الكيمياء في الحياة اليومية حقائق مثيرة للاهتمام. حقائق مثيرة للاهتمام في الكيمياء والمزيد... اكتشافات بالصدفة

الكيمياء هي مادة مدرسية مألوفة. استمتع الجميع بمشاهدة رد فعل الكواشف. لكن قليل من الناس يعرفون حقائق مثيرة للاهتمامعن الكيمياء التي سنتحدث عنها في هذا المقال.

• 1. تستخدم طائرات الركاب الحديثة من 50 إلى 75 طنًا من الأكسجين خلال رحلة مدتها تسع ساعات. يتم إنتاج نفس الكمية من هذه المادة بواسطة 25.000-50.000 هكتار من الغابات أثناء عملية التمثيل الضوئي.
• 2. لتر واحد من ماء البحر يحتوي على 25 جرام من الملح.
• 3. ذرات الهيدروجين صغيرة جدًا لدرجة أنه إذا تم وضع 100 مليون منها في سلسلة واحدة تلو الأخرى، فسيكون طولها سنتيمترًا واحدًا فقط.
• 4. يحتوي الطن الواحد من مياه المحيط العالمي على 7 مليجرامات من الذهب. وتبلغ الكمية الإجمالية لهذا المعدن الثمين في مياه المحيطات 10 مليارات طن.
• 5. يحتوي جسم الإنسان على ما يقارب 65-75% من الماء. يتم استخدامه من قبل أجهزة الأعضاء لنقل العناصر الغذائية وتنظيم درجة الحرارة وإذابة المركبات الغذائية.
• 6. حقائق مثيرة للاهتمام حول الكيمياء تهم كوكبنا الأرض. على سبيل المثال، على مدى القرون الخمسة الماضية، زادت كتلتها بمقدار مليار طن. لقد أضافت المواد الكونية هذا الوزن.
• 7. ربما تكون جدران فقاعة الصابون هي أرفع مادة يمكن للإنسان رؤيتها بالعين المجردة. على سبيل المثال، يكون سمك المناديل الورقية أو الشعر أكثر سمكًا بآلاف المرات.
• 8. سرعة انفجار فقاعة الصابون هي 0.001 ثانية. سرعة التفاعل النووي هي 0.000000000000001 ثانية.
• 9. الحديد، وهو مادة شديدة الصلابة والمتانة في حالته الطبيعية، يصبح في الحالة الغازية عند درجة حرارة 5 آلاف درجة مئوية.
• 10. في دقيقة واحدة فقط، تنتج الشمس طاقة أكثر مما يستخدمه كوكبنا في عام كامل. لكننا لا نستخدمها بالكامل. يمتص الغلاف الجوي 19% من الطاقة الشمسية، ويعود 34% منها إلى الفضاء، ويصل إلى الأرض 47% فقط.
• 11. ومن الغريب أن الجرانيت يوصل الصوت بشكل أفضل من الهواء. فإذا كان بين الناس جدار جرانيت (متين) فإنهم يسمعون الأصوات على مسافة كيلومتر واحد. في الحياة العادية، في مثل هذه الظروف، ينتقل الصوت لمسافة مائة متر فقط.
• 12. العالم السويدي كارل شيل يحمل الرقم القياسي لعدد العناصر الكيميائية المكتشفة. أنه يحتوي على الكلور والفلور والباريوم والتنغستن والأكسجين والمنغنيز والموليبدينوم.
• وتقاسم المركز الثاني السويديون جاكوب بيرزيليوس وكارل مونساندر والإنجليزي همفري ديفي والفرنسي بول ليكوك دي بويسبوردانت. إنهم مسؤولون عن اكتشاف ربع جميع العناصر المعروفة للعلم الحديث (أي 4 لكل منها).
• 13. أكبر كتلة صلبة من البلاتين هي ما يسمى بـ "عملاق الأورال". وزنه 7 كيلو و860.5 جرام. يتم الاحتفاظ بهذا العملاق في صندوق الماس في الكرملين بموسكو.
• 14. يعتبر يوم 16 سبتمبر، منذ عام 1994، اليوم العالمي للحفاظ على طبقة الأوزون، بموجب مرسوم الجمعية العامة للأمم المتحدة.
• 15. ثاني أكسيد الكربون، الذي يستخدم على نطاق واسع لصنع المشروبات الغازية الحديثة، اكتشفه العالم الإنجليزي جوزيف بريستلي في عام 1767. ثم أصبح بريستلي مهتما بالفقاعات التي تشكلت أثناء تخمير البيرة.
• 16. الحبار الراقص هو اسم طبق رائع في اليابان. يتم وضع الحبار الذي تم اصطياده وقتله حديثًا في وعاء من الأرز ورشه بصلصة الصويا أمام العميل. عند التفاعل مع الصوديوم الموجود في صلصة الصويا، تبدأ النهايات العصبية حتى الحبار المقتول في التفاعل. ونتيجة لهذا التفاعل الكيميائي، يبدأ المحار في "الرقص" مباشرة في الطبق.
• 17. السكاتول هو مركب عضوي مسؤول عن الرائحة المميزة للبراز. حقيقة مثيرة للاهتمام هي أن هذه المادة بجرعات كبيرة لها رائحة زهرية لطيفة تستخدم في صناعة المواد الغذائية والعطور.

بعض الحقائق المثيرة للاهتمام من تاريخ الكيمياء
اكتشاف الهالوجينات
اكتشاف الفلور

لقد ثبت أن فصل غاز الفلور عن المواد المحتوية على الفلور هو من أصعب المسائل التجريبية. الفلور تفاعلي بشكل استثنائي. وغالباً ما يحدث تفاعله مع المواد الأخرى مع الاشتعال والانفجار.

أول ضحايا الفلورايد كانا عضوين في الأكاديمية الأيرلندية للعلوم، الأخوين جورج وتوماس نوكس. توفي توماس نوكس بسبب التسمم بفلوريد الهيدروجين، وأصبح جورج معاقًا. الضحية التالية كانت الكيميائي البلجيكي ب. لايت. استشهد الكيميائي الفرنسي جيروم نيكلز أثناء إجراء تجاربه على عزل الفلور. تعرض الكيميائيون الفرنسيون جوزيف جاي لوساك ولويس تينارد والكيميائي الإنجليزي همفري ديفي للتسمم عن طريق استنشاق كميات صغيرة من فلوريد الهيدروجين وأصيبوا أيضًا بحروق خطيرة. عند محاولتهما عزل الفلور باستخدام التحليل الكهربائي لمركباته، تسبب الكيميائي الفرنسي إدموند فريمي وعالم الكيمياء الكهربائية الإنجليزي جورج جور في الإضرار بصحتهما. فقط في عام 1886 تمكن الكيميائي الفرنسي هنري مويسان من الحصول على الفلور دون ألم نسبيًا. اكتشف مويسان بالصدفة أنه أثناء التحليل الكهربائي لخليط من HF اللامائي السائل وهيدروفلوريد البوتاسيوم (KHF2) في وعاء بلاتيني عند الأنود، يتم إطلاق غاز أصفر فاتح ذو رائحة نفاذة معينة. ومع ذلك، عندما أبلغ مويسان أكاديمية باريس للعلوم عن اكتشافه، كانت إحدى عيون العالم مغطاة بضمادة سوداء:

مُنحت جائزة نوبل في الكيمياء لمواسان عام 1906 "تقديرًا للحجم الكبير من الأبحاث التي قام بها في إنتاج عنصر الفلور وإدخال الفرن الكهربائي الذي سمي باسمه في الممارسة المختبرية والصناعية".

اكتشاف الكلور

كان مكتشف الكلور هو الصيدلي السويدي كارل شيل، الذي كان حدسه الكيميائي مذهلاً حقًا؛ ووفقًا للكيميائي الفرنسي جان بابتيست دوماس، فإن شيل "لا يستطيع لمس أي جسم دون اكتشافه". في سن الثانية والثلاثين، حصل على لقب عضو في أكاديمية ستوكهولم للعلوم، على الرغم من أنه كان مجرد مساعد صيدلي؛ وفي نفس العام حصل على منصب مدير صيدلية مملوكة للأرملة مارجريتا سونيمان، التي كانت تعمل في مجال الصيدلة. قبل أيام من وفاة شيلي أصبحت زوجته.

هذه هي الطريقة التي وصف بها شيلي تجربته التي أجراها عام 1774: "لقد وضعت خليطًا من المغنيسيا السوداء مع حمض الموريك في معوجة، وعلقت على رقبتها فقاعة خالية من الهواء، ووضعتها في حمام رملي. الفقاعة كان مملوءاً بالغاز فلونه أصفر: وكان للغاز لون أصفر مخضر ورائحة نفاذة:

التسمية الحديثة لهذا التفاعل هي: MnO2 + 4HCl = Cl2 + MnCl2 + 2H2O.

في عام 1812، أعطى الكيميائي الفرنسي جاي لوساك هذا الغاز اسمه الحديث - الكلور، وهو ما يعني اللون الأصفر والأخضر في اليونانية.

اكتشاف البروم

تم اكتشاف البروم من قبل مساعد المختبر أنطوان جيروم بالارد البالغ من العمر أربعة وعشرين عامًا. درس بالارد المحاليل الملحية الأم في المستنقعات المالحة الجنوبية في فرنسا. وخلال إحدى تجاربه، عندما قام بتعريض المحلول الملحي للكلور، لاحظ ظهور لون أصفر شديد الكثافة ناتج عن تفاعل بروميد الصوديوم الموجود في المحلول مع الكلور. وبعد عدة سنوات من العمل الشاق، اختار بالار ذلك المبلغ المطلوبالسائل البني الداكن الذي سماه مريد. في أكاديمية باريس للعلوم، أكد جاي لوساك وتينارد اكتشاف بالارد لمادة بسيطة جديدة، لكنهما وجدا الاسم غير ناجح واقترحا اسمهما الخاص - "البروم"، والذي يعني في الترجمة من اليونانية نتن.

وبعد ذلك، لم يستطع الكيميائي الفرنسي شارل جيرار، الذي لم يتسلم كرسي الكيمياء في الكلية الفرنسية، الذي نُقل إلى بالارد، تقديرًا كبيرًا لاكتشافه للبروم، أن يقاوم تعجبًا حادًا: “لم يكن بالارد هو من اكتشف البروم، بل هو من اكتشف البروم”. لكن البروم الذي اكتشفه بالارد!

اكتشاف اليود

في عام 1811، اكتشف الكيميائي والتقني الفرنسي والصيدلي برنارد كورتوا اليود. يروي أصدقاؤه تفاصيل مثيرة للاهتمام عن هذا الاكتشاف. كان لدى كورتوا قطة مفضلة، والتي عادة ما تجلس على كتف صاحبه أثناء الغداء. غالبًا ما كان كورتوا يتناول الغداء في المختبر. في أحد الأيام، أثناء الغداء، قفزت القطة، خائفة من شيء ما، على الأرض، ولكن انتهى بها الأمر على زجاجات واقفة بالقرب من طاولة المختبر. في إحدى الزجاجتين، أعد كورتوا للتجربة معلقًا من رماد الطحالب (يحتوي على يوديد الصوديوم) في الإيثانول، وفي الأخرى كان هناك حمض الكبريتيك المركز. انكسرت الزجاجات واختلطت السوائل. بدأت سحب من البخار الأزرق البنفسجي تتصاعد من الأرض، واستقرت على الأشياء المحيطة على شكل بلورات صغيرة بنفسجية سوداء ذات لمعان معدني ورائحة نفاذة. وكان هذا هو العنصر الكيميائي الجديد اليود.

(الحقائق مأخوذة من الكتب التالية: M. Jua. تاريخ الكيمياء. 1975؛ B. D. Stepin، L. Yu. Alikberova. كتاب عن الكيمياء للقراءة المنزلية. 1995. K. Manolov. كيميائيون عظماء. (المجلد 1، المجلد 1) 2)، 1976).

حقائق مثيرة للاهتمام في الكيمياء وأكثر من ذلك...

اكتشافات عشوائية

ناخودكا

في عام 1916، تم اكتشاف أسطوانة فولاذية منسية تحتوي على أول أكسيد الكربون المضغوط في مصنع بادن أنيلين-صودا في ألمانيا. عندما تم فتح الحاوية، كان هناك حوالي 500 مل من السائل الزيتي الأصفر ذو الرائحة المميزة في الأسفل ويحترق بسهولة في الهواء. كان السائل الموجود في الأسطوانة عبارة عن خماسي كربونيل الحديد، والذي يتشكل تدريجيًا تحت ضغط متزايد نتيجة للتفاعل

الحديد + 5CO = .

يمثل هذا الاكتشاف بداية طريقة صناعية لإنتاج مركبات الكربونيل المعدنية، وهي مركبات معقدة ذات خصائص مذهلة.

الأرجون

في عام 1894، شارك الفيزيائي الإنجليزي اللورد رايلي في تحديد كثافة الغازات التي يتكون منها الهواء الجوي. عندما بدأ رايلي في قياس كثافة عينات النيتروجين التي تم الحصول عليها من الهواء ومن مركبات النيتروجين، تبين أن النيتروجين المعزول من الهواء كان أثقل من النيتروجين الذي تم الحصول عليه من الأمونيا.

كان رايلي في حيرة من أمره وبحث عن مصدر التناقض. وقال أكثر من مرة بمرارة إنه «ينام على مشكلة النتروجين». ومع ذلك، تمكن هو والكيميائي الإنجليزي رامزي من إثبات أن النيتروجين في الغلاف الجوي يحتوي على خليط من غاز آخر - الأرجون آر. وهكذا تم اكتشاف أول غاز من مجموعة الغازات النبيلة (الخاملة) التي لا مكان لها في الجدول الدوري.

كلاثراتس

ذات مرة، انفجر خط أنابيب للغاز الطبيعي في إحدى مناطق الولايات المتحدة. حدث هذا في الربيع عند درجة حرارة الهواء 15 درجة مئوية. وفي موقع انفجار الأنبوب، عثر بداخله على مادة بيضاء تشبه الثلج، ولها رائحة الغاز المنقول. وتبين أن التمزق كان سببه انسداد في خط الأنابيب بمركب غاز طبيعي جديد بتركيبة CnH2n+2(H2O)x، يسمى الآن مركب التضمين، أو الكالثرات. لم يتم تجفيف الغاز جيدًا، ودخل الماء في تفاعل بين الجزيئات مع جزيئات الهيدروكربون، مكونًا منتجًا صلبًا - الكالثرات. بدأت هذه القصة في تطور كيمياء الكالثرات، وهي عبارة عن إطار بلوري لجزيئات الماء أو مذيب آخر، تدخل في تجاويفها جزيئات الهيدروكربون.

الفوسفور

في عام 1669، قام الجندي الكيميائي هونيج براند، أثناء بحثه عن "حجر الفيلسوف"، بتبخير بول الجنود. وأضاف الفحم إلى البقايا الجافة وبدأ في تكليس الخليط. مع المفاجأة والخوف، رأى توهجًا مخضرًا مزرقًا يظهر في وعاءه. "نيراني" هو ما أطلق عليه براند التوهج البارد لأبخرة الفسفور الأبيض الذي اكتشفه. حتى نهاية حياته، لم يكن براند يعلم أنه اكتشف عنصرًا كيميائيًا جديدًا، ولم تكن هناك أفكار حول العناصر الكيميائية في ذلك الوقت.

مسحوق أسود

وفقًا لإحدى الأساطير، قام كونستانتين أونكليتزن، وهو مواطن من فرايبورغ، والمعروف أيضًا باسم الراهب برتولد شوارتز، في عام 1313، بالبحث عن "حجر الفيلسوف"، ممزوجًا بالملح الصخري (نترات البوتاسيوم KNO 3) والكبريت والفحم في ملاط. كان الغسق بالفعل، ولإشعال الشمعة، أطلق شرارة من حجر الصوان. سقطت شرارة بطريق الخطأ في الهاون. كان هناك اندلاع قوي مع إطلاق سراح سميكة دخان ابيض. هكذا تم اكتشاف المسحوق الأسود. لم يقتصر بيرتهولد شوارتز على هذه الملاحظة. فوضع الخليط في وعاء من حديد الزهر، وسد الثقب بسدادة خشبية، ووضع فوقه حجرًا. ثم بدأ بتسخين الوعاء. اشتعل الخليط، وقام الغاز الناتج بإخراج القابس وإلقاء حجر اخترق باب الغرفة. لذلك، بالإضافة إلى البارود، الكيميائي الألماني الشعبي "اخترع" عن طريق الخطأ أول "مدفع".

الكلور

قام الكيميائي السويدي شيلي ذات مرة بدراسة تأثير الأحماض المختلفة على معدن البيرولوسيت (ثاني أكسيد المنغنيز MnO 2). في أحد الأيام بدأ بتسخين المعدن بحمض الهيدروكلوريك HCl وشم رائحة مميزة من "الفودكا الملكية":

MnO 2 + 4HCl = Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O.

قام شيله بجمع الغاز الأصفر والأخضر المسبب لهذه الرائحة، ودرس خصائصه وأطلق عليه اسم "حمض الهيدروكلوريك المزيل للفلور" أو "أكسيد حمض الهيدروكلوريك". وتبين لاحقًا أن شيلي اكتشف عنصرًا كيميائيًا جديدًا، وهو الكلور Cl.

السكرين

في عام 1872، عمل المهاجر الروسي الشاب فالبيرج في مختبر البروفيسور إير ريمسن (1846-1927) في بالتيمور (الولايات المتحدة الأمريكية). لقد حدث أنه بعد الانتهاء من تركيب بعض مشتقات اللوينسولفاميد C 6 H 4 (SO 2) NH 2 (CH 3) ، ذهب فالبيرج إلى غرفة الطعام متناسيًا غسل يديه. أثناء الغداء شعر طعم حلوفي الفم. أثار هذا اهتمامه... أسرع إلى المختبر وبدأ في فحص جميع الكواشف التي استخدمها في عملية التصنيع. من بين النفايات الموجودة في وعاء الصرف، اكتشف فالبيرج منتجًا صناعيًا وسيطًا كان قد تخلص منه في اليوم السابق، وكان حلوًا جدًا. وكانت المادة تسمى السكرين، واسمها الكيميائي هو حمض سلفوبنزويك إيميد C 6 H 4 (SO 2) CO (NH). يتميز السكرين بطعمه الحلو غير المعتاد. حلاوته أكبر 500 مرة من السكر العادي. يستخدم السكرين كبديل للسكر لمرضى السكر.

اليود والقطة

أصدقاء كورتوا، الذين اكتشفوا العنصر الكيميائي الجديد اليود، يروون تفاصيل مثيرة للاهتمام حول هذا الاكتشاف. كان لدى كورتوا قطة مفضلة، والتي عادة ما تجلس على كتف صاحبه أثناء الغداء. غالبًا ما كان كورتوا يتناول الغداء في المختبر. في أحد الأيام، أثناء الغداء، قفزت القطة، خائفة من شيء ما، على الأرض، ولكن انتهى بها الأمر على زجاجات واقفة بالقرب من طاولة المختبر. في إحدى الزجاجات، أعد كورتوا للتجربة معلقًا من رماد الطحالب في الإيثانول C2H5OH، وفي الأخرى كان هناك حمض الكبريتيك المركز H2SO4. انكسرت الزجاجات واختلطت السوائل. بدأت سحب من البخار الأزرق البنفسجي تتصاعد من الأرض، واستقرت على الأشياء المحيطة على شكل بلورات صغيرة بنفسجية سوداء ذات لمعان معدني ورائحة نفاذة. لقد كان عنصرًا كيميائيًا جديدًا، وهو اليود. بما أن رماد بعض الطحالب يحتوي على يوديد الصوديوم NaI، فإن تكوين اليود يفسر بالتفاعل التالي:

2NaI + 2H 2 SO 4 = I 2 + SO 2 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O.

جمشت

كان عالم الجيوكيمياء الروسي إي. إملين يسير ذات مرة مع كلب بالقرب من يكاترينبرج. وفي العشب غير البعيد عن الطريق، لاحظ وجود حجر غير واضح المظهر. بدأ الكلب بحفر الأرض بالقرب من الحجر، وبدأ إملين في مساعدته بالعصا. وبجهودهم المشتركة دفعوا الحجر من الأرض. تحت الحجر كان هناك تناثر كامل لبلورات الجمشت الكريمة. قامت مجموعة بحث من الجيولوجيين الذين وصلوا إلى هذا المكان في اليوم الأول باستخراج مئات الكيلوجرامات من المعدن الأرجواني.

ديناميت

في أحد الأيام، تم نقل زجاجات النتروجليسرين، وهي مادة متفجرة قوية، في صناديق مملوءة بصخور مسامية تسمى الأرض المنصهرة، أو الأرض الدياتومية. وكان ذلك ضروريًا لتجنب تلف الزجاجات أثناء النقل، الأمر الذي يؤدي دائمًا إلى انفجار مادة النتروجليسرين. وفي الطريق انكسرت إحدى الزجاجات، لكن لم يحدث انفجار. يمتص التراب الدياتومي كل السائل المسكوب مثل الإسفنج. ولفت صاحب مصانع النتروجليسرين، نوبل، الانتباه ليس فقط إلى عدم وجود انفجار، ولكن أيضًا إلى حقيقة أن كيسيلجور امتص ما يقرب من ثلاثة أضعاف كمية النتروجليسرين مقارنة بوزنه. بعد إجراء التجارب، وجد نوبل أن كيسلغهر المشرب بالنيتروجليسرين لا ينفجر عند الاصطدام. ولا يحدث الانفجار إلا نتيجة انفجار المفجر. هذه هي الطريقة التي تم بها الحصول على الديناميت الأول. تدفقت طلبات إنتاجه إلى نوبل من جميع البلدان.

ثلاثي

في عام 1903، قام الكيميائي الفرنسي إدوارد بنديكتوس (1879-1930) خلال أحد أعماله بإسقاط قارورة فارغة على الأرض بلا مبالاة. ولدهشته، لم تتكسر القارورة إلى قطع، على الرغم من أن الجدران كانت مغطاة بالعديد من الشقوق. تبين أن سبب القوة هو فيلم محلول الكولوديون الذي تم تخزينه مسبقًا في القارورة. الكولوديون هو محلول نترات السليلوز في خليط من الإيثانول C2H5OH مع إيثيل إيثر (C2H5)2O. بعد تبخر المذيبات، تبقى نترات السليلوز على شكل فيلم شفاف.

أعطى الحادث لبينديكتوس فكرة الزجاج غير القابل للكسر. من خلال لصق ورقتين من الزجاج العادي مع حشية الكولوديون معًا تحت ضغط طفيف، ثم ثلاث أوراق مع حشية السليلويد، حصل الكيميائي على زجاج "ثلاثي الطبقات" غير قابل للكسر. لنتذكر أن السيلولويد عبارة عن بلاستيك شفاف يتم الحصول عليه من الكولوديون، ويضاف إليه مادة ملدنة هي الكافور.

الكربونيل الأول

في عام 1889، لاحظ مختبر موند اللون الساطع للهب عند احتراق خليط غاز يتكون من الهيدروجين H2 وأول أكسيد الكربون CO، عندما تم تمرير هذا الخليط عبر أنابيب النيكل أو صمام النيكل. وأظهرت الدراسة أن سبب تلوين اللهب هو وجود شوائب متطايرة في خليط الغاز. تم عزل الشوائب عن طريق التجميد والتحليل. وتبين أنه النيكل رباعي الكربونيل. وهكذا تم اكتشاف أول كربونيل من معادن عائلة الحديد.

النوع الكهربائي

في عام 1836، قام الفيزيائي والمهندس الكهربائي الروسي بوريس سيمينوفيتش جاكوبي (1801-1874) بإجراء التحليل الكهربائي التقليدي محلول مائيكبريتات النحاس CuSO 4 وشاهدت طبقة رقيقة من النحاس تتشكل على أحد أقطاب النحاس:

[Сu(Н 2 O) 4 ] 2+ + 2е - = Cu↓ + 4H 2 O.

وبمناقشة هذه الظاهرة، توصل جاكوبي إلى فكرة إمكانية صنع نسخ نحاسية من أي شيء. هكذا بدأ تطور عملية الجلفانوبلاستي. في نفس العام، ولأول مرة في العالم، أنتج جاكوبي عبارة مبتذلة لطباعة الأوراق النقدية الورقية باستخدام النمو الكهربائي للنحاس. وسرعان ما انتشرت الطريقة التي اقترحها إلى بلدان أخرى.

انفجار غير متوقع

في أحد الأيام، في أحد مستودعات المواد الكيميائية، تم اكتشاف زجاجتين منسيتين من إيثر ثنائي إيزوبروبيل - سائل عديم اللون (CH 3) 2 СНСОН (СН 3) 2 بدرجة غليان تبلغ 68 درجة مئوية. ولمفاجأة الكيميائيين، في الأسفل وكان من الزجاجات كتلة بلورية تشبه الكافور. بدت البلورات غير ضارة تمامًا. قام أحد الكيميائيين بسكب السائل في الحوض وحاول إذابة الراسب البلوري بالماء، لكنه فشل. ثم تم نقل الزجاجات التي لا يمكن غسلها إلى مكب النفايات في المدينة دون أي احتياطات. ثم ألقى أحدهم حجرًا عليهم. وأعقب ذلك انفجار قوي يساوي في قوته انفجار النتروجليسرين. بعد ذلك، اتضح أن مركبات بيروكسيد البوليمر تتشكل في الأثير نتيجة للأكسدة البطيئة - عوامل مؤكسدة قوية، مواد قابلة للاشتعال والمتفجرة.

الدم الاصطناعي

الكيميائي ويليام مانسفيلد كلارك (1884-1964) من كلية الطب في ألاباما (الولايات المتحدة الأمريكية)، بعد أن قرر إغراق فأر تم أسره، قام بإغراقه برأسه في أول كوب من زيت السيليكون الذي لفت انتباهه، وهو واقف على طاولة المختبر. ولدهشته، لم يختنق الفأر، بل تنفس السائل لمدة 6 ساعات تقريبًا. اتضح أن زيت السيليكون كان مشبعًا بالأكسجين لإجراء بعض التجارب. كانت هذه الملاحظة بمثابة بداية العمل على إنشاء "سائل التنفس" والدم الاصطناعي. زيت السيليكون عبارة عن بوليمر سيليكون عضوي سائل قادر على إذابة والاحتفاظ بما يصل إلى 20٪ من الأكسجين. من المعروف أن الهواء يحتوي على 21% أكسجين. ولذلك، فإن زيت السيليكون يضمن النشاط الحيوي للفئران لبعض الوقت. يتم امتصاص كمية أكبر من الأكسجين (أكثر من 1 لتر لكل لتر من السائل) بواسطة البيرفلوروديكالين C 10 F 18، المستخدم كدم صناعي.

كلاثرات أيضا

في عام 1811، مرر الكيميائي الإنجليزي ديفي غاز الكلور عبر الماء المبرد إلى درجة مئوية لتنقيته من شوائب كلوريد الهيدروجين. وحتى ذلك الحين كان من المعروف أن قابلية ذوبان حمض الهيدروكلوريك في الماء تزداد بشكل حاد مع انخفاض درجة الحرارة. تفاجأ ديفي برؤية بلورات صفراء وخضراء في الوعاء. لم يكن قادرًا أبدًا على تحديد طبيعة البلورات. فقط في قرننا هذا، ثبت أن البلورات التي حصل عليها ديفي تحتوي على التركيبة Cl 2 ∙ (7 + x) H 2 O وهي مركبات متضمنة غير متكافئة، أو clathrates. في الكالثرات، تشكل جزيئات الماء أقفاصًا غريبة، مغلقة من الجوانب وتحتوي على جزيئات الكلور. كانت ملاحظة ديفي بالصدفة بمثابة بداية كيمياء الكالثرات، والتي لها مجموعة متنوعة من التطبيقات العملية.

الفيروسين

لاحظت مصافي النفط منذ فترة طويلة تكوين طبقة بلورية حمراء في خطوط أنابيب الحديد عندما تم تمرير نواتج التقطير البترولية التي تحتوي على السيكلوبنتادايين C5H6 من خلالها عند درجات حرارة عالية. ولم يكن المهندسون منزعجين إلا من الحاجة إلى تنظيف إضافي لخطوط الأنابيب، وقام أحد المهندسين الأكثر فضولاً بتحليل البلورات الحمراء ووجد أنها مركب كيميائي جديد، أطلق عليه الاسم التافه فيروسين، والاسم الكيميائي لهذه المادة هو | مكرر سيكلوبنتادينيل الحديد (II). كما أصبح واضحا سبب تآكل الأنابيب الحديدية في المصنع. كان لديها رد فعل

ج5 ح6 + الحديد = + ح2

الفلوربلاستيك

تم الحصول على أول مادة بوليمر تحتوي على الفلور، والمعروفة في بلادنا باسم البلاستيك الفلوري، وفي الولايات المتحدة باسم تفلون، عن طريق الصدفة. في أحد الأيام في مختبر الكيميائي الأمريكي ر. بلونكيت عام 1938، توقف تدفق الغاز من أسطوانة مملوءة برباعي فلورو إيثيلين CF 2 CF 2 . فتح بلونكيت الصمام بالكامل، ونظف الثقب بالسلك، لكن الغاز لم يخرج. ثم هز البالون وشعر أنه يوجد بداخله نوع من المادة الصلبة بدلاً من الغاز. تم فتح الحاوية وتسرب مسحوق أبيض. لقد كان عبارة عن بوليمر - متعدد رباعي فلورو إيثيلين، يسمى تفلون. حدث تفاعل البلمرة في البالون

ن(CF 2 CF 2) = (-CF 2 -CF 2 -CF 2 -) ن.

