Текст книги "Занимательно о химии"

Автор книги: Лев Власов

Соавторы: Дмитрий Трифонов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 13 страниц)

План генерального наступления на инсулин был следующим. Отдельно синтезировать цепи А и В. Затем соединить их, да так, чтобы между ними обязательно протянулся дисульфидный мостик.

Теперь немного арифметики. Чтобы получить цепь А, химикам понадобилось провести около сотни различных последовательных реакций. Построение цепи В потребовало больше ста. И ушло на это много месяцев кропотливейшего, труда.

Но вот обе цепи, наконец, получены. Надо их связать. Именно здесь и встретились основные трудности. Не раз постигали исследователей жестокие разочарования. И все же в один прекрасный вечер в лабораторном дневнике появилась лаконичная запись: «Молекула инсулина полностью синтезирована».

Двести двадцать три последовательных этапа потребовалось ученым, чтобы искусственно получить инсулин. Вдумайтесь только в эту цифру: до сих пор еще ни одно из известных химических соединений не было приготовлено с таким трудом. Десять человек не покладая рук работали около трех лет…

Биохимики же сообщают весьма любопытную вещь: в живой клетке белок синтезируется всего за… 2–3 секунды.

Три года – и три секунды! Насколько все-таки синтетический аппарат живой клетки совершеннее современной химии!

Химический музей

Вопрос без ответа

Если собрать величайших химиков мира и попросить их ответить на один-единственный вопрос: сколько химических соединений могут образовать элементы периодической системы, то это высокоавторитетное собрание не даст даже приблизительного ответа.

Нам известно самое простое химическое соединение: молекула водорода; Проще и быть не может. Ведь водород – самый первый, самый легкий представитель таблицы Менделеева.

А самое сложное? Тут всякая определённость исчезает. Химии знакомы поистине гигантские молекулы, состоящие из десятков, сотен тысяч и даже миллионов атомов И никто не в состоянии сказать, существует ли вообще какой-нибудь лредел сложности.

Зато мы сравнительно точно можем подсчитать, сколько химических соединений известно. Но число, которое мы получим сегодня, завтра уже устареет. Ведь сейчас ежедневно в лабораториях земного шара синтезируется примерно десяток новых веществ. И с каждым годом эта дневная продукция возрастает.

Служба химической информации дает справку: всего выделено из природного сырья и получено искусственно около 2 миллионов химических соединений.

Количество весьма внушительное, но оказывается, что вклад обитателей Большого дома весьма различен.

Скажем, у благородных газов – гелия, неона и аргона – число соединений равно нулю. Для редкоземельного элемента прометия (его физики искусственно готовят в ядерных реакторах) достоверно получено лишь три соединения, да и то самые обычные: гидрат окиси, нитрат и хлорид. Не лучше положение и у других искусственных элементов. У некоторых ученым приходится подсчитывать число атомов… Где уж тут говорить о каких-либо соединениях!

Но есть в менделеевской таблице уникальный элемент. По количеству образуемых сложных веществ он занимает совершенно исключительное положение.

В Большом доме ему принадлежит квартира номер 6. Этот элемент – углерод.

Из двух миллионов разнообразнейших молекул 1 миллион 700 тысяч – молекулы, основу, каркас которых составляют атомы углерода. Изучает эти соединения громадный раздел химии – органическая химия. Соединения же всех прочих элементов входят в «сферу влияния» химии неорганической.

Получается, что органических веществ почти в шесть раз больше, чем неорганических.

Новое органическое вещество, как правило, синтезировать гораздо легче. Для неоргаников же было бы идеалом, если бы они каждый день могли рапортовать о получении хотя бы одного нового соединения. Правда, в последние годы перспективы стали более обнадеживающими.

Органикам помогает одна чудесная особенность атомов углерода.

Причина многообразия и ее следствия

Атомы этого элемента чрезвычайно легко могут образовывать цепи, выстраиваться в длинную шеренгу.

