволяют осени воцариться на несколько недель. Весной же таяние льда задерживает наступление знойных дней.