التيفلون مقاوم لجميع الأحماض المعروفة ومخاليطها، ولعمل المحاليل المائية وغير المائية لهيدروكسيدات الفلزات القلوية. يمكنه تحمل درجات الحرارة من -269 إلى +200 درجة مئوية.

اليوريا

في عام 1828، حاول الكيميائي الألماني فولر الحصول على بلورات سيانات الأمونيوم HH 4 NCO. مرر الأمونيا عبر محلول مائي من حمض السيانيك HNCO حسب التفاعل

HNCO + NH3 = NH4 NCO.

قام فولر بتبخير المحلول الناتج حتى تتشكل بلورات عديمة اللون. تخيل دهشته عندما أظهر تحليل البلورات أنه لم يحصل على سيانات الأمونيوم، ولكن اليوريا المعروفة (NH 2) 2 CO، والتي تسمى الآن اليوريا. قبل فولر، كان يتم الحصول على اليوريا فقط من البول البشري. يفرز الشخص البالغ حوالي 20 جرامًا من اليوريا في البول يوميًا. بالنسبة إلى فولر، لم يعتقد أي من الكيميائيين في ذلك الوقت أنه يمكن الحصول على المادة العضوية خارج الكائن الحي. كان يعتقد أن المواد العضوية لا يمكن أن تتشكل في كائن حي إلا تحت تأثير "القوة الحيوية". وعندما أخبر فولر الكيميائي السويدي بيرسيليوس عن تركيبته، تلقى منه الجواب التالي: “... إن الذي بدأ خلوده في البول لديه كل الأسباب لإكمال طريق صعوده إلى السماء بمساعدة نفس الجسم.. ".

لقد فتح تركيب فولر طريقًا واسعًا لإنتاج العديد من المواد العضوية من المواد غير العضوية. وبعد ذلك بكثير تم اكتشاف أنه عند تسخينه أو إذابته في الماء، يتحول سيانات الأمونيوم إلى اليوريا:

NH 4 NCO = (NH 2) 2 CO.

تسينكال

بالفعل في قرننا هذا، أنتج أحد علماء المعادن سبيكة من الألومنيوم A1 بنسبة 22٪ زنك زنك، والتي أطلق عليها اسم الزنك. لدراسة الخواص الميكانيكية للزنك، صنع عالم المعادن صفيحة منه وسرعان ما نسيها، وكان مشغولاً بإنتاج سبائك أخرى. خلال إحدى التجارب، من أجل حماية وجهه من الإشعاع الحراري للموقد، قام بتسييجه بلوحة من الزنك كانت في متناول اليد. وفي نهاية العمل، تفاجأ عالم المعادن عندما اكتشف أن اللوحة قد استطالت أكثر من 20 مرة دون أي علامات للتدمير. هكذا تم اكتشاف مجموعة من السبائك فائقة اللدونة. وتبين أن درجة حرارة التشوه الفائق اللدونة للزنك تساوي 250 درجة مئوية، أي أقل بكثير من درجة حرارة الانصهار. عند درجة حرارة 250 درجة مئوية، تبدأ صفيحة الزنك بالتدفق فعليًا تحت تأثير الجاذبية دون أن تتحول إلى حالة سائلة.

أظهرت الأبحاث أن السبائك فائقة اللدونة تتشكل من حبيبات دقيقة جدًا. عند تسخينها تحت حمل صغير جدًا، تستطيل اللوحة بسبب زيادة عدد الحبيبات على طول اتجاه التمدد بينما تنخفض في نفس الوقت عدد الحبيبات في الاتجاه العرضي.

البنزين

في عام 1814، ظهرت إضاءة الغاز في لندن. تم تخزين الغاز المضيء في اسطوانات حديدية تحت الضغط. كانت الإضاءة عادية في ليالي الصيف، لكنها كانت خافتة في الشتاء أثناء البرد القارس. لسبب ما، لم يُنتج الغاز ضوءًا ساطعًا.

لجأ أصحاب محطة الغاز إلى الكيميائي فاراداي طلبًا للمساعدة. ووجد فاراداي أنه في فصل الشتاء يتجمع جزء من الغاز المضيء في قاع الأسطوانات على شكل سائل شفاف بتركيبة C6H6. أطلق عليه اسم "الهيدروجين المكربن". لقد كان البنزين المعروف الآن. بقي شرف اكتشاف البنزين مع فاراداي. أطلق الكيميائي الألماني ليبج اسم "البنزين" على المادة الجديدة.

القصدير الأبيض والرمادي

انتهت الرحلة الاستكشافية الثانية والأخيرة للمسافر الإنجليزي روبرت فالكون سكوت عام 1912 إلى القطب الجنوبي بشكل مأساوي. في يناير 1912، وصل سكوت وأربعة من أصدقائه إلى القطب الجنوبي سيرًا على الأقدام واكتشفوا من خيمة وملاحظة تركت وراءهم أن بعثة أموندسن قد اكتشفت القطب الجنوبي قبل أربعة أسابيع فقط. مع خيبة الأمل انطلقوا في رحلة العودة وسط صقيع شديد. وفي القاعدة الوسيطة حيث تم تخزين الوقود لم يجدوه. وتبين أن العبوات الحديدية التي تحتوي على الكيروسين كانت فارغة، حيث كان بها "شخص ما فتح طبقات" كانت مختومة سابقًا بالقصدير. تجمد سكوت ورفاقه بالقرب من العبوات غير المغلقة.

وهكذا، وفي ظل ظروف مأساوية، تم اكتشاف أن القصدير عند درجات الحرارة المنخفضة يتحول إلى شكل آخر متعدد الأشكال، يطلق عليه اسم "طاعون القصدير". ويصاحب الانتقال إلى تعديل درجات الحرارة المنخفضة تحويل القصدير العادي إلى غبار. تحول القصدير الأبيض، أو β-Sn، الذي تم استخدامه لإغلاق العبوات إلى قصدير رمادي مترب، أو α-Sn. لقد اجتاح الموت سكوت ورفاقه على بعد 15 كم فقط من المكان الذي كان ينتظرهم فيه الجزء الرئيسي من البعثة، والذي ضم اثنين من الروس، جيريف وأوميلتشينكو.

هيليوم

في عام 1889، قام الكيميائي الإنجليزي د. ماثيوز بمعالجة معدن الكليفيت بحمض الكبريتيك الساخن H2SO4 وتفاجأ برؤية إطلاق غاز غير معروف لا يحترق ولا يدعم الاحتراق. اتضح أنه الهيليوم هو. معدن الكليفيت، الذي نادرًا ما يوجد في الطبيعة، هو مجموعة متنوعة من معدن اليورانينيت بتركيبة UO 2. وهو معدن عالي النشاط الإشعاعي، وينبعث منه جسيمات ألفا، وهي نواة ذرات الهيليوم. ومن خلال ربط الإلكترونات، تتحول إلى ذرات الهيليوم، التي تبقى مغروسة في البلورات المعدنية على شكل فقاعات صغيرة. عند معالجته بحمض الكبريتيك، يحدث تفاعل

UO 2 + 2H 2 SO 4 = (UO 2) SO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

ويدخل ثاني أكسيد اليورانيوم UO 2 إلى المحلول على شكل كبريتات اليورانيل (UO 2) SO 4، ويتم إطلاقه وإطلاقه على شكل غاز مع ثاني أكسيد الكبريت SO 2. كان هناك الكثير من He بشكل خاص في معدن الثوريانيت والثوريوم وثاني أكسيد اليورانيوم (Th,U)O 2: 1 لتر من الثوريانيت عند تسخينه إلى 800 درجة مئوية يطلق ما يقرب من 10 لترات من He.

في عام 1903، كانت إحدى شركات النفط تبحث عن النفط في كانساس (الولايات المتحدة الأمريكية). وعلى عمق حوالي 100 متر، واجهت طبقة غازية، مما أدى إلى وجود ينبوع من الغاز. ولدهشة عمال النفط الكبرى، لم يحترق الغاز. وكان أيضا الهيليوم.

أرجواني

روى الموسوعي الروماني ماركوس تيرينتيوس فارو (116-27 قبل الميلاد) أسطورة في عمله "الآثار البشرية والإلهية".

ذات مرة كان أحد سكان مدينة صور الفينيقية يسير على طول شاطئ البحر مع كلب. الكلب، بعد أن وجد قذيفة صغيرة بين الحصى، ألقاها الأمواج، سحقها بأسنانه. تحول فم الكلب على الفور إلى اللون الأحمر والأزرق. هذه هي الطريقة التي تم بها اكتشاف الصبغة الطبيعية الشهيرة - اللون الأرجواني العتيق، والذي كان يُطلق عليه أيضًا اسم Tyrian purple، والأرجواني الملكي. تم استخدام هذه الصبغة لصبغ ملابس أباطرة روما القديمة. مصدر اللون الأرجواني هو الرخويات الأرجوانية المفترسة، التي تتغذى على الرخويات الأخرى، حيث تقوم أولاً بتدمير أصدافها بالحمض الذي تفرزه الغدد اللعابية. تم استخراج اللون الأرجواني من الغدد الأرجوانية للقرمزي. تم التعرف على ألوان الطلاء برموز مختلفة في الماضي. كان اللون الأرجواني رمزًا للكرامة والقوة والقوة.

في عام 1909، حصل الكيميائي الألماني بول فريدلاندر (1857-1923) على ديبرومينديجو 2 من خلال تخليق معقد وأثبت هويته مع اللون الأرجواني للبحر الأبيض المتوسط.

إشعاع اليورانيوم

قام الفيزيائي الفرنسي بيكريل بدراسة توهج بلورات معينة، تسمى الفوسفور، في الظلام بعد تعريضها لأشعة الشمس سابقًا. كان لدى بيكريل مجموعة كبيرة من الفوسفور، ومن بينها كبريتات اليورانيل والبوتاسيوم K 2 (UO 2) (SO 4) 2. بعد اكتشاف الأشعة السينية، قرر بيكريل معرفة ما إذا كانت فوسفوراته تبعث هذه الأشعة، مما يتسبب في اسوداد لوحة فوتوغرافية مغطاة بورق أسود غير شفاف. قام بلف لوحة التصوير الفوتوغرافي بمثل هذه الورقة، ووضع فوقها هذا الفوسفور أو ذاك الذي تعرض سابقًا للشمس. في أحد أيام عام 1896، في الأيام الملبدة بالغيوم، لم يتمكن بيكريل من تحمل كبريتات اليورانيل والبوتاسيوم في الشمس، فوضعها على طبق ملفوف تحسبًا لطقس مشمس. لسبب ما، قرر تطوير هذه اللوحة الفوتوغرافية واكتشف عليها الخطوط العريضة لبلورة كاذبة. أصبح من الواضح أن الإشعاع المخترق لملح اليورانيوم U لا يرتبط بأي حال من الأحوال بتوهج الفوسفور، وأنه موجود بشكل مستقل عن أي شيء.

وهكذا تم اكتشاف النشاط الإشعاعي الطبيعي لمركبات اليورانيوم ومن ثم الثوريوم Th. كانت ملاحظات بيكريل بمثابة الأساس لبيير وماري كوري للبحث عن عناصر كيميائية جديدة أكثر إشعاعًا في معادن اليورانيوم. وتبين أن البولونيوم والراديوم اللذين عثرا عليهما هما نتيجة التحلل الإشعاعي لذرات اليورانيوم.

عباد الشمس

بمجرد أن قام الكيميائي الإنجليزي بويل بإعداد تسريب مائي من حزاز عباد الشمس. كانت الزجاجة التي احتفظ فيها بالتسريب ضرورية لحمض الهيدروكلوريك حمض الهيدروكلوريك. بعد سكب التسريب، سكب بويل الحمض في الدورق وتفاجأ عندما وجد أن الحمض تحول إلى اللون الأحمر. ثم أضاف بضع قطرات من المنقوع إلى محلول مائي من هيدروكسيد الصوديوم NaOH، فلاحظ أن المحلول تحول إلى اللون الأزرق. وهكذا تم اكتشاف أول مؤشر حمضي وقاعدي يسمى عباد الشمس. بعد ذلك، بدأ بويل، ومن ثم باحثون آخرون، في استخدام قطع من الورق مبللة في منقوع حزاز عباد الشمس ثم جفت. تتحول أوراق عباد الشمس إلى اللون الأزرق في المحلول القلوي وإلى اللون الأحمر في المحلول الحمضي.

اكتشاف بارتليت

قرر الطالب الكندي نيل بارتليت (مواليد 1932) تنقية سداسي فلوريد البلاتين PtF 6 من البروميدات عن طريق تمرير غاز الفلور F 2 فوقه. كان يعتقد أن البروم المنطلق Br2 يجب أن يتحول في وجود الفلور إلى ثلاثي فلوريد البروم الأصفر الفاتح BrF3، والذي سيصبح سائلًا عند تبريده:

NaBr + 2F 2 = NaF + BrF 3.

وبدلاً من ذلك، رأى بارتليت إطلاق كميات كبيرة من البخار الأحمر، الذي تحول إلى بلورات حمراء على الأجزاء الباردة من الجهاز. تمكن بارتليت من العثور على إجابة لهذه الظاهرة غير العادية بعد عامين فقط. تم تخزين سداسي فلوريد البلاتين في الهواء لفترة طويلة، ولأنه عامل مؤكسد قوي جدًا، فقد تفاعل تدريجيًا مع الأكسجين الموجود في الهواء، مكونًا بلورات برتقالية من ثنائي أكسجينيل سداسي فلوروبلاتينات:

يا 2 + بتف 6 = يا 2.

ويسمى الكاتيون O 2 + كاتيون ثنائي الأكسجين. عند تسخينها في تدفق الفلور، تتسامى هذه المادة على شكل بخار أحمر. أدى تحليل هذه الظاهرة العشوائية إلى استنتاج بارتليت حول إمكانية تصنيع مركبات الغازات النبيلة (الخاملة). في عام 1961، قام بارتليت، وهو أستاذ الكيمياء بالفعل، بخلط PtF 6 مع زينون Xe، وحصل على أول مركب للغاز النبيل - زينون سداسي فلوروبلاتينات Xe.

الفوسجين

في عام 1811، نسي الكيميائي الإنجليزي ديفي أن السفينة تحتوي بالفعل على أول أكسيد الكربون، وهو غاز عديم اللون والرائحة، فأدخل الكلور C1 2 في هذه السفينة، والذي أراد الاحتفاظ به للتجارب المقرر إجراؤها في اليوم التالي. ظل الوعاء المغلق واقفاً على طاولة المختبر بالقرب من النافذة. كان اليوم مشرقا ومشمسا. في صباح اليوم التالي، رأى ديفي أن الكلور الموجود في الوعاء قد فقد لونه المصفر المخضر. بعد أن فتح صنبور الوعاء قليلاً، شعر برائحة غريبة تذكرنا برائحة التفاح أو التبن أو الأوراق المتحللة. وقام ديفي بفحص محتويات الوعاء وتأكد من وجود مادة غازية جديدة CC1 2 O، أطلق عليها اسم "فوسجين"، والتي تعني باليونانية "مولود من النور". الاسم الحديث CC1 2 O هو ثاني كلوريد أكسيد الكربون. حدث تفاعل في وعاء معرض للضوء

CO + C1 2 = CC1 2 O.

وهكذا تم اكتشاف مادة سامة قوية ذات تأثير سام عام، والتي كانت تستخدم على نطاق واسع في الحرب العالمية الأولى.

إن القدرة على إصابة الجسم تدريجيًا بتركيزات ضئيلة جعلت من الفوسجين سمًا خطيرًا بغض النظر عن محتواه في الهواء.

في عام 1878، اكتشف أن غاز الفوسجين يتكون من خليط ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون في الظلام، في حالة وجود محفز وهو الكربون المنشط في هذا الخليط.

عند تعرضه للماء، يتم تدمير غاز الفوسجين تدريجياً مع تكوين حمض الكربونيك H 2 CO 3 وأحماض الهيدروكلوريك HCl:

CCl 2 O + 2H 2 O = H 2 CO 3 + 2HCl

المحاليل المائية لهيدروكسيدات البوتاسيوم KOH وهيدروكسيدات الصوديوم NaOH تدمر غاز الفوسجين على الفور:

CCl 2 O + 4KOH = K 2 CO 3 + 2KCl + 2H 2 O.

حاليًا، يُستخدم الفوسجين في العديد من التركيبات العضوية.

سوريك

حدث هذا الحدث منذ أكثر من 3000 سنة. كان الفنان اليوناني الشهير نيسياس ينتظر وصول التبييض الذي طلبه من جزيرة رودس في البحر الأبيض المتوسط. وصلت سفينة محملة بالدهانات إلى ميناء بيرايوس الأثيني، لكن حريقًا اندلع فجأة هناك. كما اشتعلت النيران في سفينة نيكياس. عندما تم إخماد الحريق، اقترب نيكياس المنزعج من بقايا السفينة، ومن بينها براميل متفحمة. بدلا من التبييض، اكتشف نوعا من المادة الحمراء الزاهية تحت طبقة من الفحم والرماد. أظهرت اختبارات نيكيا أن هذه المادة كانت صبغة حمراء ممتازة. وهكذا، اقترح حريق في ميناء بيرايوس طريقة صنع طلاء جديد، والذي سمي فيما بعد بالرصاص الأحمر. وللحصول عليه، بدأوا بتكليس الرصاص الأبيض أو كربونات الرصاص الأساسية في الهواء:

2[Pb(OH) 2 ∙2PbCO 3] + O 2 = 2(Pb 2 II Pb IV)O 4 + 4CO 2 + 2H 2 O.

الحد الأدنى هو رابع أكسيد الرصاص (IV) - ثنائي الرصاص (II).

دوبرينر الصوان

تم اكتشاف ظاهرة العمل التحفيزي للبلاتين بالصدفة. عمل الكيميائي الألماني دوبرينر على كيمياء البلاتين. حصل على البلاتين الإسفنجي المسامي للغاية ("البلاتين الأسود") عن طريق تكليس سداسي كلوروبلاتينات الأمونيوم (NH 4) 2:

(NH4) 2 = حزب العمال + 2NH3 + 2Cl 2 + 2HCl.

في عام 1823، خلال إحدى التجارب، وجدت قطعة من البلاتين الإسفنجي Pt نفسها بالقرب من جهاز لإنتاج الهيدروجين H2. ضرب تيار من الهيدروجين الممزوج بالهواء البلاتين، واشتعل الهيدروجين واشتعلت فيه النيران. أعرب دوبرينر على الفور عن تقديره لأهمية اكتشافه. لم تكن هناك مباريات في ذلك الوقت. لقد صمم جهازًا لإشعال الهيدروجين، أطلق عليه اسم "Döbereiner flint" أو "آلة الإشعال". وسرعان ما تم بيع هذا الجهاز في جميع أنحاء ألمانيا.

تلقى Döbereiner البلاتين من روسيا من جبال الأورال. ساعده صديقه I.-V في ذلك. جوته، وزير دوقية فايمار في عهد تشارلز أوغسطس. كان ابن الدوق متزوجًا من ماريا بافلوفنا، أخت اثنين من القياصرة الروس - ألكسندر الأول ونيكولاس الأول. وكانت ماريا بافلوفنا هي الوسيط في حصول دوبرينر على البلاتين من روسيا.

الجلسرين والأكرولين

في عام 1779، اكتشف الكيميائي السويدي شيل الجلسرين HOCH 2 CH(OH)CH 2 OH. ولدراسة خصائصه قرر تحرير المادة من خليط الماء. بعد إضافة مادة إزالة الماء إلى الجلسرين، بدأ شيله في تقطير الجلسرين. وبعد أن عهد بهذا العمل إلى مساعده، غادر المختبر. عندما عاد شيلي، كان المساعد مستلقيًا فاقدًا للوعي بالقرب من طاولة المختبر، وكانت هناك رائحة حادة نفاذة في الغرفة. شعر شيل بعينيه بسبب كثرة الدموع، توقفت عن تمييز أي شيء. وسرعان ما أخرج المساعد إلى الهواء النقي وقام بتهوية الغرفة. وبعد ساعات قليلة فقط، بالكاد استعاد المساعد شيلي وعيه. وهكذا تم تكوين مادة جديدة - الأكرولين، والتي تُترجم من اليونانية وتعني "الزيت الحار".

يرتبط تفاعل تكوين الأكرولين بفصل جزيئين ماء من الجلسرين:

C 3 H 8 O 3 = CH 2 (CH) C H O + 2 H 2 O.

يحتوي الأكرولين على التركيبة CH 2 (CH) CHO وهو ألدهيد حمض الأكريليك. وهو سائل عديم اللون خفيف الغليان، وبخاره يهيج بقوة الأغشية المخاطية للعينين والجهاز التنفسي وله تأثير سام. تعتمد الرائحة المعروفة للدهون والزيوت المحروقة وشمعة الشحم المحتضرة على تكوين كميات ضئيلة من الأكرولين. حاليا، يستخدم الأكرولين على نطاق واسع في التحضير مواد البوليمروفي تركيب المركبات العضوية المختلفة.

ثاني أكسيد الكربون

اكتشف الكيميائي الإنجليزي بريستلي أن الحيوانات تموت في "الهواء الفاسد" (كما أسماه ثاني أكسيد الكربون CO 2). ماذا عن النباتات؟ وضع إصيصاً صغيراً من الزهور تحت غطاء زجاجي ووضع بجانبه شمعة مضاءة “لتفسد” الهواء. وسرعان ما انطفأت الشمعة بسبب تقريبا التحول الكاملالأكسجين تحت غطاء محرك السيارة إلى ثاني أكسيد الكربون:

ج + يا 2 = ثاني أكسيد الكربون 2.

حمل بريستلي القبعة التي تحتوي على الزهرة والشمعة المطفأة إلى النافذة وتركها حتى اليوم التالي. في الصباح، تفاجأ عندما لاحظ أن الزهرة لم تذبل فحسب، بل انفتح برعم آخر على الفرع المجاور. قلقاً، أشعل بريستلي شمعة أخرى وسرعان ما أدخلها تحت الغطاء ووضعها بجانب الشمعة الأولى. استمرت الشمعة في الاحتراق. أين ذهب "الهواء الفاسد"؟

وهكذا تم لأول مرة اكتشاف قدرة النباتات على امتصاص ثاني أكسيد الكربون وإطلاق الأكسجين. وفي زمن بريستلي لم يعرفوا بعد تركيب الهواء، ولا عرفوا تركيب ثاني أكسيد الكربون.

كبريتيد الهيدروجين والكبريتيدات

درس الكيميائي الفرنسي بروست تأثير الأحماض على المعادن الطبيعية. في بعض التجارب، تم إطلاق غاز ذو رائحة مثيرة للاشمئزاز، كبريتيد الهيدروجين H 2 S، بشكل ثابت. في أحد الأيام، تأثير على معدن السفاليريت (كبريتيد الزنك ZnS) مع حمض الهيدروكلوريك HCl:

ZnS + 2HCl = H2S + ZnCl2،

لاحظ بروست أن المحلول المائي الأزرق لكبريتات النحاس CuSO 4 في كوب قريب كان مغطى بطبقة بنية. قام بتحريك الزجاج الذي يحتوي على المحلول الأزرق بالقرب من الزجاج الذي تم إطلاق H2S منه، ودون الانتباه إلى الرائحة، بدأ في تحريك المحلول الأزرق. وسرعان ما اختفى اللون الأزرق وظهرت رواسب سوداء في أسفل الزجاج. وأظهر تحليل الرواسب أنها كبريتيد النحاس:

CuSO4 + H2S = CuS↓ + H2SO4.

وهكذا، على ما يبدو، تم اكتشاف تكوين كبريتيدات بعض المعادن تحت تأثير كبريتيد الهيدروجين على أملاحها لأول مرة.

حمى الماس

تم اكتشاف رواسب الماس في البرازيل عن طريق الصدفة. في عام 1726، رأى عامل المنجم البرتغالي برنارد دا فونسينا لابو في أحد مناجم الذهب أن العمال يلعبون الورق! تحدد الألعاب نتائج الفوز أو الخسارة بأحجار لامعة وواضحة. تعرف عليها لابو على أنها ماس. كان لديه ضبط النفس لإخفاء اكتشافه. أخذ العديد من الحجارة الكبيرة من العمال. ومع ذلك، أثناء بيع الماس في أوروبا، فشل لابو في إخفاء اكتشافه. تدفقت حشود من الباحثين عن الماس إلى البرازيل، وبدأت "حمى الماس". وهكذا تم اكتشاف رواسب الماس في جنوب أفريقيا، والتي تزود السوق الدولية الآن بالجزء الأكبر منها. في عام 1867، توقف التاجر والصياد جون أوريلي لقضاء الليل في مزرعة الهولندي فان نيكيرك، التي كانت تقع على ضفاف النهر. فال. ولفت انتباهه إلى حصاة شفافة كان الأطفال يلعبون بها. قال أوريلي: "يبدو مثل الماس". ضحك فان نيكيرك: "يمكنك أن تأخذها بنفسك، هناك العديد من هذه الحجارة هنا!" في كيب تاون، قرر أوريلي من صائغ أن الماسة كانت بالفعل وباعها مقابل 3000 دولار. أصبح اكتشاف O'Relly معروفًا على نطاق واسع، وتمزقت مزرعة Van Niekerk حرفيًا إلى قطع، مما أدى إلى تعطيل المنطقة بأكملها بحثًا عن الماس.

بلورات البورون

أجرى الكيميائي الفرنسي سانت كلير ديفيل، بالتعاون مع الكيميائي الألماني فولر، تجربة للحصول على البورون غير المتبلور B عن طريق تفاعل أكسيد البورون B2O3 مع الألومنيوم المعدني A1. قاموا بخلط هاتين المادتين المسحوقتين وبدأوا في تسخين الخليط الناتج في بوتقة. بدأ التفاعل عند درجة حرارة عالية جدًا

ب 2 س 3 + 2 أ1 = 2 ب + أ 1 2 س 3

عندما اكتمل التفاعل وتبرد البوتقة، سكب الكيميائيون محتوياتها على بلاطة من البورسلين. لقد رأوا مسحوق أكسيد الألومنيوم الأبيض A1 2 O 3 وقطعة من معدن الألومنيوم. لم يكن هناك مسحوق البورون غير المتبلور البني. وهذا حير الكيميائيين. ثم اقترح فولر إذابة قطعة الألومنيوم المتبقية في حمض الهيدروكلوريك HCl:

2Al(B) + 6HCl = 2AlCl 3 + 2B↓ + 3H 2.

وبعد اكتمال التفاعل، رأوا بلورات بورون سوداء لامعة في قاع الوعاء.

وهكذا تم التوصل إلى إحدى الطرق لإنتاج البورون البلوري، وهي مادة خاملة كيميائيا لا تتفاعل مع الأحماض. في وقت ما، تم الحصول على البورون البلوري عن طريق دمج البورون غير المتبلور مع الألومنيوم ثم تعريض السبيكة لحمض الهيدروكلوريك. ثم اتضح أن البورون الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة يحتوي دائمًا على خليط من الألومنيوم، على ما يبدو في شكل بوريده AlB 12. من حيث الصلابة، يصنف البورون البلوري بين الجميع مواد بسيطةالمركز الثاني بعد الماس .

العقيق

عثر أحد الرعاة الألمان في عام 1813 على أحجار صفراء ورمادية - عقيق - بالقرب من مقلع مهجور. قرر أن يعطيهم لزوجته ووضعهم بالقرب من النار لفترة. يا لها من مفاجأة عندما رأى في الصباح أن بعض العقيق قد تحول إلى اللون الأحمر، بينما اكتسب البعض الآخر صبغة حمراء. أخذ الراعي أحد الحجارة إلى صائغ يعرفه وشاركه ملاحظته. وسرعان ما افتتح الصائغ ورشة عمل لصنع العقيق الأحمر، ثم باع وصفته فيما بعد لصائغين ألمان آخرين. وهكذا تم اكتشاف طريقة لتغيير لون بعض الأحجار الكريمة عند تسخينها. لاحظ أن سعر العقيق الأحمر في ذلك الوقت كان ضعف سعر العقيق الأصفر، وأكثر من أصنافه الرمادية.