Самая короткая цепь содержит два углеродных атома, Например, молекула углеводорода этана насчитывает два звена в цепочке: Н ₃С—СН ₃. Самая длинная? Пока это не известно. Удалось получить соединение, где в цепи располагается 70 углеродных звеньев. (Нужно оговориться, что речь идет об обыкновенных соединениях, а не о полимерах. Там углеродные цепи имеют протяженность значительно большую.)

Ничего подобного мы не встретим у других элементов. Только кремний может позволить себе роскошь образовать шестизвенную цепочку. Да для германия ученые получили любопытное соединение – германоводород Ge ₃H ₈, где три металлических атома находятся в одной цепи. В семействе металлов это вообще единственный случай.

Словом, по способности к «цепеобразованию» углерод вне всякой конкуренции.

Но если бы углеродные цепочки были только линейные, органическая химия не знала бы столь баснословного количества соединений.

Цепи могут ветвиться. Могут замыкаться, образуя циклы – многоугольники. Из трех, четырех, пяти, шести и более атомов углерода.

В углеводороде бутане цепочка из четырех углеродных атомов:

Здесь атомы вытянуты «по струнке». Но они могут разместиться и так:

Число атомов то же самое, но связаны они друг с другом по-иному. И само вещество имеет другие свойства и называется иначе – изобутан. Короче: «Федот, да не тот».

Из пяти углеродных атомов, помимо линейной, можно сконструировать еще пять разветвленных цепей. Каждой «конструкции» будет отвечать самостоятельное химическое вещество.

Для таких разновидностей химических соединений, в которых содержатся одни и те же атомы, правда расположенные различными способами, химики придумали специальное название – изомеры. Их тем больше, чем больше атомов углерода в молекуле. Количество изомеров растет чуть ли не в геометрической прогрессии.

А органическая химия зачисляет в свой актив сотни тысяч новых соединений.

Химические кольца

Ходит немало легенд о том, как великие ученые делали свои великие открытия.

Рассказывали, что Ньютон предавался однажды раздумью в своем саду. К ногам его вдруг упало яблоко. Это навело гениального физика на мысль о законе всемирного тяготения.

Говорили, что Менделеев увидел периодическую систему во сне. Так что ему оставалось только проснуться и изобразить свое «сновидение» на бумаге.

Словом, об открытиях и их авторах измышлялось всякое.

Но идея, пришедшая в голову знаменитого немецкого химика Кекуле, была действительно навеяна довольно-таки любопытной картиной.

Ученые уже давно знали о бензоле – одном из важнейших органических соединений. Знали, что он состоит из шести атомов углерода и шести атомов водорода. Изучили многие его реакции.

И не ведали главного: как шестерка углеродных атомов располагается в пространстве.

Эта проблема не давала покоя Кекуле. А решил он ее так. Впрочем, дадим ему слово: «Я сидел и писал учебник, но работа не двигалась. Мысли мои витали где-то далеко. Атомы прыгали перед моими глазами. Мой умственный взор мог различить длинные ряды, извивающиеся подобно змеям. Но смотрите! Одна из змей схватила свой собственный хвост и в таком виде, как бы дразня, завертелась перед моими глазами. Как будто вспышка молнии разбудила меня…»

Случайный образ, возникший в сознании Кекуле, помог ему сделать вывод: углеродные цепи способны замыкаться, образовывать циклы.

Вслед за Кекуле химики стали изображать строение бензола следующим образом:

Бензольное кольцо сыграло в органической химии колоссальную роль.

Кольца могут содержать разные количества углеродных атомов. Кольца могут и сращиваться, образуя причудливые геометрические фигуры. В мире колец существует такое же разнообразие конструкций, как и среди незамкнутых цепей атомов углерода. Любая книга по органической химии чем-то напоминает учебник геометрии, ибо чуть ли не на каждой ее странице встретишь «геометрические фигуры» – структурные формулы сложных органических соединений.

