Текст книги "Мир, созданный химиками. От философского камня до графена"

Автор книги: Петр Образцов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 20 страниц) [доступный отрывок для чтения: 8 страниц]

Элементы сладкой жизни

Гораздо проще с напитками. Все содержащиеся в них углеводы – это именно сахароза, белый сахар. Можно посчитать, сколько сахара содержится в любой «коле», отечественных прохладительных сладких напитках и псевдоквасе. Для этого надо всего лишь взять лупу и внимательно прочитать этикетки. Сразу видно, что в 100 миллилитрах всех этих жидкостей 10–11 граммов углеводов, то есть сахарозы, поскольку никаких других углеводов там нет. Один кусок сахара весит примерно 5,5 грамма. А значит, в 100 миллилитров напитка положили 2 куска сахара. В алюминиевую 330-граммовую баночку – 7 кусков, в двухлитровую бутылку 40 (да-да, сорок) кусков!

Наверное, уже все заметили, что сладкие импортные и отечественные напитки жажду не утоляют. После них все равно хочется пить, и понятно почему: они слишком сладкие и предназначены не для утоления, а для возбуждения жажды и покупки следующей бутылки. К тому же от сахара толстеют. На «проклятом» в этом уже разобралось и потребовало убрать сахар из кока-колы и пепси-колы. Производители остроумно решили возникшую проблему падения спроса, вспомнив про подсластители. Так возникли напитки «лайт», «дайт» (диетический) и «ноль калорий».

И сахарин, и аспартам оказались чрезвычайно выгодными для производства напитков – вместо мешка сахара в бак с будущей «колой» надо высыпать всего лишь кружку подсластителя. Каждому понятно, насколько проще производственный процесс, насколько меньше нужен склад и так далее. Поэтому-то западные, а теперь и множество наших фирм так увлеклись подсластителями – а вовсе не из-за заботы о нашем здоровье! Возьмешь наугад любой напиток в магазине, и в 9 случаев из 10 он будет на аспартаме. Даже в тех случаях, когда такое в принципе не должно быть, например при производстве кваса. Квас, по определению, напиток брожения, а бродит в нем только углевод сахароза, аспартам тут ни при чем, он бродить не может. Так что, если увидите на этикетке кваса слово «аспартам», знайте – это не квас! Это сладковатый раствор коричневого красителя с добавкой лимонной кислоты.

Впрочем, кое в чем производители правы: количество аспартама или тем более сахарина в напитке столь ничтожно, что калорий в них действительно почти ноль, поскольку нет калорийного сахара. Но вот насчет возбуждения жажды ничего не изменилось – после употребления напитков с подсластителями во рту остается довольно мерзкое ощущение приторности, которое так и хочется снять… новой порцией напитка. Объясняется все очень просто: во-первых, подсластитель надолго связывается со вкусовыми сосочками и, во-вторых, на заводах его часто передозируют. Действительно, при таком уровне сладости переложить подсластитель очень легко.

На рынке сейчас можно обнаружить десятки напитков на аспартаме. В некоторые добавляют сразу и сахарин, и аспартам, и цикламаты, поскольку совместное применение этих подсластителей несколько снижает привкус горечи сахарина и приторность аспартама. Стоит запомнить или записать значки Е 951, Е 952 и Е 954 – это псевдонимы аспартама, цикламата и сахарина. Справедливости ради напомним, что все эти вещества безвредны, а если уж вредны, то только для кошелька.

Приведем еще один пример обмана – нерафинированный сахар. Прошли те времена, когда все стремились одеваться в тонкие белоснежные одежды и использовать кристально чистые соль и сахар. Теперь экологически подкованный гражданин носит грубые, неотбеленные льняные рубашки, добавляет в пищу грязноватую крупную соль и коричневатый сахар. Спрос на «натуральные» продукты опережает предложение, и производители начали выпускать неотбеленный, очень-очень «природный» сахар. Казалось бы, надо просто прекратить отбеливать сахар-сырец, однако убрать одну из стадий в технологической цепочке без нарушения всего отлаженного процесса довольно сложно. Поэтому большинство продающегося сейчас коричневого сахара представляет собой обычный рафинированный сахар, подкрашенный карамелью в коричневый цвет, причем об этом честно (но мелкими буквами) указано на упаковке! Такой сахар чуть не вдвое дороже обычного, однако его охотно покупают! Как ни горько это говорить, но нет предела человеческой доверчивости.