الإيثيلين

أجرى الكيميائي الألماني والطبيب والمخترع صاحب الرؤية يوهان يواكيا بيشر (1635-1682) تجارب على حمض الكبريتيك H2SO4 في عام 1666. في إحدى التجارب، بدلاً من إضافة جزء آخر إلى حامض الكبريتيك المركز الساخن، أضاف دون قصد الإيثانول C 2 H 5 OH، الذي كان موجودًا بالقرب من الزجاج. رأى بيشر رغوة قوية من المحلول مع إطلاق غاز غير معروف مشابه لغاز الميثان CH 4. وعلى عكس الميثان، احترق الغاز الجديد بلهب دخاني وكانت له رائحة ثومية باهتة. وجد بيشر أن "هواءه" كان أكثر نشاطًا كيميائيًا من الميثان. هذه هي الطريقة التي تم بها اكتشاف الإيثيلين C2H4، الذي يتكون من التفاعل

ج 2 ح 5 أوه = ج 2 ح 4 + ح 2 أو.

أطلق على الغاز الجديد اسم "غاز النفط"، وبدأ يطلق على مزيجه مع الكلور اسم "زيت الكيميائيين الهولنديين" في عام 1795. فقط من منتصف القرن التاسع عشر. أطلق على غاز بيشر اسم "الإيثيلين". بقي هذا الاسم في الكيمياء حتى يومنا هذا.

انفجار أوباو

في عام 1921، وقع انفجار في أوباو (ألمانيا) في مصنع لإنتاج الأسمدة - خليط من كبريتات الأمونيوم والنترات - (NH 4) 2 SO 4 وNH 4 NO 3. تم تخزين هذه الأملاح في أحد المستودعات لفترة طويلة وأصبحت متكتلة؛ قرروا سحقهم بانفجارات صغيرة. وقد تسبب ذلك في تفجير كامل كتلة المادة التي كانت تعتبر آمنة في السابق. وأدى الانفجار إلى مقتل 560 شخصا و عدد كبيرجرحى ومصابين، ولم يتم تدمير مدينة أوباو بالكامل فحسب، بل تم أيضًا تدمير بعض المنازل في مانهايم - على بعد 6 كم من موقع الانفجار. علاوة على ذلك، أدت موجة الانفجار إلى تحطيم زجاج المنازل الواقعة على بعد 70 كيلومترا من المصنع.

وحتى في وقت سابق، في عام 1917، وقع انفجار وحشي في مصنع كيميائي في هاليفاكس (كندا) بسبب التحلل الذاتي لـ NH 4 NO 3، مما أودى بحياة 3000 شخص.

وتبين أن نترات الأمونيوم خطيرة في التعامل معها وهي مادة متفجرة. عند تسخينه إلى 260 درجة مئوية، يتحلل NH 4 NO 3 إلى أكسيد ثنائي النيتروجين N 2 O والماء:

NH 4 NO 3 = N 2 O + 2 H 2 O

فوق درجة الحرارة هذه يصبح التفاعل أكثر تعقيدًا:

8NH 4 NO 3 = 2NO 2 + 4NO + 5N 2 + 16H 2 O

ويؤدي إلى زيادة حادة في الضغط والانفجار، والذي يمكن تسهيله من خلال الحالة المضغوطة للمادة ووجود خليط من حمض النيتريك HNO 3 فيه.

بيوتول والمباريات

اكتشف برتولت الخصائص الانفجارية لثلاثي أوكسوكلورات البوتاسيوم KClO 3 بالصدفة. بدأ في طحن بلورات KClO 3 في ملاط، حيث بقيت كمية صغيرة من الكبريت على الجدران، ولم تتم إزالتها بواسطة مساعده من العملية السابقة. وفجأة وقع انفجار قوي، وانتزعت المدقة من يدي بيرثوليت، واحترق وجهه. هذه هي الطريقة التي نفذ بها بيرثوليت لأول مرة رد فعل سيتم استخدامه لاحقًا في المباريات السويدية الأولى:

2KClO 3 + 3S = 2KCl + 3SO 2.

يُطلق على ثلاثي أوكسوكلورات البوتاسيوم KClO 3 منذ فترة طويلة اسم ملح بيرثوليت.

الكينين

الملاريا هي واحدة من أقدم الأمراض التي عرفتها البشرية. هناك أسطورة حول كيفية العثور على علاج له. هندي مريض من بيرو، منهك من الحمى والعطش، يتجول بلا هدف عبر الغابة القريبة من قريته. لقد رأى بركة مياه صافية إلى حد ما تقع فيها شجرة ساقطة. بدأ الهندي بشرب الماء بشراهة وشعر بطعمه المر. حدثت معجزة. جلب له الماء الشفاء. أطلق الهنود على الشجرة المتساقطة اسم "هينا-هينا". بعد أن علم السكان المحليون بالشفاء، بدأوا في استخدام لحاء هذه الشجرة كدواء ضد الحمى. وصلت الشائعات إلى الغزاة الإسبان وانتشرت إلى أوروبا. هكذا تم اكتشاف الكينين C 20 H 24 N 2 O 2 - وهي مادة بلورية مستخرجة من لحاء شجرة الكينا - الكينا. خلال العصور الوسطى، كان لحاء الكينا يُباع حرفيًا بالجرام مقابل جرام الذهب. إن التوليف الاصطناعي للكينين معقد للغاية ولم يتم تطويره إلا في عام 1944.

معجزات الحفز

حصل إدوارد، شقيق جي ديفي، على مسحوق بلاتيني أسود ناعم جدًا، والذي أصبح يُعرف باسم "البلاتين الأسود". في أحد الأيام، سكب إدوارد بلا مبالاة بعضًا من هذا المسحوق على ورق الترشيح الذي كان قد استخدمه للتو لمسح الكحول الإيثيلي المسكوب C2H5OH. وبدهشة رأى كيف توهج «الأسود البلاتيني» وتوهج حتى اختفى كل الكحول مع الورق المحروق. هذه هي الطريقة التي تم بها اكتشاف تفاعل الأكسدة الحفزية الكحول الإيثيليفي الحمض:

C 2 H 5 OH + O 2 = CH 3 COOH + H 2 O

علاج

اعتبر الكيميائي الأمريكي تشارلز جوديير (1800-1860) المطاط نوعًا من الجلود وحاول تعديله. كان يخلط المطاط الخام مع كل مادة تقع تحت يده: يملّحها، يرشها بالفلفل، يرشها بالسكر ورمل النهر. وفي أحد أيام عام 1841، أسقط قطعة من المطاط المعالج بالكبريت في فرن ساخن. وفي اليوم التالي، أثناء تجهيز الفرن للتجربة، رفع جوديير هذه القطعة واكتشف أن المطاط أصبح أقوى. شكلت هذه الملاحظة التي أجراها جوديير الأساس لعملية الفلكنة المطاطية التي تم تطويرها لاحقًا. أثناء الفلكنة، تتفاعل الجزيئات الخطية الكبيرة من المطاط مع الكبريت، وتشكل شبكة ثلاثية الأبعاد من الجزيئات الكبيرة. نتيجة الفلكنة، يتحول المطاط إلى مطاط. كتب جوديير بعد ذلك: "أعترف أن اكتشافاتي لم تكن نتيجة بحث علمي كيميائي... بل كانت نتيجة المثابرة والملاحظة".

الامتزاز

في عام 1785، شارك لوفيتز في إعادة بلورة حمض الطرطريك وغالبًا ما تم الحصول على بلورات ليست عديمة اللون، ولكن بلورات بنية بسبب الشوائب ذات الأصل العضوي التي ظهرت فيها. وفي أحد الأيام، قام بإهمال بسكب جزء من المحلول على خليط من الرمل والفحم الموجود في حمام رملي يستخدم لتبخير المحاليل. حاول لوفيتز جمع المحلول المسكوب وتصفيته من الرمل والفحم. عندما يبرد المحلول، تتساقط بلورات حمض شفافة عديمة اللون. وبما أن الرمل لا يمكن أن يكون السبب، قرر لوفيتز اختبار تأثير الفحم. أخذ محلولًا حمضيًا جديدًا، وسكب فيه مسحوق الفحم، وبخره، ثم برده بعد إزالة الفحم. تبين أن البلورات التي سقطت مرة أخرى عديمة اللون وشفافة.

هكذا اكتشف لوفيتز خصائص امتصاص الفحم. واقترح تخزين مياه الشرب على السفن في براميل خشبية مع طبقة من الفحم. لم تتعفن المياه لعدة أشهر. تم استخدام هذا الاكتشاف على الفور في الجيش الحالي، في المعارك مع الأتراك عام 1791 في الروافد السفلى من نهر الدانوب، حيث كانت المياه غير صالحة للشرب. كما استخدم لوفيتز الفحم لتنقية الفودكا من زيوت الفيوزيل، وحمض الأسيتيك من الشوائب التي أعطتها اللون الأصفر، وفي العديد من الحالات الأخرى.

حمض الميلتيك

من أجل تنقية حمض النيتريك HNO 3 من الشوائب، سكب لوفيتز فيه كمية صغيرة من الفحم وبدأ في غلي هذا الخليط. وفجأة رأى اختفاء الفحم وتكوين مادة بيضاء مكانه قابلة للذوبان في الماء والإيثانول C2H5OH. وقد أطلق على هذه المادة اسم "الكربون القابل للذوبان". يتم تفاعل الفحم مع حمض النيتريك وفقًا للتفاعل

12C + 6HNO 3 = C 6 (COOH) 6 + 6NO.

وبعد 150 عاما، ثبت أن لوفيتز هو أول من حصل على حمض البنزين سداسي الكربوكسيل C 6 (COOH) 6، والاسم القديم لهذه المادة هو "حمض الميليتيك".

أملاح زيز

في عام 1827، قرر الكيميائي العضوي والصيدلي الدنماركي ويليام زيز (1789-1847) الحصول على رباعي كلوروبلاتينات البوتاسيوم K2 لأحد أعماله. لترسيب هذا الملح تمامًا، وهو قابل للذوبان قليلاً في الإيثانول، بدلاً من المحلول المائي لـ H2، استخدم محلول هذا الحمض في الإيثانول C2H5OH. عندما أضاف Zeise محلول مائي من كلوريد البوتاسيوم KCl إلى هذا المحلول، بشكل غير متوقع، بدلاً من الراسب الأحمر البني المميز لـ K2، تم تشكيل راسب مصفر. أظهر تحليل هذه الرواسب أنها تحتوي على كلوريد البوتاسيوم KCl، وثنائي كلوريد البلاتين PtCl 2، والماء H 2 O، ولمفاجأة جميع الكيميائيين، جزيء الإيثيلين C 2 H 4: KCl∙PtCl 2 ∙C 2 H 4 ∙ H 2. لقد أصبحت هذه الصيغة التجريبية موضوع مناقشات ساخنة. على سبيل المثال، ذكر ليبيج أن زيز أجرى التحليلات بشكل غير صحيح وأن الصيغة التي قدمها كانت من نسج خيال مريض. فقط في عام 1956 كان من الممكن إثبات أن زيز قد حدد تركيبة الملح الجديد بشكل صحيح، والآن تتم كتابة صيغة المركب كـ K∙H 2 O ويسمى ثلاثي كلورو إيثيلين بلاتينات البوتاسيوم أحادي الهيدرات.

أنتج هذا المركب الأول من مجموعة غير عادية من المركبات المعقدة تسمى "مجمعات π". في مثل هذه المجمعات لا يوجد رابطة كيميائية عادية بين المعدن الموجود داخل الأقواس المربعة وأي ذرة واحدة من الجسيم العضوي. رد الفعل الذي قام به زيز:

H 2 + بوكل + C 2 H 5 OH = K∙H 2 O + 2HCl.

حاليًا، يتم الحصول على K عن طريق تمرير الإيثيلين من خلال محلول مائي من رباعي كلوروبلاتينات البوتاسيوم K2:

ك 2 + ج 2 ح 4 = ك + بوكل.

منقذ النحلة

كورتوا، مكتشف اليود، كاد أن يموت ذات يوم. في عام 1813، بعد أحد أعماله، سكب المحلول المائي المتبقي من الأمونيا NH 3 ومحلول الكحول من اليود I 2 في زجاجة نفايات فارغة. رأى كورتوا تكوّن رواسب باللون الأسود والبني في الزجاجة، مما أثار اهتمامه على الفور. قام بترشيح الراسب، وغسله بالإيثانول C2H5OH، وأخذ المرشح مع الراسب من القمع وتركه على طاولة المختبر. كان الوقت متأخرًا، وقرر كورتوا تحليل الرواسب في اليوم التالي. عندما فتح باب المختبر في الصباح، رأى كيف طارت نحلة إلى الغرفة وهبطت على الرواسب التي حصل عليها. وعلى الفور وقع انفجار قوي أدى إلى تحطيم طاولة المختبر إلى قطع صغيرة، وامتلأت الغرفة ببخار اليود البنفسجي.

قال كورتوا لاحقًا إن النحلة الطنانة أنقذت حياته. هذه هي الطريقة التي تم بها الحصول على مادة خطيرة للغاية يجب التعامل معها واختبارها - نيتريد ثلاثي اليود، نيتريد الأمونيوم الأحادي I 3 N∙NH 3 . التفاعل التوليفي لهذه المادة:

3I 2 + 5NH 3 = I 3 N∙NH 3 ↓ + 3NH 4.

رد الفعل الذي يحدث أثناء الانفجار الناجم عن أدنى لمسة أو اهتزاز طفيف للجاف I 3 N∙NH 3:

2(I 3 N∙NH 3) = 2N 2 + 3I 2 + 3H 2.

تجربة سيئة

تم الحصول على الفلور F2 بشكل غير متوقع من قبل الكيميائي الفرنسي Moissan. في عام 1886، بعد أن درس تجربة أسلافه، قام بتحليل فلوريد الهيدروجين اللامائي HF كهربائيًا في أنبوب بلاتيني على شكل حرف Y. وبمفاجأة، لاحظ مويسان إطلاق الفلور عند القطب الموجب والهيدروجين عند الكاثود. وألهمه النجاح، كرر التجربة في اجتماع لأكاديمية باريس للعلوم، لكنه... لم يحصل على الفلور. التجربة لم تكن ناجحة. وبعد دراسة شاملة لأسباب الفشل، وجد مويسان أن فلوريد الهيدروجين الذي استخدمه في التجربة الأولى يحتوي على خليط من هيدروفلوريد البوتاسيوم KHF 2. ضمنت هذه الشوائب التوصيل الكهربائي للمحلول (الكتروليت HF اللامائي) وخلقت التركيز اللازم لأيونات F عند الأنود:

2F - - 2e - = F 2.

منذ ذلك الحين، تم إنتاج الفلور بطريقة مويسان باستخدام محلول فلوريد البوتاسيوم KF في HF:

KF + HF = KHF 2.

الأسبارتام

الأسبارتام (في روسيا - "sladex") هو مادة موصى بها للاستهلاك من قبل مرضى السكر والأشخاص الذين يعانون من السمنة المفرطة، 100-200 مرة أحلى من السكروز. ولا يترك وراءه المذاق المعدني المرير المتأصل في السكرين. تم اكتشاف الطعم الحلو للأسبارتام بالصدفة في عام 1965. قام الكيميائي الذي يعمل بهذه المادة بقضم مسمار وشعر بطعم حلو. الأسبارتام عبارة عن بلورات عديمة اللون، قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء. هذا سنجاب صغير. يمتصه جسم الإنسان ويعتبر مصدراً للأحماض الأمينية التي يحتاجها. الأسبارتام لا يحفز تكون تسوس الأسنان، وامتصاصه لا يعتمد على إنتاج الجسم للأنسولين.

كربيد

في عام 1862، حاول الكيميائي الألماني فولر عزل معدن الكالسيوم من الجير (كربونات الكالسيوم CaCO 3) عن طريق التكليس طويل الأمد لخليط من الجير والفحم. حصل على كتلة ملبدة ذات لون رمادي ولم يجد فيها أي علامات معدنية. وبخيبة أمل، ألقى فولر هذه الكتلة كمنتج نفايات في مكب النفايات في الفناء. أثناء المطر، لاحظ مساعد مختبر فولر إطلاق نوع من الغاز من الكتلة الصخرية المقذوفة. أصبح فولر مهتمًا بهذا الغاز. وأظهر تحليل الغاز أنه الأسيتيلين H 2 C 2، الذي اكتشفه إي. ديفي عام 1836. وهكذا تم اكتشاف كربيد الكالسيوم CaC 2 لأول مرة، حيث يتفاعل مع الماء لإطلاق الأسيتيلين:

5C + 2CaCO 3 = 3CaC 2 + 3CO 2؛

CaC 2 + 2H 2 O = H 2 C 2 + Ca(OH) 2.

من وجهة نظر الجاهل..

يروي مساعده في المختبر كيف قام بيرزيليوس باكتشافاته العرضية. عاش برسيليوس حياة انفرادية. سأل سكان ستوكهولم الفضوليون أكثر من مرة مساعد المختبر بيرسيليوس عن كيفية عمل سيده.

أجاب مساعد المختبر: حسنًا، أولاً أحضر له أشياء مختلفة من الخزانة: مساحيق وبلورات وسوائل.

يأخذ كل شيء ويلقيه في وعاء واحد كبير.

ثم يصب كل شيء في وعاء صغير.

وماذا يفعل بعد ذلك؟

ثم يصب كل شيء في سلة المهملات، التي أخرجها كل صباح.

وفي الختام، دعونا نستشهد بقول عالم الطبيعة الألماني هيرمان هيلمهولتز (1821-1894): “في بعض الأحيان يمكن أن تأتي فرصة سعيدة للإنقاذ وتكشف عن علاقة مجهولة، ولكن من غير المرجح أن تجد الفرصة تطبيقًا إذا كان الشخص الذي يقابلها "لم يجمع بالفعل ما يكفي من الأدلة البصرية في مادة رأسه لإقناعه بصحة حدسه."

نظرية التطور الكيميائي أو كيف بدأت الحياة

إن نظرية التطور الكيميائي، وهي النظرية الحديثة لأصل الحياة، تقوم على فكرة التولد التلقائي. ولا يقوم على المفاجئة ظهور الكائنات الحية على الأرض، وتكوين المركبات والأنظمة الكيميائية التي تشكل المادة الحية. يدرس كيمياء الأرض القديمة، وفي المقام الأول التفاعلات الكيميائية التي حدثت في الغلاف الجوي البدائي وفي الطبقة السطحية من الماء، حيث، في جميع الاحتمالات، تركزت العناصر الخفيفة التي تشكل أساس المادة الحية وكميات هائلة من الطاقة الشمسية. تم امتصاص الطاقة. تحاول هذه النظرية الإجابة على السؤال التالي: كيف يمكن للمركبات العضوية في تلك الحقبة البعيدة أن تنشأ تلقائيًا وتتشكل في نظام حي؟

تمت صياغة النهج العام للتطور الكيميائي لأول مرة من قبل عالم الكيمياء الحيوية السوفييتي أ. آي. أوبارين (1894-1980). في عام 1924، تم نشر كتابه القصير المخصص لهذه القضية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية؛ وفي عام 1936 نُشرت طبعتها الجديدة الموسعة (في عام 1938 تمت ترجمتها إلى اللغة الإنجليزية). ولفت أوبارين إلى أن الظروف الحديثة على سطح الأرض تمنع تخليق عدد كبير من المركبات العضوية، لأن الأكسجين الحر المتوفر بكثرة في الغلاف الجوي يؤدي إلى أكسدة مركبات الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكربون). بالإضافة إلى ذلك، أشار إلى أنه في عصرنا، فإن أي مادة عضوية "مهجورة" على الأرض تستخدمها الكائنات الحية (فكرة مماثلة عبر عنها تشارلز داروين). ومع ذلك، يرى أوبارين أن ظروفًا أخرى سادت على الأرض الأولية. ويمكن الافتراض أنه لم يكن هناك أكسجين في الغلاف الجوي للأرض في ذلك الوقت، ولكن كان هناك وفرة من الهيدروجين والغازات التي تحتوي على الهيدروجين، مثل الميثان (CH 4) والأمونيا (NH 3). (مثل هذا الغلاف الجوي الغني بالهيدروجين والفقير بالأكسجين يسمى اختزال، على عكس الغلاف الجوي الحديث المؤكسد الغني بالأكسجين والفقير بالهيدروجين.) وفقًا لأوبارين، خلقت مثل هذه الظروف فرصًا ممتازة للتوليف التلقائي للمواد العضوية. مجمعات سكنية.

لإثبات فكرته حول الطبيعة التصالحية للغلاف الجوي البدائي للأرض، طرح أوبارين الحجج التالية:

1. الهيدروجين متوفر بكثرة في النجوم

2. يوجد الكربون في أطياف المذنبات والنجوم الباردة كجزء من جذور CH وCN، ونادرا ما يظهر الكربون المؤكسد.

3. الهيدروكربونات، أي. مركبات الكربون والهيدروجين الموجودة في النيازك.

4. الغلاف الجوي لكوكب المشتري وزحل غني للغاية بغاز الميثان والأمونيا.

وكما أشار أوبارين، تشير هذه النقاط الأربع إلى أن الكون ككل في حالة تعافي. وبالتالي، لا بد أن الكربون والنيتروجين على الأرض البدائية كانا في نفس الحالة.

5. تحتوي الغازات البركانية على الأمونيا. يعتقد أوبارين أن هذا يشير إلى وجود النيتروجين في الغلاف الجوي الأولي على شكل أمونيا.

6. الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي الحديث تنتجه النباتات الخضراء أثناء عملية التمثيل الضوئي، وبالتالي فهو منتج بيولوجي في الأصل.

وبناءً على هذه الاعتبارات، توصل أوبارين إلى استنتاج مفاده أن الكربون على الأرض البدائية ظهر لأول مرة على شكل هيدروكربونات، والنيتروجين على شكل أمونيا. واقترح كذلك أنه في سياق التفاعلات الكيميائية المعروفة الآن، ظهرت مركبات عضوية معقدة على سطح الأرض التي لا حياة فيها، والتي، بعد فترة طويلة إلى حد ما، أدت على ما يبدو إلى ظهور الكائنات الحية الأولى. ربما كانت الكائنات الحية الأولى عبارة عن أنظمة بسيطة للغاية، قادرة فقط على التكاثر (التقسيم) بسبب البيئة العضوية التي تشكلت منها. في اللغة الحديثة، كانوا "متغايرين"، أي أنهم يعتمدون على البيئة التي تزودهم بالتغذية العضوية. وفي الطرف المقابل من هذا المقياس توجد الكائنات ذاتية التغذية، على سبيل المثال، كائنات حية مثل النباتات الخضراء التي تقوم بنفسها بتصنيع جميع المواد العضوية الضرورية من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين غير العضوي والماء. وفقًا لنظرية أوبارين، لم تظهر الكائنات ذاتية التغذية إلا بعد أن استنفدت الكائنات غير ذاتية التغذية إمدادات المركبات العضوية في المحيط البدائي.

طرح جي بي إس هالدين (1892-1964) فكرة مشابهة في بعض النواحي لآراء أوبارين، والتي تم توضيحها في مقالة شعبية نُشرت في عام 1929. واقترح أن المواد العضوية التي يتم تصنيعها عن طريق العمليات الكيميائية الطبيعية التي تحدث على الأرض قبل البيولوجية، المتراكمة في المحيطات ، والتي وصلت في النهاية إلى قوام "الحساء الساخن المخفف". اعتقد هالدين أن الغلاف الجوي البدائي للأرض كان لاهوائيًا (خاليًا من الأكسجين)، لكنه لم يجادل بأن ظروف الاختزال كانت مطلوبة لتكوين المركبات العضوية. وهكذا، افترض أن الكربون يمكن أن يتواجد في الغلاف الجوي في شكل مؤكسد بالكامل، أي في شكل ثاني أكسيد، وليس كجزء من الميثان أو الهيدروكربونات الأخرى. وفي الوقت نفسه أشار هالدين إلى نتائج تجارب (ليست تجاربه) والتي أثبتت إمكانية تكوين مركبات عضوية معقدة من خليط ثاني أكسيد الكربون والأمونيا والماء تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية. ومع ذلك، فإن المحاولات اللاحقة لتكرار هذه التجارب لم تنجح.

في عام 1952، توصل هارولد أوري (1893-1981)، الذي لم يكن يعمل على أصل الحياة نفسها، ولكن على تطور النظام الشمسي، بشكل مستقل إلى استنتاج مفاده أن الغلاف الجوي للأرض الفتية كان له طابع مستعاد. كان نهج أوبارين نوعيًا. كانت المشكلة التي كان يوري يحقق فيها هي فيزيائية وكيميائية بطبيعتها: باستخدام البيانات كنقطة انطلاق حول تكوين سحابة الغبار الكوني البدائية والظروف الحدودية التي تحددها الخصائص الفيزيائية والكيميائية المعروفة للقمر والكواكب، كان يهدف إلى تطوير ديناميكا حرارية. التاريخ المقبول للنظام الشمسي بأكمله بشكل عام. أظهر يوري، على وجه الخصوص، أنه بحلول نهاية عملية التكوين، كان للأرض غلاف جوي منخفض للغاية، حيث كانت مكوناته الرئيسية هي الهيدروجين وأشكال مخفضة تمامًا من الكربون والنيتروجين والأكسجين: الميثان والأمونيا وبخار الماء. لم يكن مجال الجاذبية الأرضية قادرًا على حمل الهيدروجين الخفيف، فهرب تدريجيًا إلى الفضاء الخارجي. وكانت النتيجة الثانوية لفقد الهيدروجين الحر هي الأكسدة التدريجية للميثان إلى ثاني أكسيد الكربون، والأمونيا إلى غاز النيتروجين، مما أدى بعد فترة زمنية معينة إلى تحويل الغلاف الجوي من الاختزال إلى الأكسدة. افترض يوري أنه خلال فترة تطاير الهيدروجين، عندما كان الغلاف الجوي في حالة الأكسدة والاختزال المتوسطة، يمكن أن تتشكل المادة العضوية المعقدة بكميات كبيرة على الأرض. ووفقا لتقديراته، يبدو أن المحيط كان عبارة عن محلول واحد بالمائة من المركبات العضوية. وكانت النتيجة الحياة في أكثر أشكالها بدائية.

ويعتقد أن النظام الشمسي قد تشكل من السديم الشمسي الأولي، وهو عبارة عن سحابة ضخمة من الغاز والغبار. إن عمر الأرض، كما تم تحديده على أساس عدد من التقديرات المستقلة، يقترب من 4.5 مليار سنة. لمعرفة تركيبة السديم البدائي، فمن المنطقي دراسة الوفرة النسبية للعناصر الكيميائية المختلفة في السديم الحديث. النظام الشمسي. وفقًا للبحث، يشكل العنصران الرئيسيان - الهيدروجين والهيليوم - معًا أكثر من 98% من كتلة الشمس (99.9% من تركيبها الذري)، وفي الواقع النظام الشمسي ككل. وبما أن الشمس نجم عادي والعديد من النجوم في المجرات الأخرى هي من هذا النوع، فإن تركيبها بشكل عام يميز وفرة العناصر في الفضاء الخارجي. تشير الأفكار الحديثة حول تطور النجوم إلى أن الهيدروجين والهيليوم سيطرا على الشمس "الشابة"، كما كانت قبل 4.5 مليار سنة.

العناصر الأربعة الرئيسية للأرض هي من بين العناصر التسعة الأكثر شيوعا في الشمس، في تكوينها، يختلف كوكبنا بشكل كبير عن الفضاء الخارجي ككل. (يمكن قول الشيء نفسه بالنسبة لعطارد والزهرة والمريخ، إلا أن المشتري وزحل وأورانوس ونبتون لا تُدرج في هذه القائمة.) تتكون الأرض بشكل أساسي من الحديد والأكسجين والسيليكون والمغنيسيوم. إن أوجه القصور في جميع العناصر الخفيفة المهمة بيولوجيًا (باستثناء الأكسجين) واضحة، ووفقًا لنظرية أوبارين-يوري، فهي ضرورية بشكل لافت للنظر لبداية التطور الكيميائي. ونظرًا لندرة العناصر الخفيفة وخاصة الغازات النبيلة، فمن المعقول افتراض أن الأرض تشكلت في الأصل بدون غلاف جوي على الإطلاق. باستثناء الهيليوم، تتمتع جميع الغازات النبيلة - النيون والأرجون والكريبتون والزينون - بجاذبية نوعية كافية لتحتفظ بها جاذبية الأرض. فالكريبتون والزينون، على سبيل المثال، أثقل من الحديد. ولأن هذه العناصر تشكل مركبات قليلة جدًا، فمن المرجح أنها كانت موجودة في الغلاف الجوي البدائي للأرض على شكل غازات ولم تتمكن من الهروب عندما وصل الكوكب أخيرًا إلى حجمه الحالي. ولكن بما أن الأرض تحتوي عليها أقل بملايين المرات من الشمس، فمن الطبيعي أن نفترض أن كوكبنا لم يكن لديه جو مماثل في تكوينه للشمس. تشكلت الأرض من مواد صلبة تحتوي فقط على كمية صغيرة من الغاز الممتص أو الممتز، لذلك لم يكن هناك غلاف جوي في البداية. يبدو أن العناصر التي يتكون منها الغلاف الجوي الحديث ظهرت على الأرض البدائية على شكل مواد صلبة. مركبات كيميائية; بعد ذلك، تحت تأثير الحرارة الناتجة عن التحلل الإشعاعي أو إطلاق طاقة الجاذبية المصاحبة لتراكم الأرض، تتحلل هذه المركبات لتشكل غازات. وأثناء عملية النشاط البركاني، خرجت هذه الغازات من أحشاء الأرض لتشكل جوا بدائيا.