Вот какие занятные «гармошки» могут образовывать бензольные кольца:

Левая «гармошка» – структурная формула нафталина. Правая – это антрацен, он содержится в каменном угле.

Третья возможность

Считалось, что элемент углерод един в трех лицах. Ученые это «триединство» именовали так: аллотропия. Иными словами, один и тот же элемент может существовать в трех аллотропных модификациях.

Три лица углерода – алмаз, графит и сажа. Они весьма не похожи друг на друга: «король твердости» алмаз, мягкие шелушащиеся чешуйки графита и матово-черный порошок сажи. Причина такого различия – неодинаковое расположение углеродных атомов в молекуле.

У алмаза они лежат в вершинах геометрической фигуры, именуемой тетраэдром. Атомы связаны здесь чрезвычайно прочно. Потому алмаз и отличается небывалой твердостью.

Атомы углерода в графите, напротив, имеют плоскостное расположение. Отдельные же плоскости связаны между собой довольно слабо. Благодаря этому графит мягок и легко расслаивается на чешуйки.

О строении сажи много спорили. Долгое время господствовало мнение, что сажа не является кристаллическим веществом. Ее рассматривали как аморфную разновидность углерода. И вот сравнительно недавно выяснилось: графит и сажа практически одно и то же. Их молекулярное устройство одинаково. Итак, остались алмаз и графит. Третьего не дано.

Ученые, однако, задались целью искусственно создать третью разновидность углерода. Задача формулировалась следующим образом.

В алмазе и графите цепочки атомов углерода замкнутые, хотя и по-разному расположены в пространстве. Но нельзя ли заставить углеродные атомы вытянуться в длинную линейную цепочку? Иными словами, нельзя ли получить полимерную молекулу, состоящую только из углеродов, расположенных на одной прямой?

Для изготовления любого химического продукта требуется исходное сырье. Для получения «углерода номер 3» выбор такого сырья однозначен.

Начальным продуктом может быть только ацетилен – соединение двух атомов углерода и двух атомов водорода, С ₂Н ₂.

Почему ацетилен? Да потому, что в его молекуле с атомами углерода связано наименьшее из возможных количество водородных атомов. А лишние водороды оказались бы помехой для синтеза.

У ацетилена есть еще одна особенность: он, как говорят химики, весьма реакционноспособен. Атомы углерода связаны в его молекуле тремя химическими связями (Н—С С—Н), причем две из них сравнительно легко разрываются и могут быть использованы на соединение с атомами других молекул, например, того же ацетилена.

Итак, первый шаг задуманного: из мономера – ацетилена приготовить полимер – полиацетилен.

Попытка эта не первая. Еще в прошлом веке немецкий химик Байер пытался провести такую реакцию. Но единственно, чего достиг, – получил учетверенную молекулу ацетилена – тетраацетилен. Однако она оказалась феноменально непрочной. Этим путем шли и другие химики разных стран. Увы, результаты их работ приносили лишь разочарование.

Только могущественные методы органического синтеза наших дней позволили, наконец, получить полиацетилен. Его родиной стал Советский Союз. Наши ученые создали новый класс органических соединений, так называемые полиины. Новорожденные вещества сразу нашли практическое применение, оказавшись превосходными полупроводниками.

Теперь предстоял второй шаг на пути к синтезу третьей разновидности углерода: изгнание из молекулы полиацетилена атомов водорода. Так, чтобы сохранилась цепочка из одних углеродов.

Процесс, с помощью которого хотели выгнать водородные атомы, на языке химиков носит длинное и нудное название – окислительная дегидрополиконденсация. Не будем вдаваться в объяснение сути процесса. В лабораторных дневниках его описание заняло десятки страниц, ибо освободить полиацетилен от водорода оказалось весьма непросто. Многие опыты кончались неудачей.

