Химия в быту интересные факты. Интересные факты в химии и не только… Случайные открытия

Химия – всем знакомый школьный предмет. Наблюдать за реакцией реагентов нравилось всем. Но мало кому известны интересные факты о химии, о которых мы расскажем в данной статье.

• 1. Современные пассажирские самолеты во время девятичасового полета используют от 50 до 75 тонн кислорода. Столько же этого вещества вырабатывает 25000-50000 гектаров леса в процессе фотосинтеза.
• 2. Один литр морской воды содержит 25 граммов соли.
• 3. Атомы водорода настолько малы, что если их в количестве 100 миллионов разместить в цепочку друг за другом, получится длина лишь в один сантиметр.
• 4. В одной тонне воды Мирового океана содержится 7 миллиграмм золота. Общая же сумма данного драгоценного металла в водах океанов составляет 10 миллиардов тонн.
• 5. В человеческом организме примерно 65-75% воды. Она используется системами органов для транспортировки полезных веществ, регуляции температуры и растворения питательных соединений.
• 6. Интересные факты о химии касаются нашей планеты Земля. К примеру, за последних 5 веков ее масса увеличилась на целый миллиард тонн. Такой вес прибавили космические вещества.
• 7. Стенки мыльного пузыря – пожалуй, самая тонкая материя, которую человек способен увидеть невооруженным взглядом. Для примера, толщина папиросной бумаги или волоса в несколько тысяч раз толще.
• 8. Скорость лопания мыльного пузыря составляет 0.001 секунды. Скорость ядерной реакции – 0.000 000 000 000 000 001 секунды.
• 9. Железо, очень твердый и прочный материал в обычном его состоянии, становится газообразным при температуре 5 тысяч градусов Цельсия.
• 10. Всего за минуту Солнце вырабатывает энергии больше, чем наша планета расходует за целый год. Но мы не используем ее полностью. 19% солнечной энергии поглощает атмосфера, 34% возвращается в космос, а лишь 47% доходит до Земли.
• 11. Как ни странно, но лучше, чем воздух звук проводит гранит. Так, если бы между людьми была бы гранитная стена (сплошная), они бы слышали звуки на расстоянии одного километра. В обычной жизни в подобных условиях звук распространяется лишь на сто метров.
• 12. Шведский ученый Карл Шелле является рекордсменом по количеству открытых химических элементов. На его счету хлор, фтор, барий, вольфрам, кислород, марганец, молибден.
• Второе место разделили шведы Яком Берцелиус, Карл Монсандер, англичанин Гемфри Дэви и француз Поль Лекок де Буабордан. Им принадлежит открытие четверти всех известных современной науке элементов (то есть по 4 каждый).
• 13. Самый крупный самородок из платины – так называемый «Уральский гигант». Его вес составляет 7 килограммов и 860,5 граммов. Хранится этот гигант в Алмазном фонде Московского Кремля.
• 14. 16 сентября с 1994 года – Международный день охраны озонового слоя, согласно указу Генеральной ассамблеи ООН.
• 15. Углекислый газ, который широко используется для создания современных газированных напитков, был открыт английским учёным Джозефом Пристли еще в 1767 году. Тогда Пристли заинтересовали пузырьки, образуемые при брожении пива.
• 16. Танцующий кальмар – так называется удивительное блюдо в Японии. Недавно пойманного и убитого кальмара кладут в миску с рисом и перед клиентом поливают соевым соусом. При взаимодействии с натрием, который содержится в соевом соусе, нервные окончания даже убитого кальмара начинают реагировать. В результате такой химической реакции моллюск начинает «танцевать» прямо в тарелке.
• 17. Скатол – органическое соединение, которое отвечает за характерный запах фекалий. Интересен тот факт, что в больших дозах данное вещество имеет приятный цветочный аромат, который используют в пищевой промышленности и парфюмерии.

Некоторые интересные факты из истории химии
Открытие галогенов
Открытие фтора

Выделение газообразного фтора из фторсодержащих веществ оказалось одной из самых трудных экспериментальных задач. Фтор обладает исключительной реакционной способностью; причем часто его взаимодействие с другими веществами происходит с воспламенением и взрывом.

Первыми жертвами фтора были два члена Ирландской Академии наук братья Георг и Томас Нокс. Томас Нокс скончался от отравления фтороводородом, а Георг стал инвалидом. Следующей жертвой стал бельгийский химик П. Лайет. Мученическую смерть при проведении опытов по выделению фтора принял французский химик Джером Никлес. Отравились, надышавшись небольшими количествами фтороводорода, а также получили серьезные ожоги французские химики Жозеф Гей-Люссак, Луи Тенар и английский химик Гемфри Дэви. При попытках выделить фтор при помощи электролиза его соединений нанесли ущерб своему здоровью французский химик Эдмон Фреми и английский электрохимик Георг Гор. Только в 1886 году французскому химику Анри Муассану сравнительно безболезненно удалось получить фтор. Муассан случайно обнаружил, что при электролизе смеси жидкого безводного HF и гидродифторида калия (KHF2) в платиновом сосуде на аноде выделяется светло-желтый газ со специфическим резким запахом. Однако, когда Муассан докладывал Парижской академии наук о своем открытии, один глаз ученого был закрыт черной повязкой:

Нобелевская премия по химии была присуждена Муассану в 1906 г "в признание большого объема исследований - получения элемента фтора и введения в лабораторную и промышленную практику электрической печи, названной его именем".

Открытие хлора

Первооткрывателем хлора оказался шведский аптекарь Карл Шееле, химическая интуиция которого была поистине поразительной, по словам французского химика Жана Батиста Дюма, Шееле "не мог прикоснуться к какому-либо телу без того, чтобы сделать открытие". В 32 года он был удостоен звания члена Стокгольмской академии наук, хотя был всего лишь аптекарским помощником, в том же году он получил место управляющего аптекой, принадлежавшей вдове Маргарите Соннеман, которая за два дня до смерти Шееле стала его женой.

Вот как описал Шееле свой опыт, выполненный в 1774 году: "Я поместил смесь черной магнезии с муриевой кислотой в реторту, к горлышку которой присоединил пузырь, лишенный воздуха, и поставил ее на песчаную баню. Пузырь наполнился газом, окрасившим его в желтый цвет: Газ имел желто-зеленый цвет, пронзительный запах":

Современное обозначение этой реакции таково: MnO2 + 4HCl = Cl2 + MnCl2 + 2H2O.

В 1812 году французский химик Гей-Люссак дал этому газу современное название - хлор, что в переводе с греческого означает желто-зеленый.

Открытие брома

Бром был открыт двадцатичетырехлетним лаборантом Антуаном-Жеромом Баларом. Балар изучал маточные рассолы южных соляных болот Франции. Во время одного из опытов, когда он подействовал на рассол хлором, он заметил появление весьма интенсивной желтой окраски, вызванной реакцией взаимодействия содержащегося в растворе бромида натрия с хлором. Через несколько лет напряженной работы Балар выделил необходимое количество темно-бурой жидкости, названной им муридом. В Парижской Академии наук Гей-Люссак и Тенар подтвердили открытие Баларом нового простого вещества, но нашли название неудачным и предложили свое - "бром", что в переводе с греческого означало зловонный.

Впоследствии французский химик Шарль Жерар, не получивший кафедру химии во Французском колледже, которую передали Балару, высоко оценив открытие им брома, не смог удержаться от резкого восклицания: "Это не Балар открыт бром, а бром открыл Балара!"

Открытие иода

В 1811 году французский химик-технолог и фармацевт Бернар Куртуа открыл иод. Друзья его рассказывают любопытные подробности этого открытия. У Куртуа был любимый кот, который во время обеда сидел обычно на плече своего хозяина. Куртуа часто обедал в лаборатории. В один из дней во время обеда кот, чего-то испугавшись, прыгнул на пол, но попал на бутылки, стоявшие около лабораторного стола. В одной бутылке Куртуа приготовил для опыта суспензию золы водорослей (содержащей иодид натрия) в этаноле, а в другой находилась концентрированная серная кислота. Бутылки разбились и жидкости смешались. С пола стали подниматься клубы сине-фиолетового пара, которые оседали на окружающих предметах в виде мельчайших черно-фиолетовых кристалликов с металлическим блеском и едким запахом. Это и был новый химический элемент иод.

(Факты взяты из следующих книг: М. Джуа. История химии. 1975.; Б. Д. Степин, Л. Ю. Аликберова. Книга по химии для домашнего чтения. 1995. К. Манолов. Великие химики. (том 1, том 2), 1976.).

Интересные факты в химии и не только…

Случайные открытия

Находка

В 1916 г. на Баденской анилиново-содовой фабрике в Германии обнаружили забытый стальной баллон со сжатым монооксидом углерода СО. Когда баллон вскрыли, то на дне его оказалось около 500 мл желтой маслянистой жидкости с характерным запахом и легко сгорающей на воздухе. Жидкостью в баллоне был пентакарбонил железа , постепенно образовавшийся под повышенным давлением в результате реакции

Fe + 5CO = .

Находка положила начало промышленному способу получения карбонилов металлов - комплексных соединений с удивительными свойствами.

Аргон

В 1894 г. английский физик лорд Рэлей занимался определением плотности газов, составляющих атмосферный воздух. Когда Рэлей стал измерять плотность образцов азота, полученных из воздуха и из соединений азота, то оказалось, что азот, выде­ленный из воздуха, тяжелее, чем азот, полученный из аммиака.

Рэлей недоумевал и искал источник расхождения. Не раз он говорил с горечью, что «засыпает над проблемой азота». Тем не менее ему и английскому химику Рамзаю удалось доказать, что атмосферный азот содержит примесь другого газа - аргона Аr. Так был впервые открыт первый газ из группы благородных (инертных) газов, которым не находилось места в Периодической системе.

Клатраты

Однажды в одном из районов США взорвался газопровод природ­ного газа. Это произошло весной при температуре воздуха 15°С. В месте разрыва трубопровода, внутри, обнаружили белое вещество, похожее на снег, с запахом транспортируемого газа. Оказалось, что разрыв был вызван закупоркой трубопровода новым соеди­нением природного газа состава С n Н 2 n +2 (Н 2 О) x , называемого теперь соединением включения, или клатратом. Газ не был тщательно осушен, и вода вступила в межмолекулярное взаимодействие с молекулами углеводородов, образуя твердый продукт - клатрат. С этой истории и началось развитие химии клатратов, представля­ющих собой кристаллический каркас из молекул воды или другого растворителя, в полости которого включены молекулы углеводородов.

Фосфор

В 1669 г. солдат-алхимик Хённиг Бранд в поисках «философского камня» выпаривал солдатскую мочу. К сухому остатку он добавил древесный уголь и смесь начал прокаливать. С удивлением и страхом он увидел, как в его сосуде возникло зеленовато-голубоватое свечение. «Мой огонь» – так на­звал Бранд холодное свечение паров открытого им белого фосфора. До конца своей жизни Бранд не знал, что он открыл новый химический элемент, да и представления о химических элементах в то время отсутствовали.

Дымный порох

По одной из легенд уроженец Фрейбурга Константин Анклицен, он же монах Бертольд Шварц, в 1313 г. в поисках «философского камня» смешал в ступке селитру (нитрат калия KNO 3), серу и уголь. Были уже сумерки и, чтобы зажечь свечу, он высек из огнива искру. Случайно искра упала в ступку. Произошла сильная вспышка с выделением густого белого дыма. Вот так был открыт дымный порох. Бертольд Шварц этим наблюдением не ограничился. Он поместил смесь в чугунный сосуд, забил отверстие деревянной пробкой, а сверху еще положил камень. Затем начал нагревать сосуд. Смесь вспыхнула, образовавшийся газ выбил пробку и отшвырнул камень, который пробил дверь комнаты. Так фольклорный немецкий алхимик помимо пороха случайно «изобрел» первую «пушку».

Хлор

Шведский химик Шееле как-то изучал действие различичных кислот на минерал пиролюзит (диоксид марганца МnО 2). В из дней он стал нагревать минерал с хлороводородной кислотой НСl и почувствовал запах, характерный для «царской водки»:

МnО 2 + 4НСl = Сl 2 + МnСl 2 + 2Н 2 О.

Шееле собрал желто-зеленый газ, вызвавший этот запах, исследовал его свойства и назвал «дефлогистированной соляной кислотой иначе «оксидом соляной кислоты». Позднее выяснилось, что Шееле открыл новый химический элемент хлор Сl.

Сахарин

В 1872 г. в лаборатории профессора Аира Ремсена (1846-1927) в Балтиморе (США) работал молодой русский эмигрант Фальберг. Случилось так, что окончив синтез некоторых производных луолсульфамида C 6 H 4 (SO 2)NH 2 (CH 3), Фальберг отправился в столовую, забыв вымыть руки. Во время обеда он почувствовал сладкий вкус во рту. Это его заинтересовало… Он поспешил в лаборатории начал проверять все реагенты, которые применил в синтезе. Среди отбросов в сливной чаше Фальберг обнаружил выброшенный им накануне промежуточный продукт синтеза, который был очень сладким. Вещество назвали сахарином, химическое же его название – имид о-сульфобензойной кислоты C 6 H 4 (SO 2)CO(NH). Сахарин отличается своим необыкновенно сладким вкусом. Его сладость превосходит в 500 раз сладость обыкновенного сахара. Сахарин употребляют в качестве заменителя сахара для больных диабетом.

Иод и кот

Друзья Куртуа, открывшего новый химический элемент иод, рассказывают любопытные подробности этого открытия. У Куртуа был любимый кот, который во время обеда сидел обычно на плече своего хозяина. Куртуа часто обедал в лаборатории. В один из дней во время обеда кот, чего-то испугавшись, прыгнул на пол, но попал на бутылки, стоявшие около лабораторного стола. В одной бутылке Куртуа приготовил для опыта суспензию золы водорослей в этаноле С 2 Н 5 ОН, а в другой находилась концент­рированная серная кислота H 2 SO 4 . Бутылки разбились, и жидкости смешались. С пола стали подниматься клубы сине-фиолетового пара, которые оседали на окружающих предметах в виде мель­чайших черно-фиолетовых кристалликов с металлическим блеском и едким запахом. Это был новый химический элемент иод. Так как зола некоторых водорослей содержит иодид натрия NaI, то образование иода объясняет следующая реакция:

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

Аметист

Русский геохимик Э. Емлин как-то прогуливался с собакой в окрестностях Екатеринбурга. В траве недалеко от дороги он заметил невзрачный с виду камень. Собака стала рыть землю около камня, а Емлин палкой стал ей помогать. Общими усилиями они вы­толкнули камень из земли. Под камнем оказалась целая россыпь кристаллов драгоценного камня аметиста. Прибывший на это место поисковый отряд геологов в первый же день добыл сотни килограммов фиолетового минерала.

Динамит

Однажды бутыли с нитроглицерином – сильным взрывчатым веществом – перевозили в ящиках, засыпанных пористой горной породой, называемой инфузорной землей, или кизельгуром. Это было необходимо во избежание повреждений бутылей во время перевозки, что всегда приводило к взрыву нитроглицерина. В дороге одна из бутылей все-таки разбилась, но взрыва не произошло. Кизельгур впитал как губка всю вылившуюся жидкость. Владелец нитроглицериновых заводов Нобель обратил внимание не только на отсутствие взрыва, но и на то, что кизельгур впитал почти трехкратное количество нитроглицерина по сравнению с собственной массой. Проведя опыты, Нобель установил, что кизель­гур, пропитанный нитроглицерином, от удара не взрывается. Взрыв происходит только от взрыва детонатора. Так был получен первый динамит. Заказы на его производство посыпались к Нобелю из всех стран.

Триплекс

В 1903 г. французский химик Эдуард Бенедиктус (1879-1930) во время одной из работ неосторожно уронил на пол пустую колбу. К его удивлению, колба не разбилась на куски, хотя стенки покрылись множеством трещин. Причиной прочности оказалась пленка раствора коллодия, который раньше хранился в колбе. Коллодий – раствор нитратов целлюлозы в смеси этанола С 2 Н 5 ОН с этиловым эфиром (С 2 Н 5) 2 О. После испарения растворителей нитраты целлюлозы остаются в виде прозрачной пленки.