إن المحتوى العالي للأرجون في الغلاف الجوي الحديث (حوالي 1%) لا يتعارض مع الافتراض القائل بأن الغازات النبيلة كانت غائبة في الأصل عن الغلاف الجوي. يحتوي نظير الأرجون، الشائع في الفضاء الخارجي، على كتلة ذرية تبلغ 36، في حين أن الكتلة الذرية للأرجون، التي تكونت في قشرة الأرض أثناء التحلل الإشعاعي للبوتاسيوم، تبلغ 40. المحتوى العالي بشكل غير طبيعي من الأكسجين على الأرض (مقارنة بـ (عناصر خفيفة أخرى) ويفسر ذلك بحقيقة أن هذا العنصر قادر على الاتحاد مع العديد من العناصر الأخرى لتكوين مركبات صلبة شديدة الثبات مثل السيليكات والكربونات التي هي جزء من الصخور.

استندت افتراضات يوري حول الطبيعة المختزلة للغلاف الجوي البدائي إلى محتوى الحديد العالي على الأرض (35% من الكتلة الإجمالية). كان يعتقد أن الحديد الذي يشكل الآن قلب الأرض تم توزيعه في الأصل بشكل متساوٍ إلى حد ما في جميع أنحاء حجمه بالكامل. مع ارتفاع درجة حرارة الأرض، ذاب الحديد وتجمع في مركزها. ومع ذلك، قبل حدوث ذلك، تفاعل الحديد الموجود في ما يسمى الآن بالوشاح العلوي للأرض مع الماء (الذي كان موجودًا على الأرض البدائية على شكل معادن رطبة مماثلة لتلك الموجودة في بعض النيازك)؛ ونتيجة لذلك، تم إطلاق كميات هائلة من الهيدروجين في الغلاف الجوي البدائي.

لقد أثارت الأبحاث التي أجريت منذ أوائل الخمسينيات من القرن الماضي تساؤلات حول عدد من أحكام السيناريو الموصوف. أعرب بعض علماء الكواكب عن شكوكهم في إمكانية توزيع الحديد المتركز الآن في القشرة الأرضية بالتساوي على كامل حجم الكوكب. وهم يميلون إلى الاعتقاد بأن التراكم حدث بشكل غير متساو وأن الحديد تكثف من السديم قبل العناصر الأخرى التي تشكل الآن عباءة الأرض وقشرتها. مع التراكم غير المتساوي، كان من المفترض أن يكون محتوى الهيدروجين الحر في الغلاف الجوي البدائي أقل منه في حالة العملية الموحدة. ويفضل علماء آخرون التراكم، ولكن المضي قدمًا بطريقة لا ينبغي أن تؤدي إلى تكوين جو مختزل. باختصار في السنوات الاخيرةتم تحليل نماذج مختلفة لتكوين الأرض، بعضها أكثر، والبعض الآخر أقل، متوافقًا مع الأفكار حول الطبيعة التصالحية للغلاف الجوي المبكر.

إن محاولات إعادة بناء الأحداث التي وقعت في فجر تكوين النظام الشمسي ترتبط حتماً بالعديد من الشكوك. إن الفاصل الزمني بين نشوء الأرض وتكوين أقدم الصخور التي يمكن تأريخها جيولوجياً، والتي حدثت خلالها التفاعلات الكيميائية التي أدت إلى ظهور الحياة، هو 700 مليون سنة. أظهرت التجارب المعملية أن تخليق مكونات النظام الوراثي يتطلب بيئة تصالحية؛ لذلك، يمكننا القول أنه بما أن الحياة نشأت على الأرض، فقد يعني ذلك ما يلي: إما أن الغلاف الجوي البدائي كان ذا طبيعة مختزلة، أو أن المركبات العضوية اللازمة لنشوء الحياة قد تم إحضارها إلى الأرض من مكان ما. وبما أن النيازك حتى اليوم تجلب مجموعة متنوعة من المواد العضوية إلى الأرض، فإن الاحتمال الأخير لا يبدو رائعا تماما. ومع ذلك، يبدو أن النيازك لا تحتوي على جميع المواد اللازمة لبناء النظام الجيني. على الرغم من أن المواد ذات الأصل النيزكي ربما ساهمت بشكل كبير في الصندوق العامعلى الرغم من وجود مركبات عضوية على الأرض البدائية، يبدو الآن من المعقول جدًا أن الظروف على الأرض نفسها كانت ذات طبيعة مختزلة إلى حد أن تكوين المادة العضوية أصبح ممكنًا، مما أدى إلى ظهور الحياة.

لقد أثبت علماء الأحياء المعاصرون أن الحياة ظاهرة كيميائية تختلف عن العمليات الكيميائية الأخرى في مظهر الخصائص الوراثية. وفي جميع الأنظمة الحية المعروفة، تعمل الأحماض النووية والبروتينات كحاملات لهذه الخصائص. تشابه الأحماض النووية والبروتينات والآليات الوراثية التي تعمل على أساسها في الكائنات الحية الأكثر أنواع مختلفةليس هناك شك تقريبًا في أن جميع الكائنات الحية التي تعيش الآن على الأرض مرتبطة بسلسلة تطورية تربطها أيضًا بالأنواع الماضية والمنقرضة. ومثل هذا التطور هو نتيجة طبيعية وحتمية لعمل النظم الجينية. وهكذا، على الرغم من التنوع الذي لا نهاية له، فإن جميع الكائنات الحية على كوكبنا تنتمي إلى نفس العائلة. في الواقع، هناك شكل واحد فقط من أشكال الحياة على الأرض، والذي لا يمكن أن ينشأ إلا مرة واحدة.

العنصر الرئيسي في الكيمياء الحيوية للأرض هو الكربون. الخواص الكيميائيةهذا العنصر يجعله مناسبًا بشكل خاص لتكوين نوع الجزيئات الكبيرة الغنية بالمعلومات والضرورية لبناء الأنظمة الجينية ذات الإمكانيات التطورية غير المحدودة تقريبًا. كما أن الفضاء غني جدًا بالكربون، وتشير مجموعة من الأدلة (من التجارب المعملية وتحليلات النيازك والتحليل الطيفي للفضاء بين النجوم) إلى أن تكوين المركبات العضوية، مواضيع مماثلةوالتي هي جزء من المادة الحية، تحدث بسهولة تامة وعلى نطاق واسع في الكون. ولذلك فمن المحتمل أنه إذا كانت الحياة موجودة في مكان آخر من الكون، فإنها تعتمد أيضًا على كيمياء الكربون.

لا يمكن أن تحدث العمليات الكيميائية الحيوية المعتمدة على كيمياء الكربون إلا عندما يتم الجمع بين ظروف معينة من درجات الحرارة والضغط على الكوكب، بالإضافة إلى وجود مصدر طاقة مناسب وغلاف جوي ومذيب. على الرغم من أن الماء يلعب دور المذيب في الكيمياء الحيوية الأرضية، فمن الممكن، ولكن ليس بالضرورة، أن تشارك مذيبات أخرى في العمليات الكيميائية الحيوية التي تحدث على كواكب أخرى.

معايير إمكانية أصل الحياة

1. درجة الحرارة والضغط

إذا كان الافتراض بأن الحياة يجب أن تعتمد على كيمياء الكربون صحيحًا، فيمكن تحديد الشروط المحددة لأي بيئة قادرة على دعم الحياة بدقة. بادئ ذي بدء، يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة حد استقرار الجزيئات العضوية. تحديد حد درجة الحرارة ليس بالأمر السهل، لكن الأرقام الدقيقة ليست مطلوبة. وبما أن تأثيرات درجة الحرارة والضغط مترابطة، فيجب أخذها في الاعتبار معًا. بافتراض أن الضغط يبلغ حوالي 1 جو (كما هو الحال على سطح الأرض)، يمكن للمرء تقدير الحد الأقصى لدرجة الحرارة للحياة، مع الأخذ في الاعتبار أن العديد من الجزيئات الصغيرة التي يتكون منها النظام الجيني، مثل الأحماض الأمينية، يتم تدميرها بسرعة عند درجة حرارة منخفضة. درجات حرارة 200-300 درجة مئوية. وبناء على ذلك يمكننا أن نستنتج أن المناطق التي تزيد درجات الحرارة فيها عن 250 درجة مئوية هي مناطق غير مأهولة بالسكان. (ومع ذلك، فإن هذا لا يعني أن الحياة تتحدد بالأحماض الأمينية وحدها؛ فقد اخترنا هذه الأحماض فقط كممثلين نموذجيين للجزيئات العضوية الصغيرة). ويكاد يكون من المؤكد أن حد درجة الحرارة الفعلي للحياة أقل من ذلك، لأن الجزيئات الكبيرة ذات العناصر المعقدة الهياكل ثلاثية الأبعاد، وخاصة البروتينات، المبنية من الأحماض الأمينية، تكون بشكل عام أكثر حساسية للحرارة من الجزيئات الصغيرة. ويقترب الحد الأعلى لدرجة الحرارة للحياة على سطح الأرض من 100 درجة مئوية، ويمكن لبعض أنواع البكتيريا البقاء على قيد الحياة في الينابيع الساخنة في ظل هذه الظروف. ومع ذلك، فإن الغالبية العظمى من الكائنات الحية تموت عند درجة الحرارة هذه.

قد يبدو غريبًا أن الحد الأعلى لدرجة الحرارة للحياة يقترب من درجة غليان الماء. هل ترجع هذه المصادفة على وجه التحديد إلى حقيقة أن الماء السائل لا يمكن أن يتواجد عند درجة حرارة أعلى من نقطة غليانه (100 درجة مئوية على سطح الأرض)، وليس إلى بعض الخصائص الخاصة للمادة الحية نفسها؟

منذ عدة سنوات مضت، اقترح توماس د. بروك، الخبير في البكتيريا المحبة للحرارة، أن الحياة يمكن أن توجد أينما وجد الماء السائل، بغض النظر عن درجة حرارته. لرفع درجة غليان الماء، تحتاج إلى زيادة الضغط، كما يحدث، على سبيل المثال، في طنجرة الضغط المغلقة. تؤدي زيادة التسخين إلى غليان الماء بشكل أسرع دون تغيير درجة حرارته. توجد الظروف الطبيعية التي يوجد فيها الماء السائل عند درجات حرارة أعلى من نقطة الغليان الطبيعية في مناطق النشاط الحراري الأرضي تحت الماء، حيث يتدفق الماء شديد السخونة من باطن الأرض تحت التأثير المشترك للضغط الجوي وضغط طبقة من مياه المحيط. في عام 1982، اكتشف K. O. Stetter البكتيريا التي كانت درجة الحرارة المثلى لتطورها هي 105 درجة مئوية على عمق يصل إلى 10 أمتار في منطقة النشاط الحراري الأرضي. وبما أن الضغط تحت الماء على عمق 10 أمتار هو 1 ATM، فإن الضغط الإجمالي عند هذا العمق يصل إلى 2 ATM. نقطة غليان الماء عند هذا الضغط هي 121 درجة مئوية.

وبالفعل أظهرت القياسات أن درجة حرارة الماء في هذا المكان كانت 103 درجة مئوية. ولذلك فإن الحياة ممكنة عند درجات حرارة أعلى من نقطة غليان الماء العادية.

من الواضح أن البكتيريا التي يمكن أن توجد في درجات حرارة تبلغ حوالي 100 درجة مئوية لديها "سر" تفتقر إليه الكائنات الحية العادية. نظرًا لأن هذه الأشكال المحبة للحرارة تنمو بشكل سيء أو لا تنمو على الإطلاق في درجات حرارة منخفضة، فمن العدل أن نفترض أن البكتيريا العادية لها أيضًا "سر" خاص بها. الخاصية الرئيسية التي تحدد القدرة على البقاء في درجات حرارة عالية هي القدرة على إنتاج مكونات خلوية مستقرة حراريا، وخاصة البروتينات، احماض نوويةوأغشية الخلايا. تخضع البروتينات في الكائنات الحية العادية لتغيرات هيكلية سريعة وغير قابلة للعكس، أو تمسخ، عند درجات حرارة حوالي 60 درجة مئوية. ومن الأمثلة على ذلك تخثر ألبومين بيض الدجاج (بياض البيض) أثناء الطهي. ولا تتعرض بروتينات البكتيريا التي تعيش في الينابيع الساخنة لمثل هذه التغييرات حتى تصل درجة الحرارة إلى 90 درجة مئوية. تخضع الأحماض النووية أيضًا للتسخين الحراري. يتم بعد ذلك تقسيم جزيء DNA إلى الشريطين المكونين له. ويحدث هذا عادة في نطاق درجة حرارة 85-100 درجة مئوية، اعتمادا على نسبة النيوكليوتيدات في جزيء الحمض النووي.

يؤدي تمسخ الطبيعة إلى تدمير البنية ثلاثية الأبعاد للبروتينات (الفريدة لكل بروتين)، وهو أمر ضروري لوظائفها مثل التحفيز. يتم دعم هذا الهيكل من خلال مجموعة كاملة من الروابط الكيميائية الضعيفة، ونتيجة لذلك يتناسب التسلسل الخطي للأحماض الأمينية التي تشكل البنية الأساسية لجزيء البروتين مع خاصية التشكل الخاصة لبروتين معين. تتشكل الروابط التي تدعم البنية ثلاثية الأبعاد بين الأحماض الأمينية الموجودة في أجزاء مختلفة من جزيء البروتين. طفرات الجين، الذي يحتوي على معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية المميزة لبروتين معين، يمكن أن تؤدي إلى تغييرات في تكوين الأحماض الأمينية، والتي بدورها تؤثر في كثير من الأحيان على استقرارها الحراري. تفتح هذه الظاهرة الباب أمام تطور البروتينات القابلة للحرارة. يبدو أيضًا أن التركيب الجزيئي الذي يضمن الاستقرار الحراري للأحماض النووية وأغشية الخلايا للبكتيريا التي تعيش في الينابيع الساخنة محدد وراثيًا.

نظرًا لأن الضغط المتزايد يمنع الماء من الغليان عند نقطة الغليان الطبيعية، فإنه يمكن أيضًا أن يمنع بعض الأضرار التي تلحق بالجزيئات البيولوجية المرتبطة بالتعرض لدرجات الحرارة المرتفعة. على سبيل المثال، ضغط عدة مئات من الأجواء يثبط تمسخ البروتينات الحراري. ويفسر ذلك حقيقة أن تمسخ الطبيعة يتسبب في تفكيك البنية الحلزونية لجزيء البروتين، مصحوبًا بزيادة في الحجم. عن طريق منع التوسع في الحجم، والضغط يمنع تمسخ. عند ضغوط أعلى بكثير، 5000 ضغط جوي أو أكثر، فإنه يصبح في حد ذاته سببًا للتمسخ. آلية هذه الظاهرة، التي تنطوي على تدمير ضغط جزيء البروتين، ليست واضحة بعد. كما أن التعرض لضغط مرتفع للغاية يزيد من الاستقرار الحراري للجزيئات الصغيرة، حيث أن الضغط العالي يمنع توسع الحجم الناتج عن كسر الروابط الكيميائية. على سبيل المثال، عند الضغط الجوي، تتحلل اليوريا بسرعة عند درجة حرارة 130 درجة مئوية، ولكنها تكون مستقرة، على الأقل لمدة ساعة، عند 200 درجة مئوية وضغط 29 ألف ضغط جوي.

تتصرف الجزيئات الموجودة في المحلول بشكل مختلف تمامًا. عند التفاعل مع المذيب، فإنها غالبا ما تتفكك عند درجات حرارة عالية. الاسم العام لمثل هذه التفاعلات هو المحلول. إذا كان المذيب هو الماء، يسمى التفاعل التحلل المائي.

التحلل المائي هو العملية الرئيسية التي يتم من خلالها تدمير البروتينات والأحماض النووية والعديد من الجزيئات البيولوجية المعقدة الأخرى في الطبيعة. يحدث التحلل المائي، على سبيل المثال، أثناء عملية الهضم في الحيوانات، ولكنه يحدث أيضًا خارج الأنظمة الحية، بشكل تلقائي، خاصة عند درجات الحرارة المرتفعة. تؤدي المجالات الكهربائية الناشئة أثناء التفاعلات التحللية إلى انخفاض في حجم المحلول من خلال الانقباض الكهربائي، أي. ربط جزيئات المذيبات المجاورة. لذلك، ينبغي توقع أن الضغط المرتفع يجب أن يسرع عملية التحلل، والتجارب تؤكد ذلك.

وبما أننا نعتقد أن العمليات الحيوية لا يمكن أن تحدث إلا في المحاليل، فإن الضغط العالي لا يمكن أن يرفع الحد الأقصى لدرجة الحرارة للحياة، على الأقل في المذيبات القطبية مثل الماء والأمونيا. من المحتمل أن تكون درجة الحرارة التي تبلغ حوالي 100 درجة مئوية هي الحد الطبيعي. وكما سنرى، فإن هذا يستبعد العديد من الكواكب في النظام الشمسي من اعتبارها موائل محتملة.

2. الجو

الشرط التالي الضروري لصلاحية الكوكب للسكن هو وجود غلاف جوي. مركبات بسيطة جدًا من العناصر الخفيفة، والتي، وفقًا لافتراضاتنا، تشكل أساس المادة الحية، كقاعدة عامة، متطايرة، أي أنها في حالة غازية في نطاق واسع من درجات الحرارة. ويبدو أن هذه المركبات يتم إنتاجها بالضرورة أثناء عمليات التمثيل الغذائي في الكائنات الحية، وكذلك أثناء التأثيرات الحرارية والكيميائية الضوئية على الكائنات الميتة، والتي يصاحبها إطلاق الغازات في الغلاف الجوي. هذه الغازات هي الأكثر أمثلة بسيطةوالتي هي على الأرض ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون) وبخار الماء والأكسجين، يتم تضمينها في نهاية المطاف في تداول المواد التي تحدث في الطبيعة الحية. وإذا لم تتمكن جاذبية الأرض من الاحتفاظ بها، فسوف تتبخر في الفضاء الخارجي، وسوف يستنفد كوكبنا في نهاية المطاف "احتياطياته" من العناصر الخفيفة وتتوقف الحياة عليه. وبالتالي، إذا نشأت الحياة على جسم كوني لم يكن مجال جاذبيته قويًا بما يكفي ليحتوي على غلاف جوي، فلا يمكن أن تستمر لفترة طويلة.

وقد اقترح أن الحياة قد توجد تحت سطح هذا القبيل الأجرام السماوية، مثل القمر، الذي يتمتع بجو مخلخل للغاية أو خالٍ منه تمامًا. ويستند هذا الافتراض إلى إمكانية احتجاز الغازات في الطبقة تحت السطحية، التي تصبح الموطن الطبيعي للكائنات الحية. ولكن بما أن أي موطن نشأ تحت سطح الكوكب محروم من مصدر الطاقة الرئيسي البيولوجي المهم - الشمس، فإن مثل هذا الافتراض يحل محل مشكلة واحدة فقط بأخرى. تحتاج الحياة إلى تدفق مستمر لكل من المادة والطاقة، ولكن إذا شاركت المادة في الدورة الدموية (وهذا يحدد الحاجة إلى الغلاف الجوي)، فإن الطاقة، وفقًا للقوانين الأساسية للديناميكا الحرارية، تتصرف بشكل مختلف. إن المحيط الحيوي قادر على العمل طالما أنه مزود بالطاقة، على الرغم من أن مصادره المختلفة ليست متكافئة. على سبيل المثال، النظام الشمسي غني جدًا بالطاقة الحرارية - حيث تتولد الحرارة في أعماق العديد من الكواكب، بما في ذلك الأرض. ومع ذلك، لا نعرف كائنات حية يمكنها استخدامه كمصدر للطاقة في عملياتها الحياتية. لاستخدام الحرارة كمصدر للطاقة، ربما يجب على الجسم أن يعمل مثل المحرك الحراري، أي نقل الحرارة من منطقة ذات درجة حرارة عالية (على سبيل المثال، من أسطوانة محرك البنزين) إلى منطقة ذات درجة حرارة منخفضة ( إلى المبرد). في هذه العملية، يتم تحويل جزء من الحرارة المنقولة إلى عمل. ولكن لكي تكون كفاءة هذه المحركات الحرارية عالية بما فيه الكفاية، فإن درجة حرارة "السخان" عالية مطلوبة، وهذا يخلق على الفور صعوبات هائلة للأنظمة المعيشية، لأنه يؤدي إلى العديد من المشاكل الإضافية.

لا تنتج أي من هذه المشاكل عن أشعة الشمس. تعتبر الشمس مصدرًا ثابتًا لا ينضب تقريبًا للطاقة، ويمكن استخدامها بسهولة في العمليات الكيميائية في أي درجة حرارة. تعتمد الحياة على كوكبنا بشكل كامل على الطاقة الشمسية، لذا فمن الطبيعي أن نفترض أنه لا يمكن للحياة أن تتطور في أي مكان آخر في النظام الشمسي دون الاستهلاك المباشر أو غير المباشر لهذا النوع من الطاقة.

حقيقة أن بعض البكتيريا قادرة على العيش في الظلام، باستخدام المواد غير العضوية فقط للتغذية، وثاني أكسيد الكربون كمصدر وحيد للكربون، لا يغير جوهر الأمر. مثل هذه الكائنات، التي تسمى chemolithoautotrops (والتي تعني حرفيًا: تتغذى على المواد الكيميائية غير العضوية)، تحصل على الطاقة اللازمة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد عضوية عن طريق أكسدة الهيدروجين أو الكبريت أو غيرها من المواد غير العضوية. لكن مصادر الطاقة هذه، على عكس الشمس، مستنفدة ولا يمكن استعادتها بعد الاستخدام دون مشاركة الطاقة الشمسية. وهكذا، فإن الهيدروجين، وهو مصدر مهم للطاقة بالنسبة لبعض الكائنات الحية الكيميائية، يتشكل في ظل الظروف اللاهوائية (على سبيل المثال، في المستنقعات، في قاع البحيرات أو في الجهاز الهضمي للحيوانات) من خلال التحلل تحت تأثير بكتيريا المواد النباتية، والتي تتشكل بالطبع أثناء عملية التمثيل الضوئي. تستخدم الكائنات الحية الدقيقة الكيميائية هذا الهيدروجين لإنتاج الميثان والمواد الضرورية لحياة الخلية من ثاني أكسيد الكربون. يدخل الميثان إلى الغلاف الجوي، حيث يتحلل تحت تأثير ضوء الشمس ليشكل الهيدروجين ومنتجات أخرى. يحتوي الغلاف الجوي للأرض على الهيدروجين بتركيز 0.5 جزء في المليون؛ يتكون كل هذا تقريبًا من غاز الميثان الذي تطلقه البكتيريا. يتم إطلاق الهيدروجين والميثان أيضًا في الغلاف الجوي أثناء الانفجارات البركانية، ولكن بكميات أقل بكثير. مصدر مهم آخر للهيدروجين في الغلاف الجوي هو الغلاف الجوي العلوي، حيث يتحلل بخار الماء تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية الشمسية، ويطلق ذرات الهيدروجين، التي تهرب إلى الفضاء الخارجي.

إن المجموعات العديدة من الحيوانات المختلفة - الأسماك والمحاريات وبلح البحر والديدان العملاقة وما إلى ذلك، والتي وجد أنها تعيش بالقرب من الينابيع الساخنة المكتشفة على عمق 2500 متر في المحيط الهادئ، يُنسب إليها أحيانًا القدرة على العيش بشكل مستقل عن الآخرين. طاقة شمسية. ومن المعروف أن العديد من هذه المناطق: واحدة بالقرب من أرخبيل غالاباغوس، والأخرى على مسافة حوالي 21 درجة إلى الشمال الغربي، قبالة ساحل المكسيك. من المعروف أن الإمدادات الغذائية نادرة في أعماق المحيطات، وقد أثار اكتشاف أول مجموعة من هذه المجموعات في عام 1977 على الفور مسألة مصدر غذائها. ويبدو أن أحد الاحتمالات يتمثل في استخدام المواد العضوية التي تتراكم في قاع المحيط، وهي النفايات الناتجة عن النشاط البيولوجي في الطبقة السطحية؛ يتم نقلها إلى مناطق النشاط الحراري الأرضي عن طريق التيارات الأفقية الناتجة عن الانبعاثات الرأسية للمياه الساخنة. تؤدي الحركة الصعودية للمياه شديدة السخونة إلى تكوين تيارات باردة أفقية سفلية موجهة إلى نقطة الانطلاق. ومن المفترض أن البقايا العضوية تتراكم هنا بهذه الطريقة.

أصبح مصدرًا آخر للعناصر الغذائية معروفًا بعد اكتشاف احتواء مياه الينابيع الحرارية على كبريتيد الهيدروجين (H 2 S). من الممكن أن تكون البكتيريا ذاتية التغذية الكيميائية موجودة في بداية السلسلة الغذائية. وكما أظهرت الأبحاث الإضافية، فإن الكائنات ذاتية التغذية الكيميائية هي بالفعل المصدر الرئيسي للمواد العضوية في النظام البيئي للينابيع الحرارية.

وبما أن "الوقود" لهذه المجتمعات الموجودة في أعماق البحار هو كبريتيد الهيدروجين المتكون في أعماق الأرض، فإنها عادة ما تعتبر أنظمة حية يمكنها الاستغناء عن الطاقة الشمسية. ومع ذلك، هذا ليس صحيحا تماما، لأن الأكسجين الذي يستخدمونه لأكسدة "الوقود" هو نتاج التحولات الكيميائية الضوئية. لا يوجد سوى مصدرين مهمين للأكسجين الحر على الأرض، وكلاهما مرتبط بالنشاط الشمسي.

يلعب المحيط دورًا مهمًا في النظام البيئي لأعماق البحار لأنه يوفر البيئة الحرارية للكائنات الحية والتي بدونها لا يمكن أن توجد. لا يوفر لهم المحيط الأكسجين فحسب، بل يزودهم أيضًا بكل ما هو ضروري العناصر الغذائيةباستثناء كبريتيد الهيدروجين. يزيل النفايات. كما أنها تسمح لهذه الكائنات بالانتقال إلى مناطق جديدة، وهو أمر ضروري لبقائها، حيث أن المصادر قصيرة العمر - وبحسب التقديرات فإن عمرها لا يتجاوز 10 سنوات. المسافة بين الينابيع الحرارية الفردية في منطقة واحدة من المحيط هي 5-10 كم.

3. المذيبات

من المقبول عمومًا الآن أن الشرط الضروري للحياة هو وجود مذيب من نوع أو آخر. العديد من التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الأنظمة الحية ستكون مستحيلة بدون مذيب. على الأرض، مثل هذا المذيب البيولوجي هو الماء. وهو المكون الرئيسي للخلايا الحية وأحد المركبات الأكثر شيوعًا على سطح الأرض. نظرًا لأن العناصر الكيميائية التي تشكل الماء منتشرة على نطاق واسع في الفضاء الخارجي، فإن الماء بلا شك أحد أكثر المركبات شيوعًا في الكون. ولكن على الرغم من وفرة المياه في كل مكان. الأرض هي الكوكب الوحيد في النظام الشمسي الذي يوجد على سطحه محيط؛ وهذه حقيقة مهمة سنعود إليها لاحقًا.

يحتوي الماء على عدد من الخصائص الخاصة وغير المتوقعة، والتي بفضلها يمكن أن تكون بمثابة مذيب بيولوجي - الموطن الطبيعي للكائنات الحية. هذه الخصائص تحدده الدور الرئيسيفي استقرار درجة حرارة الأرض. تشمل هذه الخصائص: درجات حرارة عاليةذوبان (ذوبان) وغليان؛ قدرة حرارية عالية مجموعة واسعة من درجات الحرارة التي يبقى فيها الماء في حالة سائلة؛ ثابت عازل عالي (وهو أمر مهم جدًا بالنسبة للمذيب) ؛ القدرة على التوسع بالقرب من نقطة التجمد. تلقت هذه القضايا تطويرا شاملا، على وجه الخصوص، في أعمال L.J. هندرسون (1878-1942)، أستاذ الكيمياء بجامعة هارفارد.