И все-таки советские ученые достигли блестящего успеха!

…Невзрачный, напоминающий сажу, черный порошок. Химический анализ показал: на 99 процентов он состоит из чистого углерода. На девяносто девять, но пока еще не на все сто.

Собственно, на пути к полной победе предстоит сделать еще один шаг. Нужно избавиться от этого пресловутого процента водорода. Именно он мешает углеродным атомам собраться в едином ровном строю, вытянуться в параллельные цепочки. Именно он последнее препятствие на пути к «углероду номер 3».

Синтезированную «почти третью» разновидность углерода химики назвали карбином. Он уже продемонстрировал свои удивительные способности. Прекрасный полупроводник, обладает фотоэлектрическими свойствами и потрясающе устойчив к нагреванию: полторы тысячи градусов для него ничто!

И мы уверены, недалеко время, когда «стопроцентный» карбин станет реальностью.

Кое-что о комплексных соединениях

Много великих химиков жило и творило в девятнадцатом столетии. Но трое из этого блестящего созвездия ученых – химики величайшие. Они сделали для своей науки больше чем кто бы то ни было. Они заложили основу современной химии.

Это Дмитрий Иванович Менделеев, открывший периодический закон и периодическую систему элементов.

Александр Михайлович Бутлеров, создавший теорию строения органических соединений.

Третий – немецкий химик Альфред Вернер. Его открытие умещается всего в два слова: «координационная теория». Оно – целая эпоха в развитии неорганической химии.

…Все началось с того, что химики стали изучать, как металлы взаимодействуют с аммиаком. Они брали обычную соль, например хлористую медь. Добавляли нашатырного спирта. Раствор выпаривали. Получали красивые сине-зеленые кристаллы. Анализировали их. Вещество имело простой состав, но эта простота оказывалась загадочной.

Формула хлористой меди – CuCl ₂. Здесь медь двухвалентна, все предельно ясно. Кристаллы «аммиачного» соединения тоже устроены не бог весть как сложно: Cu(NH ₃) ₂Cl ₂.

Но благодаря каким силам две молекулы аммиака прочно и надежно связываются с атомом меди? Ведь обе ее валентности израсходованы на связь с атомами хлора. Выходит, в этом соединении медь должна быть четырехвалентной?

А вот другой пример, аналогичное кобальтовое соединение Co(NH ₃) ₆Cl ₃. Кобальт, типичный трехвалентный элемент, здесь девятивалентен?!

Такие соединения синтезировались во множестве, и каждое из них представляло собой мину замедленного действия, заложенную в фундамент здания теории валентности.

Концы не сходились с концами. У многих металлов обнаруживались валентности совершенно необычные.

Альфред Вернер объяснил это странное явление.

Он полагал так: атомы, после того как насытили свои обычные, законные валентности, могут проявлять еще валентности дополнительные. Скажем, медь, затратив две основные валентности на атомы хлора, изыскивает две дополнительные для присоединения аммиака.

Соединения, подобные Cu(NH ₃) ₂Cl ₂, называют комплексными. Здесь комплексным является катион [Cu(NH ₃) ₂] ²⁺. Во многих веществах сложное строение у аниона, например у K ₂[PtCl ₆] комплексный анион [PtCl ₆] ^2–.

Но сколько побочных валентностей может проявлять металл? Это количество определяется величиной координационного числа. Наименьшее его значение равно 2, наибольшее – 12. Так, в аммиачном соединении меди оно 2. Именно столько молекул аммиака присоединено к медному атому.

Загадка необычных валентностей была решена. Родился новый раздел неорганической химии – химия комплексных соединений.

Их ныне известно великое множество, более сотни тысяч. Их изучают во всех химических институтах и лабораториях мира. Ими интересуются не только химики-теоретики, которые хотят знать, как что устроено и почему так устроено.