Случай натолкнул Бенедиктуса на мысль о небьющемся стекле. Склеивая под небольшим давлением два листа обычного стекла с прокладкой из коллодия, а затем три листа с прокладкой из целлулоида, химик получил трехслойное небьющееся стекло «триплекс». Напомним, что целлулоид – прозрачная пластмасса, получаемая из коллодия, к которому добавляют пластификатор – камфару.

Первый карбонил

В 1889 г. в лаборатории Монда было обращено внимание на яркое окрашивание пламени при сжигании газовой смеси, состоящей из водорода Н 2 и монооксида углерода СО, когда эту смесь пропускали через никелевые трубки или никелевый вентиль. Исследование показало, что причиной окрашивания пламени является наличие в газовой смеси летучей примеси. Примесь выделили путем вымораживания и проанализировали. Ею оказался тетракарбонил никеля . Так был открыт первый карбонил металлов семейства железа.

Гальванопластика

В 1836 г. русский физик и электротехник Борис Семенович Якоби, (1801-1874) проводил обычный электролиз водного раствора сульфата меди CuSO 4 и на одном из медных электродов увидел образовавшееся тонкое медное покрытие:

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

Обсуждая это явление, Якоби пришел к мысли о возможности изготовления медных копий с любых вещей. Так началось развитие гальванопластики. В этом же году впервые в мире путем электролитического наращивания меди Якоби изготовил клише для печатания бумажных денежных знаков. Предложенный им метод вскоре распространился в других странах.

Неожиданный взрыв

Однажды на химическом складе обнаружили две забытые бутыли диизопропилового эфира – бесцветной жидкости (СН 3) 2 СНОСН(СН 3) 2 с температурой кипения 68 0 С. К удивлению химиков, на дне бутылей оказалась кристаллическая масса, похожая на камфару. Кристаллы выглядели вполне безобидно. Один из химиков вылил жидкость в раковину и попытался растворить кристаллический осадок водой, но это ему не удалось. Тогда бутыли, которые не удалось вымыть, отвезли на городскую свалку без всяких предосторожностей. А там кто-то кинул в них камнем. Последовал сильнейший взрыв, по мощности равный взрыву нитроглицерина. Впоследствии выяснилось, что в эфире в результате медленного окисления образуются полимерные пероксидные соединения – сильные окислители, огнеопасные и взрывчатые вещества.

Искусственная кровь

Химик Уильям-Менсфилд Кларк (1884-1964) из Медицинского колледжа штата Алабама (США), решив утопить пойманную крысу, погрузил ее с головой в первый попавшийся ему на глаза стакан с силиконовым маслом, стоявший на лабораторном столе. К его удивлению, крыса не захлебнулась, а дышала жидкостью почти 6 часов. Оказалось, что силиконовое масло было насыщено кислородом для какого-то опыта. Это наблюдение послужило началом работ по созданию «дыхательной жидкости» и искусственной крови. Силиконовое масло – жидкий кремнийорганический полимер, способный растворять и удерживать до 20% кислорода. В воздухе, как известно, содержится 21% кислорода. Поэтому силиконовое масло и обеспечивало некоторое время жизнедеятельность крысы. Еще большее количество кислорода (более 1 л на каждый литр жидкости) поглощает перфтордекалин C 10 F 18 , применяемый в качестве искусственной крови.

Тоже клатрат

В 1811 г. английский химик Дэви пропускал газооб­разный хлор через воду, охлажденную до ОºС, для очистки его от примеси хлороводорода. Уже тогда было известно, что растворимость НСl в воде резко возрастает с понижением температуры. Дэви с удивлением увидел в сосуде желто-зеленые кристаллы. Природу кристаллов он установить так и не смог. Только в нашем веке было доказано, что кристаллы, полученные Дэви, имеют состав Cl 2 ∙(7+х)H 2 O и являются нестехиометрическими соединениями включения, или клатратами. В клатратах молекулы воды образуют своеобразные клетки, замкнутые со сторон и включающие молекулы хлора. Случайное наблюдение Дэви положило начало химии клатратов, имеющих разнообразное практическое применение.

Ферроцен

На нефтеперерабатывающих заводах давно замечали образование красного кристаллического налета в железных трубопроводах, когда по ним при высокой температуре пропускали продукты перегонки нефти, содержащие циклопентадиен С 5 Н 6 . Инженеры лишь досадовали на необходимость дополнительной очистки трубопроводов Один из наиболее любознательных инженеров проанализировал красные кристаллы и установил, что они представляют собой новое химическое соединение , которому дали тривиальное название ферроцен, химическое же название этого вещества -| бис-циклопентадиенилжелезо(II). Стала понятной и причина коррозии железных труб на заводе. Ее вызывала реакция

С 5 Н 6 + Fe = + H 2

Фторопласт

Первый полимерный материал, содержащий фтор, известный у нас под названием фторопласт, а в США – тефлон, был получен случайно. Однажды в лаборатории американского химика Р. Планкетта в 1938 г. из баллона, наполненного тетрафторэтиленом CF 2 CF 2 , перестал поступать газ. Планкетт открыл кран полностью, прочистил отверстие проволокой, но газ не выходил. Тогда он встряхнул баллон и почувствовал, что внутри его вместо газа находится какое-то твердое вещество. Баллон был вскрыт, и из него высыпался белый порошок. Это был полимер – политетрафторэтилен, получивший название тефлон. В баллоне прошла реакция полимеризации

n(CF 2 CF 2) = (-CF 2 -CF 2 -CF 2 -) n .

Тефлон устойчив к действию всех известных кислот и их смесей, к действию водных и неводных растворов гидроксидов щелочных металлов. Он выдерживает температуры от -269 до +200°С.

Мочевина

В 1828 г. немецкий химик Вёлер пытался получить кристаллы цианата аммония НН 4 NCO. Он пропустил аммиак через водный раствор циановой кислоты HNCO в соответствии с реакцией

HNCO + NH 3 = NH 4 NCO.

Полученный раствор Вёлер выпарил до образования бесцветных кристаллов. Каково же было его удивление, когда анализ кристаллов показал, что им получен не цианат аммония, а хорошо известная мочевина (NH 2) 2 CO, называемая теперь карбамидом. Мочевину до Вёлера получали только из человеческой мочи. Взрос­лый человек ежедневно выделяет с мочой около 20 г мочевины. Вёлеру никто из химиков того времени не поверил, что органическое вещество можно получить вне живого организма. Считалось, что органические вещества могут образовываться только в живом ор­ганизме под воздействием «жизненной силы». Когда Вёлер сообщил шведскому химику Берцелиусу о своем синтезе, то получил от него следующий ответ: «…Тот, кто положил начало своему бессмертию в моче, имеет все основания завершить свой путь вознесения на небеса при помощи того же предмета…»

Синтез Вёлера открыл широкую дорогу получению многочисленных органических веществ из неорганических. Много позднее было установлено, что при нагревании или при растворении в воде цианат аммония превращается в мочевину:

NH 4 NCO = (NH 2) 2 CO.

Цинкаль

Одним из металлургов уже в нашем столетии был получен сплав алюминия А1 с 22% цинка Zn, названный им цинкалем. Для изучения механических свойств цинкаля металлург изготовил из него пластинку и вскоре забыл о ней, занимаясь получением других сплавов. Во время одного из опытов, чтобы защитить лицо от теплового излучения горелки, он отгородил ее оказавшейся под рукой пластинкой цинкаля. По окончании работы металлург с удивлением обнаружил, что пластинка удлинилась более чем в 20 раз без каких-либо признаков разрушения. Так была открыта группа сверхпластичных сплавов. Температура сверхпластичной деформации цинкаля оказалась равной 250°С, много меньше тем­пературы плавления. При 250°С пластинка цинкаля под действием силы тяжести начинает буквально течь, не переходя в жидкое состояние.

Исследования показали, что сверхпластичные сплавы образованы очень мелкими зернами. При нагревании под очень не небольшой нагрузкой пластинка удлиняется из-за увеличения числа зерен вдоль направления растяжения при одновременном уменьшении числа зерен в поперечном направлении.

Бензол

В 1814 г. в Лондоне появилось газовое освещение. Светильный газ хранили в железных баллонах под давлением. В летние ночи освещение было нормальным, а зимой, в сильные холода, – тусклым. Газ по какой-то причине не давал яркого света.

Владельцы газового завода обратились за помощью к химику Фарадею. Фарадей установил, что зимой часть светильного газа собирается на дне баллонов в виде прозрачной жидкости состава С б Н 6 . Он назвал ее «карбюрированным водородом». Это был хорошо теперь всем известный бензол. Честь открытия бензола осталась за Фарадеем. Название «бензол» новому веществу дал немецкий химик Либих.

Белое и серое олово

Вторая и последняя экспедиция английского путешественника Роберта-Фолкона Скотта в 1912 г. к Южному полюсу закончилась трагически. В январе 1912 г. Скотт и четверо его друзей пешком достигли Южного полюса и обнаружили по оставленной палатке и записке, что всего за четыре недели до них Южный полюс был открыт экспедицией Амундсена. С огорчением они двинулись в обратный путь при очень сильном морозе. На промежуточной базе, где хранилось горючее, они его не нашли. Железные канистры с керосином оказались пустыми, так как имели «кем-то вскрытые швы», которые раньше были запаяны оловом. Скотт и его спутники замерзли около распаянных канистр.

Так при трагических обстоятельствах было обнаружено, что олово при низких температурах переходит в другую полиморфную модификацию, прозванную «оловянной чумой». Переход в низкотемпературную модификацию сопровождается превращением обычного олова в пыль. Белое олово, или β-Sn, которым были запаяны канистры, превратилось в серое пылевидное олово, или α-Sn. Смерть настигла Скотта и его спутников всего в 15 км от места, где их ждала основная часть экспедиции, в составе которой находилось и двое русских – Гирёв и Омельченко.

Гелий

В 1889 г. английский химик Д. Метьюз обработал минерал клевеит нагретой серной кислотой H 2 SO 4 и с удивлением увидел выделение неизвестного газа, не горящего и не поддерживающего горения. Им оказался гелий Не. Редко встречающийся в природе минерал клевеит – разновидность минерала уранинита состава UO 2 . Это сильнорадиоактивный минерал, испускающий α-частицы, ядра атомов гелия. Присоединяя электроны, они превращаются в атомы гелия, который в виде небольших пузырьков остается вкрапленным в кристаллы минерала. При обработке его серной кислотой протекает реакция

UO 2 + 2H 2 SO 4 = (UO 2)SO 4 + SО 2 + 2H 2 О.

Диоксид урана UO 2 переходит в раствор в виде сульфата уранила (UO 2)SO 4 , а Не освобождается и выделяется в виде газа вместе с диоксидом серы SO 2 . Особенно много Не оказалось в минерале торианите, диоксиде тория и урана (Th,U)O 2: 1 л торианита при нагревании до 800°С выделяет почти 10 л Не.

В 1903 г. одна нефтяная компания проводила поиски нефти в штате Канзас (США). На глубине около 100 м она натолкнулась на газовый пласт, давший фонтан газа. К великому изумлению нефтяников, газ не горел. Это был тоже гелий.

Пурпур

Римский ученый-энциклопедист Марк Терентий Варрон (116-27 гг. до н. э.) в своем произведении «Человеческие и божественные древности» рассказал легенду.

Как-то вдоль морского берега шел с собакой житель фини­кийского города Тира. Собака, найдя среди гальки небольшую ракушку, выброшенную прибоем, раздавила ее зубами. Пасть пса сразу стала красно-синей. Так был открыт знаменитый природный краситель – античный пурпур, который называли также тирским пурпуром, королевским пурпуром. Этим красителем окрашивали одежду императоров Древнего Рима. Источник пурпура – хищные моллюски-багрянки, которые питаются другими моллюсками, предварительно разрушая их раковину кислотой, выделяемой слюн­ными железами. Пурпур извлекали из пурпурных желез багрянок. Цвет красок в прошлом отождествляли с различными символами. Пурпур был символом достоинства, силы и могущества.

В 1909 г. немецкий химик Пауль Фридлендер (1857-1923) получил путем сложного синтеза диброминдиго 2 и доказал его тождество с пурпуром средиземноморской багрянки.

Урановое излучение

Французский физик Беккерель занимался изучением свечения некоторых кристаллов, называемых фосфорами, в темноте после их предварительного облучения солнечным светом. У Беккереля была большая коллекция фосфоров, и среди них – сульфат уранила-калия K 2 (UO 2)(SO 4) 2 . После открытия рентгеновских лучей Беккерель решил выяснить, не испускают ли его фосфоры эти лучи, вызывающие почернение фотопластинки, закрытой черной светонепроницаемой бумагой. Он заворачивал фотопластинку в такую бумагу, а сверху клал тот или иной фосфор, предварительно выдержанный на солнце. Однажды в 1896 г. в пасмурные дни Беккерель, не выдержав на солнце сульфат уранила-калия, положил его на завернутую пластинку в ожидании солнечной погоды. Почему-то он решил проявить эту фотопластинку и обнаружил на ней очертания лежавшего кристалла. Стало ясно, что проникающее излучение соли урана U никак не связано со свечением фосфоров, что оно существует независимо ни от чего.

Так была обнаружена естественная радиоактивность соединений урана, а затем и тория Th. Наблюдения Беккереля послужили для Пьера и Мари Кюри основанием для поиска в минералах урана новых, более радиоактивных химических элементов. Найденные ими полоний и радий оказались продуктами радиоактивного распада атомов урана.

Лакмус

Как-то английский химик Бойль приготовил водный настой лакмусового лишайника. Склянка, в которой он хранил настой, понадобилась для хлороводородной кислоты НСl. Вылив настой, Бойль залил в склянку кислоту и с удивлением обнаружил, что кислота стала красной. Тогда он добавил несколько капель настоя к водному раствору гидроксида натрия NaOH и увидел, что раствор стал синим. Так был открыт первый кислотно-основный индикатор, названный лакмусом. Впоследствии Бойль, а затем и другие исследователи стали пользоваться бумажками, пропитанными настоем лакмусового лишайника и потом высушенными. Лакмусовые бумажки становились синими в щелочном и красными – в кислом растворе.

Открытие Бартлета

Канадский студент Нил Бартлет (р. 1932) решил очистить гексафторид платины PtF 6 от примеси бромидов, пропуская над ним газообразный фтор F 2 . Он считал, что выделяющийся бром Вr 2 должен превратиться в присутствии фтора в светло-желтый трифторид брома BrF 3 , который при охлаждении стал бы жидкостью:

NaBr + 2F 2 = NaF + BrF 3 .

Вместо этого Бартлет увидел выделение большого количества красного пара, превращающегося в красные кристаллы на холодных частях прибора. Ответ на это необычное явление Бартлету удалось найти только через два года. Гексафторид платины долго хранился на воздухе, и, будучи очень сильным окислителем, постепенно взаимодействовал с кислородом воздуха, образуя кристаллы оранжевого цвета- гексафтороплатината диоксигенила:

O 2 + PtF 6 = O 2 .

Катион O 2 + носит название катиона диоксигенила. При нагревании в токе фтора это вещество возгонялось в виде красного пара. Анализ этого случайного явления привел Бартлета к выводу о возможности синтеза соединений благородных (инертных) газов. В 1961 г. Бартлет – уже профессор химии, – смешивая PtF 6 с ксеноном Хе, получил первое соединение благородных газов – гексафтороплатинат ксенона Xe.