أظهرت الأبحاث الحديثة أن هذه الخصائص غير العادية للمياه ترجع إلى قدرة جزيئاتها على تكوين روابط هيدروجينية مع بعضها البعض ومع جزيئات أخرى تحتوي على ذرات الأكسجين أو النيتروجين. في الواقع، يتكون الماء السائل من مجاميع يتم فيها ربط الجزيئات الفردية معًا بواسطة روابط هيدروجينية. لهذا السبب، عند مناقشة مسألة ما هي المذيبات غير المائية التي يمكن أن تستخدمها الأنظمة الحية في عوالم أخرى، يتم إيلاء اهتمام خاص للأمونيا (NH 3)، والتي تشكل أيضًا روابط هيدروجينية ولها العديد من الخصائص المشابهة للماء. يتم أيضًا تسمية المواد الأخرى القادرة على تكوين روابط هيدروجينية، على وجه الخصوص حمض الهيدروفلوريك (HF) وسيانيد الهيدروجين (HCN). ومع ذلك، فإن المركبين الأخيرين ليسا مرشحين محتملين لهذا الدور. الفلور عنصر نادر: لكل ذرة فلور في الكون المرئي هناك 10000 ذرة أكسجين، لذلك من الصعب تخيل الظروف على أي كوكب من شأنها أن تفضل تكوين محيط يتكون من HF بدلاً من H 2 O. أما بالنسبة للهيدروجين السيانيد (HCN)، توجد العناصر المكونة له بكثرة في الفضاء الخارجي، لكن هذا المركب ليس مستقرًا من الناحية الديناميكية الحرارية بدرجة كافية. ولذلك فمن غير المرجح أن يتراكم بكميات كبيرة على أي كوكب، على الرغم من أنه، كما قلنا سابقًا، يمثل HCN وسيطًا مهمًا (وإن كان مؤقتًا) في التركيب قبل البيولوجي للمواد العضوية.

تتكون الأمونيا من عناصر شائعة إلى حد ما، وعلى الرغم من أنها أقل استقرارًا من الماء، إلا أنها لا تزال مستقرة بما يكفي لاعتبارها مذيبًا بيولوجيًا محتملاً. عند ضغط 1 ATM يكون في حالة سائلة في نطاق درجة الحرارة 78 - 33 درجة مئوية. وهذا النطاق (45 درجة) أضيق بكثير من النطاق المقابل للمياه (100 درجة مئوية)، لكنه يغطي منطقة مقياس درجة الحرارة حيث لا يمكن للمياه أن تعمل كمذيب. وبالنظر إلى الأمونيا، أشار جندرسون إلى أن هذا هو المركب الوحيد المعروف الذي يقترب من الماء في خصائصه كمذيب بيولوجي. لكن في النهاية تراجع العالم عن كلامه للأسباب التالية. أولاً، لا يمكن للأمونيا أن تتراكم بكميات كافية على سطح أي كوكب؛ ثانيًا، على عكس الماء، فهو لا يتمدد عند درجات حرارة قريبة من نقطة التجمد (ونتيجة لذلك يمكن أن تظل كتلته بالكامل في حالة صلبة متجمدة)، وأخيرًا، فإن اختياره كمذيب يستبعد فوائد استخدام الأكسجين ككاشف بيولوجي. ولم يبد هندرسون رأيا محددا حول الأسباب التي تمنع تراكم الأمونيا على أسطح الكواكب، لكنه مع ذلك كان على حق. يتم تدمير الأمونيا بواسطة الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس بسهولة أكبر من الماء، أي أن جزيئاتها تتحلل بواسطة إشعاع ذي طول موجي أطول، ويحمل طاقة أقل، والتي يتم تمثيلها على نطاق واسع في الطيف الشمسي. ويتبخر الهيدروجين المتكون في هذا التفاعل من الكواكب (باستثناء الأكبر منها) إلى الفضاء الخارجي، بينما يبقى النيتروجين. يتم تدمير الماء أيضًا في الغلاف الجوي تحت تأثير الإشعاع الشمسي، ولكن فقط بطول موجي أقصر بكثير من ذلك الذي يدمر الأمونيا، ويشكل الأكسجين (O 2) والأوزون (O 3) المنطلق شاشة تحمي الأرض بشكل فعال للغاية. من الأشعة فوق البنفسجية القاتلة. بهذه الطريقة، يحدث التحديد الذاتي للتدمير الضوئي لبخار الماء في الغلاف الجوي. في حالة الأمونيا، لم يتم ملاحظة ظاهرة مماثلة.

لا تنطبق هذه الحجج على كواكب مثل كوكب المشتري. وبما أن الهيدروجين موجود بكثرة في الغلاف الجوي لهذا الكوكب، كونه مكونه الثابت، فمن المعقول افتراض وجود الأمونيا هناك. تم تأكيد هذه الافتراضات من خلال الدراسات الطيفية لكوكب المشتري وزحل. ومن غير المرجح أن تكون هناك أمونيا سائلة على هذه الكواكب، ولكن وجود سحب الأمونيا التي تتكون من بلورات متجمدة أمر ممكن تماما.

وبالنظر إلى مسألة الماء بمعناها الواسع، فلا يحق لنا أن نؤكد أو ننكر بشكل مسبق أن الماء كمذيب بيولوجي يمكن استبداله بمركبات أخرى. عند مناقشة هذه المشكلة، غالبًا ما يكون هناك ميل إلى تبسيطها، حيث كقاعدة عامة، يتم أخذ الخصائص الفيزيائية للمذيبات البديلة فقط بعين الاعتبار. في الوقت نفسه، يتم التقليل من أهمية ما أشار إليه هندرسون أو تجاهله تمامًا، أي: الماء لا يعمل كمذيب فحسب، بل أيضًا كمشارك نشط في التفاعلات الكيميائية الحيوية. يتم "دمج" العناصر التي يتكون منها الماء في مواد الكائنات الحية من خلال التحلل المائي أو التمثيل الضوئي في النباتات الخضراء (انظر التفاعل 4). إن التركيب الكيميائي للمادة الحية المعتمد على مذيب مختلف، مثل البيئة البيولوجية بأكملها، يجب أن يكون مختلفًا بالضرورة. وبعبارة أخرى، فإن تغيير المذيب يؤدي حتماً إلى عواقب عميقة للغاية. لم يحاول أحد بجدية تخيلهم. إن مثل هذه المحاولة لا تكاد تكون معقولة، لأنها لا تمثل أكثر ولا أقل من مشروع لعالم جديد، وهو مسعى مشكوك فيه للغاية. وحتى الآن لا نستطيع حتى الإجابة على السؤال المتعلق بإمكانية الحياة بدون ماء، ولن نكاد نعرف شيئًا عن هذا حتى نكتشف مثالاً للحياة اللامائية.

هل يمكن أن تنفجر

البحر الاسود؟

في عام 1891، قام البروفيسور أ. ليبيدينتسيف بجمع أول عينة مياه من أعماق البحر الأسود. وأظهرت العينة أن المياه التي يقل عمقها عن 183 مترًا مشبعة بكبريتيد الهيدروجين. وأكدت الدراسات اللاحقة أن البحر الأسود هو أكبر حوض لكبريتيد الهيدروجين في العالم. منذ 3500 - 4000 سنة لم يكن مضيق جبل طارق موجودا، وكان البحر الأبيض المتوسط ​​مقسما إلى حوضين: البحر الخارجي إلى الغرب من صقلية والبحر الداخلي إلى الشرق منه. وكانت مستويات هذه البحار أقل بكثير مما هي عليه اليوم. في ذلك الوقت، كان البحر الأسود (يوكسين بونتوس) عبارة عن مياه عذبة، وكان الإمداد الرئيسي لهذه البحار يأتي عبر مضيق البوسفور (البوسفور) بسبب التدفق الأكبر لأنهار حوض البحر الأسود. قبل 3500 سنة، حدثت تحركات كبيرة لقشرة أوروبا في الاتجاه الغربي، وتشكل مضيق جبل طارق، ورفعت مياه المحيطات المالحة منسوب هذه البحار إلى المستويات الحديثة.

ماتت أغنى نباتات وحيوانات المياه العذبة في البحر الأسود وغرقت في القاع. أدى تحلل المواد البروتينية في القاع إلى تشبع المياه السفلية بكبريتيد الهيدروجين والميثان. وبعد هذا الحدث ارتفع مستوى كبريتيد الهيدروجين، ويبقى في الوقت الحاضر على عمق 200 - 100 متر. وفي أغسطس 1982، تم اكتشاف كبريتيد الهيدروجين في الجزء الشرقي من البحر على عمق 60 مترًا، وبلغ قطر «قبة» صعوده 120 كيلومترًا. وفي الخريف انخفض مستوى كبريتيد الهيدروجين إلى 150 مترًا. ويشير ذلك إلى إطلاق كبير لكبريتيد الهيدروجين من الأعماق نتيجة لزلزال وقع على جزء من قاع البحر.

هناك فرضيات مختلفة حول أسباب احتباس كبريتيد الهيدروجين في العمق. وفقا لبعض العلماء، فإن كبريتيد الهيدروجين في الحالة الذائبة لا يتراجع إلا عن طريق ضغط كبير من طبقات الماء المغطاة (10-20 أجواء). إذا قمت بإزالة هذا "السدادة"، فإن الماء "يغلي"، وسيتم إطلاق كبريتيد الهيدروجين منه بسرعة على شكل غاز (عن طريق القياس مع زجاجة من المياه الغازية).

قبل 10 سنوات، نتيجة لزلزال وقع في منطقة بحيرة أفريقية صغيرة، انطلق منها كبريتيد الهيدروجين. وانتشر الغاز بطبقة يتراوح سمكها بين مترين وثلاثة أمتار على طول الضفتين، مما أدى إلى موت جميع الكائنات الحية اختناقا. أتذكر أيضًا قصة شهود العيان على زلزال القرم عام 1927. ثم اندلعت عاصفة رعدية، ورأيت عيون سكان يالطا المندهشة ألسنة اللهب في البحر - اشتعلت النيران في البحر! وبالتالي فإن وجود كبريتيد الهيدروجين في البحر الأسود يشكل خطرا جديا على سكان الدول الواقعة في حوضه.

هذا الخطر كبير بشكل خاص بالنسبة للمناطق الساحلية ذات التضاريس المنخفضة، على سبيل المثال، كولشيس. في كولشيس، حدثت زلازل شديدة القوة في عام 1614 (تدمير مجمع تسايش)، في أعوام 1785 و1905 و1958 و1959. ولحسن الحظ، لم تؤثر جميعها على قاع البحر. الوضع أكثر خطورة في شبه جزيرة القرم (شبه جزيرة القرم تميل إلى الانزلاق نحو البحر) وعلى طول ساحل تركيا، حيث توجد صدوع قشرية متنقلة. هناك طريقة واحدة فقط للحد من خطر "الانفجار" في البحر الأسود من خلال الاستخدام الاقتصادي المكثف لكبريتيد الهيدروجين كوقود. إن ضخ المياه العميقة من خلال خزانات الترسيب سيوفر كميات غير محدودة من الغاز، والتي يمكن استخدامها في محطات الطاقة الحرارية بجرعات مقاومة للانفجار. ومع مثل هذا الاحتراق المركزي لكبريتيد الهيدروجين، يمكن حل مشكلة استخدام مخلفات الاحتراق المحتوية على الكبريت دون الإضرار بالوضع البيئي. رسم المؤتمر الدولي "Eco - Black Sea-90" صورة تهديدية للضغط البشري على النظام البيئي البحري - حيث يحمل نهر الدانوب ودنيبر وحدهما سنويًا 30 طنًا من الزئبق والسموم الأخرى إلى البحر. وانخفضت مخزونات الأسماك البحرية بمقدار عشرة أضعاف. فى علاقة البحرالابيض المتوسطويجري تنفيذ الخطة الزرقاء تحت رعاية الأمم المتحدة. وترتبط بها 110 جامعة ومنظمة أخرى في أوروبا. البحر الأسود فقط ليس لديه خطة إنقاذ موحدة. وهناك حاجة ماسة إليها.

أسباب تكوين كبريتيد الهيدروجين في الماء.

كبريتيد الهيدروجين ومركبات الكبريت والكبريتيدات وغيرها من أشكال الكبريت المخفضة ليست مكونات نموذجية ودائمة لمياه البحر.

ومع ذلك، في ظل ظروف معينة، يمكن أن يتراكم كبريتيد الهيدروجين والكبريتيدات بكميات كبيرة في الطبقات العميقة من البحر. يمكن أن تتشكل المناطق ذات المحتوى العالي من كبريتيد الهيدروجين في بعض الأحيان حتى في الأعماق الضحلة. لكن التراكم المؤقت لكبريتيد الهيدروجين في البحر أمر غير مرغوب فيه، لأن ظهوره يسبب موت الحيوانات البحرية. وفي الوقت نفسه، يعد وجود كبريتيد الهيدروجين في مياه البحر مؤشرا مميزا لبعض الظروف الهيدرولوجية، فضلا عن الاستهلاك المكثف للأكسجين المذاب ووجود عدد كبير من المواد المؤكسدة بسهولة من أصول مختلفة.

المصدر الرئيسي لكبريتيد الهيدروجين في البحر هو الاختزال الكيميائي الحيوي للكبريتات الذائبة (عملية إزالة الكبريت). تحدث إزالة الكبريت في البحر بسبب نشاط نوع خاص من البكتيريا اللاهوائية التي تعمل على إزالة الكبريت، والتي تحول الكبريتات إلى كبريتيدات، حيث يتحلل الأخير بواسطة حمض الكربونيك المذاب إلى كبريتيد الهيدروجين. يمكن تمثيل هذه العملية بشكل تخطيطي على النحو التالي:

CaS + NaCO 3 → CaCO 3 + H 2 S.

في الواقع، هذه العملية أكثر تعقيدا، وفي منطقة كبريتيد الهيدروجين لا يوجد فقط كبريتيد الهيدروجين الحر، ولكن أيضا أشكال أخرى من منتجات اختزال الكبريتات (الكبريتيدات، الهيدروكبريتيت، الهيبسولفيت، إلخ).

في الممارسة الهيدروكيميائية، عادة ما يتم التعبير عن محتوى الأشكال المختزلة من مركبات الكبريت كمكافئ كبريتيد الهيدروجين. فقط في الدراسات الخاصة المصممة خصيصًا يتم تحديد الأشكال المختلفة للكبريت المختزل بشكل منفصل. لا تتم مناقشة هذه التعريفات هنا.

المصدر الثاني لكبريتيد الهيدروجين في البحر هو التحلل اللاهوائي للبقايا العضوية البروتينية الغنية بالكبريت للكائنات الميتة. تتأكسد البروتينات المحتوية على الكبريت، والتي تتحلل في وجود كمية كافية من الأكسجين المذاب، ويتحول الكبريت الموجود فيها إلى أيون كبريتات. في ظل الظروف اللاهوائية، يؤدي تحلل المواد البروتينية المحتوية على الكبريت إلى تكوين أشكال معدنية من الكبريت، أي كبريتيد الهيدروجين والكبريتيدات.

ولوحظت حالات حدوث مؤقت للظروف اللاهوائية وما يرتبط بها من تراكم كبريتيد الهيدروجين في بحر البلطيق وبحر آزوف، وكذلك في بعض الشفاه والخلجان في البحار الأخرى. ومن الأمثلة الكلاسيكية لحوض البحر الملوث بكبريتيد الهيدروجين هو البحر الأسود، حيث تكون الطبقة السطحية العلوية الرقيقة نسبيًا فقط خالية من كبريتيد الهيدروجين.

يتأكسد كبريتيد الهيدروجين والكبريتيدات الناشئة في الظروف اللاهوائية بسهولة عند توفير الأكسجين المذاب، على سبيل المثال، أثناء خلط الرياح للطبقات العليا جيدة التهوية من الماء مع المياه العميقة الملوثة بكبريتيد الهيدروجين. نظرًا لأن التراكم المؤقت لكبريتيد الهيدروجين ومركبات الكبريت في البحر له أهمية كبيرة كمؤشر على تلوث المياه وإمكانية موت الحيوانات البحرية، فإن مراقبة حدوثه ضرورية للغاية عند دراسة النظام الهيدروكيميائي للبحر.

في المجمل، هناك طريقتان رئيسيتان لتحديد كمية وتركيز كبريتيد الهيدروجين في البحر الأسود: الطريقة التحليلية الحجمية والطريقة اللونية، لكن هذه الطرق غير معتمدة مترولوجياً.

طفرة كبريتيد الهيدروجين.

وكما ذكرنا سابقاً فإن من مميزات البحر الأسود وجود “طبقة كبريتيد الهيدروجين” فيه. تم اكتشافه منذ مائة عام من قبل ربان قارب روسي، حيث استنشق حبلًا تم إنزاله إلى الأعماق، وكانت تفوح منه رائحة البيض الفاسد. ويتقلب منسوب "طبقة كبريتيد الهيدروجين" وأحيانا ترتفع حدودها إلى عمق 50 مترا فقط، وفي عام 1927 خلال زلزال كبيرحتى أنه كانت هناك "حرائق بحرية"، ولوحظت أعمدة اللهب في البحر بالقرب من سيفاستوبول وإيفباتوريا.

تزامنت البيريسترويكا في الاتحاد السوفييتي مع ارتفاع آخر في طبقة كبريتيد الهيدروجين، وقدمت الجلاسنوست للصحف معلومات لاذعة عن "حرائق البحر" في عام 1927 (في السابق، عندما لم تكن هناك عادة تخويف الناس، لم يتم نشر هذه المعلومات على نطاق واسع). ونشأت الظروف الملائمة لحدوث طفرة كبرى، لكنها "تفككت". فيما يلي أمثلة على التوقعات الهستيرية من 1989 إلى 1990. فقط في الصحف المركزية:

"الجريدة الأدبية": "ماذا سيحدث لو حدث لا قدر الله زلزال جديد قبالة ساحل البحر الأسود؟ مزيد من الحرائق البحرية؟ أم وميض واحد، شعلة واحدة ضخمة؟ كبريتيد الهيدروجين مادة قابلة للاشتعال وسام، مئات الآلاف من الأطنان من سيكون حمض الكبريتيك في السماء."

"ووركينغ تريبيون": "زلزال صغير يكفي لصعود كبريتيد الهيدروجين إلى سطح البحر الأسود واشتعلت فيه النيران - وسيتحول ساحله إلى صحراء".

"سري للغاية": "إن المصادفة في الزمان والمكان للانخفاض الحاد في الضغط الجوي والتدفق العمودي كافية. بعد الغليان، سوف يشبع الماء الهواء بأبخرة سامة من الغازات القابلة للاشتعال. حيث تنجرف السحابة القاتلة - الله وحده". يمكن أن يتسبب ذلك في وقوع إصابات على الساحل، وربما في غضون ثوانٍ يتحول طائرة ركاب إلى "هولندي طائر".

أخيرًا، حذر إم إس جورباتشوف نفسه العالم من نهاية العالم القادمة من الاتحاد السوفييتي. وذكر من على منصة المنتدى العالمي لحماية البيئة والتنمية من أجل البقاء (ما اسم المنتدى!): “لقد ارتفع الحد الأعلى لطبقة كبريتيد الهيدروجين في البحر الأسود خلال العقود الماضية من العمق "من 200 م إلى 75 م من السطح. وأكثر قليلاً، ومن خلال عتبة البوسفور ستصل إلى بحر مرمرة وبحر إيجه والبحر الأبيض المتوسط". وقد نشر هذا البيان في برافدا. حاول العلماء - علماء المحيطات والكيميائيون - أن يشرحوا للسياسيين أن كل هذا كان هراء جاهلا (هكذا اعتقدوا بسذاجة). تم نشر بيانات معروفة في المجلات العلمية:

1. "حرائق البحر" عام 1927 لا علاقة لها بكبريتيد الهيدروجين. وقد لوحظت في أماكن تقع على بعد 60-200 كيلومتر من حدود منطقة كبريتيد الهيدروجين. والسبب في ذلك هو إطلاق غاز الميثان الطبيعي من الصدع التكتوني Krivoy Rog-Evpatoria إلى السطح أثناء الزلزال. وهي منطقة حاملة للغاز، ويتم الحفر هناك لإنتاج الغاز، ويلاحظ بانتظام تسرب الغاز الطبيعي في هذه المنطقة المائية على شكل "شعلات". كل هذا معروف، ورفض كافة الصحف الكبرى نشر هذه الشهادة العلمية يشير بشكل مباشر إلى أن الأمر كان بمثابة تضليل متعمد.

2. الحد الأقصى لتركيز كبريتيد الهيدروجين في مياه البحر الأسود هو 13 ملجم لكل لتر، وهو أقل بـ 1000 مرة مما هو ضروري لينطلق من الماء على شكل غاز. الف مرة! لذلك لا يمكن الحديث عن أي اشتعال وتدمير للساحل وحرق للبطانات. منذ مئات السنين، استخدم الناس ينابيع كبريتيد الهيدروجين في ماتسيستا للأغراض الطبية (وربما استمتع بها حتى إم إس جورباتشوف نفسه). لم نسمع قط عن أي انفجارات أو حرائق، حتى رائحة كبريتيد الهيدروجين هناك مقبولة تمامًا. لكن محتوى كبريتيد الهيدروجين في مياه ماتسيستا أعلى بمئات المرات من محتوى مياه البحر الأسود. كانت هناك حالات واجه فيها الأشخاص في المناجم نفاثات كبريتيد الهيدروجين عالية التركيز. أدى ذلك إلى تسمم الناس، ولكن لم تكن هناك انفجارات ولا يمكن أن تحدث - عتبة التركيز المتفجر لكبريتيد الهيدروجين في الهواء مرتفعة للغاية.

3. التركيزات القاتلة لكبريتيد الهيدروجين في الهواء هي 670-900 ملجم لكل متر مكعب. ولكن حتى عند تركيز 2 ملجم لكل متر مكعب، فإن رائحة كبريتيد الهيدروجين لا تطاق. ولكن حتى لو تم إلقاء "طبقة كبريتيد الهيدروجين" بأكملها في البحر الأسود فجأة على السطح بواسطة قوة غير معروفة، فإن محتوى كبريتيد الهيدروجين في الهواء سيكون أقل بعدة مرات من مستوى الرائحة التي لا تطاق. وهذا يعني أنه أقل بآلاف المرات من المستوى الخطير على الصحة. لذلك لا يمكن الحديث عن التسمم.

4. أظهرت النمذجة الرياضية لجميع الأنظمة التي يمكن تصورها في التقلبات في مستوى المحيط العالمي والضغط الجوي فوق البحر الأسود، والتي أجراها علماء المحيطات فيما يتعلق ببيان إم إس جورباتشوف، أن تدفق كبريتيد الهيدروجين إلى بحر ​مرمرة وما بعدها، مع تسميم الحضارة الغربية العزيزة على قلبه، أمر مستحيل تمامًا - حتى لو مر أقوى الأعاصير الاستوائية المعروفة فوق يالطا.

كل هذا كان معروفًا تمامًا، وقد تمت دراسة شذوذ كبريتيد الهيدروجين في البحر الأسود منذ مائة عام من قبل العديد من العلماء حول العالم. عندما بدأت الصحافة السوفييتية هذا الازدهار، توجه عدد من العلماء ذوي السمعة الطيبة، بما في ذلك الأكاديميون (!) إلى الصحف - ولم يتعهد أي منهم بتقديم معلومات مطمئنة. المنشور الأكثر شعبية الذي تمكنا من الدخول إليه كان مجلة أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية "الطبيعة"، وهي مجلة للعلماء. لكنها لا يمكن مقارنتها بتوزيع "برافدا" و"ليتيراتورنايا غازيتا" و"أوغونيوك" في ذلك الوقت أو بتأثير التلفزيون.

قامت مجموعة من علماء المحيطات (T.A. Aizatulin، D.Ya. Fashchuk و A.V. Leonov) باختتام أحد المقالات الأخيرة المخصصة للمشكلة في مجلة الجمعية الكيميائية لعموم الاتحاد (رقم 4 ، 1990): "العمل بالتعاون "مع باحثين أجانب بارزين، تراكمت لدى ثمانية أجيال من العلماء المحليين معرفة هائلة حول منطقة كبريتيد الهيدروجين في البحر الأسود. وكل هذه المعرفة، المتراكمة على مدى قرن من الزمان، تبين أنها لم يطالب بها أحد، وغير ضرورية. وفي الأوقات الأكثر أهمية، كانوا تم استبدالها بصناعة الأسطورة.

وهذا الاستبدال ليس مجرد دليل آخر على أزمة المجال الاجتماعي الذي ينتمي إليه العلم. ونظرًا لعدد من الميزات، فهذا في رأينا مؤشر واضح كارثة اجتماعية. تكمن الخصائص في حقيقة أنه على جميع المستويات، تم استبدال المعرفة الكمية الموثوقة حول شيء محدد للغاية ومقاس بشكل لا لبس فيه، والذي لا يوجد خلاف جوهري في المجتمع العلمي العالمي، بأسطورة خطيرة في عواقبها. يمكن مراقبة هذه المعرفة بسهولة باستخدام أدوات القياس المتوفرة بشكل شائع مثل الحبل وقوس القارب. يمكن الحصول بسهولة على المعلومات المتعلقة بها في غضون عشر دقائق إلى ساعة باستخدام قنوات المعلومات العادية أو مكالمة هاتفية إلى أي معهد لعلوم المحيطات تابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية أو خدمة الأرصاد الجوية الهيدرولوجية أو وزارة مصايد الأسماك. وإذا كان من الممكن، فيما يتعلق بهذه المعرفة المحددة جيدًا، استبدال الأساطير، فيجب علينا بالتأكيد أن نتوقع ذلك في مجالات المعرفة المتناقضة والغامضة مثل الاقتصاد والسياسة.

إن الأزمات العديدة التي ينغمس فيها مجتمعنا هي مستنقع من أصل مصطنع. لا يمكنك الغرق فيه إلا أثناء الاستلقاء. إن إعطاء تضاريس مستنقع الأزمة في منطقتنا، وإظهار وجود أفق، يرفع الإنسان من بطنه إلى قدميه، هو هدف هذه المراجعة.

كما هو معروف، لم يكن من الممكن رفع الرجل السوفيتي "من بطنه إلى قدميه" في المستنقع المصطنع - ولم يسمح بذلك المتلاعبون بالوعي الذين كانوا مهتمين ويقفون على أقدامهم. الآن نحن ندرس هذه الحالة كأطباء علم الأمراض - نقوم بتشريح الجثة. لكن الاستمرار مثير للاهتمام أيضًا - مع وعي لا يزال حيًا.

بعد تحقيق الهدف الحقيقي المتمثل في ذهان كبريتيد الهيدروجين (كجزء من برنامج أكبر)، نسي الجميع فجأة كبريتيد الهيدروجين، وكذلك مصانع البروتين وإضافات الفيتامينات لتغذية الطيور. ولكن في 7 يوليو 1997، فجأة، وبعد سنوات عديدة من الصمت التام، تم بث برنامج حول تهديد كبريتيد الهيدروجين مرة أخرى على شاشة التلفزيون. هذه المرة، انطلق الهذيان إلى الوعي، تاركًا وراءه توقعات عام 1989. كان من المتوقع حدوث انفجار لكل كبريتيد الهيدروجين في البحر الأسود بقوة لدرجة أنه، مثل المفجر، من شأنه أن يتسبب في انفجار ذري لليورانيوم، رواسبها موجودة في القوقاز! وهكذا ارتبط كبريتيد الهيدروجين بالأسلحة النووية، وهو رمز للخطر الحديث.

فهل يمكن أن ينفجر البحر الأسود أم لا؟

كان حوض البحر الأزوف-الأسود في بداية القرن العشرين عبارة عن تكوين جيوفيزيائي فريد من نوعه: بحر آزوف ذو المياه العذبة الضحلة والبحر الأسود ذو المياه العميقة المالحة. ذهب معظم سكان هذا الحوض إلى بحر آزوف في الربيع لوضع بيضهم، وقضوا الشتاء في البحر الأسود، الذي يشبه الزجاج في "القطع": وينتهي الشريط الساحلي الضيق فجأة على عمق ثلاثة كيلومترات.