И вправду горько

Вот именно, теперь можно немного поговорить о горечи, так сказать, антониме сладости. А еще больше – о крайнем случае горечи, жгучем вкусе, хотя такое определение жгучести не совсем правильно. Как уже говорилось, горький вкус ощущается на корне языка. Горьких веществ в природе очень много, причем горчат большинство ядов природного происхождения. Поэтому горький вкус какого-нибудь вершка или корешка издавна ассоциировался с токсичностью, и специалисты по эволюции человека считают, что это не случайно. Не будь белладонна такой горькой, небольшое племя наших далеких предков могло бы ею отравиться и не превратиться в хомо сапиенсов. В белладонне, этой «прекрасной даме» (с итальянского), содержатся алкалоиды группы атропина – сильнейшие яды. Но, как это часто бывает, в небольших концентрациях растворы белладонны – лекарство, применяемое для лечения язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, желчных и почечных колик, геморроя. А скополамин, также содержащийся в экстрактах белладонны, – главный компонент аэрона, таблетки которого глотают для профилактики морской и воздушной болезни.

Чаще всего нам не нравятся блюда с горьким привкусом, поэтому специально горькие вещества вводить в какие-либо продукты никому в голову не приходит. За одним, но очень важным исключением – хинином C ₂₀H ₂₄N ₂O ₂. Об этом лекарстве от малярии европейцам стало известно в начале XVII века от индейцев Перу, которые лечились корой хинного дерева (семейство мареновых) от местной лихорадки.

А в середине XIX века англичане в Индии использовали тонны хинина для изготовления особого напитка – тоника. В тропических странах в те времена свирепствовала малярия, и необходимо было заставить британские войска и чиновников в покоренной Индии регулярно принимать хину – растолченную кору хинного дерева. Однако хинин чрезвычайно горек и служит даже эталоном горечи, поэтому британцы уклонялись от такой профилактики. И тогда британские медики разработали коктейль из любимого колониалистами джина и раствора хинина с добавлением сока лайма или лимона. Коктейль (а он и есть то, что мы называем ныне «тоник») получился удачным, он понравился бравым колонистам, а вскоре и просто вошел в моду. Так англичане перестали болеть малярией. На сколько при этом увеличилось потребление джина и сколько в колониальной Индии появилось сагибов-алкоголиков, история умалчивает. Интересно, что в огромных количествах тоник пьют и в России, причем не только в смеси с водкой, но и в чистом виде. В первую очередь это говорит о том, что понятие «горько» не тождественно понятию «невкусно».

Как и степень сладости, степень горькости определяют по минимальной концентрации горького вещества, которую человек воспринимает именно как горечь. Хинин ощущается горьким даже при сильном разведении, но рекордсменом по горечи является не природное вещество, а синтезированный химиками бензоат денатония С ₂₈Н ₃₄N ₂O ₃. Это невыносимо горькое вещество добавляют в ничтожной концентрации в растворы этилового спирта, не предназначенные для празднования дней рождения, то есть в денатураты. Такой денатурированный спирт не то что выпить, даже попробовать невозможно, а для технических целей он вполне пригоден. Кстати, раньше спирт денатурировали пиридином, крайне неприятно пахнущим и среднеядовитым веществом, а также подкрашивали метиленом фиолетовым. Но ничего, в России дешевый денатурат покупали и пили, только вот иногда умирали. Со временем умельцы даже придумали остроумный способ очистки денатурата от пиридина: фиолетовый раствор пропускали через фильтрующую коробку противогаза, на выходе получался сравнительно чистый спирт. Государство спохватилось, и вскоре продажа этой мерзости была запрещена. Сейчас денатурат купить можно, но его уже не пьют, поскольку он ныне не дешевле обычной водки.