Без комплексных соединений нет жизни. Ведь и гемоглобин, важная составная часть крови, и хлорофилл, основа жизнедеятельности растений, – комплексные соединения. Многие ферменты и энзимы устроены «по-комплексному».

Аналитики с помощью комплексных соединений проводят сложнейшие анализы самых различных веществ.

Химики получают многие металлы в очень чистом состоянии, беря в помощники комплексы. Их используют как ценные красители, ими умягчают воду. Словом, они вездесущи – комплексные соединения.

Сюрприз простого соединения

Освоить фотографию в наш век – дело более чем нехитрое. Оно, пожалуй, под силу и октябренку. Пусть он не будет знать всех тайн фотографического процесса. (Между нами говоря, кое-что неясно даже специалистам.) Но снимать и проявлять – тут требуется лишь небольшая практика да несколько добрых советов взрослых.

А поэтому мы не будем расписывать в подробностях, что нужно делать фотографу.

Он, например, хорошо знает, что иногда фотографии покрываются бурыми пятнами. Особенно когда они лежат на свету и долго хранятся. «Стало быть, – скажет фотограф, – в процессе проявления бумаги (или пластинки) изображение недозакрепилось».

По-научному это значит: пластинку или фотобумагу недостаточно держали в фиксирующем растворе.

Зачем нужен фиксаж? И на этот вопрос легко ответит всякий, кто хоть немного увлекался фото.

Чтобы удалить с поверхности пленки остатки бромистого серебра, которое не разложилось при действии света.

Фиксажей изобретено немало. Но самый дешевый, самый популярный из них – гипосульфит. Химики называют его тиосульфатом натрия.

Но сначала о сульфате. Он известен давным давно, и открыл его немецкий химик Иоганн Глаубер. Поэтому сульфат натрия именуют еще и глауберовой солью. Его формула Na ₂SO ₄ · 10H ₂O.

Химики любят изображать соединения в виде структурных формул. Безводный сульфат натрия они нарисуют так:

И даже новичок в химии, взглянув на формулу, легко увидит: сера здесь положительно шестивалентна, кислород – отрицательно двухвалентен.

Тиосульфат построен почти так же. За исключением одной детали – вместо атома кислорода стоит атом серы:

 или так:

Просто? Конечно. Но до чего же все-таки любопытное соединение этот тиосульфат! Оно содержит два атома серы разной валентности. Один несет заряд 6+, другой 2–. Не так уж часто сталкиваются химики с подобным явлением.

Даже в самом обыденном нередко кроется необычное.

Чего не знал Гемфри Дэви

Список научных трудов знаменитого английского химика Гемфри Дэви чрезвычайно обширен.

Он был не только талантливым ученым, но и весьма удачливым исследователем. За какую бы проблему ни брался Дэви, он почти всегда успешно ее разрешал. Он получил немало новых химических соединений. Разработал несколько новых методов исследования. Дэви, наконец, открыл четыре элемента – калий и натрий, магний и барий.

Среди его работ есть небольшое исследование. В нем сообщается о приготовлении простого химического соединения – гидрата хлора. Здесь к молекуле хлора присоединялось шесть молекул воды: Cl ₂ · 6H ₂O.

Дэви тщательно изучил свойства этого вещества. Но так и не узнал, что получил соединение совершенно нового типа. Соединение, в котором отсутствует химическая связь.

В этом убедились химики двадцатого столетия. Они пытались объяснить существование гидрата хлора с помощью современных представлений о валентности. И безуспешно: вещество оказалось крепким орешком.

И далеко не единственным.

Десятилетиями химики искали ответа на вопрос: так ли уж безнадежно инертны инертные газы или все-таки их можно заставить вступить в химическое взаимодействие? Мы с вами уже знаем, чем все кончилось. Но пока дело решалось, ученым удалось приготовить несколько гидратов аргона, криптона, ксенона и радона.

И в них обычная химическая связь отсутствовала. Между тем многие из них сравнительно прочные вещества.