Фосген

В 1811 г. английский химик Дэви, забыв, что в сосуде уже находится монооксид углерода СО – газ без цвета и запаха,- впустил в этот сосуд хлор С1 2 , который он хотел сохранить для опытов, намеченных на следующий день. Закрытый сосуд остался стоять на лабораторном столе около окна. День был яркий и солнечный. На следующий день утром Дэви увидел, что хлор в сосуде потерял свою желтовато-зеленоватую окраску. Приоткрыв кран сосуда, он почувствовал своеобразный запах, напоминающий запах яблок, сена или разлагающейся листвы. Дэви исследовал содержимое сосуда и установил присутствие нового газообразного вещества СС1 2 О, которому дал название «фосген», что в переводе c греческого означает «рожденный светом». Современное название СС1 2 О – оксиддихлорид углерода. В сосуде, оказавшемся на свету, протекала реакция

СО + С1 2 = СС1 2 О.

Так было открыто сильное отравляющее вещество общетоксического действия, широко использованное в первую мировую войну.

Способность в самых ничтожных концентрациях постепенно поражать организм сделала фосген опасным ядом при любом его содержании в воздухе.

В 1878 г. обнаружили, что фосген образуется из смеси СО и С1 2 в темноте, если в этой смеси присутствует катализатор – активированный уголь.

При действии воды фосген постепенно разрушается с образованием угольной Н 2 СО 3 и хлороводородной НСl кислот:

CCl 2 О + 2Н 2 О = Н 2 СО 3 + 2HCl

Водные растворы гидроксидов калия KОН и натрия NaOH разрушают фосген моментально:

ССl 2 О + 4KОН = K 2 СО 3 + 2KСl + 2Н 2 О.

В настоящее время фосген применяют в многочисленных органических синтезах.

Сурик

Это событие произошло более 3000 лет тому назад. Прославленный греческий художник Никий ожидал прибытия заказанных им белил с острова Родос в Средиземном море. Корабль с красками прибыл в афинский порт Пирей, но там неожиданно вспыхнул пожар. Пламя охватило и корабль Никия. Когда пожар погасили, расстроенный Никий подошел к останкам корабля, среди которых увидел обгоревшие бочки. Вместо белил он обнаружил под слоем угля и золы какое-то ярко-красное вещество. Пробы Никия показали, что это вещество – превосходная красная краска. Так пожар в порту Пирей подсказал путь изготовления новой краски, названной впоследствии суриком. Для ее получения стали прокаливать белила или основный карбонат свинца на воздухе:

2[Рb(ОН) 2 ∙2РbСО 3 ] + О 2 = 2(Pb 2 II Pb IV)O 4 + 4CO 2 + 2Н 2 О.

Сурик – это тетраоксид свинца(IV)-дисвинца(II).

Огниво Дёберейнера

Явление каталитического действия платины было открыто случайно. Немецкий химик Дёберейнер занимался химией платины. Он получил губчатую, очень пористую платину («платиновую чернь») прокаливая гексахлороплатинат аммония (NH 4) 2 :

(NH 4) 2 = Pt + 2NH 3 + 2Cl 2 + 2HCl.

В 1823 г. во время одного из опытов кусочек губчатой платины Pt оказался около прибора для получения водорода Н 2 . Струя водорода, смешавшись с воздухом, попала на платину, водород вспыхнул и загорелся. Дёберейнер сразу оценил значение своего открытия. Спичек в то время не было. Он сконструировал прибор для зажигания водорода, получивший название «огниво Дёберейнера», или «зажигательной машинки». Этот прибор вскоре стали продавать по всей Германии.

Платину Дёберейнер получал из России с Урала. В этом ему помог его друг И.-В. Гёте, министр Веймарского герцогства во время правления Карла-Августа. Сын герцога был женат на Марии Павловне, сестре двух русских царей – Александра I и Николая I. Именно Мария Павловна была посредницей в получении Дёберейнером платины из России.

Глицерин и акролеин

В 1779 г. шведский химик Шееле открыл глицерин НОСН 2 СН(ОН)СН 2 ОН. Для исследования его свойств он решил освободить вещество от примеси воды. Добавив к глицерину водоотнимающее вещество, Шееле стал перегонять глицерин. Поручив эту работу своему помощнику, он вышел из лаборатории. Когда Шееле вернулся, помощник лежал около лабораторного стола без сознания, а в комнате стоял резкий острый запах. Шееле почув­ствовал, как его глаза из-за обилия слез перестают что-либо различать. Он быстро вытащил помощника на свежий воздух и проветрил помещение. Только через несколько часов к помощнику Шееле с трудом вернулось сознание. Так было установлено обра­зование нового вещества – акролеина, что в переводе с греческого означает «острое масло».

Реакция образования акролеина связана с отрывом двух молекул воды от глицерина:

С 3 Н 8 О 3 = СН 2 (СН)СНО + 2Н 2 О.

Акролеин имеет состав СН 2 (СН)СНО и является альдегидом акриловой кислоты. Он представляет собой бесцветную легкокипящую жидкость, пар которой сильно раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, обладает токсическим действием. От образования ничтожных количеств акролеина зависит общеизве­стный запах подгоревших жиров и масел, затухающей сальной свечи. В настоящее время акролеин широко используют при получении полимерных материалов и в синтезе различных органических соединений.

Углекислый газ

Английский химик Пристли обнаружил, что в «испор­ченном воздухе» (так он называл диоксид углерода СО 2) животные погибают. А растения? Он поставил под стеклянный колпак ма­ленький горшок с цветами и рядом поместил зажженную свечу, чтобы «испортить» воздух. Вскоре свеча потухла из-за практически полного превращения кислорода, находящегося под колпаком в диоксид углерода:

С +О 2 = СО 2 .

Пристли перенес колпак с цветком и потухшей свечой к окну и оставил его до следующего дня. Утром он с удивлением заметил, что цветок не только не завял, но рядом на ветке раскрылся еще один бутон. Волнуясь, Пристли зажег еще одну свечу и быстро внес ее под колпак и поставил рядом с первой свечой. Cвеча продолжала гореть. Куда же исчез «испорченный воздух»?

Так впервые была открыта способность растений поглощать диоксид углерода и выделять кислород. Во времена Пристли не знали еще состава воздуха, не знали и состава диоксида углерода.

Сероводород и сульфиды

Французский химик Пруст изучал действие кислот на природные минералы. В некоторых опытах неизменно выделяли отвратительно пахучий газ сероводород H 2 S. В один из дней, действуя на минерал сфалерит (сульфид цинка ZnS) хлороводородной кислотой НСl:

ZnS + 2HCl = H 2 S + ZnCl 2 ,

Пруст заметил, что голубой водный раствор сульфата меди CuSO 4 в стоявшем рядом стакане покрылся коричневой пленкой. Он подвинул стакан с голубым раствором ближе к стакану, из которого выделялся H 2 S, и, не обращая внимания на запах, стал перемешивать голубой раствор. Вскоре голубой цвет исчез, а на дне стакана появился черный осадок. Анализ осадка показал, что он является сульфидом меди:

CuSO 4 + H 2 S = CuS↓ + H 2 SО 4 .

Так, видимо, впервые было обнаружено образование сульфидов некоторых металлов при действии сероводорода на их соли.

Алмазная лихорадка

Месторождение алмазов в Бразилии было открыто случайно. В 1726 г. португальский шахтер Бернард да-Фонсена-Лабо на одном из золотых приисков увидел, что рабочие во время карточной! игры отмечают счет выигрыша или проигрыша с помощью блестящих прозрачных камней. Лабо узнал в них алмазы. У него хватило выдержки утаить свое открытие. Он взял у рабочих несколько наиболее крупных камней. Однако во время продажи алмазов в Европе свою находку Лабо скрыть не удалось. В Бразилию хлынули толпы искателей алмазов, началась «алмазная лихорадка». А вот как были открыты месторождения алмазов в Южной Африке, поставляющей сейчас на международный рынок их основ­ную массу. В 1867 г. Джон О’Релли – торговец и охотник – оста­новился ночевать на ферме голландца Ван-Никерка, стоявшей на берегу р. Вааль. Его внимание привлек прозрачный камешек, которым играли дети. «Кажется, это алмаз», – сказал О’Релли. Ван-Никерк рассмеялся: «Можете взять его себе, таких камней здесь множество!». В Кейптауне О’Релли определил у ювелира, что это действительно алмаз, и продал его за 3000 долларов. Находка О’Релли стала широко известна, и ферму Ван-Никерка буквально разнесли по кусочкам, перерыв всю окрестность в поисках алмазов.

Кристаллы бора

Французский химик Сент-Клер-Девилль вместе с немецким химиком Вёлером поставили опыт по получению аморфного бора В при взаимодействии оксида бора В 2 О 3 с металлическим алюминием А1. Они смешали два этих порошкооб­разных вещества и стали нагревать полученную смесь в тигле. При очень высокой температуре началась реакция

В 2 О 3 + 2А1 = 2В + А1 2 О 3

Когда реакция закончилась и тигель остыл, химики высыпали его содержимое на фарфоровую плитку. Они увидели белый поро­шок оксида алюминия А1 2 О 3 и кусочек металлического алюминия. Коричневого порошка аморфного бора не было. Это химиков озадачило. Тогда Вёлер предложил растворить оставшийся кусочек алюминия в хлороводородной кислоте НСl:

2Аl(В) + 6НСl = 2АlСl 3 + 2В↓ + 3Н 2 .

После окончания реакции они увидели на дне сосуда черные блестящие кристаллы бора.

Так был найден один из методов получения кристаллического бора- химически инертного материала, не взаимодействующего с кислотами. Одно время кристаллический бор получали сплав­лением аморфного бора с алюминием с последующим действием на сплав хлороводородной кислоты. Потом оказалось, что полученный таким образом бор всегда содержит примесь алюминия, видимо, в виде его борида АlВ 12 . Кристаллический бор по твердости занимает среди всех простых веществ второе место после алмаза.

Агаты

Один немецкий пастух в 1813 г. нашел около заброшенной каменоломни желтоватые и серые камни – агаты. Он решил подарить их жене и положил на время около костра. Каково же было удивление, когда утром он увидел, что одни агаты стали красные, а другие получили красноватый отлив. Пастух отнес один из камней знакомому ювелиру и поделился с ним своим наблюдением. Вскоре ювелир открыл мастерскую по изготовлению красных агатов, а позднее продал свой рецепт другим немецким ювелирам. Так был найден способ изменения окраски некоторых драгоценных камней при их нагревании. Заметим, что цена красных агат была в то время вдвое больше, чем желтых, а тем более серых их разновидностей.

Этилен

Немецкий алхимик, врач и изобретатель-фантазер Иоганн-Иоахия Бехер (1635-1682) в 1666 г. проводил опыты с серной кислотой H 2 SO 4 . В одном из опытов он вместо добавления к нагретой концентрированной серной кислоте еще одной ее порции в рассеянности прилил этанол С 2 Н 5 ОН, который находился рядом в стакане. Бехер увидел сильное вспенивание раствора с выделением неизвестного газа, похожего на метан СН 4 . В отличие от метана новый газ горел коптящим пламенем и обладал слабочесночным запахом. Бехер установил, что его «воздух» более химически активен, чем метан. Так был открыт этилен С 2 Н 4 , образующийся по реакции

C 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 О.

Новый газ назвали «маслородным газом», его соединение с хлором стали называть с 1795 г. «маслом голландских химиков». Только с середины XIX в. газ Бехера получил название «этилен». Это название и осталось в химии до наших дней.

Взрыв в Оппау

В 1921 г. в г. Оппау (Германия) произошел взрыв на заводе, выпускавшем удобрения – смесь сульфата и нитрата аммония – (NH 4) 2 SO 4 и NH 4 NO 3 . Эти соли долго хранились на складе и слежались; их решили раздробить небольшими взрывами. Это вызвало детонацию во всей массе вещества, считавшегося ранее безопасным. Взрыв привел к гибели 560 человек и большому числу раненых и пострадавших, полностью были разрушены не только город Оппау, но и некоторые дома в Мангейме – в 6 км от места взрыва. Более того, взрывной волной выбило стекла в домах, стоявших в 70 км от завода.

Еще раньше, в 1917 г., на химическом заводе в Галифаксе (Канада) произошел чудовищный взрыв из-за саморазложения NH 4 NO 3 , стоивший жизни 3000 человек.

Оказалось, что нитрат аммония опасен в обращении, является взрывчатым веществом. При нагревании до 260°С NH 4 NO 3 раз­лагается на оксид диазота N 2 O и воду:

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

Выше этой температуры реакция усложняется:

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

и приводит к резкому нарастанию давления и взрыву, которому может способствовать спрессованное состояние вещества и присут­ствие в нем примеси азотной кислоты HNO 3 .

Беотолле и спички

Взрывчатые свойства триоксохлората калия KClO 3 Бертолле обнаружил случайно. Он начал растирать кристаллы KСlО 3 в ступке, в которой на стенках осталось небольшое количество серы, не удаленное его помощником от предыдущей операции. Вдруг произошел сильный взрыв, пестик вырвало из рук Бертолле, лицо его было обожжено. Так Бертолле осуществил впервые реакцию, которую много позднее станут применять в первых шведских спичках:

2KClO 3 + 3S = 2KСl + 3SO 2 .

Триоксохлорат калия KСlО 3 долгое время называли бертолетовой солью.

Хинин

Малярия – одна из самых древних болезней, известных человечеству. Существует легенда о том, как было найдено лекарство от нее. Больной перуанский индеец, измученный лихорадкой и жаждой, бесцельно бродил вблизи своей деревни по джунглям. Он увидел лужу довольно чистой воды, в которой лежало поваленное дерево. Индеец стал жадно пить воду и почувствовал горький привкус. Случилось чудо. Вода принесла ему исцеление. Поваленное дерево индейцы называли «хина-хина». Местные жители, узнав об исцелении, стали применять кору этого дерева как лекарство против лихорадки. Слухи дошли до испанских завоевателей и докатились до Европы. Так был открыт хинин C 20 H 24 N 2 O 2 – кристаллическое вещество, добываемое из коры хинного дерева – цинхоны. Хинная кора во времена Средневековья продавалась буквально грамм за грамм золота. Искусственный синтез хинина очень сложен, он был разработан только в 1944 г.

Чудеса катализа

Брат Г. Дэви Эдуард получил очень тонкий порошок платины черного цвета, который стали называть «платиновой чернью». Однажды Эдуард неосторожно просыпал немного этого порошка на фильтровальную бумагу, которой только что вытер пролитый этиловый спирт С 2 Н 5 ОН. С удивлением он увидел, как «платиновая чернь» раскалилась и светилась до тех пор, пока исчез весь спирт вместе со сгоревшей бумагой. Так была открыта реакция каталитического окисления этилового спирта в кислоте:

С 2 Н 5 ОН +О 2 = СН 3 СООН + Н 2 О

Вулканизация

Американский химик Чарльз Гудьир (1800-1860) считал каучук разновидностью кожи и пытался его модифицировать. Он смешивал сырой каучук с каждым попадавшимся под руку веществом: солил его, перчил, посыпал сахаром, речным песком. Однажды в 1841 г. он уронил кусок каучука, обработанного серой, на нагретую печь. На другой день, приготовляя печь к опыту, Гудьир поднял этот кусок и обнаружил, что каучук стал прочнее. Это наблюдение Гудьира легло в основу разработанного позднее процесса вул­канизации резины. При вулканизации линейные макромолекулы каучука взаимодействуют с серой, образуя трехмерную сетку макромолекул. В результате вулканизации каучук превращается в резину. Впоследствии Гудьир писал: «Я признаю, что мои открытия не являлись итогом научного химического исследования… они явились результатом настойчивости и наблюдательности».

Адсорбция

В 1785 г. Ловиц занимался перекристаллизацией винной кислоты и часто получал не бесцветные, а бурого цвета кристаллы из-за оказавшихся в них примесей органического про­исхождения. Однажды он неосторожно пролил часть раствора на смесь песка и угля, находящуюся в песчаной бане, используемой для упаривания растворов. Ловиц постарался собрать пролившийся раствор, отфильтровал его от песка и угля. Когда раствор остыл, то выпали бесцветные прозрачные кристаллы кислоты. Так как песок не мог быть тому причиной, Ловиц решил проверить действие угля. Он приютовил новый раствор кислоты, насыпал в него угольный порошок, упарил и затем охладил после удаления угля. Выпавшие кристаллы снова оказались бесцветными и прозрачными.