الموردين الرئيسيين للمياه العذبة لحوض آزوف-البحر الأسود هم ثلاثة أنهار: دنيبر، الدانوب، دون. وتشكل هذه المياه، التي تختلط بالمياه المالحة أثناء العواصف، طبقة صالحة للسكن يبلغ ارتفاعها مائتي متر. وتحت هذه العلامة لا تعيش الكائنات البيولوجية في البحر الأسود. الحقيقة هي أن البحر الأسود يتواصل مع المحيط العالمي عبر مضيق البوسفور الضيق. مياه البحر الأسود الدافئة الغنية بالأكسجين تمر عبر هذا المضيق الطبقة العليايتدفق إلى البحر الأبيض المتوسط. يكون الجو أكثر برودة في الطبقة السفلية من مضيق البوسفور المياه المالحةيدخل البحر الأسود. وقد أدى هذا الهيكل لتبادل المياه على مدى ملايين السنين إلى تراكم كبريتيد الهيدروجين في الطبقات السفلى من البحر الأسود. يتكون H2S في الماء نتيجة التحلل الخالي من الأكسجين للكائنات الحية وله رائحة مميزة للبيض الفاسد. يعرف أي عالم مائي جيدًا أنه في حوض السمك الكبير، يتراكم كبريتيد الهيدروجين تدريجيًا في الطبقة السفلية مع مرور الوقت نتيجة لتعفن بقايا الطعام والنباتات. المؤشر الأول على ذلك هو أن الأسماك تبدأ بالسباحة في الطبقة السطحية. يمكن أن يؤدي تراكم المزيد من غاز H 2 S إلى وفاة سكان الحوض. لإزالة كبريتيد الهيدروجين من الماء، يستخدم علماء الأحياء المائية التهوية الاصطناعية: يقوم الضاغط الصغير برش الهواء في الطبقة السفلية من الماء. في هذه الحالة، مع مرور الوقت، يتم تغطية جهاز الرش والتربة المجاورة بطبقة صفراء - الكبريت. يعرف الكيميائيون نوعين من تفاعلات أكسدة كبريتيد الهيدروجين:

1. ح 2 س + س 2 → ح 2 س + س

2. ح 2 ق + 4 أو 2 ← ح 2 سو 4

نتيجة للتفاعل الأول، يتم تشكيل الكبريت الحر والماء. ومع تراكمه، قد يطفو الكبريت على السطح على شكل قطع صغيرة.

النوع الثاني من تفاعل أكسدة H2S يحدث بشكل انفجاري مع صدمة حرارية أولية. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل حمض الكبريتيك. يتعين على الأطباء أحيانًا التعامل مع حالات الحروق المعوية عند الأطفال - وهي عواقب مزحة تبدو غير ضارة. الحقيقة هي أن الغازات المعوية تحتوي على كبريتيد الهيدروجين. وعندما يشعلها الأطفال على سبيل المزاح، يمكن للنيران أن تخترق الأمعاء. والنتيجة ليست حرقًا حراريًا فحسب، بل حرقًا حمضيًا أيضًا.

كان هذا هو المسار الثاني لتفاعل أكسدة H2S الذي لاحظه سكان يالطا أثناء زلزال عام 1927. أثارت الهزات الزلزالية كبريتيد الهيدروجين في أعماق البحار إلى السطح. الموصلية الكهربائية للمحلول المائي لـ H2S أعلى من تلك الموجودة في مياه البحر النقية. لذلك الكهربائية تصريفات البرقغالبًا ما سقطوا على وجه التحديد في مناطق كبريتيد الهيدروجين المرفوعة من الأعماق. ومع ذلك، فإن طبقة كبيرة من المياه السطحية النظيفة أطفأت التفاعل المتسلسل.

بحلول بداية القرن العشرين، كما ذكرنا سابقًا، كانت الطبقة العليا من المياه الصالحة للسكن في البحر الأسود 200 متر. وقد أدى النشاط التكنولوجي الطائش إلى انخفاض حاد في هذه الطبقة. حاليا لا يتجاوز سمكها 10-15 مترا. خلال عاصفة قوية، يرتفع كبريتيد الهيدروجين إلى السطح، وقد يشم المصطافون رائحة مميزة.

في بداية القرن، كان نهر الدون يزود حوض البحر الأسود بما يصل إلى 36 كيلومترًا مكعبًا من المياه العذبة. بحلول بداية الثمانينيات، انخفض هذا الحجم إلى 19 كم 3: الصناعة المعدنية، وهياكل الري، وري الحقول، وخطوط أنابيب المياه في المدينة... سيستغرق تشغيل محطة فولغا-دون للطاقة النووية 4 كم 3 أخرى من المياه . وحدث وضع مماثل خلال سنوات التصنيع على الأنهار الأخرى في الحوض.

نتيجة لترقق طبقة المياه السطحية الصالحة للسكن، حدث انخفاض حاد في الكائنات الحية في البحر الأسود. على سبيل المثال، في الخمسينيات، وصل عدد الدلافين إلى 8 ملايين فرد. في الوقت الحاضر، أصبح لقاء الدلافين في البحر الأسود نادرًا جدًا. من المؤسف أن عشاق الرياضات تحت الماء لا يلاحظون سوى بقايا النباتات المثيرة للشفقة وأسراب الأسماك النادرة. لكن هذا ليس أسوأ شيء!

لو وقع زلزال القرم اليوم، لكان قد انتهى بكارثة عالمية: مليارات الأطنان من كبريتيد الهيدروجين مغطاة بطبقة رقيقة من الماء. ما هو السيناريو للكارثة المحتملة؟

نتيجة للصدمة الحرارية الأولية، سيحدث انفجار حجمي لـ H 2 S. وهذا يمكن أن يؤدي إلى عمليات تكتونية قوية وحركات للصفائح الصخرية، والتي بدورها ستتسبب في حدوث زلازل مدمرة في جميع أنحاء العالم. ولكن هذا ليس كل شيء! سيطلق الانفجار مليارات الأطنان من حمض الكبريتيك المركز في الغلاف الجوي. لن تكون هذه أمطار حمضية ضعيفة حديثة بعد مصانعنا ومصانعنا. الاستحمام الحمضي بعد انفجار البحر الأسود سيحرق كل شيء حي وغير حي على هذا الكوكب! أو كل شيء تقريباً..

في عام 1976، تم اقتراح مشروع بسيط ورخيص للنظر فيه. كان معناها الرئيسي كما يلي: تحمل الأنهار الجبلية في القوقاز المياه العذبة من ذوبان الأنهار الجليدية إلى البحر. تتدفق المياه عبر قنوات صخرية ضحلة، وهي غنية بالأكسجين. وبالنظر إلى أن كثافة المياه العذبة أقل من المياه المالحة، فإن تدفق نهر جبلي، يتدفق إلى البحر، ينتشر على سطحه. إذا تم وضع هذه المياه من خلال أنبوب في قاع البحر، فإن حالة تهوية الماء في الحوض تتحقق. وهذا يتطلب إنزال 4-5 كيلومترات من الأنابيب إلى قاع البحر، وعلى الأكثر، بضع عشرات من الكيلومترات من الأنابيب إلى سد صغير في قاع النهر. والحقيقة هي أنه من أجل موازنة عمق ثلاثة كيلومترات من المياه المالحة، يجب توفير المياه العذبة عن طريق الجاذبية من ارتفاع 80-100 متر. سيكون هذا بحد أقصى 10-20 كم من شاطئ البحر. كل هذا يتوقف على تضاريس المنطقة الساحلية.

يمكن للعديد من أنظمة التهوية هذه أن توقف في البداية عملية انقراض البحر، وبمرور الوقت، تؤدي إلى التعادل الكامل لغاز H2S في أعماقه. ومن الواضح أن هذه العملية لن تجعل من الممكن إحياء الحياة النباتية والحيوانية في حوض بحر آزوف-البحر الأسود فحسب، بل ستزيل أيضًا إمكانية كارثة عالمية.

ومع ذلك، كما تظهر الممارسة، فإن الهياكل الحكومية غير مهتمة تماما بكل هذا. لماذا نستثمر الأموال، حتى لو كانت صغيرة، في حدث مشكوك فيه لإنقاذ الأرض من كارثة عالمية؟ على الرغم من أن محطات التهوية يمكن أن توفر "نقودًا حقيقية" - الكبريت المنطلق نتيجة أكسدة كبريتيد الهيدروجين.

لكن لا أحد يستطيع أن يقول بالضبط متى سينفجر البحر الأسود. للتنبؤ مسبقا بإمكانية حدوثه، من الضروري تنظيم خدمات لرصد عمليات الحركات التكتونية لكتل ​​القشرة الأرضية في هذه المنطقة. من الأفضل أن تكون مستعدًا لمثل هذه المواقف. بعد كل شيء، يعيش الناس حتى عند سفح فيزوف. ويجب على أولئك الذين يعيشون في المناطق التي قد تحدث فيها مثل هذه الأحداث الكارثية أن ينظموا أسلوب حياتهم وفقًا لذلك.

لكن هذا ليس مخيفًا كما يبدو للوهلة الأولى. حدث الانفجار السابق للبحر الأسود منذ عدة ملايين من السنين. في تطوره، أصبح النشاط التكتوني للأرض أكثر هدوءا. من المحتمل جدًا أن يحدث الانفجار التالي للبحر الأسود خلال بضعة ملايين من السنين الأخرى. وهذا بالفعل وقت هائل حتى بالنسبة للخيال البشري البسيط.

إحدى طرق استخدام كبريتيد الهيدروجين.

توصل الاقتصاديون وخبراء الطاقة إلى نتيجة مفادها أنه لا يوجد شيء يحل محل الطاقة النووية في المستقبل القريب. رغم أن الجميع بعد تشيرنوبيل أدرك خطورتها، خاصة بالنسبة للدول التي تعاني من أوضاع غير مستقرة والإرهاب المتفشي. ولسوء الحظ، فإن روسيا اليوم هي واحدة من هذه الدول. وفي الوقت نفسه، يوجد بديل حقيقي للطاقة النووية. في أرشيف Yutkin L.A. هناك مشروع يمكنه الآن جذب انتباه العاملين في مجال الطاقة.

بعد انهيار الاتحاد السوفييتي، بقي لروسيا جزء صغير من ساحل البحر الأسود. يوتكين إل. أطلق على البحر الأسود اسم مخزن طبيعي فريد من نوعه مع احتياطيات طاقة لا تنضب: طاقة "الدورادو" مع مصادر متجددة للمواد الخام. أرسل مؤلف التأثير الكهروهيدروليكي L. A. Yutkin مشروعه الرائع وفي نفس الوقت الحقيقي للغاية في عام 1979 إلى لجنة الدولة للاختراعات ولجنة الدولة للعلوم والتكنولوجيا في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية.

ويعتمد المشروع على طرق فصل الغازات وإثرائها. والحقيقة هي أن مياه البحر الأسود التي يقل عمقها عن 100 متر تحتوي على كبريتيد الهيدروجين المذاب فيها. ومن المهم بشكل خاص أن احتياطيات كبريتيد الهيدروجين في البحر الأسود، على عكس أنواع الوقود الأحفوري الأخرى، قابلة للتجديد. كما أظهرت الدراسات، وكما ذكرنا سابقًا، فإن تجديد كبريتيد الهيدروجين يحدث بسبب مصدرين: نشاط الكائنات الحية الدقيقة القادرة على اختزال كبريتات الكبريت إلى كبريتيد في الظروف اللاهوائية، وإمداد كبريتيد الهيدروجين الذي يتم تصنيعه في أعماق القوقاز. الجبال، من شقوق القشرة الأرضية. يتم تنظيم تركيز كبريتيد الهيدروجين عن طريق أكسدته في الطبقات السطحية من الماء. يتفاعل الأكسجين الجوي المذاب في الماء مع كبريتيد الهيدروجين ويحوله إلى حمض الكبريتيك. يتفاعل الحمض مع الأملاح المعدنية الذائبة في الماء لتكوين الكبريتات. تحدث هذه العمليات في وقت واحد، مما يؤدي إلى إنشاء توازن ديناميكي في البحر الأسود. تظهر الحسابات أنه نتيجة للأكسدة في البحر الأسود، لا يتم تحويل أكثر من ربع إجمالي كبريتيد الهيدروجين إلى كبريتات.

وهكذا، من البحر الأسود، دون الإضرار ببيئته، وكذلك تقليل فرص "انفجار" البحر الأسود، من الممكن إطلاق حوالي 250 مليون طن من كبريتيد الهيدروجين سنويًا بكثافة طاقة تبلغ حوالي 10 12 كيلو وات في الساعة. (عند حرق كيلوغرام واحد من كبريتيد الهيدروجين يعطي ما يقرب من 4000 سعرة حرارية.) . وهذا يتوافق مع إنتاج الكهرباء السنوي في الاتحاد السوفييتي السابق وهو ضعف إنتاج روسيا. وبالتالي، فإن البحر الأسود، باعتباره مولدًا لكبريتيد الهيدروجين، يمكنه تلبية احتياجات الطاقة المحلية بالكامل. كيف يمكن وضع هذه الفكرة الرائعة موضع التنفيذ؟

للقيام بذلك، اقترح يوتكين رفع الطبقات السفلية من مياه البحر من المناطق ذات المحتوى العالي بشكل غير طبيعي من كبريتيد الهيدروجين إلى ارتفاع تكنولوجي، حيث تتعرض للصدمات الكهروهيدروليكية، مما يضمن إطلاق كبريتيد الهيدروجين، ثم إعادتها مرة أخرى إلى البحر ( التأثير الكهروهيدروليكي). يجب تسييل الغاز الناتج وحرقه، ويجب أكسدة ثاني أكسيد الكبريت الناتج إلى حمض الكبريتيك. عند حرق 1 كجم من كبريتيد الهيدروجين، يمكنك الحصول على ما يصل إلى 2 كجم من ثاني أكسيد الكبريت و4 × 10 3 سعرة حرارية من الحرارة المستردة. عندما يتأكسد ثاني أكسيد الكبريت إلى حمض الكبريتيك، يتم إطلاق الطاقة أيضًا. كل طن من كبريتيد الهيدروجين عند حرقه ينتج 2.9 طن من حمض الكبريتيك. ستصل الطاقة الإضافية المتولدة أثناء تصنيعه إلى 5 × 10 5 سعرة حرارية لكل طن من الحمض المنتج.

تظهر الحسابات أنه لتلبية جميع احتياجات الكهرباء لبلدان رابطة الدول المستقلة، دون الإخلال ببيئة البحر، من الضروري تخصيص وحرق 7400 متر مكعب سنويا. كم من مياه البحر. سيؤدي احتراق 2 × 5 × 10 8 طن من كبريتيد الهيدروجين إلى إنتاج 7 × 3 × 10 8 طن من حمض الكبريتيك، والذي سينتج عن تصنيعه 3 × 6 × 10 14 كيلو كالوري إضافية من الحرارة أو 4 × 1 × 10 11 كيلو واط. /ساعة من الطاقة الإضافية. ستوفر هذه الطاقة جميع أعمال الدورة التكنولوجية - ضخ المياه والمعالجة الكهروهيدروليكية وضغط وتسييل الغاز الناتج.

إن "النفايات" الوحيدة الناجمة عن تشغيل محطات الطاقة هذه ستكون حامض الكبريتيك، وهو مادة خام قيمة للعديد من الصناعات الأخرى.

في بداية اقتراح هذا المشروع، تم منعه من التنفيذ.

استنزاف ثقب الأوزون

في عام 1985، أفاد علماء الغلاف الجوي من هيئة المسح البريطانية للقطب الجنوبي عن حقيقة غير متوقعة تمامًا: انخفضت مستويات الأوزون الربيعي في الغلاف الجوي فوق محطة خليج هالي في القارة القطبية الجنوبية بنسبة 40٪ بين عامي 1977 و1984. وسرعان ما تم تأكيد هذا الاستنتاج من قبل باحثين آخرين، حيث أظهروا أيضًا أن المنطقة ذات المحتوى المنخفض من الأوزون تمتد إلى ما وراء حدود القارة القطبية الجنوبية وتغطي طبقة يتراوح ارتفاعها من 12 إلى 24 كم، أي. جزء كبير من طبقة الستراتوسفير السفلى. الدراسة الأكثر تفصيلاً لطبقة الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية كانت تجربة الأوزون الدولية بالطائرة في القطب الجنوبي. وخلال مسيرتها، صعد علماء من 4 دول عدة مرات إلى المنطقة ذات المحتوى المنخفض من الأوزون وجمعوا معلومات مفصلة عن حجمها والعمليات الكيميائية التي تجري فيها. وفي الواقع، كان هذا يعني وجود "ثقب" الأوزون في الغلاف الجوي القطبي. في أوائل الثمانينات، وفقا لقياسات القمر الصناعي "نيمبوس-7"، تم اكتشاف ثقب مماثل في القطب الشمالي، على الرغم من أنه غطى مساحة أصغر بكثير ولم يكن الانخفاض في مستويات الأوزون فيه كبيرا - حوالي 9٪. في المتوسط، انخفضت مستويات الأوزون على الأرض بنسبة 5٪ من عام 1979 إلى عام 1990.

أثار هذا الاكتشاف قلق العلماء وعامة الناس لأنه يشير إلى أن طبقة الأوزون المحيطة بكوكبنا معرضة لخطر أكبر مما كان يعتقد سابقًا. يمكن أن يؤدي ترقق هذه الطبقة إلى عواقب وخيمة على البشرية. يبلغ محتوى الأوزون في الغلاف الجوي أقل من 0.0001%، إلا أن الأوزون هو الذي يمتص بالكامل الأشعة فوق البنفسجية الصلبة الصادرة عن الشمس من الطول الموجي.<280 нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б с 280< < нм, наносящие 315 серьезные поражения клеткам живых организмов. Падение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%. Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде (правда, из-за низкого положения солнца, интенсивность ультрафиолета в Антарктиде все еще ниже, чем в средних широтах. По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако, из-за большей, чем у -излучения длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызвать рак кожи, в осбенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность. Естественно, жесткий ультрафиолет способен вызывать и обычные ожоги кожи и роговицы. Уже сейчас во всем мире заметно увеличение числа заболевания раком кожи, однако значительно количество других факторов (например, возросшая поулярность загара, приводящая к тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом получая большую дозу УФ облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержания озона. Жесткий ультрафиолет плохо поглощается водой и поэтому представляет большую опасность для морских экосистем. Эксперименты показали, что планктон, обитающий в приповерхностном слое при увеличении интенсивности жесткого УФ может серьезно пострадать и даже погибнуть полностью. Планктон накодится в основании пищевых цепочек практически всех морских экосистем, поэтому без приувеличения можно сказать, что практически вся жизнь в приповерхностных слоях морей и океанов может исчезнуть. Растения менее чуствительны к жесткому УФ, но при увеличении дозы могут пострадать и они.

يتم وصف تكوين الأوزون بواسطة معادلة التفاعل:

يتكون الأكسجين الذري المطلوب لهذا التفاعل فوق مستوى 20 كم من تفكك الأكسجين تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية مع<240 нм.

تحت هذا المستوى، لا تخترق هذه الفوتونات تقريبًا، وتتشكل ذرات الأكسجين بشكل رئيسي أثناء التفكك الضوئي لثاني أكسيد النيتروجين بواسطة فوتونات الأشعة فوق البنفسجية الناعمة مع<400 нм:

يحدث تدمير جزيئات الأوزون عند اصطدامها بجزيئات الهباء الجوي أو سطح الأرض، ولكن الحوض الرئيسي للأوزون يتم تحديده من خلال دورات التفاعلات الحفزية في الطور الغازي:

يا 3 + ص → يو + يا 2

يو + يا → ص + يا 2

حيث Y=NO، OH، Cl، Br

تم التعبير عن فكرة خطر تدمير طبقة الأوزون لأول مرة في أواخر الستينيات، عندما كان يعتقد أن الخطر الرئيسي على منطقة الغلاف الجوي هو انبعاثات بخار الماء وأكاسيد النيتروجين (NO) من محركات طائرات النقل والصواريخ الأسرع من الصوت. ومع ذلك، تطور الطيران الأسرع من الصوت بوتيرة أقل بكثير مما كان متوقعا. حاليًا، يتم استخدام الكونكورد فقط للأغراض التجارية، حيث تقوم بعدة رحلات أسبوعيًا بين أمريكا وأوروبا؛ ومن بين الطائرات العسكرية، تطير القاذفات الاستراتيجية الأسرع من الصوت تقريبًا فقط في الستراتوسفير، مثل B1-B أو Tu-160 وطائرات الاستطلاع مثل SR-71 . ومن غير المرجح أن يشكل مثل هذا الحمل تهديدًا خطيرًا لطبقة الأوزون. كما تشكل انبعاثات أكاسيد النيتروجين من سطح الأرض نتيجة احتراق الوقود الأحفوري والإنتاج الضخم واستخدام الأسمدة النيتروجينية بعض الخطر على طبقة الأوزون، لكن أكاسيد النيتروجين غير مستقرة ويمكن تدميرها بسهولة في الغلاف الجوي السفلي. كما أن إطلاق الصواريخ لا يحدث كثيرًا، إلا أن الوقود الصلب الكلوراتي المستخدم في أنظمة الفضاء الحديثة، على سبيل المثال في المكوك الفضائي أو معززات الصواريخ الصلبة آريان، يمكن أن يسبب أضرارًا محلية خطيرة لطبقة الأوزون في منطقة الإطلاق.

في عام 1974، أظهر إم. مولينا وإف. رولاند من جامعة كاليفورنيا في إيرفين أن مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs) يمكن أن تسبب استنفاد طبقة الأوزون. ومنذ ذلك الوقت، أصبح ما يسمى بمشكلة الكلوروفلوروكربون واحدة من المشاكل الرئيسية في الأبحاث المتعلقة بتلوث الهواء. تُستخدم مركبات الكلوروفلوروكربون منذ أكثر من 60 عامًا كمبردات في الثلاجات ومكيفات الهواء، ووقود دافع لمخاليط الهباء الجوي، وعوامل رغوة في طفايات الحريق، ومنظفات للأجهزة الإلكترونية، وفي التنظيف الجاف للملابس، وفي إنتاج المواد البلاستيكية الرغوية. وكان يُنظر إليها في السابق على أنها مواد كيميائية مثالية للاستخدام العملي لأنها مستقرة جدًا وغير نشطة، وبالتالي فهي غير سامة. ومن المفارقة أن خمول هذه المركبات هو ما يجعلها خطيرة على الأوزون في الغلاف الجوي. لا تتحلل مركبات الكربون الكلورية فلورية بسرعة في طبقة التروبوسفير (الطبقة السفلى من الغلاف الجوي التي تمتد من سطح الأرض إلى ارتفاع 10 كيلومترات)، كما تفعل، على سبيل المثال، معظم أكاسيد النيتروجين، وتخترق في النهاية طبقة الستراتوسفير، الحد الأعلى الذي يقع على ارتفاع حوالي 50 كم. عندما ترتفع جزيئات مركبات الكربون الكلورية فلورية إلى ارتفاع حوالي 25 كم، حيث تكون تركيزات الأوزون في أعلى مستوياتها، فإنها تتعرض للأشعة فوق البنفسجية المكثفة، والتي لا تخترق الارتفاعات المنخفضة بسبب تأثير الأوزون الوقائي. يدمر الضوء فوق البنفسجي جزيئات مركبات الكربون الكلورية فلورية المستقرة في الظروف العادية، والتي تتحلل إلى مكونات شديدة التفاعل، وخاصة الكلور الذري. وهكذا، تقوم مركبات الكربون الكلورية فلورية بنقل الكلور من سطح الأرض عبر طبقة التروبوسفير والغلاف الجوي السفلي، حيث يتم تدمير مركبات الكلور الخاملة الأقل، إلى طبقة الستراتوسفير، إلى الطبقة ذات التركيز الأعلى للأوزون. من المهم جدًا أن يعمل الكلور كمحفز عند تدمير الأوزون: أثناء العملية الكيميائية لا تنخفض كميته. ونتيجة لذلك، يمكن لذرة كلور واحدة أن تدمر ما يصل إلى 100000 جزيء أوزون قبل إبطال مفعولها أو إعادتها إلى طبقة التروبوسفير. في الوقت الحالي، تبلغ انبعاثات مركبات الكربون الكلورية فلورية في الغلاف الجوي ملايين الأطنان، ولكن تجدر الإشارة إلى أنه حتى في الحالة الافتراضية للتوقف الكامل عن إنتاج واستخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية، لا يمكن تحقيق نتائج فورية: آثار مركبات الكربون الكلورية فلورية التي تم إطلاقها بالفعل في الغلاف الجوي سوف يستمر لعدة عقود. يُعتقد أن العمر الافتراضي لمركبي الكربون الكلورو فلوريين الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، وهما الفريون -11 (CFCl 3) والفريون -12 (CF 2 Cl 2)، هو 75 و100 عام، على التوالي.

يمكن لأكاسيد النيتروجين أن تدمر الأوزون، ولكنها يمكن أن تتفاعل أيضًا مع الكلور. على سبيل المثال:

2O3 + Cl2 → 2ClO + 2O2

2ClO + NO → NO 2 + Cl 2

خلال هذا التفاعل، لا يتغير محتوى الأوزون. رد فعل آخر هو الأهم:

ClO + NO 2 → كلونو 2

كلوريد النتروسيل المتكون خلال هذه العملية هو ما يسمى بخزان الكلور. الكلور الذي يحتوي عليه غير نشط ولا يمكنه التفاعل مع الأوزون. في نهاية المطاف، قد يمتص هذا الجزيء الخزان فوتونًا أو يتفاعل مع جزيء آخر ويطلق الكلور، ولكنه قد يفلت أيضًا من طبقة الستراتوسفير. وتظهر الحسابات أنه إذا لم تكن هناك أكاسيد النيتروجين في الستراتوسفير، فإن تدمير الأوزون سوف يحدث بشكل أسرع بكثير. خزان مهم آخر للكلور هو كلوريد الهيدروجين HCl، الذي يتكون من تفاعل الكلور الذري مع الميثان CH4.

وتحت ضغط هذه الحجج، بدأت العديد من البلدان في اتخاذ تدابير تهدف إلى الحد من إنتاج واستخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية. منذ عام 1978، تم حظر استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية في الهباء الجوي في الولايات المتحدة. ولسوء الحظ، فإن استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية في مجالات أخرى لم يكن محدودا. في سبتمبر 1987، وقعت 23 دولة رائدة في العالم اتفاقية في مونتريال تلزمها بتخفيض استهلاكها من مركبات الكربون الكلورية فلورية. ووفقاً للاتفاق الذي تم التوصل إليه، يتعين على البلدان المتقدمة أن تعمل على خفض استهلاك مركبات الكربون الكلورية فلورية إلى نصف مستواها في عام 1986 بحلول عام 1999. ولقد تم بالفعل العثور على بديل جيد لمركبات الكربون الكلورية فلورية لاستخدامها كوقود دافع في الهباء الجوي - خليط البروبان والبيوتان. من حيث المعلمات الفيزيائية، فهو عمليا ليس أقل شأنا من الفريونات، ولكن على عكسها، فهو قابل للاشتعال. ومع ذلك، يتم إنتاج هذه الهباء الجوي بالفعل في العديد من البلدان، بما في ذلك روسيا. الوضع أكثر تعقيدا مع وحدات التبريد - ثاني أكبر مستهلك للفريون. والحقيقة هي أن جزيئات مركبات الكربون الكلورية فلورية، بسبب قطبيتها، لديها حرارة تبخر عالية، وهو أمر مهم للغاية بالنسبة لسائل العمل في الثلاجات ومكيفات الهواء. أفضل بديل معروف للفريون اليوم هو الأمونيا، لكنها سامة ولا تزال أقل شأنا من مركبات الكربون الكلورية فلورية في المعايير الفيزيائية. تم الحصول على نتائج جيدة للهيدروكربونات المفلورة بالكامل. وفي العديد من البلدان، يجري تطوير بدائل جديدة وقد تم بالفعل تحقيق نتائج عملية جيدة، ولكن هذه المشكلة لم يتم حلها بالكامل بعد.

يستمر استخدام الفريون ولا يزال بعيدًا عن تثبيت مستوى مركبات الكربون الكلورية فلورية في الغلاف الجوي. وبالتالي، وفقًا للشبكة العالمية لرصد تغير المناخ، في الظروف الخلفية - على شواطئ المحيط الهادئ والمحيط الأطلسي وفي الجزر، بعيدًا عن المناطق الصناعية والمكتظة بالسكان - يتزايد تركيز الفريون -11 و -12 حاليًا بمعدل بمعدل 5-9% سنوياً. إن محتوى مركبات الكلور النشطة كيميائيًا في طبقة الستراتوسفير أعلى حاليًا بمقدار 2-3 مرات مقارنة بمستوى الخمسينيات، قبل بدء الإنتاج السريع للفريون.