Новую загадку загадало химикам простое органическое соединение, называемое мочевиной. Она охотно объединялась со многими углеводородами и спиртами. Эта странная «дружба» вызывала удивление: какие силы влекут друг к другу молекулу мочевины и спирта? Какие угодно, только не химические…

Как бы там ни было, новый класс соединений – веществ без химической связи – разрастался с пугающей быстротой.

Но оказалось, что в этом нет ничего сверхъестественного.

Две молекулы, вступающие в союз, неравноправны. Одна вступает как хозяин, другая же «приходит в гости».

Молекулы-хозяева образуют кристаллическую решетку. В решетке всегда есть пустоты, полости, не занятые атомами. В такие пустоты и входят молекулы-гости. Однако гостеприимство в данном случае довольно оригинальное. Пришельцы надолго засиживаются в гостях у хозяев, поскольку просто так не могут покинуть полости кристаллической решетки.

Так, молекулы газов хлора, аргона, криптона и других попадают, как в западню, в пустоты кристаллической структуры воды.

Химики называют теперь эти и ряд других веществ без химической связи между разными молекулами клатратнымй (или клеточными) соединениями включения.

26, 28, или нечто совсем удивительное

Называются эти вещества катенанами. От латинского слова «катена», что означает цепь.

Ну что ж: цепь так цепь. Кого этим удивишь? В словаре химика-органика понятие «цепь» употребляется едва ли не чаще прочих терминов.

Однако цепь цепи рознь. Мы с вами уже имели возможность убедиться, что всякие бывают цепочки – и линейные и разветвленные, подчас весьма хитроумные комбинации цепочек.

Но вдумайтесь: цепь в органических соединениях – понятие образное, но не очень-то строгое. Ведь в обиходе под цепью понимают нечто иное. Ее звенья не скреплены жесткой механической связью, а свободно входят одно в другое.

В сложных органических соединениях циклы как бы «припаяны» друг к другу. Например, три бензольных кольца в антрацене. Вроде бы цепочка из циклов. Цепочка, да не совсем…

Вот химики и стали ломать голову: а нельзя ли соединить отдельные циклы, как два звена сочленяются в обычной цепи? Скажем, так:

Словом, чтобы две циклические молекулы соединялись без участия химической связи, так сказать, чисто механически.

Эта заманчивая идея много лет вызревала в умах ученых. На их стороне была теория. Она не ставила непреодолимых препятствий для задуманного синтеза. Она даже высчитала, из скольких углеродных атомов должны состоять циклы, чтобы они могли сплестись подобающим образом.

У практики же дела долго обстояли не блестяще: на какой-то из стадий процесс синтеза заходил в тупик. И химикам приходилось пускаться на новые ухищрения.

Новое соединение родилось в прекрасный апрельский день 1964 года. Его сотворили два немецких химика, Люттрингхауз и Шилл. Для этого потребовалось двадцать последовательных химических операций, двадцать стадий.

Соединение состоит из двух циклических молекул, связанных друг с другом, подобно звеньям цепи. Одно звено содержит 26, другое – 28 углеродных атомов. Отсюда и столь прозаическое название вещества: катенан 26, 28.

Два сцепленных кольца – это уже вчерашний день катенановой химии. Ученые теперь работают над получением еще более причудливых образований из колец, например такого:

 или такого:

Здесь мы видим модели трехзвенных катенанов. У верхнего среднее звено должно содержать 26 атомов углерода, а крайние – по 20. Для сложного переплетения трех колец (нижний катенан) они должны состоять как минимум из 30 атомов каждое.

Внешний вид старшего в новом семействе – катенана 26, 28 до удивления обычен: белый кристаллический порошок, плавящийся при 125 градусах.

Известны ли катенаны в природе? В ней все целесообразно, она не растрачивает свои способности попусту. Если природные катенаны существуют, они должны выполнять какую-то функцию.