Так Ловиц открыл адсорбционные свойства древесного угля. Он предложил хранить на кораблях питьевую воду в деревянных бочках со слоем угля. Вода не загнивала месяцами. Это открытие сразу же нашло применение в действующей армии, в боях с турками в 1791 г. в низовьях Дуная, где вода была непригодна для питья. Применил Ловиц древесный уголь и для очистки водки от сивушных масел, уксусной кислоты – от примесей, прида­вавших ей желтую окраску, и во многих других случаях.

Меллитовая кислота

С целью очистить азотную кислоту HNO 3 от примесей Ловиц насыпал в нее небольшое количество древесного угля и стал эту смесь кипятить. С удивлением он увидел исчезновение древесного угля и образование вместо него какого-то белого вещества, растворимого в воде и этаноле С 2 Н 5 ОН. Он назвал это вещество «растворимым углем». Взаимодействие угля с азотной кислотой протекает в соответствии с реакцией

12С + 6НNО 3 = С 6 (СООН) 6 + 6NO.

Через 150 лет установили, что Ловиц впервые получил бензолгексакарбоновую кислоту С 6 (СООН) 6 , старое название этого вещества – «меллитовая кислота».

Соли Цейзе

В 1827 г. датский химик-органик, фармацевт Вильям Цейзе (1789-1847) решил получить для одной из своих работ тетрахлороплатинат калия K 2 . Для полноты осаждения этой соли, малорастворимой в этаноле, он вместо водного раствора H 2 использовал раствор этой кислоты в этаноле С 2 Н 5 ОН. Когда к такому раствору Цейзе прилил водный раствор хлорида калия KCl неожиданно вместо осадка красно-коричневого цвета, характерного для K 2 , выпал осадок желтоватого цвета. Анализ этого осадка показал, что в его состав входят хлорид калия KCl, дихлорид платины PtCl 2 , вода Н 2 О и, к удивлению всех химиков, молекула этилена С 2 Н 4: KCl∙PtCl 2 ∙C 2 H 4 ∙Н 2 О. Эта эмпирическая формула стала предметом бурных обсуждений. Либих, например, заявил, что Цейзе провел анализы неверно и представленная им формула - плод больного воображения. Только в 1956 г. удалось установить, что состав новой соли Цейзе установил правильно, и теперь формулу соединения записывают так K∙H 2 O и называют его моногидратом трихлороэтиленплатината калия.

Так было получено первое соединение из необычной группы комплексных соединений, называемых «π-комплексами». В таких комплексах нет обычной химической связи металла, находящегося внутри квадратных скобок, с каким-либо одним атомом органической частицы. Реакция, которую осуществил Цейзе:

H 2 + KСl + С 2 Н 5 ОН = K∙Н 2 О + 2HCl.

В настоящее время K получают, пропуская этилен через водный раствор тетрахлороплатината калия K 2 :

K 2 + C 2 H 4 = K + KCl.

Шмель-спаситель

Куртуа - первооткрыватель иода - однажды чуть не погиб. В 1813 г. после одной из своих работ он слил в пустую склянку для отходов остатки водного раствора аммиака NH 3 и спиртового раствора иода I 2 . Куртуа увидел образование в склянке черно-коричневого осадка, который его сразу заинтересовал. Он отфильтровал осадок, промыл его этанолом С 2 Н 5 ОН, вынул из воронки фильтр с осадком и оставил его на лабораторном столе. Время было позднее, и Куртуа решил проанализировать осадок на следующий день. Когда утром он открыл дверь в лабораторию, то увидел, как залетевший в помещение шмель сел на полученный им осадок. Тотчас же раздался сильный взрыв, который разнес на куски лабораторный стол, а комната наполнилась фиолетовыми парами иода.

Куртуа потом говорил, что шмель спас ему жизнь. Вот так было получено и опробовано очень опасное в обращении вещество - моноаммиакат нитрида трииода I 3 N∙NH 3 . Реакция синтеза этого вещества:

3I 2 + 5NH 3 = I 3 N∙NH 3 ↓ + 3NH 4 .

Реакция, протекающая при взрыве, вызываемом самым легким прикосновением или небольшим встряхиванием сухого I 3 N∙NH 3:

2(I 3 N∙NH 3) = 2N 2 + 3I 2 + 3H 2 .

Неудачный опыт

Фтор F 2 был получен французским химиком Муассаном неожиданно. В 1886 г. он, изучив опыт предшественников, подверг электролизу безводный фтороводород HF в платиновой У-образной трубке. С удивлением Муассан заметил выделение на аноде фтора, а на катоде - водорода. Окрыленный успехом, он повторил опыт на заседании Парижской академии наук, но… фтора не получил. Опыт не удался. После тщательного изучения причин неудачи Муассан установил, что использованный им в первом опыте фто­роводород содержал примесь гидрофторида калия KHF 2 . Эта при­месь обеспечивала электропроводность раствора (безводный HF- неэлектролит) и создавала необходимую концентрацию ионов F - у анода:

2F - – 2е - = F 2 .

С тех пор фтор получают методом Муассана, используя раствор фторида калия KF в HF:

KF + HF = KHF 2 .

Аспартам

Аспартам (в России - «сладекс») - вещество, рекомендуемое для употребления страдающим диабетом и тучным людям, в 100-200 раз слаще сахарозы. Он не оставляет после себя горького металлического привкуса, присущего сахарину. Сладкий вкус аспартама был обнаружен в 1965 г. случайно. Химик, рабо­тавший с этим веществом, откусывал заусенец и почувствовал сладкий вкус. Аспартам представляет собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде. Это крохотный белок. Он усваивается организмом человека и является источником нужных ему амино­кислот. Аспартам не стимулирует образование зубного кариеса, а его усвоение не зависит от выработки организмом инсулина.

Карбид

В 1862 г. немецкий химик Вёлер пытался выделить металлический кальций из извести (карбоната кальция CaСО 3) путем длительного прокаливания смеси, состоящей из извести и угля. Он получил спекшуюся массу сероватого цвета, в которой признаков металла не обнаружил. С огорчением Вёлер выбросил эту массу как ненужный продукт на свалку во двор. Во время дождя лаборант Вёлера заметил выделение какого-то газа из выброшенной каменистой массы. Вёлера этот газ заинтересовал. Анализ газа показал, что это ацетилен Н 2 С 2 , открытый Э. Дэви в 1836 г. Вот так впервые был открыт карбид кальция СаС 2 , взаимодействующий с водой с выделением ацетилена:

5С + 2СаСО 3 = 3СаС 2 + 3СО 2 ;

СаС 2 + 2Н 2 О = Н 2 С 2 + Са(ОН) 2 .

С точки зрения невежды…

Как Берцелиус совершал свои случайные открытия, рассказывает его лаборант. Берцелиус вел уединенный образ жизни. Любопытные жители Стокгольма не раз спрашивали лаборанта Берцелиуса, как работает его хозяин.

Ну, - отвечал лаборант, - я вначале достаю ему из шкафа различные вещи: порошки, кристаллы, жидкости.

Он берет все это и сваливает в один большой сосуд.

Затем переливает все в маленький сосуд.

А что же он делает потом?

Потом он все переливает в помойное ведро, которое я выношу каждое утро.

В заключение приведем слова немецкого естествоиспы­тателя Германа Гельмгольца (1821-1894): «Иногда и счастливый случай может прийти на помощь и раскрыть неизвестное соот­ношение, но случай вряд ли найдет применение, если тот, кто его встречает, не собрал уже в своей голове достаточно наглядного материала, чтобы убедить его в правильности предчувствованного».

Теория химической эволюции или как зарождалась жизнь

Теория химической эволюции – современная теория про­исхождения жизни – опирается на идею самозарожде­ния. В основе ее лежит не внезапное возникновение живых существ на Земле, а образование хи­мических соединений и систем, которые составляют живую материю. Она рассматривает химию древнейшей Земли, прежде всего химические реакции, протекавшие в прими­тивной атмосфере и в поверхностном слое воды, где, по всей вероятности, концентрировались легкие элементы, составля­ющие основу живой материи, и поглощалось огромное количество солнечной энергии. Эта теория пытается от­ветить на вопрос: каким образом в ту далекую эпоху могли самопроизвольно возникнуть и сформироваться в живую систему органические соединения?

Общий подход к химической эволюции первым сфор­мулировал советский биохимик А. И. Опарин (1894-1980). В 1924 г. в СССР была опубликована его небольшая книга, посвященная этому вопросу; в 1936 г. вышло в свет ее новое, дополненное издание (в 1938 г. она была переведена на английский язык). Опарин обратил внимание на то, что современные условия на поверхности Земли препятствуют синтезу большого количества органических соединений, по­скольку свободный кислород, имеющийся в избытке в ат­мосфере, окисляет углеродные соединения до диоксида угле­рода (углекислого газа, СО 2). Кроме того, он отмечал, что в наше время любое органическое вещество, “брошенное на произвол” на земле, используется живыми организмами (подобную мысль высказывал еще Чарлз Дарвин). Однако, утверждал Опарин, на первичной Земле господствовали иные условия. Можно полагать, что в земной атмосфере того времени отсутствовал кислород, но в изобилии имелись водород и газы, содержащие водород, такие, как метан (СН 4) и аммиак (NН 3). (Подобную атмосферу, богатую водородом и бедную кислородом, называют восстанови­тельной в отличие от современной, окислительной, атмос­феры, богатой кислородом и бедной водородом.) По мне­нию Опарина, такие условия создавали прекрасные воз­можности для самопроизвольного синтеза органических сое­динений.

Обосновывая свою идею о восстановительном характере примитивной атмосферы Земли, Опарин выдвигал следую­щие аргументы:

1. Водород в изобилии присутствует в звездах

2. Углерод обнаруживается в спектрах комет и холодных звезд в составе радикалов СН и CN, а окисленный углерод проявляется редко.

3. Углеводороды, т.е. соединения углерода и водорода, встречаются в метеоритах.

4. Атмосферы Юпитера и Сатурна чрезвычайно богаты метаном и аммиаком.

Как указывал Опарин, эти четыре пункта свидетельству­ют о том, что Вселенная в целом находится в восстано­вительном состоянии. Следовательно, на первобытной Земле углерод и азот должны были находиться в таком же со­стоянии.

5. В вулканических газах содержится аммиак. Это, считал Опарин, говорит о том, что азот присутствовал в первичной атмосфере в виде аммиака.

6. Кислород, содержащийся в современной атмосфере, вырабатывается зелеными растениями в процессе фотосин­теза, и, следовательно, по своему происхождению это био­логический продукт.

На основании этих рассуждений Опарин пришел к заклю­чению, что углерод на примитивной Земле впервые появился в виде углеводородов, а азот-в виде аммиака. Далее он высказал предположение, что в ходе известных ныне хи­мических реакций на поверхности безжизненной Земли воз­никали сложные органические соединения, которые по про­шествии довольно продолжительного периода времени, по-видимому, и дали начало первым живым существам. Первые организмы, вероятно, представляли собой очень простые системы, способные лишь к репликации (делению) за счет органической среды, из которой они образовались. Выражаясь современным языком, они были “гетеротрофами”, т. е. зависели от окружающей среды, которая снабжала их органическим питанием. На противоположном конце этой шкалы находятся “автотрофы”-например, такие орга­низмы, как зеленые растения, которые сами синтезируют все необходимые органические вещества из диоксида углерода, неорганического азота и воды. Согласно теории Опарина, автотрофы появились только после того, как гетеротрофы истощили запас органических соединений в примитивном океане.

Дж. Б. С. Холдейн (1892-1964) выдвинул идею, в неко­тором отношении сходную со взглядами Опарина, которая была изложена в популярном очерке, опубликованном в 1929 г. Он предположил, что органическое вещество, син­тезированное в ходе естественных химических процессов, протекавших на предбиологической Земле, накапливалось в океане, который в конце концов достиг консистенции “го­рячего разбавленного бульона”. По мнению Холдейна, при­митивная атмосфера Земли была анаэробной (свободной от кислорода), однако он не утверждал, что для осуществления синтеза органических соединений требовались восстанови­тельные условия. Таким образом, он допускал, что углерод мог присутствовать в атмосфере в полностью окисленной форме, т. е. в виде диоксида, а не в составе метана или других углеводородов. При этом Холдейн ссылался на результаты экспериментов (не собственных), в которых доказывалась возможность образования сложных органических соедине­ний из смеси диоксида углерода, аммиака и воды под действием ультрафиолетового излучения. Однако в даль­нейшем все попытки повторить эти эксперименты оказались безуспешными.

В 1952 г. Гарольд Юри (1893-1981), занимаясь не собст­венно проблемами происхождения жизни, а эволюцией Сол­нечной системы, самостоятельно пришел к выводу, что атмосфера молодой Земли имела восстановленный характер. Подход Опарина был качественным. Проблема, которую исследовал Юри, была по своему характеру физико-хими­ческой: используя в качестве отправной точки данные о составе первичного облака космической пыли и граничные условия, определяемые известными физическими и хими­ческими свойствами Луны и планет, он ставил целью раз­работать термодинамически приемлемую историю всей Солнечной системы в целом. Юри, в частности, показал, что к завершению процесса формирования Земля имела сильно восстановленную атмосферу, так как ее основными состав­ляющими были водород и полностью восстановленные фор­мы углерода, азота и кислорода: метан, аммиак и пары воды. Гравитационное поле Земли не могло удержать легкий водород-и он постепенно улетучился в космическое про­странство. Вторичным следствием потери свободного во­дорода было постепенное окисление метана до диоксида углерода, а аммиака-до газообразного азота, которые через определенное время превратили атмосферу из восстанови­тельной в окислительную. Юри предполагал, что именно в период улетучивания водорода, когда атмосфера находилась в промежуточном окислительно-восстановительном состоя­нии, на Земле могло образоваться в больших количествах сложное органическое вещество. По его оценкам, океан, по-видимому, представлял тогда собой однопроцентный раствор органических соединений. В результате возникла жизнь в ее самой примитивной форме.

Считается, что Солнечная система образовалась из про-тосолнечной туманности-огромного облака газа и пыли. Возраст Земли, как установлено на основе ряда независимых оценок, близок к 4,5 млрд. лет. Чтобы выяснить состав первичной туманности, разумнее всего исследовать относи­тельное содержание различных химических элементов в со­временной Солнечной системе. По данным исследований основные элементы-водород и гелий-вместе составляют свыше 98% массы Солнца (99,9% его атомного состава) и фактически Солнечной системы в целом. Поскольку Солнце-обычная звезда и к этому типу относится множество звезд в других галактиках, его состав в общем характеризует распростра­ненность элементов в космическом пространстве. Современ­ные представления об эволюции звезд позволяют предпо­ложить, что водород и гелий преобладали и в “молодом” Солнце, каковым оно было 4,5 млрд. лет назад.

Четыре основных элемента Земли относятся к числу девяти наиболее распространенных на Солнце, по своему составу наша планета существенно отличается от космического пространства в целом. (То же самое можно сказать о Меркурии, Венере и Марсе; однако Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун в этот список не попадают.) Земля состоит главным образом из железа, кислорода, кремния и магния. Очевиден дефицит всех биологически важных легких элементов (за исключением кислорода) и поразительна согласно теории Опарина-Юри, необходимы для начала химической эволюции. Учитывая дефицит легких элементов и особенно благородных газов, разумно предположить, что изначально Земля сформировалась вообще без атмосферы. За исключением гелия, все благородные газы – неон, аргон, криптон и ксенон – обладают достаточной удельной массой, чтобы их могло удержать земное тяготение. Криптон и ксенон, например, тяжелее железа. Поскольку эти элементы образуют очень мало соединений, они, по всей видимости, существовали в примитивной атмосфере Земли в виде газов и не могли улетучиться, когда планета достигла наконец своих нынешних размеров. Но поскольку на Земле их со­держится в миллионы раз меньше, чем на Солнце, естест­венно допустить, что наша планета никогда не имела ат­мосферы, по составу близкой солнечной. Земля образовалась из твердых материалов, которые содержали лишь небольшое количество поглощенного или адсорбированного газа, так что никакой атмосферы сначала не было. Элементы, вхо­дящие в состав современной атмосферы, по-видимому, поя­вились на первобытной Земле в виде твердых химических соединений; впоследствии под действием тепла, возникаю­щего при радиоактивном распаде или выделении грави­тационной энергии, сопровождающем аккрецию Земли, эти соединения разлагались с образованием газов. В процессе вулканической деятельности эти газы вырывались из земных недр, образуя примитивную атмосферу.