Из интересных особенностей горьких веществ отметим нечувствительность некоторых людей к их горечи. Так, фенилтиомочевину только 70 % населения мира ощущают как горькое вещество, а остальные 30 % ее горечи не ощущают. Разумеется, это связано с генетикой. Кстати, в случае жгучего вкуса ничего подобного не наблюдается – ни на одном континенте не отмечено ни одного случая, чтобы кто-нибудь не ощущал жгучесть красного перчика или любого другого жгучего растения. В качестве исключения укажем на персонаж Жана Рено, который в кинофильме «Васаби» ложками ел японский, страшно жгучий зеленый хрен васаби и получал удовольствие. Но это все-таки кино.

Жуть как жгуче!

Жгучесть перца и многих других жгучих растений обусловлена присутствием в них алкалоида капсаицина C ₁₈H ₂₇NO ₃, бесцветного кристаллического вещества. Капсаицин был выделен из стручкового перца еще в 1912 году, причем на основе именно содержания капсаицина американский химик-фармацевт Уилбур Сковилл разработал свою шкалу жгучести. Определяется шкала как обычно: изготавливается спиртовой экстракт перца какого-то сорта и пробуется на язык. Жжется? Разбавляем экстракт в 10 раз. Жжется? Уже меньше, но ощущение жгучести еще есть. Разбавляем эстракт еще в 10 раз и так далее, пока язык не перестанет чувствовать жгучесть. То же самое делаем с перцем другого сорта и составляем шкалу Сковилла.

По этой шкале у перцового острого соуса «Табаско» степень жгучести равна 7500, у перца хабанеро – 200 тысяч, струя газа из перцового баллончика дает 2 миллиона единиц, а чистый капсаицин – 15 миллионов! Рабочие, изготавливающие соусы из жгучего перца на пищевых фабриках, обязаны работать в перчатках. Впрочем, заставлять их не приходится: попадание концентрата на открытые участки тела причиняет большие страдания.

Сегодня механизм воздействия капсаицина разгадан. Оказалось, это вещество воздействует на систему передачи сигналов по нейронам. Молекула капсаицина открывает канал в мембране нейрона, через которую катион кальция переходит внутрь нервной клетки, которая немедленно сообщает об этом мозгу. Поскольку вообще-то такое воздействие положительным не назовешь, мозг обозначает его как жжение. Самое интересное, что точно такое же ощущение возникает при контакте с горячими предметами, то есть мозг не разделяет жжение перцем и ожог. Очень экономная система.

Для завершения разговора о химии вкуса упомянем о пятом, не входящем в классическую классификацию вкусе – умами. Этот вкус выделили в отдельную строку жители Восточной Азии, прежде всего японцы. Вкус умами – это вкус свободных аминокислот белка, прежде всего глютаминовой кислоты. В виде глютамината натрия (неправильно называемого глютаматом) это вещество добавляют сейчас куда попало, но прежде всего в мясные продукты. Считается, что глютаминат не сам по себе придает колбасе специфический вкус, а просто усиливает вкусовые ощущения путем активизации вкусовых сосочков. Усиливает он таким образом вкус и многих других продуктов, так что японцы даже называют глютаминат основой вкуса (по-японски – «адзиномото»).

Первоначально глютаминат получали из морских водорослей, которые японцы традиционно добавляли в свои блюда, но теперь адзиномото синтезируют микробиологическим способом. Время от времени поднимается шум по поводу вредности глютамината, и действительно, если есть глютаминат килограммами, то будет не очень хорошо. Впрочем, еще хуже будет, если в таких количествах есть поваренную соль. Глютамината в виде пищевой добавки содержится в продуктах совсем немного, и в таких количествах адзиномото совершенно безопасен. В отличие от по-настоящему ядовитых веществ, часть из которых использовались, а может, используются и сейчас.

Глава 5
Яды вредные и полезные

Этот день – 22 апреля 1915 года – навсегда вошел в историю человечества. Именно тогда люди впервые применили отравляющий газ, чтобы убить себе подобных. Это произошло на Западном фронте Первой мировой войны, где около реки Ипр со стороны немецких позиций на англо-французские войска был выпущен смертельно ядовитый зеленоватый газ хлор.