Это-то и предстоит выяснить ученым.

Похвальное слово жидкости Кадэ

В 1760 году малоизвестный французский химик Кадэ, сам того не подозревая, вошел в историю.

В своей лаборатории он провел (нам неведомо – зачем) вот какой химический опыт.

Кадэ нагрел уксуснокислую соль калия с окисью мышьяка. Что при этом получилось, он так никогда и не узнал. Причиной тому было образовавшееся вещество, которое имело поистине дьявольский характер.

Это была черная густая жидкость. Она дымилась на воздухе. Легко воспламенялась. И в довершение всего обладала совершенно непереносимым запахом.

Жидкость Кадэ изучили лет семьдесят спустя. И обнаружили, что ее главные составные части – мышьяковистые соединения. Соединения в высшей степени своеобразные.

Чтобы это своеобразие оценить, вспомним, что все органические соединения отличаются одной главнейшей особенностью: в их основе лежат цепи из атомов углерода – прямые, разветвленные или замкнутые. Правда, в эти цепи могут вклиниваться атомы некоторых других элементов. Но таких элементов (органогенов) очень немного: кислород, азот, водород, сера, ну еще фосфор.

Мышьяк к ним уж никак не принадлежит.

В состав жидкости Кадэ входило вещество, названное дикакодилом (от греческого слова «какадос» – зловонный). Оно было построено так, что атомы мышьяка прочно затесались между атомами углерода:

Органические соединения, в которых углеродные цепи включают в себя атомы элементов – неорганогенов (металлов и неметаллов), именуют ныне элементоорганическими соединениями (в случае металлов – металлоорганическими).

Стало быть, Кадэ синтезировал первое в мире элементоорганическое соединение.

Теперь подобных веществ известно более 15 тысяч. Элементоорганика, металлоорганика стала большой самостоятельной областью химии. Одной из важнейших ее глав.

Она перекинула мостик между химией органической и химией неорганической. И лишний раз подчеркнула, сколь условно подразделение наук в наше время.

В самом деле, какая же это органика, если ей приходится изучать соединения, где важнейшую роль играют металлы – типичные представители неживой природы?

И напротив, какая же это неорганика, если многие подвластные ей вещества все же во многих своих проявлениях чистейшей воды органические производные?

Особый интерес для науки представляют металлоорганические соединения. Обязательное условие их существования – связь между атомом металла и атомом углерода.

Почти все металлы главных подгрупп Большого дома могут входить в состав металлоорганических соединений.

Свойства этих веществ чрезвычайно разнообразны.

Одни со страшной силой взрываются даже при температурах много ниже нуля. Другие, напротив, обладают завидной термической устойчивостью.

Одни чрезвычайно активны химически, тогда как другие не очень-то подвержены всевозможным внешним воздействиям.

И все до единого ядовиты. Кроме металлоорганических соединений германия. Их безобидность остается пока загадкой.

Диапазон применения элементоорганических соединений чрезвычайно широк и практически неисчерпаем. Где только они не «работают»! С их помощью получают пластмассы и каучуки, изготовляют полупроводники и сверхчистые металлы. Они выступают в роли лекарственных препаратов и средств для борьбы с вредителями растений, они входят в состав ракетных и моторных топлив. Они являются, наконец, ценнейшими химическими реактивами и катализаторами, позволяя проводить многие важные процессы.

В нашей стране сложилась крупнейшая школа химиков-элементооргаников. Ею руководит академик Александр Николаевич Несмеянов. Недавно за свои работы он был удостоен Ленинской премии.

Повесть о ТЭСе

ТЭС – это сокращение. Так называют соединение, для практической деятельности человека полезное чрезвычайно. Оно помогает экономить бензин. Правда, никто еще не подсчитал, сколько именно литров сэкономил ТЭС за всю свою историю. Но, без сомнения, подсчет дал бы весьма внушительное число.