Высокое содержание в современной атмосфере аргона (около 1%) не противоречит предположению, что благо­родные газы первоначально отсутствовали в атмосфере. Изотоп аргона, распространенный в космическом простран­стве, имеет атомную массу 36, тогда как атомная масса аргона, образовавшегося в земной коре при радиоактивном распаде калия, равна 40. Аномально высокое содержание на Земле кислорода (по сравнению с другими легкими эле­ментами) объясняется тем, что этот элемент способен сое­диняться с множеством других элементов, образуя такие очень стабильные твердые соединения, как силикаты и кар­бонаты, которые входят в состав горных пород.

Предположения Юри о восстановительном характере первобытной атмосферы основывались на высоком содер­жании на Земле железа (35% общей массы). Он считал, что железо, из которого ныне состоит ядро Земли, первона­чально было распределено более или менее равномерно по всему ее объему. При разогреве Земли железо расплавилось и собралось в ее центре. Однако, прежде чем это произошло, железо, содержащееся в том слое планеты, который сейчас называется верхней мантией Земли, взаимодействовало с водой (она присутствовала на примитивной Земле в виде гидратированных минералов, похожих на те, что обнару­жены в некоторых метеоритах); в результате в первобытную атмосферу выделились огромные количества водорода.

Исследования, осуществляемые с начала 1950-х годов, поставили под вопрос ряд положений описанного сценария. Некоторые планетологи высказывают сомнения насчет того, что железо, сосредоточенное сейчас в земной коре, могло когда-либо равномерно распределяться по всему объему планеты. Они склоняются к мнению, что аккреция проис­ходила неравномерно и железо конденсировалось из ту­манности раньше других элементов, образующих ныне ман­тию и кору Земли. При неравномерной аккреции содержание свободного водорода в примитивной атмосфере должно было оказаться ниже, чем в случае равномерного процесса. Другие ученые отдают предпочтение аккреции, но проте­кающей таким путем, который не должен приводить к образованию восстановительной атмосферы. Короче говоря, в последние годы были проанализированы различные мо­дели образования Земли, из которых одни в большей, другие в меньшей степени согласуются с представлениями о вос­становительном характере ранней атмосферы.

Попытки восстановить события, происходившие на заре формирования Солнечной системы, неизбежно связаны со множеством неопределенностей. Промежуток времени меж­ду возникновением Земли и образованием древнейших по­род, поддающихся геологической датировке, в течение ко­торого протекали химические реакции, приведшие к появ­лению жизни, составляет 700 млн. лет. Лабораторные опыты показали, что для синтеза компонентов генетической сис­темы необходима среда восстановительного характера; поэ­тому можно сказать, что раз жизнь на Земле возникла, то это может означать следующее: либо примитивная атмосфера имела восстановительный характер, либо органические сое­динения, необходимые для зарождения жизни, откуда-то принесены на Землю. Поскольку даже сегодня метеориты приносят на Землю разнообразные органические вещества, последняя возможность не выглядит абсолютно фантасти­ческой. Однако метеориты, по-видимому, содержат далеко не все вещества, необходимые для построения генетической системы. Хотя вещества метеоритного происхождения, вероятно, внесли существенный вклад в общий фонд органи­ческих соединений на примитивной Земле, в настоящее время кажется наиболее правдоподобным, что условия на самой Земле имели восстановительный характер в такой степени, что стало возможным образование органического вещества, приведшее к возникновению жизни.

Современные биологи показали, что жизнь-это хими­ческий феномен, отличающийся от прочих химических про­цессов проявлением генетических свойств. Во всех известных живых системах носителями этих свойств служат нуклеино­вые кислоты и белки. Сходство нуклеиновых кислот, белков и работающих на их основе генетических механизмов у организмов самых различных видов практически не оставля­ет сомнений в том, что все живые существа, ныне обитающие на Земле, связаны эволюционной цепью, которая соединяет их также с существовавшими в прошлом и вымершими видами. Подобная эволюция – естественный и неизбежный результат работы генетических систем. Таким образом, несмотря на бесконечное разнообразие, все живые существа на нашей планете принадлежат к одной семье. На Земле фактически существует лишь одна форма жизни, которая могла возникнуть только однократно.

Основным элементом земной биохимии является угле­род. Химические свойства этого элемента делают его особен­но подходящим для образования такого типа больших ин­формационно богатых молекул, которые необходимы для построения генетических систем с практически неограничен­ными эволюционными возможностями. Космос также очень богат углеродом, и целый ряд данных (результаты лабора­торных экспериментов, анализов метеоритов и спектроско­пии межзвездного пространства) свидетельствует, что обра­зование органических соединений, подобных тем, которые входят в состав живой материи, достаточно легко и в широких масштабах происходит во Вселенной. Поэтому вероятно, что если жизнь существует в каком-то ином уголке Вселенной, то она также основана на химии углерода.

Биохимические процессы, основанные на химии углерода, могут протекать лишь при сочетании на планете определен­ных условий температуры и давления, а также наличия подходящего источника энергии, атмосферы и растворителя. Хотя в земной биохимии роль растворителя играет вода, возможно, хотя и не обязательно, что в биохимических процессах, происходящих на иных планетах, участвуют дру­гие растворители.

Критерии возможности зарождения жизни

1.Температура и давление

Если предположение о том, что жизнь должна быть основана на химии углерода, правильно, то можно точно установить предельные условия для любой среды, способной поддерживать жизнь. Прежде всего температура не должна превышать предела стабильности органических молекул. Определить предельную температуру нелегко, но не требуется точных цифр. Поскольку температурные эффекты и величина давления взаимозависимы, их следует рассматривать в совокупности. Приняв давление равным примерно 1 атм (как на поверхности Земли), можно оценить верхний температурный предел жизни, учитывая, что многие небольшие молекулы, из которых построена генетическая система, например аминокислоты, быстро разрушаются при температуре 200-300°С. Исходя из этого, можно заключить, что области с температурой выше 250°С необитаемы. (Из этого, однако, не следует, что жизнь определяется только аминокислотами; мы выбрали их лишь в качестве типичных представителей малых органических молекул.) Реальный температурный предел жизни почти наверняка должен быть ниже указанного, поскольку большие молекулы со сложной трехмерной структурой, в частности белки, построенные из аминокислот, как правило, более чувствительны к нагрева­нию, чем небольшие молекулы. Для жизни на поверхности Земли верхний температурный предел близок к 100°С, и некоторые виды бактерий при этих условиях могут выживать в горячих источниках. Однако подавляющее большинство организмов при такой температуре гибнет.

Может показаться странным, что верхний температурный предел жизни близок к точке кипения воды. Не обусловлено ли это совпадение именно тем обстоятельством, что жидкая вода не может существовать при температуре выше точки своего кипения (100°С на земной поверхности), а не какими-то особыми свойствами самой живой материи?

Много лет назад Томас Д. Брок, специалист по термо­фильным бактериям, высказал предположение, что жизнь может быть обнаружена везде, где существует жидкая вода, независимо от ее температуры. Чтобы поднять точку кипе­ния воды, нужно увеличить давление, как это происходит, например, в герметической кастрюле-скороварке. Усиленный подогрев заставляет воду кипеть быстрее, не меняя ее темпе­ратуры. Естественные условия, в которых жидкая вода су­ществует при температуре выше ее обычной точки кипения, обнаружены в районах подводной геотермальной активнос­ти, где перегретая вода изливается из земных недр под совместным действием атмосферного давления и давления слоя океанской воды. В 1982 г. К. О. Стеттер обнаружил на глубине до 10 м в зоне геотермальной активности бактерии, для которых оптимальная температура развития составляла 105°С. Так как давление под водой на глубине 10 м равняется 1 атм, общее давление на этой глубине достигало 2 атм. Температура кипения воды при таком давлении равна 121°С.

Действительно, измерения показали, что температура воды в этом месте составляла 103°С. Следовательно, жизнь возмож­на и при температурах выше нормальной точки кипения воды.

Очевидно, бактерии, способные существовать при темпе­ратурах около 100°С, обладают “секретом”, которого лише­ны обычные организмы. Поскольку эти термофильные фор­мы при низких температурах растут плохо либо вообще не растут, справедливо считать, что и у обычных бактерий есть собственный “секрет”. Ключевым свойством, определяю­щим возможность выживания при высоких температурах, является способность производить термостабильные клеточ­ные компоненты, особенно белки, нуклеиновые кислоты и клеточные мембраны. У белков обычных организмов при температурах около 60°С происходят быстрые и необрати­мые изменения структуры, или денатурация. В качестве примера можно привести свертывание при варке альбумина куриного яйца (яичного “белка”). Белки бактерий, обита­ющих в горячих источниках, не испытывают таких измене­ний до температуры 90°С. Нуклеиновые кислоты также подвержены тепловой денатурации. Молекула ДНК при этом разделяется на две составляющие ее нити. Обычно это происходит в интервале температур 85-100°С в зависимости от соотношения нуклеотидов в молекуле ДНК.

При денатурации разрушается трехмерная структура бел­ков (уникальная для каждого белка), которая необходима для выполнения таких его функций, как катализ. Эта струк­тура поддерживается целым набором слабых химических связей, в результате действия которых линейная последова­тельность аминокислот, формирующая первичную структу­ру белковой молекулы, укладывается в особую, характерную для данного белка конформацию. Поддерживающие трех­мерную структуру связи образуются между аминокислота­ми, расположенными в различных частях белковой молеку­лы. Мутации гена, в котором заложена информация о последовательности аминокислот, характерной для опреде­ленного белка, могут привести к изменению в составе амино­кислот, что в свою очередь часто сказывается на его термо­стабильности. Это явление открывает возможности для эволюции термостабильных белков. Структура молекул, обеспе­чивающая термостабильность нуклеиновых кислот и клеточ­ных мембран бактерий, обитающих в горячих источниках, по-видимому, также генетически обусловлена.

Поскольку повышение давления препятствует кипению воды при нормальной точке кипения, оно может предотвра­тить и некоторые повреждения биологических молекул, свя­занные с воздействиями высокой температуры. Например, давление в несколько сотен атмосфер подавляет тепловую денатурацию белков. Это объясняется тем, что денатурация вызывает раскручивание спиральной структуры белковой молекулы, сопровождающееся увеличением объема. Препят­ствуя увеличению объема, давление предотвращает денату­рацию. При гораздо более высоких величинах давления, 5000 атм и более, оно само становится причиной денатурации. Механизм этого явления, которое предполагает компрес­сионное разрушение белковой молекулы, пока не ясен. Воз­действие очень высокого давления приводит также к повы­шению термостабильности малых молекул, поскольку высо­кое давление препятствует увеличению объема, обусловлен­ному в этом случае разрывами химических связей. Напри­мер, при атмосферном давлении мочевина быстро разруша­ется при температуре 130°С, но стабильна, по крайней мере в течение часа, при 200°С и давлении 29 тыс. атм.

Молекулы, находящиеся в растворе, ведут себя совершен­но иначе. Взаимодействуя с растворителем, они часто распа­даются при высокой температуре. Общее название таких реакций – сольватация; если растворителем служит вода, то реакция называется гидролизом.

Гидролиз-это основной процесс, вследствие которого в природе разрушаются белки, нуклеиновые кислоты и многие другие сложные биологические молекулы. Гидролиз проис­ходит, например, в процессе пищеварения у животных, но он осуществляется и вне живых систем, самопроизвольно, осо­бенно при высоких температурах. Электрические поля, воз­никающие при сольволитических реакциях, приводят к уменьшению объема раствора путем электрострикции, т.е. связывания соседних молекул растворителя. Поэтому сле­дует ожидать, что высокое давление должно ускорять про­цесс сольволиза, и опыты подтверждают это.

Поскольку мы полагаем, что жизненно важные процессы могут протекать только в растворах, отсюда следует, что высокое давление не может поднять верхний температурный предел жизни, по крайней мере в таких полярных раствори­телях, как вода и аммиак. Температура около 100°С-вероят­но, закономерный предел. Как мы увидим, это исключает из рассмотрения в качестве возможных мест обитания многие планеты Солнечной системы.

2. Атмосфера

Следующее условие, необходимое для обитаемости пла­неты, – наличие атмосферы. Достаточно простые соединения легких элементов, которые, по нашим предположениям, составляют основы живой материи, как правило, летучи, т. е. в широком интервале температур находятся в газообразном состоянии. По-видимому, такие соединения обязательно вы­рабатываются в процессах обмена веществ у живых организ­мов, а также при тепловых и фотохимических воздействиях на мертвые организмы, которые сопровождаются выделе­нием газов в атмосферу. Эти газы, наиболее простыми примерами которых на Земле являются диоксид углерода (углекислый газ), пары воды и кислород, в конце концов включаются в кругооборот веществ, который происходит в живой природе. Если бы земное тяготение не могло их удерживать, то они улетучились бы в космическое простран­ство, наша планета со временем исчерпала свои “запасы” легких элементов и жизнь на ней прекратилась бы. Таким образом, если бы на каком-то космическом теле, гравита­ционное поле которого недостаточно сильно, чтобы удержи­вать атмосферу, возникла жизнь, она не могла бы долго существовать.

Высказывалось предположение, что жизнь может сущест­вовать под поверхностью таких небесных тел, как Луна, которые имеют либо очень разреженную атмосферу, либо вообще лишены ее. Подобное предположение строится на том, что газы могут быть захвачены подповерхностным слоем, который и становится естественной средой обитания живых организмов. Но поскольку любая среда обитания, возникшая под поверхностью планеты, лишена основного биологически важного источника энергии-Солнца, такое предположение лишь подменяет одну проблему другой. Жизнь нуждается в постоянном притоке как вещества, так и энергии, но если вещество участвует в кругообороте (этим обусловлена необходимость атмосферы), то энергия, соглас­но фундаментальным законам термодинамики, ведет себя иначе. Биосфера способна функционировать, покуда снабжа­ется энергией, хотя различные ее источники не равноценны. Например, Солнечная система очень богата тепловой энер­гией – тепло вырабатывается в недрах многих планет, вклю­чая Землю. Однако мы не знаем организмов, которые были бы способны использовать его как источник энергии для своих жизненных процессов. Чтобы использовать теплоту в качестве источника энергии, организм, вероятно, должен функционировать подобно тепловой машине, т. е. переносить теплоту из области высокой температуры (например, от цилиндра бензинового двигателя) в область низкой темпера­туры (к радиатору). При таком процессе часть перенесенной теплоты переходит в работу. Но чтобы к. п. д. таких тепло­вых машин был достаточно высоким, требуется высокая температура “нагревателя”, а это немедленно создает огром­ные трудности для живых систем, так как порождает мно­жество дополнительных проблем.

Ни одной из этих проблем не создает солнечный свет. Солнце – постоянный, фактически неисчерпаемый источник энергии, которая легко используется в химических процессах при любой температуре. Жизнь на нашей планете целиком зависит от солнечной энергии, поэтому естественно предпо­ложить, что нигде в другом месте Солнечной системы жизнь не могла бы развиваться без прямого или косвенного потреб­ления энергии этого вида.