Химия против жизни

Химическая атака оказалась чрезвычайно «результативной» – было отравлено 15 тысяч солдат, из которых 5 тысяч умерли, а из остальных 10 тысяч половина навсегда остались инвалидами. «Черный день на Ипре» считается началом химической войны, но это справедливо лишь отчасти. Если говорить о массированном «высоконаучном» применении отравляющих веществ в военных целях, то 22 апреля 1915 – действительно историческая дата. Однако использование химических поражающих факторов с целью уничтожения живой силы и боевой техники врага началось гораздо раньше. Еще спартанцы в V веке до н. э. бросали в костры серу, дающую при сгорании сернистый ангидрид. При благоприятном направлении ветра достигался ощутимый отравляющий эффект.

В том же веке в битве при Делии (424 год до н. э.) якобы была использована огнеметная труба, выплевывавшая на противника горючую смесь серы, нефти и растительного масла. Правда, неясно, как именно достигалось выбрасывание смеси. Зато совершенно достоверно, что при осаде крепостей в Средние века на осаждающих сыпались не только стрелы и камни, но и горшки с горючими веществами типа природного битума или просто нефти.

Самым знаменитым примером такого рода является «греческий огонь», который византийцы еще в VII веке н. э. применяли против арабов в морских сражениях. Состав «греческого огня» тщательно скрывался и точно до сих пор не известен, хотя большинство компонентов описаны в летописях. Известно, что «греческий огонь» было почти невозможно погасить водой и даже песком. Отсюда следует, что в состав «огня» должно входить не только топливо, но и окислитель. Топливом были нефть и сера, византийцы могли добавлять еще и какую-нибудь смолу, а единственным известным тогда окислителем была калиевая селитра. В кое-каких источниках сообщается, что «греческий огонь» не только не боялся воды, но даже наоборот, смесь загоралась при соприкосновении с водой. Веществ, «горящих» в воде, мы знаем сейчас достаточно много, но византийские алхимики, скорее всего, использовали негашеную известь CaO, которая при гашении водой выделяет большое количество тепла.

CaO + H ₂O = Ca(OH) ₂

При этом легковоспламеняющаяся нефть или сера могли и загореться. Так что состав «греческого огня» таков: нефть, сера, селитра, негашеная известь. Выделение большого количества тепла при гашении извести использовали в более поздние века алхимики, фокусники и мошенники, уверяя, что умеют поджигать дрова – не может быть! – водой. А делается это так: в камин помещаются нетолстые сухие дровишки, пересыпанные негашеной известью. Неплохо бы добавить и чего-нибудь легковоспламеняющегося, например того же спирта. Если затем поливать водой всю эту конструкцию, то она легко загорается.

Однако неоднократные попытки воспроизвести по рецепту византийцев негаснущую в воде смесь к успеху не привели. То ли не так смешивали, то ли не так применяли. Можно предположить, что византийцы использовали смесь легких и тяжелых сортов нефти. Тяжелая нефть обеспечивает устойчивое горение, хотя и с трудом загорается, а легкая энергично горит и поджигает тяжелую фракцию. Кроме того, при горении легкой нефти выделяется так много тепла, а деревянные корабли так легко вспыхивают, что арабы, возможно, просто не успевали гасить свои палубы и мачты, поливая их водой.

В данном случае также возникает вопрос о механизме забрасывания «греческого огня» на корабль противника. Простейшим вариантом может быть катапульта, стреляющая горшками с горючей смесью.

Пишут о каких-то бронзовых сифонах, но их устройство остается неясным. Хотя простецкие насосы тогда уже были известны.

Отметим, что византийцы поливали «греческим огнем» не только арабов, но и наших далеких предков. В 941 году при помощи этого секретного оружия была одержана победа над флотом князя Игоря, который подошел к Константинополю.