وفي الوقت نفسه، تتنبأ التنبؤات المبكرة، على سبيل المثال، أنه إذا تم الحفاظ على المستوى الحالي من انبعاثات مركبات الكربون الكلورية فلورية، بحلول منتصف القرن الحادي والعشرين. ومن الممكن أن ينخفض ​​محتوى الأوزون في طبقة الستراتوسفير إلى النصف؛ وربما كانوا متشائمين أكثر من اللازم. أولا، الثقب الموجود فوق القارة القطبية الجنوبية هو إلى حد كبير نتيجة لعمليات الأرصاد الجوية. لا يمكن تكوين الأوزون إلا في وجود الأشعة فوق البنفسجية ولا يحدث أثناء الليل القطبي. في فصل الشتاء، تتشكل دوامة مستمرة فوق القارة القطبية الجنوبية، مما يمنع تدفق الهواء الغني بالأوزون من خطوط العرض الوسطى. لذلك، بحلول الربيع، حتى كمية صغيرة من الكلور النشط يمكن أن تسبب ضررا خطيرا لطبقة الأوزون. مثل هذه الدوامة غائبة عمليا فوق القطب الشمالي، لذا فإن الانخفاض في تركيز الأوزون في نصف الكرة الشمالي أقل بكثير. يعتقد العديد من الباحثين أن عملية تدمير الأوزون تتأثر بالسحب الستراتوسفيرية القطبية. تتشكل هذه السحب عالية الارتفاع، والتي يتم ملاحظتها في كثير من الأحيان فوق القارة القطبية الجنوبية أكثر من القطب الشمالي، في فصل الشتاء، عندما تنخفض درجة الحرارة في الستراتوسفير في غياب ضوء الشمس وفي ظروف عزل الأرصاد الجوية في القارة القطبية الجنوبية إلى أقل من -80. 0 C. يمكن الافتراض أن مركبات النيتروجين تتكثف وتتجمد وتبقى مرتبطة بجزيئات السحاب وبالتالي تمنع من التفاعل مع الكلور. ومن الممكن أيضًا أن تحفز جزيئات السحابة انهيار خزانات الأوزون والكلور. كل هذا يشير إلى أن مركبات الكربون الكلورية فلورية قادرة على التسبب في انخفاض ملحوظ في تركيز الأوزون فقط في الظروف الجوية المحددة للقارة القطبية الجنوبية، وللحصول على تأثير ملحوظ في خطوط العرض الوسطى، يجب أن يكون تركيز الكلور النشط أعلى من ذلك بكثير. ثانيا، عندما يتم تدمير طبقة الأوزون، ستبدأ الأشعة فوق البنفسجية الصلبة في اختراق الغلاف الجوي بشكل أعمق. لكن هذا يعني أن تكوين الأوزون سيظل يحدث، ولكن بدرجة أقل قليلاً، في منطقة بها المزيد من الأكسجين. صحيح أن طبقة الأوزون في هذه الحالة ستكون أكثر عرضة للدوران الجوي.

وعلى الرغم من مراجعة التقييمات الأولية القاتمة، إلا أن هذا لا يعني بأي حال من الأحوال عدم وجود مشكلة. وبدلا من ذلك، أصبح من الواضح أنه لا يوجد خطر جدي فوري. وحتى أكثر التقديرات تفاؤلاً تتوقع، عند المستوى الحالي لانبعاثات مركبات الكربون الكلورية فلورية في الغلاف الجوي، حدوث اضطرابات خطيرة في المحيط الحيوي في النصف الثاني من القرن الحادي والعشرين، لذلك لا يزال من الضروري الحد من استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية.

إن احتمالات التأثير البشري على الطبيعة تتزايد باستمرار وقد وصلت بالفعل إلى مستوى يمكن من خلاله التسبب في ضرر لا يمكن إصلاحه للمحيط الحيوي. ليست هذه هي المرة الأولى التي يتبين فيها أن المادة التي كانت تعتبر لفترة طويلة غير ضارة تمامًا، خطيرة للغاية. قبل عشرين عاما، لم يكن أحد ليتخيل أن الهباء الجوي العادي يمكن أن يشكل تهديدا خطيرا لكوكب الأرض ككل. لسوء الحظ، ليس من الممكن دائمًا التنبؤ في الوقت المناسب بكيفية تأثير مركب معين على المحيط الحيوي. ومع ذلك، في حالة مركبات الكربون الكلورية فلورية، كان هناك مثل هذا الاحتمال: جميع التفاعلات الكيميائية التي تصف عملية تدمير الأوزون بواسطة مركبات الكربون الكلورية فلورية بسيطة للغاية ومعروفة منذ فترة طويلة. ولكن حتى بعد ظهور مشكلة مركبات الكربون الكلورية فلورية في عام 1974، كانت الدولة الوحيدة التي اتخذت أي تدابير لخفض إنتاج مركبات الكربون الكلورية فلورية هي الولايات المتحدة، وكانت هذه التدابير غير كافية على الإطلاق. لقد تطلب الأمر إثباتًا قويًا بما فيه الكفاية لمخاطر مركبات الكربون الكلورية فلورية لاتخاذ إجراءات جادة على نطاق عالمي. وتجدر الإشارة إلى أنه حتى بعد اكتشاف ثقب الأوزون، كان التصديق على اتفاقية مونتريال في وقت ما في خطر. ربما تعلمنا مشكلة مركبات الكربون الكلورية فلورية أن نتعامل بمزيد من الاهتمام والحذر مع جميع المواد التي تدخل المحيط الحيوي نتيجة للنشاط البشري.

رسوم الاكتشاف

فيما يلي بعض الحلقات فقط من هذه المنطقة. انفجر وعاء زجاجي مغلق يحتوي على مركب الزرنيخ في يد الكيميائي الألماني روبرت فيلهلم بنسن (1811-1899). تُرك العالم بدون عينه اليمنى وتسمم بشدة. أصبحت يدي بنسن خشنة للغاية ومشوهة من العمل بالمواد الكيميائية لدرجة أنه فضل إخفائها تحت الطاولة في الأماكن العامة. لكن في المختبر، أثبت "مناعتهم" عن طريق وضع إصبع السبابة في لهب غاز "موقد بنسن" وإبقائه هناك لعدة ثوان حتى تنتشر رائحة القرن المحترق؛ وفي الوقت نفسه قال بهدوء: "انظروا أيها السادة، في هذا المكان درجة حرارة اللهب تزيد عن ألف درجة".

تعرض الكيميائي الفرنسي تشارلز أدولف فورتز (1817-1884)، رئيس أكاديمية باريس للعلوم، لانفجار قوي عند تسخين خليط من ثلاثي كلوريد الفوسفور PC1 3 والصوديوم Na في أنبوب اختبار مفتوح. وأصابت الشظايا وجهه ويديه ودخلت إلى عينيه. ولم يكن من الممكن إزالتها من العيون على الفور. ومع ذلك، بدأوا تدريجيًا في الخروج من تلقاء أنفسهم. وبعد سنوات قليلة فقط، استعاد الجراحون رؤية فورتز الطبيعية.

دفع الفيزيائي والكيميائي الفرنسي بيير لويس دولونج (1785-1838)، عضو أكاديمية باريس للعلوم، ثمناً باهظاً لاكتشاف المادة المتفجرة نيتريد ثلاثي الكلور C1 3 N: فقد فقد عينه وثلاثة أصابع. ديفي، أثناء دراسة خصائص هذه المادة، كاد أن يفقد بصره.

توفي الأكاديمي الروسي ليمان نتيجة التسمم بالزرنيخ الذي دخل إلى رئتيه ومريئه أثناء انفجار معوجة في المختبر.

كاد الكيميائي الألماني ليبيج أن يموت عندما أسقط بلا مبالاة المدقة التي كان يستخدمها لطحن البلورات في هاون في وعاء معدني حيث تم تخزين متفجرات الزئبق شديدة الانفجار، "فلمينات الزئبق" Hg(CNO) 2 . مزق الانفجار سقف المنزل، لكن ليبيج نفسه سقط على الحائط، ونجا مصابًا بكدمات.

سمم الأكاديمي الروسي لوفيتز نفسه بالكلور في عام 1790. وكتب بهذه المناسبة: "بالإضافة إلى الألم المؤلم الذي شعرت به في صدري والذي استمر قرابة ثمانية أيام، حدث أيضًا أنه بسبب إهمالي... تصاعد الغاز في الهواء، وفقدت الوعي فجأة وسقطت". على الأرض."

غاي لوساك وتينارد، في إحدى محاولاتهما للحصول على البوتاسيوم عن طريق تسخين خليط من هيدروكسيد البوتاسيوم KOH ومسحوق الحديد Fe حسب التفاعل:

6KOH + 2Fe = 6K + Fe2O3 + 3H2O

كاد أن يموت بسبب انفجار أحد المختبرات. أمضى جاي لوساك ما يقرب من شهر ونصف في السرير، يتعافى من جروحه. حدثت قصة أخرى مع تينار. في عام 1825، خلال محاضرة عن كيمياء الزئبق، بدلاً من الماء المحلى بالسكر، أخذ عن طريق الخطأ رشفة من كوب يحتوي على محلول التسامي (كلوريد الزئبق HgCl 2)، وهو سم قوي. أعاد الزجاج بهدوء وأعلن بهدوء: "أيها السادة، لقد سممت نفسي. البيض النيئ يمكن أن يساعدني، من فضلك أحضره لي." هرع الطلاب الخائفون إلى المتاجر والمنازل المجاورة، وسرعان ما ارتفعت كومة من البيض أمام الأستاذ. تناول تينار بيضة نيئة ممزوجة بالماء. هذا أنقذه. البيضة النيئة هي ترياق ممتاز للتسمم بأملاح الزئبق.

توفي الأكاديمي الروسي نيكيتا بتروفيتش سوكولوف (1748-1795) بسبب التسمم بالفوسفور والزرنيخ أثناء دراسته لخصائص مركباتهما.

من الواضح أن وفاة شيل المبكرة عن عمر يناهز الرابعة والأربعين كانت بسبب التسمم بمادة سيانيد الهيدروجين HCN والأرسين AsH 3 التي حصل عليها لأول مرة، وهي سمية قوية لم يشك شيل فيها.

توفيت الكيميائية الروسية فيرا إيفستافيفنا بوغدانوفسكايا (1867-1896) عن عمر يناهز التاسعة والعشرين أثناء محاولتها إجراء تفاعل بين الفسفور الأبيض P 4 وحمض الهيدروسيانيك HCN. وانفجرت الأمبولة التي تحتوي على المادتين وأصابت يدها. بدأ تسمم الدم، وبعد أربع ساعات من الانفجار توفي بوجدانوفسكايا.

توفي الكيميائي الأمريكي جيمس وودهاوس (1770-1809) عن عمر يناهز التاسعة والثلاثين إثر تسمم منهجي بأول أكسيد الكربون، غير مدرك لسمية هذا الغاز. كان يبحث في اختزال خامات الحديد بالفحم:

Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO

أثناء الدراسة، تم إطلاق أول أكسيد الكربون CO - "أول أكسيد الكربون".

الكيميائي الإنجليزي ويليام كروكشانك (1745-1810) فقد عقله في السنوات الأخيرة من حياته بسبب التسمم التدريجي بالكلور C1 2 وأول أكسيد الكربون CO وثنائي كلوريد الكربون CC1 2 O (الفوسجين)، تخليق ودراسة خواصه. الذي كان منخرطا فيه.

قام الكيميائي الألماني أدولف فون باير (1835-1917)، الحائز على جائزة نوبل، بتصنيع ميثيل ثنائي كلورو آرسين CH 3 AsCl 2 في شبابه. ولم يكن يعلم أن هذه المادة سم قوي، فقرر أن يشمها. بدأ باير على الفور بالاختناق وسرعان ما فقد وعيه. تم إنقاذه من قبل كيكولي، الذي أخرج باير في الهواء الطلق. كان باير متدربًا لدى كيكولي.

المعادن النادرة هي مستقبل التكنولوجيا الجديدة

أرقام وحقائق

العديد من المعادن النادرة، التي لم تجد فائدة تذكر لفترة طويلة، تُستخدم الآن على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم. لقد جلبوا إلى الحياة مجالات جديدة تمامًا من الصناعة والعلوم والتكنولوجيا الحديثة - مثل الطاقة الشمسية، والنقل المغناطيسي عالي السرعة، والبصريات تحت الحمراء، والإلكترونيات الضوئية، والليزر، وأجهزة الكمبيوتر من أحدث الأجيال.

باستخدام الفولاذ منخفض السبائك الذي يحتوي فقط على 0.03-0.07% من النيوبيوم و0.01-0.1% من الفاناديوم، من الممكن تقليل وزن الهياكل بنسبة 30-40% في تشييد الجسور والمباني متعددة الطوابق وخطوط أنابيب الغاز والنفط، معدات حفر الاستكشاف الجيولوجي وما إلى ذلك. وفي الوقت نفسه، يزيد عمر خدمة الهياكل بمقدار 2-3 مرات.

وقد مكّن المغناطيس الذي يستخدم مواد فائقة التوصيل تعتمد على النيوبيوم من بناء الحوامات في اليابان، حيث وصلت سرعتها إلى 577 كم/ساعة.

تستخدم سيارة أمريكية عادية 100 كجم من فولاذ HSLA مع النيوبيوم والفاناديوم والأتربة النادرة و25 جزءًا مصنوعًا من سبائك النحاس والبريليوم والزركونيوم والإيتريوم. وفي الوقت نفسه، انخفض وزن السيارة في الولايات المتحدة (من 1980 إلى 1990) بمقدار 1.4 مرة. منذ عام 1986، بدأ تجهيز السيارات بمغناطيس يحتوي على النيوديميوم (37 جم من النيوديميوم لكل سيارة)

ويجري تطوير المركبات الكهربائية التي تعمل ببطاريات الليثيوم، ومركبات وقود الهيدروجين التي تحتوي على نيتريد اللانثانم وغيرها بشكل مكثف.

قامت شركة وستنجهاوس الأمريكية بتطوير خلايا وقود عالية الحرارة تعتمد على أكاسيد الزركونيوم والإيتريوم، مما يزيد من كفاءة محطات الطاقة الحرارية من 35 إلى 60%.

ومن خلال إدخال أجهزة الإضاءة الموفرة للطاقة والمعدات الإلكترونية المصنوعة باستخدام عناصر نادرة، تتوقع الولايات المتحدة توفير ما يصل إلى 50% من الكهرباء من 420 مليار كيلووات/ساعة يتم إنفاقها على الإضاءة. في اليابان والولايات المتحدة، تم إنشاء مصابيح تحتوي على الفوسفورات التي تحتوي على الإيتريوم واليوروبيوم والتيربيوم والسيريوم. تحل المصابيح المتوهجة بقدرة 27 واط محل المصابيح المتوهجة بقدرة 60-75 واط بنجاح. يتم تقليل استهلاك الكهرباء للإضاءة بنسبة 2-3 مرات.

استخدام الطاقة الشمسية مستحيل بدون الغاليوم. تخطط وكالة ناسا الأمريكية لتزويد الأقمار الصناعية الفضائية بخلايا شمسية تعتمد على زرنيخيد الغاليوم.

معدل نمو استهلاك المعادن النادرة في مجال الإلكترونيات مرتفع للغاية. ففي عام 1984، بلغت قيمة المبيعات العالمية للدوائر المتكاملة التي تستخدم زرنيخيد الغاليوم 30 مليون دولار؛ وفي عام 1990، قدرت قيمتها بالفعل بنحو مليار دولار.

إن استخدام العناصر الأرضية النادرة (الأتربة النادرة) ومعدن الرينيوم النادر في تكسير النفط سمح للولايات المتحدة بتقليل استخدام البلاتين باهظ الثمن بشكل حاد، مع زيادة كفاءة العملية وزيادة إنتاج البنزين عالي الأوكتان بنسبة 15 بالمائة .

وفي الصين، تُستخدم التربة النادرة بنجاح في الزراعة لتخصيب الأرز والقمح والذرة وقصب السكر وبنجر السكر والتبغ والشاي والقطن والفول السوداني والفواكه والزهور. وزاد محصول المحاصيل الغذائية بنسبة 5-10%، والمحاصيل التقنية بأكثر من 10%. تحسنت جودة القمح بسبب ارتفاع نسبة البروتين والليسين، وزاد محتوى السكر في الفواكه وقصب السكر والبنجر، وتحسن لون الزهور، وتحسنت جودة الشاي والتبغ.

في كازاخستان، بناءً على توصية العلماء الروس، تم تطبيق طريقة جديدة لاستخدام التربة النادرة في الزراعة التي طورها F. V. سايكين. تم إجراء التجارب على مساحات واسعة وحققت تأثيراً ممتازاً - زيادة محصول القطن والقمح والمحاصيل الأخرى بنسبة 65٪. تم تحقيق هذه الكفاءة العالية، أولاً، بسبب حقيقة أنهم لم يستخدموا خليطًا من جميع العناصر الأرضية النادرة في نفس الوقت، كما جرت العادة في الصين، ولكن استخدموا نيوديميومًا واحدًا فقط (نظرًا لأن بعض اللانثانيدات لا تزيد الإنتاجية، ولكن، على العكس من ذلك، قلل منه). ثانياً، كما يفعلون في الصين، لم يقوموا برش النباتات الزراعية خلال فترات ازدهارها، الأمر الذي يتطلب عمالة كثيفة. وبدلاً من ذلك، قاموا فقط بنقع الحبوب قبل زراعتها في محلول مائي يحتوي على النيوديميوم. هذه العملية أبسط وأرخص بكثير.

حتى وقت قريب، كان الإيتريوم يستخدم بشكل نادر للغاية في التكنولوجيا، وكان استخراجه مناسبًا - يُقاس بالكيلوجرام. ولكن اتضح أن الإيتريوم قادر على زيادة التوصيل الكهربائي لكابلات الألومنيوم بشكل كبير وقوة المواد الهيكلية الخزفية الجديدة. وهذا يعد بتأثير اقتصادي كبير جدًا. وقد تزايد الاهتمام بالانثانيدات الإيتريوم والإيتريوم ــ السماريوم، واليوروبيوم، والتربيوم ــ بشكل ملحوظ.

سكانديوم (كان سعره في وقت ما أعلى بكثير من سعر الذهب)، بفضل المزيج الفريد لعدد من خصائصه، يتمتع الآن باهتمام متزايد في مجال الطيران وتكنولوجيا الصواريخ والليزر.

القيمة الهيدروجينية للإنسان

من المعروف أن درجة الحموضة في دم الشخص السليم تتراوح بين 7.3-7.4. بتعبير أدق، تبلغ درجة الحموضة في بلازما الدم حوالي 7.36 - أي أن تركيز كاتيونات الأكسونيوم H 3 O + هنا هو 4.4. 10 -8 مول/لتر. ومحتوى أيونات هيدروكسيد OH في بلازما الدم هو 2.3. 10 -7 مول/لتر، أي حوالي 5.3 مرة أكثر. وبالتالي، فإن رد فعل الدم قلوي قليلاً جداً.

عادة ما تكون التغيرات في تركيز كاتيونات الأكسونيوم في الدم ضئيلة، أولاً، بسبب التنظيم الفسيولوجي المستمر للتوازن الحمضي القاعدي أثناء حياة الجسم، وثانيًا، بسبب وجود "أنظمة عازلة" خاصة في الدم .

الأنظمة المنظمة في الكيمياء هي خليط من الأحماض الضعيفة مع أملاح من نفس الأحماض (أو قواعد ضعيفة مع أملاح من نفس القواعد). من أمثلة الأنظمة المنظمة محاليل خليط من حمض الأسيتيك CH 3 COOH وأسيتات الصوديوم CH 3 COONa أو هيدرات الأمونيا NH 3 . H 2 O وكلوريد الأمونيوم NH 4 Cl. بسبب التوازنات الكيميائية المعقدة، يحافظ النظام العازل للدم على قيمة pH ثابتة تقريبًا حتى مع إدخال حمض أو قلوي "إضافي".

بالنسبة لبلازما الدم، فإن النظام المنظم الأكثر أهمية هو الكربونات (يتكون من بيكربونات الصوديوم NaHCO 3 وحمض الكربونيك H 2 CO 3)، وكذلك الأرثوفوسفات (أورثوفوسفات هيدروجين الصوديوم وثنائي هيدروجين أورثوفوسفات Na 2 HPO 4 وNaH 2 PO 4) و البروتين (الهيموجلوبين).

يقوم نظام الكربونات العازلة بعمل جيد في تنظيم حموضة الدم. إذا دخلت كمية متزايدة من حمض اللاكتيك إلى الدم، والتي تتشكل في العضلات من الجلوكوز أثناء العمل البدني الشاق، فسيتم تحييدها. وينتج عن ذلك حمض الكربونيك، الذي يتم إزالته على شكل غاز ثاني أكسيد الكربون، والذي يتم إخراجه عبر الرئتين.
عندما يحدث الإجهاد أو المرض، تدخل كمية كبيرة جدًا من الأحماض العضوية إلى الدم، وتفشل الآليات التنظيمية، ويصبح الدم شديد الحموضة. إذا اقتربت درجة حموضة الدم من 7.2، فهذه إشارة إلى حدوث اضطرابات خطيرة في وظائف الجسم الحيوية، وعند درجة حموضة 7.1 وأقل، يمكن أن تؤدي التغيرات التي لا رجعة فيها إلى الوفاة.

ويحتوي عصير المعدة لدى الإنسان على حمض ويتراوح الرقم الهيدروجيني له من 0.9 إلى 1.6. بسبب كمية كبيرة من حمض الهيدروكلوريك، عصير المعدة له تأثير مبيد للجراثيم.

يحتوي العصير المعوي على تفاعل محايد تقريبًا (درجة الحموضة من 6.0 إلى 7.6). على العكس من ذلك، فإن لعاب الإنسان دائمًا ما يكون قلويًا (الرقم الهيدروجيني 7.4 – 8.0).

ويتم تنظيم حموضة "العصائر البشرية" عن طريق البول، حيث يكون تركيز كاتيونات الأكسونيوم H 3 O + غير مستقر للغاية: يمكن أن ينخفض ​​الرقم الهيدروجيني لهذا السائل إلى 5.0 وحتى 4.7 أو يزيد إلى 8.0 - اعتمادًا على حالة الجسم. التمثيل الغذائي للشخص.

تعمل البيئة الحمضية على قمع نشاط الكائنات الحية الدقيقة الضارة وبالتالي فهي بمثابة نوع من الحماية ضد العدوى. لكن البيئة القلوية هي إشارة إلى وجود العمليات الالتهابية، وبالتالي المرض.

تقنيات الهيدروجين للمستقبل في صناعة السيارات

يتم سماع أطروحة "الهيدروجين هو وقود المستقبل" بشكل متزايد. تقوم معظم شركات صناعة السيارات الكبرى بتجربة خلايا الوقود. تظهر مثل هذه السيارات التجريبية بأعداد كبيرة في المعارض. ولكن هناك شركتان تتخذان نهجا مختلفا لتحويل السيارات إلى الطاقة الهيدروجينية.

ويربط الخبراء "مستقبل الهيدروجين" في وسائل النقل بالدرجة الأولى بخلايا الوقود. الجميع يدرك جاذبيتهم.

لا توجد أجزاء متحركة ولا انفجارات. يتحد الهيدروجين والأكسجين بهدوء وسلام في "صندوق ذو غشاء" (هكذا يمكنك تخيل خلية وقود بطريقة مبسطة) وينتج بخار الماء بالإضافة إلى الكهرباء.

تتنافس شركات فورد وجنرال موتورز وتويوتا ونيسان والعديد من الشركات الأخرى مع السيارات التي تعمل بخلايا الوقود، وهي على وشك إرباك الجميع بتعديلات الهيدروجين على بعض طرازاتها العادية.

ظهرت محطات تعبئة الهيدروجين بالفعل في عدة أماكن في ألمانيا واليابان والولايات المتحدة الأمريكية. يتم بناء أولى محطات التحليل الكهربائي للمياه في كاليفورنيا، باستخدام التيار الناتج عن الألواح الشمسية. وتجري تجارب مماثلة في جميع أنحاء العالم.

من المعتقد أن الهيدروجين الذي يتم إنتاجه بطريقة صديقة للبيئة (الرياح والشمس والماء) هو وحده الذي سيوفر لنا كوكبًا نظيفًا حقًا. علاوة على ذلك، وفقا للخبراء، فإن الهيدروجين "التسلسلي" لن يكون أكثر تكلفة من البنزين. ومن الأمور الجذابة بشكل خاص هنا تحلل الماء عند درجات حرارة عالية في وجود محفز.

حول الصداقة البيئية المشكوك فيها لإنتاج الألواح الشمسية؛ أو مشكلة إعادة تدوير البطاريات لمركبات خلايا الوقود (وهي في الواقع سيارات هجينة، حيث إنها مركبات كهربائية مزودة بمحطة طاقة هيدروجينية) - يفضل المهندسون التحدث ثانيًا أو ثالثًا.

وفي الوقت نفسه، هناك طريقة أخرى لإدخال الهيدروجين في المركبات، وهي حرقه في محركات الاحتراق الداخلي. يتم اتباع هذا النهج من قبل BMW و Mazda. يرى المهندسون اليابانيون والألمان مزاياهم في هذا.

زيادة وزن السيارة تأتي فقط من نظام وقود الهيدروجين، بينما في السيارة التي تعمل بخلايا الوقود فإن الزيادة (خلايا الوقود، نظام الوقود، المحركات الكهربائية، محولات التيار، البطاريات القوية) تتجاوز بشكل كبير "التوفير" الناتج عن إزالة محرك الاحتراق الداخلي وناقل الحركة الميكانيكي الخاص بها.

كما أن الخسارة في المساحة المفيدة تكون أقل أيضًا بالنسبة للسيارة المزودة بمحرك احتراق داخلي يعمل بالهيدروجين (على الرغم من أن خزان الهيدروجين في كلتا الحالتين يلتهم جزءًا من صندوق السيارة). ويمكن تقليل هذه الخسارة إلى الصفر من خلال صنع سيارة (ذات محرك احتراق داخلي) تستهلك الهيدروجين فقط. ولكن هذا هو المكان الذي تلعب فيه الورقة الرابحة الرئيسية "للمنشقين" اليابانيين والألمان.

وهذا النهج، وفقا لشركات صناعة السيارات، سيسهل التحول التدريجي للمركبات إلى الطاقة الهيدروجينية فقط. بعد كل شيء، لن يتمكن العميل من شراء مثل هذه السيارة بضمير مرتاح إلا عندما تظهر محطة واحدة على الأقل لتعبئة الهيدروجين في المنطقة التي يعيش فيها. ولن يضطر إلى القلق بشأن بقائه بعيدًا عنها بخزان هيدروجين فارغ.

وفي الوقت نفسه، سيتم إعاقة الإنتاج التسلسلي والمبيعات الكبيرة لمركبات خلايا الوقود بشكل كبير لفترة طويلة بسبب العدد الصغير من محطات الوقود هذه. نعم، وتكلفة خلايا الوقود لا تزال مرتفعة. بالإضافة إلى ذلك، فإن تحويل محركات الاحتراق الداخلي التقليدية (مع الإعدادات المناسبة) إلى الهيدروجين لا يجعلها أكثر نظافة فحسب، بل يزيد أيضًا من الكفاءة الحرارية ويحسن مرونة التشغيل.

والحقيقة هي أن الهيدروجين لديه نطاق أوسع بكثير من نسب الخلط مع الهواء، مقارنة بالبنزين، حيث لا يزال من الممكن اشتعال الخليط. ويحترق الهيدروجين بشكل كامل، حتى بالقرب من جدران الأسطوانة، حيث عادة ما يبقى خليط العمل غير المحترق في محركات البنزين.

لذلك، تقرر - "تغذية" محرك الاحتراق الداخلي بالهيدروجين. تختلف الخصائص الفيزيائية للهيدروجين اختلافًا كبيرًا عن خصائص البنزين. كان على الألمان واليابانيين أن يجهدوا عقولهم بشأن أنظمة الطاقة. لكن النتيجة كانت تستحق العناء.

تجمع سيارات الهيدروجين التي عرضتها BMW وMazda بين الديناميكيات العالية المألوفة لدى أصحاب السيارات التقليدية الخالية من الانبعاثات. والأهم من ذلك أنها أكثر ملاءمة للإنتاج الضخم من مركبات خلايا الوقود "فائقة الابتكار".

اتخذت BMW وMazda خطوة من خلال اقتراح التحول التدريجي للمركبات إلى الهيدروجين. إذا قمت ببناء سيارات يمكن تشغيلها بالهيدروجين والبنزين، كما يقول المهندسون اليابانيون والألمان، فسوف يتبين أن ثورة الهيدروجين ستكون "مخملية". مما يعني أنه أكثر واقعية.

تغلب صانعو السيارات في شركتين معروفتين على جميع الصعوبات المرتبطة بهذا التهجين. مثل السيارات التي تعمل بخلايا الوقود، والتي من المتوقع أن تظهر قريباً، كان على صانعي السيارات المزودة بمحركات الاحتراق الداخلي للهيدروجين أن يقرروا أولاً كيفية تخزين الهيدروجين في السيارة.

الخيار الأكثر واعدة هو هيدريدات المعادن - حاويات ذات سبائك خاصة تمتص الهيدروجين في شبكتها البلورية وتطلقه عند تسخينه. وهذا يضمن أعلى مستويات السلامة في التخزين وأعلى كثافة لتغليف الوقود. لكن هذا هو الخيار الأكثر إزعاجًا والأطول من حيث التنفيذ الشامل.