Не меняет существа дела и тот факт, что некоторые бактерии способны жить в темноте, используя для питания только неорганические вещества, а как единственный источ­ник углерода – его диоксид. Такие организмы, называемые хемолитоавтотрофами (что в буквальном переводе значит: питающие себя неорганическими химическими веществами), получают энергию, необходимую для превращения диоксида углерода в органические вещества за счет окисления водоро­да, серы или других неорганических веществ. Но эти источники энергии в отличие от Солнца истощаются и после использования не могут восстанавливаться без участия сол­нечной энергии. Так, водород, важный источник энергии для некоторых хемолитоавтотрофов, образуется в анаэробных условиях (например, в болотах, на дне озер или в желудочно-кишечном тракте животных) путем разложения под действием бактерий растительного материала, который сам, конечно, образуется в процессе фотосинтеза. Хемолитоавтотрофы используют этот водород для получения из диокси­да углерода метана и веществ, необходимых для жизне­деятельности клетки. Метан поступает в атмосферу, где разлагается под действием солнечного света с образованием водорода и других продуктов. В атмосфере Земли водород содержится в концентрации 0,5 на миллион частей; почти весь он образовался из метана, выделяемого бактериями. Водород и метан выбрасываются в атмосферу также при извержениях вулканов, но в несравненно меньшем количест­ве. Другой существенный источник атмосферного водоро­да-верхние слои атмосферы, где под действием солнечного УФ-излучения пары воды разлагаются с высвобождением атомов водорода, которые улетучиваются в космическое пространство.

Многочисленным популяцим различных животных-рыб, морских моллюсков, мидий, гигантских червей и т. д., кото­рые, как было установлено, и обитают вблизи горячих источников, обнаруженных на глубине 2500 м в Тихом океа­не, иногда приписывают способность существовать незави­симо от солнечной энергии. Известно несколько таких зон: одна рядом с Галапагосским архипелагом, другая – на рас­стоянии примерно 21° к северо-западу, у берегов Мекси­ки. В глубине океана запасы пищи заведомо скудны, и открытие в 1977 г. первой такой популяции немедленно поставило вопрос об источнике их питания. Одна возмож­ность, по-видимому, заключается в использовании органи­ческого вещества, скапливающегося на дне океана,-отбро­сов, образовавшихся в результате биологической активности в поверхностном слое; они переносятся в районы геотермальной активности горизонтальными течениями, возника­ющими вследствие вертикальных выбросов горячей воды. Движение вверх перегретой воды и вызывает образование придонных горизонтальных холодных течений, направлен­ных к месту выброса. Предполагается, что таким путем здесь и скапливаются органические останки.

Другой источник питательных веществ стал известен после того, как выяснилось, что в воде термальных источников содержится сероводород (H 2 S). He исключено, что хемолитоавтотрофные бактерии находятся у начала цепи пита­ния. Как показали дальнейшие исследования, хемолитоавтотрофы действительно являются главным источником орга­нического вещества в экосистеме термальных источников.

Поскольку “топливом” для этих глубоководных сооб­ществ служит образовавшийся в глубинах Земли сероводо­род, их обычно рассматривают как живые системы, способ­ные обходиться без солнечной энергии. Однако это не совсем верно, так как кислород, используемый ими для окисления “топлива”, является продуктом фотохимических превраще­ний. На Земле имеются только два значительных источника свободного кислорода, и оба они связаны с активностью Солнца.

Океан играет важную роль в жизни глубоководной экосистемы, поскольку он создает окружающую среду для организмов из термальных источ­ников, без которой они не могли бы существовать. Океан обеспечивает их не только кислородом, но и всеми нужными питательными веществами, за исключением сероводорода. Он удаляет отходы. И он же позволяет этим организмам переселяться в новые районы, что необходимо для их выжи­вания, поскольку источники недолговечны – согласно оцен­кам, время их жизни не превышает 10 лет. Расстояние между отдельными термальными источниками в одном районе океана составляет 5-10 км.

3. Растворитель

В настоящее время принято считать, что необходимым условием жизни является также наличие растворителя того или иного типа. Многие химические реакции, протекающие в живых системах, без растворителя были бы невозможны. На Земле таким биологическим растворителем служит вода. Она представляет собой главную составляющую живых клеток и одно из самых распространенных на земной поверх­ности соединений. Ввиду того что образующие воду хими­ческие элементы широко распространены в космическом пространстве, вода, несомненно,- одно из наиболее часто встречающихся соединений во Вселенной. Но, несмотря на такое изобилие воды повсюду. Земля – единственная планета в Солнечной системе, имеющая на своей поверхности океан; это важный факт, к которому мы вернемся позже.

Вода обладает рядом особых и неожиданных свойств, благодаря которым она может служить биологическим растворителем – естественной средой обитания живых орга­низмов. Этими свойствами определяется ее главная роль в стабилизации температуры Земли. К числу таких свойств относятся: высокие температуры плавления (таяния) и кипе­ния; высокая теплоемкость; широкий диапазон температур, в пределах которого вода остается в жидком состоянии; боль­шая диэлектрическая постоянная (что очень важно для раст­ворителя); способность расширяться вблизи точки замерза­ния. Всестороннее развитие эти вопросы получили, в част­ности, в трудах Л.Дж. Гендерсона (1878-1942), профессора химии Гарвардского университета.

Современные исследования показали, что столь необыч­ные свойства воды обусловлены способностью ее молекул образовывать водородные связи между собой и с другими молекулами, содержащими атомы кислорода или азота. В действительности жидкая вода состоит из агрегатов, в кото­рых отдельные молекулы соединены вместе водородными связями. По этой причине при обсуждении вопроса о том, какие неводные растворители могли бы использоваться жи­выми системами в других мирах, особое внимание уделяется аммиаку (NН 3), который также образует водородные связи и по многим свойствам сходен с водой. Называются и другие вещества, способные к образованию водородных связей, в частности фтористоводородная кислота (HF) и цианистый водород (HCN). Однако последние два соединения-малове­роятные кандидаты на эту роль. Фтор относится к редким элементам: на один атом фтора в наблюдаемой Вселенной приходится 10000 атомов кислорода, так что трудно пред­ставить на любой планете условия, которые благоприятство­вали бы образованию океана, состоящего из HF, а не из Н 2 О. Что касается цианистого водорода (HCN), составля­ющие его элементы в космическом пространстве встречают­ся в изобилии, но это соединение термодинамически недоста­точно устойчиво. Поэтому маловероятно, чтобы оно могло в больших количествах когда-либо накапливаться на какой-то планете, хотя, как мы говорили раньше, HCN представляет собой важное (хотя и временное) промежуточное звено в предбиологическом синтезе органических веществ.

Аммиак состоит из довольно распространенных элемен­тов и, хотя он менее стабилен, чем вода, все же достаточно устойчив, чтобы его можно было рассматривать как возмож­ный биологический растворитель. При давлении в 1 атм он находится в жидком состоянии в интервале температур 78 - 33°С. Этот интервал (45°) намного уже соответству­ющего интервала для воды (100°С), но он охватывает ту область температурной шкалы, где вода не может функцио­нировать как растворитель. Рассматривая аммиак, Гендер-сон указывал, что это единственное из известных соединений, которое как биологический растворитель приближается по своим свойствам к воде. Но в конце концов ученый отказался от своего утверждения по следующим причинам. Во-первых, аммиак не может накопиться в достаточном количестве на поверхности какой-либо планеты; во-вторых, в отличие от воды он не расширяется при температуре, близкой к точке замерзания (вследствие чего вся его масса может целиком остаться в твердом, замороженном состоянии), и наконец, выбор его как растворителя исключает выгоды от использо­вания кислорода в качестве биологического реагента. Ген-дерсон не высказал определенного мнения о причинах, кото­рые помешали бы аммиаку накапливаться на поверхности планет, но тем не менее он оказался прав. Аммиак разруша­ется УФ-излучением Солнца легче, чем вода, т. е. его молеку­лы расщепляются под воздействием излучения большей длины волны, несущего меньше энергии, которое широко представлено в солнечном спектре. Образующийся в этой реакции водород улетучивается с планет (за исключением самых больших) в космическое пространство, а азот остает­ся. Вода также разрушается в атмосфере под действием солнечного излучения, но только гораздо более коротковол­нового, чем то, которое разрушает аммиак, а выделяющиеся при этом кислород (О 2) и озон (О 3) образуют экран, очень эффективно защищающий Землю от убийственного УФ-из-лучения. Таким образом происходит самоограничение фото­деструкции атмосферных паров воды. В случае аммиака подобное явление не наблюдается.

Эти рассуждения неприменимы к планетам типа Юпите­ра. Поскольку водород в изобилии присутствует в атмосфере этой планеты, являясь ее постоянной составляющей, разумно предполагать наличие там аммиака. Эти предположения подтверждены спектроскопическими исследованиями Юпи­тера и Сатурна. Вряд ли на этих планетах имеется жидкий аммиак, но существование аммиачных облаков, состоящих из замерзших кристаллов, вполне возможно.

Рассматривая вопрос о воде в широком плане, мы не вправе априори утверждать или отрицать, что вода как биологический растворитель может быть заменена другими соединениями. При обсуждении этой проблемы нередко проявляется склонность к ее упрощению, поскольку, как правило, учитываются лишь физические свойства альтерна­тивных растворителей. При этом приуменьшается или сов­сем игнорируется то обстоятельство, которое отмечал еще Гендерсон, а именно: вода служит не только растворителем, но и активным участником биохимических реакций. Элемен­ты, из которых состоит вода, “встраиваются” в вещества живых организмов путем гидролиза или фотосинтеза у зеленых растений (см. реакцию 4). Химическая структура живого вещества, основанного на другом растворителе, как и вся биологическая среда, обязательно должны быть иными. Другими словами, замена растворителя неизбежно влечет за собой чрезвычайно глубокие последствия. Никто всерьез не пытался их себе представить. Подобная попытка вряд ли разумна, ибо она представляет собой ни больше ни меньше, как проект нового мира, а это занятие весьма сомнительное. Пока мы не в состоянии ответить даже на вопрос о возмож­ности жизни без воды, и едва ли что-нибудь узнаем об этом, пока не обнаружим пример безводной жизни.

Может ли взорваться

Черное море?

В 1891 году профессор А.Лебединцев поднял из глубин Черного моря первую пробу воды. Проба показала, что вода ниже 183 метров насыщена сероводородом. Последующие исследования подтвердили, что Черное море является крупнейшим в мире сероводородным бассейном. 3500 – 4000 лет назад не существовало Гибралтарского пролива, и Средиземное море делилось на два бассейна: внешнее море на западе от Сицилии и Внутреннее море – на востоке от нее. Уровни этих морей были значительно ниже современного. В то время Черное море (Эвксинский Понт) было пресноводным, и основное питание этих морей шло через Боспор (Босфор) за счет большего стока рек Черноморского бассейна. 3500 лет назад произошли значительные подвижки коры Европы в западном направлении, образовался Гибралтарский пролив, и соленая вода океана подняла уровни этих морей до современного.

Богатейшие пресноводная флора и фауна Черного моря погибли и опустились на дно. Разложение белковых веществ на дне насытило придонные воды сероводородом и метаном. После этого события, уровень сероводорода поднимался, и в наше время держится на глубине 200 – 100 метров. В августе 1982 года в восточной части моря сероводород был обнаружен на глубине 60 метров, причем диаметр "купола" его подъема достигал 120 км. Осенью уровень сероводорода понизился до 150 метров. Это говорит о значительном выбросе сероводорода из глубины в результате землетрясения на участке морского дна.

Существуют различные гипотезы относительно причин сдерживания сероводорода на глубине. По мнению некоторых ученых, сероводород в растворенном состоянии сдерживает только значительное давление вышележащих слоев воды (10-20 атмосфер). Если снять эту "пробку", то вода "закипит", и из нее произойдет быстрое выделение сероводорода в виде газа (по аналогии с бутылкой с газированной водой).

10 лет назад в результате землетрясения в районе небольшого африканского озера из него произошел выброс сероводорода. Газ распространился двух-трехметровым слоем по берегам, что привело к гибели всего живого от удушья. Вспоминается и рассказ очевидцев крымского землетрясения 1927 года. Тогда разразилась гроза, и удивленному взору жителей Ялты предстали языки пламени в море – море загорелось! Таким образом, присутствие сероводорода в Черном море представляет собой очень серьезную опасность для населения стран его бассейна.

Эта опасность особенно велика для береговых участков с низкими отметками рельефа, например, Колхиды. В Колхиде землетрясения высокой балльности происходили в 1614 году (разрушение Цаишского комплекса), в 1785, 1905, 1958 и в 1959 годах. К счастью, все они не затронули морское дно. Гораздо опаснее положение в Крыму (Крым имеет тенденцию сползания в сторону моря) и вдоль побережья Турции, имеющего подвижные разломы коры. Существует единственный способ уменьшения опасности "взрыва" Черного моря путем интенсивного хозяйственного использования сероводорода в качестве горючего. Прокачка глубинных вод через отстойники даст неограниченные объемы газа, который можно будет использовать в теплоэлектростанциях при его взрывобезопасном дозировании. При таком централизованном сжигании сероводорода можно решить вопрос использования серосодержащих отходов сгорания без вреда экологической обстановке. Международная конференция "Эко – Черное море-90" нарисовала угрожающую картину антропогенного прессинга на экосистему моря – только Дунай и Днепр ежегодно выносят в море 30 тонн ртути и другие яды. Рыбные запасы моря сократились в десятки раз. В отношении Средиземного моря осуществляется "Голубой план" под эгидой ООН. К нему подключены 110 университетов и других организаций Европы. Только Черное море не имеет единого плана спасения. А он остро необходим.

Причины образования сероводорода в воде.

Сероводород и сернистые соединения, сульфиды и другие восстановленные формы серы не являются типичными и постоянными компонентами морских вод.

Однако при определенных условиях сероводород и сульфиды могут накапливаться в глубоких слоях моря в значительных количествах. Области с достаточно высоким содержанием сероводорода могут временами образовываться даже на небольших глубинах. Но и временное накопление сероводорода в море нежелательно, так как его появление вызывает гибель морской фауны. Вместе с тем, присутствие сероводорода в морской воде служит характерным показателем определенных гидрологических условий, а также интенсивного потребления растворенного кислорода и наличия большого количества легко окисляющихся веществ различного происхождения.

Основным источником возникновения сероводорода в море служит биохимическое восстановление растворенных сульфатов (процесс десульфатации). Десульфатация в море вызывается жизнедеятельностью особого вида анаэробных десульфатирующих бактерий, которые восстанавливают сульфаты в сульфиды, последние же разлагаются растворенной угольной кислотой до сероводорода. Схематически этот процесс можно представить следующим образом:

CaS + НаСО 3 → СаСО 3 + H 2 S.

В действительности указанный процесс протекает более сложно, и в сероводородной зоне присутствует не только свободный сероводород, но и другие формы продуктов восстановления сульфатов (сульфиды, гидросульфиты, гипосульфиты и др.).

В гидрохимической практике содержание восстановленных форм соединений серы принято выражать в эквиваленте сероводорода. Лишь в особых специально поставленных исследованиях различные восстановленные формы серы определяются раздельно. Эти определения здесь не рассматриваются.

Вторым источником возникновения сероводорода в море служит анаэробный распад богатых серой белковых органических остатков отмерших организмов. Содержащие серу белки, распадаясь в присутствии достаточного количества растворенного кислорода, окисляются, и содержащаяся в них сера переходит в сульфат-ион. В анаэробных условиях распад серосодержащих белковых веществ ведет к образованию минеральных форм серы, т. е. сероводорода и сульфидов.

Случаи временного возникновения анаэробных условий и связанного с ними накопления сероводорода наблюдаются в Балтийском и Азовском морях, а также в некоторых губах и заливах других морей. Классическим примером морского бассейна, зараженного сероводородом, является Черное море, где лишь верхний сравнительно тонкий поверхностный слой свободен от сероводорода.

Возникающие в анаэробных условиях сероводород и сульфиды легко окисляются при поступлении растворенного кислорода, например при ветровом перемешивании верхних, хорошо аэрированных слоев воды с глубинными водами, зараженными сероводородом. Поскольку даже временное накопление сероводорода и сернистых соединений в море имеет существенное значение как показатель загрязнения вод и возможности возникновения заморов морской фауны, наблюдения за его появлением совершенно необходимы при изучении гидрохимического режима моря.