Так что ж в конце концов такое это загадочное ТЭС? Химик скажет: металлоорганическое соединение углеводорода этана с металлическим свинцом. Отнимите у каждой из четырех молекул этана (C ₂H ₆) по атому водорода и присоедините углеводородные остатки (этилы – С ₂Н ₅) к одному-единственному атому свинца. Вот тогда вы и получите вещество с довольно простой формулой Pb(C ₂H ₅) ₄. Его называют тетраэтилсвинец, а сокращенно ТЭС.

ТЭС – это тяжелая жидкость чуть зеленоватого цвета, с еле уловимым запахом свежих фруктов, но отнюдь не безвредная. Она относится к числу сильных ядов. Сам по себе ТЭС особого интереса не представляет. Вещество как вещество, химику известны куда более любопытные соединения. Но стоит в бак с автомобильным бензином добавить всего полпроцента ТЭСа, как начинаются чудеса.

Сердце автомобиля или самолета – двигатель внутреннего сгорания. Принцип его работы прост. В цилиндре сжимается смесь бензина с воздухом. Затем она воспламеняется с помощью электрической искры. Происходит взрыв, выделяется энергия, а за счет ее и работает двигатель.

Многое зависит от степени сжатия смеси. Чем оно сильнее, тем выше мощность мотора. И тем экономнее расходуется топливо. Это – в идеале. А в действительности смесь не может сжаться достаточно сильно. Отсюда возникают «заболевания» двигателя: неполное, неравномерное сгорание топлива приводит к перегреву двигателя, к быстрому изнашиванию его деталей. Да и расход бензина неоправданно возрастает.

Инженеры вносили в конструкцию двигателей всевозможные улучшения, химики старались изготовить более чистые сорта бензина. «Заболевание» в какой-то мере поддавалось излечению, но не до конца. Моторы продолжали «стучать» и перегреваться; неравномерные взрывы смеси (детонация) укорачивали сроки их службы.

В результате долгих размышлений ученые пришли к выводу: детонацию можно подавить, заставить смесь сгорать равномерно, но сделать это удастся, лишь изменив каким-то путем свойства самого топлива.

Каким?

Ответ на этот вопрос упорно искал американский инженер Томас Миджли. Сначала он предложил совершенно неожиданный выход из положения: бензин надо… окрасить в красный цвет. Тогда топливо приобретет способность поглощать больше тепла, станет более летучим. И смесь бензина с воздухом удастся сжать сильнее.

Миджли «окрасил» бензин, добавив к нему немного йода. И, о радость, бензин действительно стал детонировать меньше. Но стоило исследователю вместо йода употребить обычную краску, как двигатель снова оказался во власти прежних бед.

Стало быть, цвет здесь ни при чем. Однако огорчение Миджли оказалось кратковременным. Его осенила блестящая мысль: вероятно, существуют вещества, ничтожные добавки которых существенно повышают качество бензина.

Йод делал это лишь в слабой степени. Нужно было искать другие вещества, простые и сложные. Ученые испробовали десятки и сотни соединений. Практики и теоретики работали бок о бок. Теоретики, наконец, пришли к очень важному заключению. Вещества-антидетонаторы следует искать среди соединений элементов с большим атомным весом. Например, стоит испытать соединения свинца.

Но как ввести свинец в бензин? Ни сам металл, ни его соли в бензине нерастворимы. Существует один-единственный способ: взять какое-нибудь органическое соединение свинца.

Тогда-то и было произнесено впервые слово «тетраэтилсвинец», ТЭС. Это случилось в 1921 году.

Добавки (и притом ничтожные) ТЭСа к бензину действительно оказались чудесными. Качество горючего резко улучшилось. Смесь бензина с воздухом удалось сжать в два раза сильнее. А это означало, что при той же скорости машины расход бензина сократился вдвое. «Сердца» автомобилей и самолетов стали работать без перебоев.