أقرب إلى الإنتاج الضخم هي أنظمة الوقود التي تحتوي على خزانات يتم فيها تخزين الهيدروجين في شكل غازي تحت ضغط مرتفع (300-350 ضغط جوي)، أو في شكل سائل، عند ضغط منخفض نسبيًا ولكن درجة حرارة منخفضة (253 درجة مئوية تحت الصفر). وعليه، في الحالة الأولى نحتاج إلى أسطوانة مصممة للضغط العالي، وفي الحالة الثانية - عزل حراري قوي.

الخيار الأول هو أكثر خطورة، ولكن في مثل هذا الخزان يمكن تخزين الهيدروجين لفترة طويلة. وفي الحالة الثانية، تكون السلامة أعلى بكثير، لكن لا يمكنك ركن سيارة الهيدروجين لمدة أسبوع أو أسبوعين. بتعبير أدق، سوف تضعه، ولكن الهيدروجين سوف يسخن، على الأقل ببطء. سيزداد الضغط وسيبدأ صمام الأمان في ضخ وقود باهظ الثمن إلى الغلاف الجوي.

اختارت مازدا خيار خزان الضغط العالي BMW - مع الهيدروجين السائل.

يدرك الألمان جميع أوجه القصور في مخططهم، ولكن الآن تقوم شركة BMW بالفعل بتجربة نظام تخزين غير عادي، والذي ستقوم بتثبيته على سياراتها الهيدروجينية التالية.

أثناء تشغيل المركبة، يتولد الهواء السائل من الجو المحيط ويتم ضخه في الفجوة الموجودة بين جدران خزان الهيدروجين والعزل الحراري الخارجي. في مثل هذا الخزان، بالكاد يسخن الهيدروجين بينما يتبخر الهواء السائل الموجود في الغلاف الخارجي. وتقول شركة BMW إنه باستخدام مثل هذا الجهاز، يمكن تخزين الهيدروجين في السيارة الخاملة دون خسارة لمدة 12 يومًا تقريبًا.

القضية المهمة التالية هي طريقة تزويد المحرك بالوقود. ولكن هنا نحتاج أولاً إلى الانتقال إلى السيارات نفسها.

تقوم شركة BMW بتشغيل أسطول من "السبعات" الهيدروجينية التجريبية منذ عدة سنوات. نعم، قام البافاريون بتحويل النموذج الرئيسي إلى الهيدروجين. لاحظ أن شركة BMW قامت ببناء أول سيارة تعمل بالهيدروجين في عام 1979، ولكن في السنوات القليلة الماضية فقط انطلقت الشركة فعليًا بسيارات الهيدروجين الجديدة. كجزء من برنامج CleanEnergy في 1999-2001، قامت شركة BMW ببناء عدة "سبعات" تعمل بالوقود المزدوج (بنزين/هيدروجين).

تنتج محركاتها V-8 سعة 4.4 لتر قوة 184 حصانًا باستخدام الهيدروجين. وعلى هذا الوقود (تبلغ السعة في أحدث إصدار من السيارة 170 لترًا)، يمكن لسيارات الليموزين السفر مسافة 300 كيلومتر، و650 كيلومترًا أخرى بالبنزين (يتبقى خزان قياسي في السيارة).

كما صنعت الشركة محرك 12 سلندر ثنائي الوقود، كما زودت سيارة ميني كوبر التجريبية بمحرك هيدروجين 4 سلندر سعة 1.6 لتر.

قامت الشركة أولاً بتطوير حقن غاز الهيدروجين في أنابيب السحب (قبل الصمامات). ثم قامت بتجربة الحقن المباشر لغاز الهيدروجين (تحت ضغط مرتفع) مباشرة في الاسطوانة.

وأعلنت لاحقًا أن حقن الهيدروجين السائل في المنطقة الواقعة أمام صمامات السحب هو الخيار الواعد على ما يبدو. لكن الاختيار النهائي لم يتم بعد وستستمر الأبحاث في هذا المجال. تتمتع Mazda بفخرها الخاص: فقد قامت بتكييف محركاتها الدوارة الشهيرة Wankel للهيدروجين.

قامت الشركة اليابانية ببناء مثل هذه السيارة لأول مرة في عام 1991، لكنها كانت سيارة ذات مفهوم خالص من المصد إلى المصد.

لكن في يناير/كانون الثاني 2004 انفجرت قنبلة. أظهر اليابانيون نسخة الهيدروجين (أو بالأحرى الوقود المزدوج) من سيارتهم الرياضية الشهيرة RX-8. بالمناسبة، فاز محركه الدوار الذي يحمل اسمه، RENESIS، بلقب "محرك عام 2003"، متغلبًا على منافسيه المكبسين الكلاسيكيين في هذه المسابقة الدولية لأول مرة في التاريخ.

والآن تم تعليم RENESIS كيفية "أكل" الهيدروجين مع الحفاظ على قوة البنزين. وفي الوقت نفسه، يؤكد اليابانيون على ميزة محرك وانكل بمثل هذا التحويل.

توجد أمام منافذ السحب في جسم المحرك الدوار مساحة كبيرة، حيث، على عكس رأس الأسطوانة الضيق لمحرك الاحتراق الداخلي المكبس، من السهل وضع الحاقنات. يوجد اثنان منهم لكل قسم من قسمي RENESIS.

في محرك وانكل، يتم فصل تجاويف الشفط والضغط وشوط الطاقة والعادم (بينما في المحرك التقليدي تكون نفس الأسطوانة).

لذلك، لا يمكن أن يحدث هنا اشتعال عرضي سابق لأوانه للهيدروجين من "نار قادمة"، وتعمل فوهات الحقن دائمًا في منطقة باردة مواتية (من حيث المتانة) للمحرك. على الهيدروجين، يطور وانكل الياباني 110 حصانا - ما يقرب من نصف ما هو عليه في البنزين.

في الواقع، على أساس الوزن إلى الوزن، يعتبر الهيدروجين وقودًا غنيًا بالطاقة أكثر من البنزين. ولكن هذه هي إعدادات نظام الوقود التي اختارها مهندسو مازدا.

لذلك، وجهت BMW وMazda ضربة مزدوجة لمعسكر خلايا الوقود. على الرغم من أن تكلفة هذا الأخير تتناقص باستمرار، وتتحسن التقنيات، فمن الممكن أن تكون محركات الاحتراق الداخلي التسلسلية التي تعمل بالهيدروجين هي التي ستفتح حقبة جديدة على طرق الكوكب.

هذه هي توقعات بافاريا.

على مدى السنوات الثلاث المقبلة، سيتم بناء محطات غاز الهيدروجين (واحدة على الأقل في كل مرة) في جميع عواصم أوروبا الغربية، وكذلك على أكبر الطرق السريعة عبر أوروبا.

بحلول عام 2010، ستظهر أولى السيارات التي تعمل بالوقود المزدوج في المتاجر. في عام 2015، سيكون هناك بالفعل عدة آلاف منهم على الطرق. بحلول عام 2025، سيتم تشغيل ربع أسطول المركبات في العالم بالهيدروجين. ولم يحدد الألمان الحساسون نسبة سيارات الهيدروجين التي ستكون سيارات ذات محركات احتراق داخلي وسيارات تعمل بخلايا الوقود.

معجزات الكتاب المقدس

كما هو موضح في الكتاب المقدس (دانيال .الخامس(26، 28)، خلال عيد الملك البابلي بيلشاصر، ظهرت يد على جدار القصر، تكتب كلمات غير مفهومة للحاضرين: "مين، مين، تكيل، أوفرسين". النبي اليهودي دانيال، فك هذه الكلمات، تنبأ بموت بيلشاصر، الذي حدث قريبا.

إذا قمت بإذابة الفوسفور الأبيض في ثاني كبريتيد الكربون CS 2 ثم ارسم بالمحلول المركز الناتج يدًا على جدار رخامي متبوعًا بالكلمات، فيمكنك ملاحظة مشهد مشابه لذلك الذي أعيد سرده في الكتاب المقدس. يكون محلول الفوسفور في ثاني كبريتيد الكربون عديم اللون، لذلك لا يكون النمط مرئيًا في البداية. عندما يتبخر CS 2، يتم إطلاق الفسفور الأبيض على شكل جزيئات صغيرة تبدأ في التوهج ثم تشتعل في النهاية - تشتعل تلقائيًا:

ف 4 + 5O 2 = ف 4 O 10؛

عندما يحترق الفوسفور، يختفي التصميم والنقش؛ منتج الاحتراق - رباعي الفوسفور ديكاوكسيد P 4 O 10 - يدخل في حالة بخار ومع رطوبة الهواء يعطي حمض الأرثوفوسفوريك:

ف 4 س 10 + 6 ح 2 س = 4 ح 3 ص 4،

والتي تُلاحظ على شكل سحابة صغيرة من الضباب المزرق، تتبدد تدريجياً في الهواء.

يمكنك إضافة كمية صغيرة من الفسفور الأبيض إلى ذوبان الشمع أو البارافين المتصلب. إذا قمت بعمل نقش على الحائط بقطعة من الخليط المجمد، عند الغسق وفي الليل، يمكنك رؤيته متوهجًا. يقوم الشمع والبارافين بحماية الفسفور من الأكسدة السريعة وزيادة مدة توهجه.

موسى بوش

ذات مرة، كما يخبرنا الكتاب المقدس (الخروج 3، 1)، كان النبي موسى يرعى الغنم فرأى "الشوك يحترق بالنار ولم يحترق".

وتنمو بين رمال سيناء شجيرة الديبتام، التي تسمى في تلك الأماكن «شجيرة موسى». في عام 1960، قام العلماء البولنديون بزراعة هذا النبات في محمية طبيعية، وفي أحد أيام الصيف الحارة "أضاء" بالفعل بلهب أحمر مزرق، دون أن يصاب بأذى. أظهرت الأبحاث أن شجيرة الديبتام تنتج زيوتًا أساسية متطايرة. في الطقس الهادئ والهادئ، يزداد تركيز هذه الزيوت شديدة التقلب في الهواء حول الأدغال بشكل حاد؛ عند تعرضها لأشعة الشمس المباشرة، فإنها تشتعل وتحترق بسرعة، وتطلق الطاقة في المقام الأول على شكل ضوء. وتبقى الأدغال نفسها سليمة وغير تالفة.

هناك العديد من المواد القابلة للاشتعال المعروفة من هذا النوع. وبالتالي، فإن ثاني كبريتيد الكربون CS 2 (في الظروف العادية هو سائل عديم اللون ومتقلب للغاية) في شكل أبخرة يتم إشعاله بسهولة بواسطة أي جسم ساخن ويحترق بلهب أزرق فاتح عند درجة حرارة منخفضة بحيث لا يحرق الورق.

الربيع المر

عبر الإسرائيليون بقيادة موسى صحراء صور الخالية من الماء. وبعد أن أرهقهم العطش، بالكاد وصلوا إلى مدينة مير، لكنهم اكتشفوا أن الماء هنا مرير ويستحيل شربه. "فتذمروا على موسى..." (الكتاب المقدس، خروج.الرابع عشر، 5-21). لكن الله أمر النبي أن يلقي شجرة تنمو بالقرب منها في الماء. و- معجزة! - الماء أصبح صالحاً للشرب!

وفي محيط مراح لا يزال هناك مر

حصل نادي أمكار لكرة القدم من بيرم على اسمه من اختصار مادتين كيميائيتين - الأمونيا واليوريا، حيث أنهما كانا المنتجات الرئيسية لشركة Mineral Fertilizers OJSC، التي أنشأت النادي.

كيف اكتشف مندليف القانون الدوري؟

هناك أسطورة منتشرة مفادها أن فكرة الجدول الدوري للعناصر الكيميائية جاءت إلى مندليف في المنام. وفي أحد الأيام سُئل عما إذا كان هذا صحيحًا، فأجاب العالم: "لقد كنت أفكر في الأمر ربما لمدة عشرين عامًا، لكنك تعتقد: جلست هناك وفجأة... أصبح جاهزًا".

لماذا كان من المفترض أن يصبح الكيميائي السويدي شيله كونتًا، لكنه لم يفعل؟

خلال زيارة الملك السويدي غوستاف الثالث إلى باريس، جاء إليه وفد من العلماء الفرنسيين وأعربوا عن احترامهم لعمل الكيميائي المتميز كارل فيلهلم شيل في السويد، الذي اكتشف العديد من المواد العضوية وغير العضوية. نظرًا لأن الملك لم يسمع أبدًا عن شيل، فقد خرج بعبارات عامة، ثم أصدر على الفور أمرًا بترقية الكيميائي إلى رتبة فارس. ومع ذلك، فإن رئيس الوزراء أيضا لم يكن يعرف العالم، ونتيجة لذلك، ذهب عنوان العد إلى شيلي آخر - ملازم مدفعي، وظل الكيميائي غير معروف للملك ورجال الحاشية.

ما هي المخلوقات المسؤولة عن لون الشلالات الدموية في القارة القطبية الجنوبية؟

في القارة القطبية الجنوبية، تنبثق الشلالات الدموية أحيانًا من نهر تايلور الجليدي. يحتوي الماء الموجود فيه على حديد ثنائي التكافؤ، والذي عند دمجه مع الهواء الجوي، يتأكسد ويشكل الصدأ. وهذا يعطي الشلال اللون الأحمر الدموي. ومع ذلك، فإن الحديد ثنائي التكافؤ لا يظهر في الماء بهذه الطريقة فحسب، بل يتم إنتاجه بواسطة بكتيريا تعيش في خزان معزول عن العالم الخارجي، في أعماق الجليد. وتمكنت هذه البكتيريا من تنظيم دورة حياتها في ظل الغياب التام لأشعة الشمس والأكسجين. يقومون بمعالجة المخلفات العضوية و"تنفس" الحديد الحديدي من الصخور المحيطة.

ما العنصر الكيميائي الذي تم الحصول عليه كأثر جانبي لمحاولة عزل الذهب من البول؟

في عام 1669، قرر الكيميائي الألماني براند هينيغ، بحثًا عن حجر الفلاسفة، محاولة تصنيع الذهب من البول البشري. ومن خلال عملية التبخير والتقطير والتكليس حصل على مسحوق أبيض يتوهج في الظلام. اعتبرها هينيج "المادة البدائية" من الذهب وأطلق عليها اسم "حامل الضوء" (تُنطق "الفوسفور" في اليونانية). وعندما لم يؤد المزيد من التلاعب بهذا الأمر إلى إنتاج المعدن الثمين، بدأ في بيع المادة الجديدة بسعر أعلى من سعر الذهب نفسه.

ما هي الصناعات التي تستخدم المادة المسؤولة عن رائحة البراز؟

المركب العضوي السكاتول هو المسؤول عن الرائحة المميزة للبراز. ومع ذلك، في جرعات صغيرة، يحتوي السكاتول على رائحة زهرية لطيفة. يتم استخدامه لإنتاج العطور والسجائر، في صناعة المواد الغذائية.

ما الذي يساعد على اكتشاف قطع الليغو إذا ابتلعها الأطفال؟

يحتوي البلاستيك المستخدم في قطع الليغو على كبريتات الباريوم. وهذا الملح غير قابل للذوبان في الماء، مما يجعله غير سام للجسم، ويظهر بوضوح في الأشعة السينية. وبهذه الطريقة، إذا ابتلع الطفل جزءًا، سيكون من السهل العثور عليه من خلال هذه الصور.

لماذا كان البلاتين في البداية أرخص من الفضة، ولكنه الآن أغلى بكثير؟

البلاتين يعني حرفيا "الفضة" باللغة الإسبانية. هذا الاسم المهين الذي أطلقه الغزاة على هذا المعدن يرجع إلى صهر البلاتين الاستثنائي، الذي لا يمكن صهره، ولم يتم استخدامه لفترة طويلة، وكانت قيمته نصف قيمة الفضة. الآن في البورصات العالمية، البلاتين أغلى بنحو 100 مرة من الفضة.

ما الطيور ساعدت عمال المناجم؟

طيور الكناري حساسة جدًا لمحتوى الميثان الموجود في الهواء. تم استخدام هذه الميزة ذات مرة من قبل عمال المناجم الذين أخذوا معهم قفصًا به طائر الكناري أثناء سيرهم تحت الأرض. إذا لم يسمع الغناء لفترة طويلة، فمن الضروري الصعود إلى الطابق العلوي في أسرع وقت ممكن.

كيفية استخدام الطيور للكشف عن تسربات الغاز؟

وفي بعض الولايات، يضيف الأمريكيون مادة كيميائية تشبه رائحة اللحم الفاسد إلى الغاز الذي يتدفق عبر خطوط أنابيب الغاز. وهذا يجعل من السهل العثور على نقطة التسرب التي تبدأ النسور بالدوران حولها.

ربما تكون قد شاهدت الجدول الدوري للعناصر من قبل. ربما لا تزال تظهر في أحلامك، أو ربما غرق في غياهب النسيان بالنسبة لك، حيث لم يكن أكثر من مجرد زخرفة على جدار الفصل الدراسي، مصممة لجعل المكتب أكثر احترامًا. ومع ذلك، هناك ما هو أكثر في هذا النظام من الخلايا العشوائية على ما يبدو مما تراه العين.

يحتوي الجدول الدوري (أو PT، كما ستشير إليه هذه المقالة بشكل دوري) والعناصر التي يصفها على ميزات ربما لم تخمنها من قبل. من الأصول غير المتوقعة إلى الإضافات الجديدة، إليك عشر حقائق ربما لا تعرفها عن الجدول الدوري للعناصر.

10. حصل مندليف على المساعدة

تم استخدام الجدول الدوري منذ عام 1869، عندما تم إنشاؤه من قبل الملتحي ديميتري مندلييف. يعتقد معظم الناس أن مندليف هو الوحيد الذي اخترع الجدول وأصبح الكيميائي العبقري في القرن. ومع ذلك، فقد حظيت جهوده بدعم العديد من العلماء الأوروبيين الذين قدموا مساهمات مهمة لإكمال هذا المخطط الضخم للعناصر.

مندليف، كما ينبغي أن يكون، معروف على نطاق واسع بأنه أبو الجدول الدوري، لكنه لم يوثق كل عنصر معروف لنا.

9. الإضافات الجديدة

الصورة: الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC).

صدق أو لا تصدق، الجدول الدوري لم يتغير كثيرًا منذ الخمسينيات. ومع ذلك، في 2 ديسمبر 2016، تمت إضافة أربعة عناصر جديدة: النيهونيوم (العنصر 113)، موسكوفيوم (العنصر 115)، تينيسين (العنصر 117)، وأوجانيسون (العنصر 118). تم الإعلان عن هذه الإضافات الجديدة في يونيو 2016، ولكنها تطلبت خمسة أشهر من التحليل قبل أن يتم إضافتها رسميًا إلى حزب العمال.

تم تسمية كل عنصر من هذه العناصر على اسم المدينة أو الولاية التي تم اكتشافها فيها، باستثناء عنصر أوغانيسون الذي سمي على اسم عالم الفيزياء النووية الروسي يوري أوغانيسيان لجهوده في توثيق العنصر.

8. لا "ي"

يوجد 26 حرفًا رائعًا في الأبجدية الإنجليزية، وكل حرف منها لا يقل أهمية عن الحروف السابقة واللاحقة. ومع ذلك، نظر مندليف إلى الأمر بشكل مختلف. حاول تخمين أي حرف مؤسف لا يظهر أبدًا في PT؟ إليك تلميح: قل الحروف ولف أصابعك حتى تطويها كلها (إذا كان لديك العشرة كلها). هل خمنت ذلك؟ هذا صحيح، إنه الحرف "J"، الذي لم يظهر أبدًا في PT.

يقولون أن واحدا في الميدان ليس محاربا؟ إذن ربما يكون J هو الحرف الأكثر وحدة. ومع ذلك، إليك حقيقة ممتعة: "J" هو الحرف الأكثر استخدامًا في أسماء الأولاد منذ عام 2000. لذا، "J" يحصل على ما يكفي من الاهتمام، لا تقلق.

7. العناصر الاصطناعية

الصورة: بوبوكاتومار

كما تعلمت للتو، يوجد الآن ما يصل إلى 118 عنصرًا في الجدول الدوري. هل يمكنك تخمين كم من هذه الـ 118 هي من صنع الإنسان؟ من بين 118 عنصرًا، يمكن العثور على 90 عنصرًا في المكان الجميل الذي نسميه الطبيعة.

كيف يمكن أن يكون 28 عنصرًا صناعيًا؟ وهذا صحيح بالفعل. لقد قمنا بتوليف العناصر منذ عام 1937 وما زلنا نفعل ذلك حتى اليوم. والخبر السار هو أن PT مذهل ويمكن اكتشاف هذه العناصر الاصطناعية بسهولة إذا شعرت بالفضول. ما عليك سوى إلقاء نظرة على العناصر من 93 إلى 118. الكشف الكامل: يتضمن هذا النطاق العديد من العناصر التي نادرًا ما توجد في الطبيعة، وبالتالي يتم إنشاؤها دائمًا تقريبًا في المختبرات، وهذا ينطبق أيضًا على العناصر 43 و61 و85 و87.

6. العنصر 137

في منتصف القرن العشرين، أدلى عالم مشهور يدعى ريتشارد فاينمان بتصريح خطير ضرب على وتر حساس لدى العلماء في جميع أنحاء العالم، وتركهم في حيرة من أمرهم إلى الأبد. وقال إنه إذا اكتشفنا العنصر 137، فلن تكون لدينا طريقة لتحديد كمية البروتونات والإلكترونات الخاصة به. يختلف العنصر 137 من حيث أنه يمثل قيمة ثابت المادة الدقيقة، والذي يُعرف بأنه احتمال امتصاص الإلكترون. من الناحية النظرية، سيكون للعنصر 137 137 إلكترونًا وفرصة 100 بالمائة لامتصاص فوتون. سوف تدور إلكتروناتها بسرعة الضوء. والأمر الأكثر جنونًا هو أن إلكترونات العنصر 139، في حالة وجود مثل هذه المادة، يجب أن تدور بسرعة أكبر من سرعة الضوء.

ما يكفي من الفيزياء؟ فكر في الأمر وستجده مثيرًا للاهتمام (حسنًا، مثيرًا للاهتمام مثل القراءة عن الإلكترونات). من الناحية النظرية، يمكن للعنصر 137 أن يوحد ثلاثة أجزاء مهمة من الفيزياء: سرعة الضوء، وميكانيكا الكم، والكهرومغناطيسية. منذ أوائل القرن العشرين، افترض الفيزيائيون أن العنصر 137 يمكن أن يشكل أساسًا للنظرية الموحدة الكبرى التي يمكن أن تربط المجالات الثلاثة المذكورة أعلاه معًا. بكل المقاييس، يبدو الأمر مجنونًا مثل المنطقة 51 التي تضم كائنات فضائية أو مثلث برمودا.

5. ما هو الشيء غير المعتاد في الاسم؟

جميع أسماء العناصر تقريبًا لها معنى وأهمية أكبر مما قد تتخيله. يتم اختيارهم عشوائيا. على سبيل المثال، سنسمي العنصر بالكلمة الأولى التي تتبادر إلى أذهاننا. "كيرفلومب." اجل لا بأس.

علاوة على ذلك، فإن أسماء العناصر ترجع أصولها إلى واحدة من خمس فئات رئيسية. واحد منهم هو أسماء العلماء المشهورين، والمثال الكلاسيكي هو أينشتاينيوم. ويمكن أيضًا تسمية العناصر بأسماء الأماكن التي تم توثيقها فيها، مثل الجرمانيوم والأمريسيوم والجاليوم وما إلى ذلك. تتضمن خيارات الأسماء أسماء الأجرام السماوية مثل الكواكب. تم اكتشاف أورانوس لأول مرة بعد وقت قصير من اكتشاف كوكب أورانوس. يمكن أن تحصل العناصر على أسماء من الأساطير: على سبيل المثال، هناك التيتانيوم على اسم الجبابرة اليونانيين والثوريوم على اسم إله الرعد الإسكندنافي - أو النجم المنتقم، أيهما تفضل.

وأخيرا، هناك أسماء تصف خصائص العناصر. الأرجون يأتي من الكلمة اليونانية أرغوس، والتي تعني "كسول" أو "خامل". الآن سوف تقرر أن الأرجون هو العنصر الأكثر كسلاً. يا أرجون، اذهب إلى العمل. البروم هو اسم آخر من الكلمة اليونانية بروموس، والتي تعني "الرائحة الكريهة"، والتي تصف بدقة شديدة رائحة البروم الرهيبة.

4. لم يكن مصدر إلهام

إذا كنت جيدا في البطاقات، فهذه الحقيقة لك فقط. كان مندليف بحاجة إلى فرز جميع العناصر بطريقة أو بأخرى، ولهذا كان بحاجة إلى نهج منهجي. وبطبيعة الحال، لتقسيم الجدول إلى فئات، التفت إلى لعبة سوليتير. كتب مندليف الوزن الذري لكل عنصر على بطاقات منفصلة، ​​وبدأ لعبة السوليتير المجنونة، إذا جاز التعبير. وقام بترتيب العناصر وفق خصائص محددة تشكل نوع "البدلة". ثم أصبح قادرًا على تنظيم هذه العناصر المصنفة في أعمدة وفقًا لوزنها الذري.

يواجه الكثير منا صعوبة في اجتياز مستويات لعبة السوليتير العادية، لذا فإن كون هذا الرجل لاعبًا في المستوى 1000 أمر مثير للإعجاب للغاية. ماذا بعد؟ هل سيلجأ شخص ما إلى لعبة الشطرنج لإحداث ثورة في الفيزياء الفلكية وبناء صاروخ يمكنه السفر إلى حافة المجرة والعودة مع الحفاظ على استقراره التام؟ هذا ممكن تمامًا إذا كان أستاذ مجنون مثل مندليف قادرًا على تنظيم شيء ضخم بمساعدة لعبة الورق.

3. "لا" للغازات الخاملة

الصورة: ويكيميديا

هل تتذكر كيف صنفنا الأرجون على أنه العنصر الأكثر كسلاً والأكثر مللاً في تاريخ الكون؟ شعر مندليف بشيء مماثل. عندما تم عزل الأرجون لأول مرة في عام 1894، لم يتناسب مع أي من أعمدة الجدول الجديد، لذلك بدلاً من إيجاد طريقة لإجراء إضافة، قرر العالم إنكار وجود هذا العنصر.

والأكثر إثارة للدهشة هو أن الأرجون ليس العنصر الوحيد المؤسف الذي يعاني من مصير مماثل. تم العثور على خمسة عناصر أخرى، وكذلك الأرجون غير المصنف. مجرد نوع من التمييز بين العناصر. بغض النظر عن النكات، الرادون، النيون، الكريبتون، الهيليوم، الزينون - تم حرمانهم جميعًا من الوجود، فقط لأن مندليف لم يتمكن من العثور على مكان لهم في الجدول. بعد سنوات من إعادة التشكيل والتصنيف، تمكنت هذه العناصر المحظوظة (التي تسمى الغازات النبيلة) من دخول نادي النخبة يسمى العناصر الموجودة.

2. اتصالات رومانسية

هذه الحقيقة لكم أيها الرومانسيون. إذا أخذت نسخة ورقية من الجدول الدوري وقمت بقص الأعمدة الوسطى، فسوف ينتهي بك الأمر بجدول دوري لا يحتوي على عناصر. قم بطيها مرة واحدة في منتصف المجموعة الرابعة، وها هو ذا - لقد تعلمت العناصر التي يمكن أن تشكل مركبات مع بعضها البعض.

العناصر "المقبلة" تشكل مركبات مستقرة. لديهم هياكل إلكترونية تكميلية تسمح لهم بالدمج. إذا لم يكن هذا هو الحب الحقيقي مثل روميو وجولييت، أو حتى شريك وفيونا، فما هو إذن؟

1. الكربون هو العنصر الرئيسي

يريد الكربون أن يكون الشيء الأكثر أهمية. تعتقد أنك تعرف كل شيء عن الكربون، لكنك لا تفعل ذلك. هذا الولد الشرير قادر على أكثر مما كنت تعتقد. هل تعلم أن عدد المركبات التي تحتوي على الكربون أكثر من المركبات التي لا تحتوي عليه؟ وماذا عن كون 20% من وزن الكائنات الحية عبارة عن كربون؟ والأغرب من ذلك هو أن كل ذرة كربون في جسمك كانت ذات يوم جزءًا من جزء صغير من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي. الكربون ليس فقط عنصرًا فائقًا، ولكنه أيضًا رابع أكثر العناصر وفرة في الكون بأكمله.

إذا كان الجدول الدوري طرفًا، فستريد أن تكون عليه بجانب الكربون. يبدو أن هذا العنصر يعرف حقًا كيفية الاستمتاع. وهو أيضًا العنصر الرئيسي للماس، لذا أضف القليل من التألق إلى قائمة صفاته المذهلة.