Всего существует 2 основных метода определения количества и концентрации сероводорода в черном море: Объемно-аналитический метод и Колориметрический метод, но эти методы метрологически не аттестованы.

Сероводородный бум.

Как уже говорилось раньше, особенностью Черного моря является наличие в нем "сероводородного слоя". Его обнаружил сто лет назад русский боцман, понюхав опущенный на глубину канат, от которого слегка пахло тухлыми яйцами. Уровень "сероводородного слоя" колеблется, иногда его граница поднимается до глубины всего в 50 м. В 1927 г. во время большого землетрясения были даже "морские пожары", и в море в районе Севастополя и Евпатории наблюдались столбы пламени.

Перестройка в СССР совпала с очередным подъемом сероводородного слоя, а гласность дала газетам пикантную информацию о "морских пожарах" 1927 г. (раньше, когда не было привычки пугать людей, эти сведения широко не публиковались). Возникли удобные условия для крупного бума, и он был "раскручен". Вот примеры истерических прогнозов 1989-1990 гг. только в центральных газетах:

"Литературная газета": "Что будет, если, не дай Бог, у черноморских берегов случится новое землетрясение? Вновь морские пожары? Или одна вспышка, один грандиозный факел? Сероводород горюч и ядовит, в небе окажутся сотни тысяч тонн серной кислоты".

"Рабочая трибуна": "Достаточно небольшого землетрясения, чтобы сероводород вышел на поверхность Черного моря и загорелся – и его побережье превратится в пустыню".

"Совершенно секретно": "Достаточно совпадения во времени и пространстве резкого понижения атмосферного давления и вертикального течения. Вскипев, вода насытит воздух ядовитыми парами горючего газа. Куда будет дрейфовать смертоносное облако – одному Богу ведомо. Оно может вызвать жертвы на побережье, может за считанные секунды превратить пассажирский лайнер в "летучий голландец".

Наконец, сам М. С. Горбачев предупредил мир о грядущем из СССР апокалипсисе. Он заявил с трибуны международного Глобального форума по защите окружающей среды и развитию в целях выживания (каково название форума!): "Верхняя граница сероводородного слоя в Черном море за последние десятилетия поднялась с глубины 200 м до 75 м от поверхности. Еще немного, и через порог Босфора он пойдет в Мраморное, Эгейское и Средиземное море". Это заявление было опубликовано в "Правде". Ученые – и океанологи, и химики – пытались объяснить политикам, что все это – невежественный бред (так они наивно думали). Были опубликованы в научных журналах хорошо известные данные:

1. "Морские пожары" 1927 г. никакого отношения к сероводороду не имеют. Они наблюдались в местах, отстоящих от границы сероводородной зоны за 60-200 км. Их причина – выход на поверхность во время землетрясения природного газа метана из Криворожско-Евпаторийского тектонического разлома. Это – газоносный район, там ведется бурение для добычи газа, выходы природного газа на этой акватории в виде "факелов" наблюдаются регулярно. Все это хорошо известно, и отказ всех основных газет опубликовать эту справку ученых прямо указывает, что речь шла о сознательной дезинформации.

2. Максимальная концентрация сероводорода в воде Черного моря 13 мг в литре, что в 1000 раз меньше, чем необходимо, чтобы он мог выделиться из воды в виде газа. В тысячу раз! Поэтому ни о каком воспламенении, опустошении побережья и сожжении лайнеров не может быть и речи. Уже сотни лет люди пользуются в лечебных целях сероводородными источниками Мацесты (возможно даже, ими наслаждался сам М. С. Горбачев). Ни о каких взрывах и возгораниях и слыхом не слыхивали, даже запах сероводорода там вполне терпимый. Но содержание сероводорода в водах Мацесты в сотни раз больше, чем в воде Черного моря. Бывали случаи, когда в шахтах люди встречались с сероводородными струями высокой концентрации. Это приводило к отравлению людей, но взрывов, никогда не было и не могло быть – пороговая взрывная концентрация сероводорода в воздухе очень высока.

3. Смертельные концентрации сероводорода в воздухе составляют 670-900 мг в кубометре. Но уже при концентрации 2 мг в кубометре запах сероводорода нестерпим. Но даже если весь "сероводородный слой" Черного моря внезапно будет выброшен на поверхность какой-то неведомой силой, содержание сероводорода в воздухе будет во много раз ниже нестерпимого по запаху уровня. Значит, в тысячи раз ниже уровня, опасного для здоровья. Так что не может быть речи и об отравлениях.

4. Математическое моделирование всех мыслимых режимов в колебании уровня мирового океана и атмосферного давления над Черным морем, проведенное океанологами в связи с заявлением М. С. Горбачева, показало, что переток сероводорода в Мраморное море и дальше, с отравлением милой его сердцу западной цивилизации, абсолютно невозможен – даже если над Ялтой пройдет самый мощный из известных тропических циклонов.

Все это было досконально известно, сероводородная аномалия Черного моря изучается сто лет множеством ученых всего мира. Когда советская пресса начала этот бум, ряд авторитетных ученых, включая академиков (!) обратились в газеты – ни одна из них не взялась дать успокаивающую информацию. Самое популярное издание, в которое удалось пробиться – журнал АН СССР "Природа", журнал для ученых. Но он не мог сравниться с тиражами "Правды", "Литературной газеты", "Огонька" той поры или с воздействием телевидения.

Прозорливо завершает группа океанологов (Т. А. Айзатулин, Д. Я. Фащук и А. В. Леонов) одну из последних посвященных проблеме статей в "Журнале Всесоюзного химического общества" (№ 4, 1990): "Работая во взаимодействии с выдающимися зарубежными исследователями, восемь поколений отечественных ученых накопили огромные знания о сероводородной зоне Черного моря. И все эти знания, накопленные за столетие, оказались невостребованными, ненужными. В самое ответственное время они были подменены мифотворчеством.

Эта подмена – не просто очередное свидетельство кризиса в социальной сфере, к которой принадлежит наука. В силу ряда особенностей это, по нашему мнению, является ярким индикатором социальной катастрофы. Особенности заключаются в том, что на всех уровнях надежное количественное знание об очень конкретном, однозначно измеренном объекте, относительно которого в мировом научном сообществе нет разногласия по существу, подменено опасным по своим последствиям мифом. Это знание легко контролируется с помощью таких общедоступных измерительных средств, как канат и боцманский нос. Информацию о нем легко получить в течение десятка минут – часа обычными информационными каналами или телефонным звонком в любой институт океанологического профиля АН СССР, Гидрометеослужбы или Министерства рыбного хозяйства. И если в отношении такого, вполне определенного знания оказалась возможной подмена мифами, то мы должны ожидать ее обязательно в таких областях противоречивого и неоднозначного знания, как экономика и политика.

Множество кризисов, в которые погружается наше общество, представляет собой болото искусственного происхождения. Утонуть в нем можно только лежа. Дать топографию болота кризиса на нашем участке, показать наличие горизонта, подняв человека с брюха на ноги, – цель настоящего обзора".

Как известно, поднять советского человека "с брюха на ноги" в созданном искусственно болоте не удалось – не дали заинтересованные и стоявшие на ногах манипуляторы сознанием. Сейчас мы изучаем этот случай уже как патологоанатомы – делаем вскрытие. Но очень интересно и продолжение – с еще живым сознанием.

После того как истинная цель сероводородного психоза (как части большой программы) была достигнута, о сероводороде внезапно все забыли, как и о заводах белково-витаминных добавок к птичьему корму. Но 7 июля 1997 г. столь же внезапно, после многих лет полного молчания, по телевидению вновь прошла передача о сероводородной угрозе. На этот раз был запущен в сознание бред, оставивший далеко позади прогнозы 1989 г. Был обещан взрыв всего сероводорода Черного моря такой мощности, что он, как детонатор, вызовет атомный взрыв урана, залежи которого есть на Кавказе! Таким образом, сероводород увязали с ядерным оружием – символом современной опасности.

Так может или нет взорваться Черное море?

Азово-Черноморский бассейн в начале ХХ века представлял собой уникальное геофизическое образование: мелководное пресное Азовское, и солёное глубоководное Чёрное море. Большинство обитателей этого бассейна весной уходило на нерест в Азовское море, а зимовало – в Черном, которое в "разрезе" напоминает стакан: узкая прибрежная полоса резко обрывается на трехкилометровую глубину.

Основные поставщики пресной воды в Азово-Черноморский бассейн – три реки: Днепр, Дунай, Дон. Эта вода, перемешиваясь с солёной водой во время штормов, образовывала двухсотметровый обитаемый слой. Ниже этой отметки биологические организмы в Чёрном море не живут. Дело в том, что Чёрное море сообщается с мировым океаном через узкий пролив Босфор. Теплая, обогащённая кислородом вода Чёрного моря через этот пролив в верхнем слое вытекает в Средиземное море. В нижнем же слое пролива Босфор более холодная и солёная вода поступает в Черное море. Такая структура водообмена за миллионы лет привела к накоплению сероводорода в нижних слоях Чёрного моря. H 2 S образуется в воде в результате бескислородного разложения биологических организмов и обладает характерным запахом тухлых яиц. Любой аквариумист прекрасно знает, что в большом аквариуме в придонном слое со временем в результате гниения остатков корма, растений постепенно накапливается сероводород. Первый показатель этого – рыбы начинают плавать в приповерхностном слое. Дальнейшее накопление H 2 S может привести к гибели обитателей аквариума. Для удаления сероводорода из воды аквариумисты используют искусственную аэрацию: микрокомпрессором воздух распыляется в нижнем слое воды. При этом со временем распылитель и грунт вблизи покрывается жёлтым налётом – серой. Химикам известно два типа реакции окисления сероводорода:

1. H 2 S + O 2 → H 2 O + S

2. H 2 S + 4O 2 → H 2 SO 4

В результате первой реакции образуется свободная сера и вода. По мере накопления, сера может всплывать маленькими кусочками на поверхность.

Второй тип реакции окисления H 2 S протекает взрывоподобно при изначальном термальном толчке. В результате образуется серная кислота. Врачам иногда приходится сталкиваться со случаями ожогов кишечника у детей – последствия вроде бы безобидной шалости. Дело в том, что кишечные газы содержат сероводород. Когда дети "в шуточку" их поджигают, пламя может проникнуть в кишечник. В результате – не только термальный, но и кислотный ожог.

Именно второй ход реакции окисления H 2 S наблюдали жители Ялты во время землетрясения в 1927 году. Сейсмические толчки всколыхнули глубоководный сероводород к поверхности. Электропроводность водного раствора H 2 S выше, чем у чистой морской воды. Поэтому электрические грозовые разряды чаще всего попадали именно в участки поднятого с глубины сероводорода. Однако значительный слой чистой поверхностной воды гасил цепной ход реакции.

К началу XX века, как уже говорилось, верхний обитаемый слой воды в Черном море составлял 200 метров. Бездумная техногенная деятельность привела к резкому сокращению этого слоя. В настоящее время его толщина не превышает 10-15 метров. Во время сильного шторма сероводород поднимается на поверхность, и отдыхающие могут ощущать характерный запах.

В начале века река Дон давала в Азово-Черноморский бассейн до 36 км3 пресной воды. К началу 80-х годов этот объём сократился до 19 км 3: металлургическая промышленность, ирригационные сооружения, орошение полей, городские водопроводы… Ввод Волго-донской атомной станции заберёт ещё 4 км 3 воды. Аналогичная ситуация произошла за годы индустриализации и на других реках бассейна.

В результате утоньшения поверхностного обитаемого слоя воды, в Чёрном море произошло резкое сокращение биологических организмов. Так, например, в 50-е годы поголовье дельфинов достигало 8 миллионов особей. В наши дни встретить дельфинов в Черном море стало большой редкостью. Любители подводного спорта с грустью наблюдают лишь остатки жалкой растительности и редкие стайки рыб. Но это не самое страшное!

Если бы Крымское землетрясение произошло в наши дни, то всё закончилось бы глобальной катастрофой: миллиарды тонн сероводорода прикрывает тончайшая водная плёнка. Каков же сценарий вероятного катаклизма?

В результате первичного термального толчка произойдёт объемный взрыв H 2 S. Это может привести к мощнейшим тектоническим процессам и подвижкам литосферных плит, что, в свою очередь, вызовет разрушительные землетрясения по всему земному шару. Но это ещё не всё! В результате взрыва в атмосферу будут выброшены миллиарды тонн концентрированной серной кислоты. Это будут не современные слабые кислотные дождики после наших заводов и фабрик. Кислотные ливни после взрыва Чёрного моря выжгут всё живое и неживое на планете! Или – почти всё…

В 1976 году был предложен на рассмотрение простой и дешёвый проект. Основной смысл его заключался в следующем: горные реки Кавказа несут в море пресную воду тающих ледников. Протекая по мелководным каменистым руслам, вода обогащается кислородом. Учитывая, что плотность пресной воды меньше, чем солёной, поток горной реки, впадая в море, растекается по его поверхности. Если эту воду пустить по трубе на дно моря, то реализуется ситуация аэрации воды в аквариуме. Для этого потребовалось бы 4-5 км труб, опускаемых на дно моря и максимум пару десятков километров труб до небольшой плотины в русле реки. Дело в том, что, чтобы уравновесить трехкилометровую глубину солёной воды, пресную надо самотёком подавать с высоты 80-100 метров. Это и будет максимум 10-20 км от берега моря. Всё зависит от рельефа прибрежной местности.

Несколько таких аэрационных систем могли бы первоначально остановить процесс вымирания моря и, со временем, привести к полной нейтрализации H 2 S в его глубинах. Понятно, что этот процесс не только позволил бы возродить флору и фауну Азово-Черноморского бассейна, но и ликвидировать возможность глобальной катастрофы.

Однако, как показывает практика, правительственным структурам всё это совершенно неинтересно. Зачем вкладывать, пусть даже и небольшие, деньги в сомнительное мероприятие по спасению Земли от глобальной катастрофы? Хотя, аэрационные установки могли бы давать "живые деньги" – серу, освобождающуюся в результате окисления сероводорода.

Но точно сказать, когда взорвется Черное море, не сможет никто. Для заблаговременного предсказания возможности его возникновения нужно организовать службы слежения за процессами тектонических подвижек блоков земной коры на этой территории. Лучше все же быть готовым к таким ситуациям. В конце концов, ведь живут же люди даже у подножия Везувия. Живущие в пределах территорий, на которых могут происходить подобного рода катастрофические события, должны соответственно организовывать свой образ жизни.

Но это все не так страшно как кажется на первый взгляд. Предыдущий взрыв Черного моря произошел несколько миллионов лет назад. В своей эволюции тектоническая деятельность Земли все более успокаивается. Вполне возможно, что очередной взрыв Черного моря произойдет еще через несколько миллионов лет. А это уже необозримое даже для простого человеческого воображения время.

Один из способов использования сероводорода.

Экономисты и энергетики приходят к выводу, что в ближайшее время атомную энергетику заменить нечем. Хотя после чернобыля все признают ее опасность, особенно для стран с нестабильной обстановкой и разгулом терроризма. К сожалению, к таким странам относиться сегодня и Россия. А между тем реальная альтернатива атомной энергетике существует. В архиве Юткина Л.А. есть проект, который сейчас может привлечь внимание энергетиков.

После распада СССР у России остался небольшой отрезок Черноморского побережья. Юткин Л.А. назвал черное море уникальной природной кладовой с неиссякаемыми запасами энергии: энергетическим “Эльдорадо” с возобновляемыми источниками сырья. Свой фантастический и вместе с тем вполне реальный проект автор электрогидравлического эффекта Л.А.Юткин отправил в 1979 году в Госкомизобретений и ГКНТ СССР.