Но вернемся в нашу эпоху. Та первая атака с использованием хлора была проведена простейшим способом – немцы подвезли к фронту почти 6 тысяч баллонов с хлором, дождались ветра в сторону англо-французских окопов и открыли вентили. Это, конечно, не самый удачный вариант использования химического оружия: в первый раз все удалось, но потом уже союзническая авиация тщательно следила за поставками баллонов с хлором. Англичане поступили хитрее. Были разработаны специальные газометы, представлявшие собой вариант минометов и стрелявшие на 2–3 километра минами с жидким отравляющим веществом – дифосгеном и хлорпикрином. Вскоре последовало использование снарядов с четыреххлористым оловом SnCl ₄и треххлористым мышьяком ASCI ₃, а в 1917 году немцы применили снаряды с твердым дифенилхлорарсином, раздражающим верхние дыхательные пути. К тому времени уже изобрели противогаз (в России – великий химик Николай Дмитриевич Зелинский), но дифенилхлорарсин проникал через адсорбент противогаза. Пришлось установить дополнительный фильтр.

Новый этап развития химического оружия в Германии связан с синтезом несимметричного дихлордиэтилсульфида S(CH ₂CH ₂Cl) ₂– жидкого отравляющего вещества общеядовитого и кожно-нарывного действия. По традиции немцы снова использовали его под бельгийским городом Ипр, потому это вещество французы и назвали «иприт». Англичане же называли его горчичным газом, поскольку оно пахло горчицей. Иприт легко проникал сквозь кожу, и военнослужащих пришлось одевать в защитные одежду и обувь.

Всего за годы Первой мировой войны было применено 125 тысяч тонн отравляющих веществ, при этом пострадали более миллиона человек, из которых 100 тысяч умерли.

По Версальскому договору Германии было запрещено применять и разрабатывать химическое оружие. Публично осуждали его и победители, что не помешало им начать широкомасштабные исследования в этой области. В России уже в 1921 году будущий маршал Тухачевский травил газами восставших, ограбленных коммунистами крестьян Тамбовской губернии (Антоновский мятеж). Он довольно быстро подавил восстание, убив тысячи несчастных граждан своей собственной страны.

Впрочем, белогвардейцы тоже применяли химическое оружие (снаряды с ипритом и фосгеном COCI ₂). Атаман Войска Донского генерал Петр Краснов использовал это оружие против красноармейцев и гражданских лиц во время обороны Царицына. Но это все-таки была война, хоть и Гражданская, с фронтом и тылом, а не истребление голодающих крестьян.

Следующим примером применения химического оружия стала война между Италией и Абиссинией (Эфиопией). Из общих потерь проигравшей войну Абиссинии – 750 тысяч человек – треть приходится на потери от отравляющих веществ, которые итальянцы сбрасывали на африканских православных христиан в авиационных бомбах. Эту войну итальянцы выиграли, в отличие от последующих войн – с Албанией и Грецией, – которые они позорно провалили. Тогда им пришлось обращаться за помощью к Гитлеру.

Сами же гитлеровцы не решились использовать химическое оружие, хотя тайно накопили громадное количество отравляющих веществ, сумев изобрести при этом такие чудесные яды, как зарин, зоман и табун. Еще в самом начале войны англичане и американцы через нейтральные страны предупредили немцев: в ответ на их возможное использование химического оружия на германские города посыплются десятки тысяч тонн таких же веществ, что в условиях большой плотности населения Германии сразу приведет к окончанию войны. Но, по некоторым сведениям, немцы все-таки тайно использовали отравляющие вещества на оккупированной территории СССР – против засевших в катакомбах Крыма и Одессы партизан и окруженных частей Красной армии.

Своеобразным химическим оружием, пожалуй, можно считать дымовые завесы, которые ставили корабли во время той войны. Дым безвреден, однако играет важную роль в военных действиях. Наверное, это химическое оружие – единственное, которое широко применялось во Второй мировой войне и будет применяться и впредь.

Этническое оружие

В послевоенные годы отравляющие людей вещества практически не использовали. В советской литературе приводятся свидетельства о применении химического оружия в Корейской войне 1950–1953 годов, но эти свидетельства малоубедительны. Зато позже, во время войны в Индокитае (1960-е годы), американцы интенсивно использовали химическое оружие, правда, не против людей, а против вьетнамской природы. Прежде всего, надо упомянуть дефолианты – вещества, вызывающие опадение листьев в джунглях и демаскирующие северо-вьетнамские войска (от латинского folium – лист). Сам по себе дефолиант сравнительно мало вреден для человека, однако в нем впоследствии нашли примеси сильнейшего яда диоксина.

Вызванные диоксином отравления привели к инвалидности и смерти десятков тысяч вьетнамцев, а также и сотен американских солдат, случайно попавших под обработку джунглей дефолиантом CS. В связи с этим ученые занялись созданием отравляющих веществ избирательного действия, так называемого этнического оружия. Имеется в виду такое химическое оружие, которое действует на «желтых» вьетнамцев, но не действует на «белых» американцев, поскольку биохимия представителей разных рас несколько отличается. Такое оружие даже было создано, но применить его не удалось: чисто «белых» в американской армии не обнаружилось, эта нация образовалась путем смешения людей самого различного происхождения.

Надо добавить, что страшный яд диоксин найден и в некоторых видах косметико-гигиенической продукции. Сей факт заставляет задуматься о необходимости использования антимикробного хлорсодержащего средства триклозан, в качестве примеси иногда содержащего диоксин.

Сейчас около четверти продающегося в мире туалетного мыла содержит триклозан. Однако надо ли уничтожать все микробы на руках? Специалисты считают, что совершенно не обязательно. Наша микрофлора противостоит вредному воздействию попадающих на руки и лицо «чужих» микробов, и если «своих» убить, то эти «чужие» радостно набросятся на свежие поверхности кожи. Средства с триклозаном могут быть полезны, например, гинекологам или хирургам; стоит вымыть руки мылом с триклозаном также после общения с домашними животными и при уходе за инфекционными больными. Даже если производитель гарантирует отсутствие диоксина, использовать хлорсодержащие бактерициды нужно с большой осторожностью, поскольку они способны вызывать дерматиты у лиц с чувствительной кожей.

Последним, кто использовал химическое оружие в XX веке, причем против граждан своей страны – курдов, был иракский правитель Саддам Хусейн. Его главный специалист по отравлению курдских крестьян даже получил прозвище Али-химик. А еще в токийском метро в 1995 году распылили ядовитый зарин фанатики секты «Аум Синрикё» («Учение истины»). Тогда погибли десять пассажиров, а около пяти тысяч сильно отравились.

Несмотря на явно продолжающиеся во всем мире разработки нового химического оружия, основная проблема с этим оружием – его уничтожение. На планете накоплено огромное количество отравляющих веществ, особенно в России, а оказалось, что уничтожить эти вещества едва ли не труднее, чем синтезировать. Строительство заводов по уничтожению химоружия вызывает постоянные протесты окружающего населения, проблема утилизации отходов до конца не решена, и нам еще не раз придется читать в газетах сообщения об отравлении мирных граждан случайно разлившейся ядовитой смесью или о взрыве заржавевшего снаряда с ипритом времен последней мировой войны (это произошло, например, осенью 2005 года в Саратовской области).

Один из заводов по уничтожению запасов химического оружия находится в г. Шиханы Саратовской области, и занимаются там сжиганием ядов, в том числе нервно-паралитического действия. Но и до сих пор уничтожили не всё. Кстати, крупный предприниматель Иван Кивелиди в 1995 году был отравлен редким нервно-паралитическим ядом, который, как выяснило следствие, был произведен (или просто похищен со склада) именно в Шиханах. Об эффективности этого яда говорит тот факт, что Кивелиди отравился, всего лишь подержав в руке телефонную трубку, намазанную ничтожным количеством вещества. Предприниматель даже не заметил следов яда на трубке, но это еще не все: упавшую на пол трубку подобрала секретарша и тоже скончалась. Но и на этом дело не закончилось! Отравился и эксперт, вскрывавший тело Кивелиди. Могучая все-таки эта наука – химия.