Проект основывался на способах разделения и обогащения газов. Дело в том, что воды Черного моря ниже глубины 100 метров содержат растворенный в них… сероводород. Особенно важно, что, в отличие от других горючих ископаемых, запасы сероводорода в Черном море возобновляемы. Как показали исследования, и как говорилось раньше, пополнение сероводорода происходит за счет двух источников: деятельности микроорганизмов, способных восстанавливать в анаэробных условиях сульфатную серу до сульфидной, и поступлений сероводорода, синтезируемого в недрах Кавказских гор, из трещин в земной коре. Концентрация сероводорода регулируется его окислением в поверхностных слоях воды. Кислород воздуха, растворяясь в воде, взаимодействует с сероводородом, превращая его в серную кислоту. Кислота вступает в реакцию с растворенными в воде минеральными солями, образует сульфаты. Эти процессы идут одновременно, благодаря чему в Черном море устанавливается динамическое равновесие. Расчеты показывают, что за год в результате окисления в Черном море перерабатывается в сульфаты не более четверти всего сероводорода.

Таким образом, из Черного моря, без ущерба для его экологии, а также понижая шансы “взрыва” Черного моря, можно ежегодно выделять около 250 миллионов тонн сероводорода энергоемкостью порядка 10 12 кВт×час (сгорая, один килограмм сероводорода дает примерно 4000 ккал.). Это соответствует ежегодному производству электроэнергии в бывшем СССР и вдвое превосходит его в России. Следовательно, Черное море как генератор сероводорода может полностью удовлетворять отечественную потребность в энергии. Как же эту фантастическую идею осуществить на практике?

Для этого Юткин предложил придонные слои морской воды из районов аномально высокого содержания сероводорода поднимать на технологическую высоту, где их подвергать воздействию электрогидравлических ударов, обеспечивающих выделение сероводорода, а затем возвращать обратно в море (электрогидравлический эффект). Полученный газ надо сжижать и сжигать, а появившуюся двуокись серы окислять в серную кислоту. При сжигании 1 кг сероводорода можно получить до двух килограммов двуокиси серы и 4×10 3 ккал утилизируемого тепла. При окислении двуокиси серы до серной кислоты также выделяется энергия. Каждая тонна сероводорода, сгорая, дает 2,9 т серной кислоты. Дополнительная энергия, возникающая при ее синтезе, составит до 5×10 5 ккал на каждую тонну полученной кислоты.

Расчеты показывают, что для удовлетворения всех потребностей стран СНГ в электроэнергии, без нарушения экологии моря, надо ежегодно выделять и сжигать 7400 куб. км морской воды. Сжигание 2×5×10 8 т сероводорода позволит получить 7×3×10 8 т серной кислоты, при синтезе которой получится дополнительно 3×6×10 14 ккал тепла или 4×1×10 11 квт/ч дополнительной энергии. Эта энергия обеспечит все работы технологического цикла – перекачку воды, электрогидравлическую обработку ее обработку, сжатие и сжижение полученного газа.

Единственным “отходом” работы таких электростанций будет серная кислота – ценное сырье для многих других отраслей промышленности.

В самом начале предложения этого проекта, он был запрещен к реализации.

Разрушение озонового слоя

В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона проостирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. Наиболее подробным исследованием озонного слоя над Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озонный Эксперимент. В его ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах и проходящих в ней химических процессах. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озонная "дыра". В начале 80-х по измерениям со спутника "Нимбус-7" аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико – около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона упало на 5%.

Это открытие обеспокоило как ученых, так и широкую общественность, поскольку из него следовало, что слой озона, окружающий нашу планету, находится в большей опасности, чем считалось ранее. Утончение этого слоя может привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона в атмосфере менее 0.0001%, однако именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца с длинной волны <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.

Образование озона описывается уравнением реакции:

Необходимый для этой реакции атомарный кислород выше уровня 20 км образуется при расщеплении кислорода под действием ультрафилетового излучения с <240 нм.

Ниже этого уровня такие фотоны почти не проникают, и атомы кислорода образуются, в основном, при фотодиссоциации двуокиси азота фотонами мягкого ультрафилета с <400 нм:

Разрушение молекул озона прооисходит при их попадании на частицы аэрозолей или на поверхность земли, но основной сток озона определяют циклы каталитических реакций в газовой фазе:

O 3 + Y → YO + O 2

YO + O → Y + O 2

где Y=NO, OH, Cl, Br

Впервые мысль об опасности разрушения озонного слоя была высказана еще в конце 1960-х годов, тогда считалось, что основную опасность для атмосферного зона предтставляют выбросы водяного пара и оксидов азота (NO) из двигателей сверхзвуковых транспортных самолетов и ракет. Однако, сверхзвуковая авиация развивалась значительно менее бурными темпами, чем предполагалось. В настоящее время в коммерческих целях используется только "Конкорд", совершающий несколько рейсов в неделю между Америкой и Европой, из военных самолетов в стратосфере летают практически только сверхзвуковые стратегические бомбардировщики, такие как B1-B или Ту-160 и разведывательные самолеты типа SR-71. Такая нагрузка вряд ли представляет серьезную угрозу для озонного слоя. Выбросы оксидов азота с поверхности земли в результате сжигания ископаемого топлива и массового производства и применения азотных удобрений также представляет определенную опасность для озонного слоя, но оксиды азота нестойки и легко разрушаются в нижних слоях атмосферы. Запуски ракет также происходят не очень часто, впрочем, хлоратные твердые топлива используемые в современных космических системах, например в твердотопливных ускорителях "Спейс-Шаттл" или "Ариан", могут наносить серьезный локальный ущерб озонному слою в районе запуска.

В 1974 г. М. Молина и Ф. Роуленд из Калифорнийского университета в Ирвине показали, что хлорфторуглероды (ХФУ) могут вызывать разрушение озона. Начиная с этого времени так называемая хлорфторуглеродная проблема стала одной из основных в исследованиях по загрязнению атмосферы. Хлорфторуглероды уже более 60 лет используются как хладагенты в холодиьниках и кондиционерах, пропелленты для аэрозольных смесей, пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов, при химической чистке одежды, при производстве пенопластиков. Когда-то они рассматривались как идеальные для практического применения химические вещества поскольку они очень стабильны и неактивны, а значит не токсичны. Как это ни пародоксально, но именно инертность этих соединений делает их опасными для атмосферного озона. ХФУ не распадаются быстро в тропосфере (нижнем слое атмосферы, который простирается от поверхности земли до высоты 10 км), как это происходит, например, с большей частью окислов азота, и в конце концов проникают в стратосферу, верхняя граница которой располагается на высоте около 50 км. Когда молекулы ХФУ поднимаются до высоты примерно 25 км, где концентрация озона максимальна, они подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолетового излучения, которое не проникает на меньшие высоты из-за экранирующего действия озона. Ультрафиолет разрушает устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ, которые распадаются на компоненты обладающие высокой реакционной способностью, в частности атомный хлор. Таким образом ХФУ переносит хлор с поверхности земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией озона. Очень важно, что хлор при разрушении озона действует подобно катализатору: в ходе химического процесса его количество не уменьшается. Вследствие этого один атом хлора может разрушить до 100 000 молекул озона прежде чем будет дезактивирован или вернется в тропосферу. Сейчас выброс ХФУ в атмосферу исчисляется миллионами тонн, но следует заметить, что даже в гипотетическом случае полного прекращения производства и использования ХФУ немедленного результата достичь не удастся: действие уже попавших в атосферу ХФУ будет продолжаться несколько десятилетий. Считается, что время жизни в атмосфередля двух наиболее широко используемых ХФУ фреон-11 (CFCl 3) и фреон-12 (CF 2 Cl 2) составляет 75 и 100 лет соответственно.

Оксиды азота способны разрушать озон, однако, они могут реагировать и с хлором. Например:

2O 3 + Cl 2 → 2ClO + 2O 2

2ClO + NO → NO 2 + Cl 2

в ходе этой реакции содержание озона не меняется. Более важной является другая реакция:

ClO + NO 2 → ClONO 2

образующийся в ее ходе хлористый нитрозил является так называемым резервуаром хлора. Содержащийся в нем хлор неактивен и не может вступить в реакцию с озоном. В конце концов такая молекула-резервуар может поглотить фотон или вступить в реакцию с какой-нибудь другой молекулой и высвободить хлор, но она также может покинуть стратосферу. Расчеты показывают, что если бы в стратосфере отсутствовали оксиды азота, то разрушение озона шло бы намного быстрее. Другим важным резервуаром хлора является хлористый водород HCl, образующийся при реакции атомарного хлора и метана СH 4 .

Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать меры направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению, использование ХФУ в других областях ограничено не было. В сентябре 1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ – пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками – вторым по величине потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах. Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.

Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях – на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов – концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере фотохимически активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.

Вместе с тем, ранние прогнозы, предсказывающие, например, что при сохранении современного уровня выброса ХФУ, к середине XXI в. содержание озона в стратосфере может упасть вдвое, возможно были слишком пессемистичны. Во-первых, дыра над Антарктидой во многом является следствием метеорологических процессов. Образование озона возможно только при наличии ультрафиолета и во время полярной ночи не идет. Зимой над Антарктикой образуется устойчивый вихрь, препятствующий притоку богатого озоном воздуха со средних широта. Поэтому к весне даже небольшое количество активного хлора способно нанести серьезный ущерб озонному слою. Такой вихрь практически отсутствует над Арктикой, поэтому в северном полушарии падение концентрации озона значительно меньше. Многие исследователи считают, что на процесс разрушения озона оказывают влияние полярные стратосферные облака. Эти высотные облака, которые гораздо чаще наблюдаются над Антарктикой, чем над Арктикой, образуются зимой, когда при отсутствии солнечного света и в условиях метеорологической изоляции Антарктиды температура в стратосфере падает ниже – 80 0 С. Можно предположить, что соединения азота конденсируются, замерзают и остаются связанными с облачными частицами и поэтому лишаются возможности вступить в реакцию с хлором. Возможно также, что облачные частицы способны катализировать распад озона и резервуаров хлора. Все это говорит о том, что ХФУ способны вызвать заметное понижение концентрации озона только в специфических атмосферных условиях Антарктиды, а для заметного эффекта в средних широтах, концентрация активного хлора должна быть намного выше. Во-вторых, при разрушении озонного слоя жесткий ультрафиолет начнет проникать глубже в атмосферу. Но это означает, что образование озона будет происходить по-прежнему, но только немного ниже, в области с большим содержанием кислорода. Правда, в этом случае озонный слой будет в большей степени подвержен действию атмосферной циркуляции.

Хотя первые мрачные оценки были пересмотрены, это ни в коем случае не означает, что проблемы нет. Скорее стало ясно, что нет немедленной серьезной опасности. Даже наиболее оптимистичные оценки предсказывают при современном уровне выброса ХФУ в атмосферу серьезные биосферные нарушения во второй половине XXI в., поэтому сокращать использование ХФУ по прежнему необходимо.

Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто–нибудь мог предположить что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремя предсказать, как то или иное соединение будет воздействовать на биосферу. Однако в случае с ХФУ такая возможность была: все химические реакции, описывающие процесс разрушения озона ХФУ крайне просты и известны довольно давно. Но даже после того, как проблема ХФУ была в 1974 г. сформулирована, единственной страной, принявшей какие-либо меры по сокращению производства ХФУ были США и меры эти были совершенно недостаточны. Потребовалась достаточно серьезная демонстрация опасности ХФУ для того, чтобы были приняты серьезные меры в мировом масштабе. Следует заметить, что даже после обнаружения озонной дыры, ратифицирование Монреальской конвенции одно время находилось под угрозой. Быть может, проблема ХФУ научит с большим вниманием и опаской относиться ко всем веществам, попадающим в биосферу в результате деятельности человечества.

Плата за открытия

Вот только некоторые эпизоды из этой области. В руках немецкого химика Роберта-Вильгельма Бунзена (1811-1899) взорвался за­паянный стеклянный сосуд с соединением мышьяка. Ученый остался без правого глаза и сильно отравился. Руки Бунзена от работ с химическими веществами настолько огрубели и по­крылись шрамами, что в обществе он предпочитал прятать их под стол. Но в лаборатории он демонстрировал их «неуязвимость», внося указательный палец в пламя газовой «горелки Бунзена» и держа его там несколько секунд, пока не распространялся запах паленого рога; при этом он спокойно произносил: «Смотрите, господа, в этом месте температура пламени выше тысячи градусов».

У французского химика Шарля-Адольфа Вюрца (1817-1884), президента Парижской академии наук, при нагревании смеси трихлорида фосфора РС1 3 и натрия Na в открытой пробирке произошел сильный взрыв. Осколки поранили ему лицо и руки, попали в глаза. Удалить их сразу из глаз не удалось. Постепенно, однако, они стали выходить сами. Лишь через несколько лет хирурги восстановили Вюрцу нормальное зрение.

Французский физик и химик Пьер-Луи Дюлонг (1785-1838), член Парижской академии наук, дорого заплатил за открытие взрывчатого вещества нитрида трихлора C1 3 N: он потерял глаз и три пальца. Дэви, изучая свойства этого вещества, также чуть не лишился зрения.

Русский академик Леман умер в результате отравления мышьяком, попавшим ему в легкие и пищевод при взрыве реторты в лаборатории.

Немецкий химик Либих едва не погиб, неосторожно уронив пестик, которым растирал кристаллы в ступке, в метал­лическую банку, где хранился сильно взрывчатый фульминат рту­ти - «гремучая ртуть» Hg(CNO) 2 . Взрывом сорвало кры­шу дома, а самого Либиха только отбросило к стене, и он отделался ушибами.

Русский академик Ловиц в 1790 г. отравился хлором. По этому поводу он писал: «Кроме длящейся почти восемь дней мучительной боли в груди случилось также, что когда по моей неосторожности… газ вышел в воздух, я внезапно потерял сознание и упал на землю».

Гей-Люссак и Тенар при одной из попыток получить калий путем нагревания смеси гидроксида калия КОН и порошка железа Fe по реакции:

6KOH + 2Fe = 6K + Fe 2 O 3 + 3H 2 O

едва не погибли из-за взрыва лабораторной установки. Гей-Люссак провел в постели, оправляясь от ран, почти полтора месяца. С Тенаром произошла еще одна история. В 1825 г. он во время лекции по химии ртути по ошибке вместо сахарной воды сделал глоток из стакана, содержащего раствор сулемы (хлорида ртути HgCl 2) - сильного яда. Он спокойно поставил стакан на место и хладнокровно объявил: «Господа я отравился. Мне могут помочь сырые яйца, принесите мне их, пожалуйста». Перепуганные сту­денты бросились по соседним лавкам и домам, скоро перед про­фессором высилась груда яиц. Тенар принял внутрь сырое яйцо, разболтанное с водой. Это его и спасло. Сырое яйцо - прекрасное противоядие при отравлении солями ртути.

Русский академик Никита Петрович Соколов (1748-1795) умер от отравления фосфором и мышьяком при изучении свойств их соединений.

Ранняя смерть Шееле в возрасте сорока четырех лет была вызвана, видимо, отравлением впервые полученным им циановодородом HCN и арсином AsH 3 , о сильной ядовитости которых Шееле не подозревал.

Русский химик Вера Евстафьевна Богдановская (1867-1896) погибла в возрасте двадцати девяти лет, пытаясь провести реакцию между белым фосфором Р 4 и циановодородной кислотой HCN. Ампула с этими двумя веществами взорвалась и поранила ее руку. Началось отравление крови, и через четыре часа после взрыва Богдановская скончалась.

Американский химик Джеймс Вудхауз (1770-1809) умер в возрасте тридцати девяти лет от систематического отравления монооксидом углерода СО, не подозревая о ток­сичности этого газа. Он занимался исследованием восстановления железных руд древесным углем:

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

В ходе исследования выделялся монооксид углерода СО - «угарный газ».

Английский химик Уильям Круйкшенк (1745-1810) в по­следние годы жизни лишился рассудка из-за постепенного отравления хлором С1 2 , монооксидом углерода СО и оксидом-дихлоридом углерода СС1 2 О (фосгеном), синтезом и изучением свойств которых он занимался.

Немецкий химик Адольф фон Байер (1835-1917), лауреат Нобелевской премии, в молодости синтезировал метилдихлорарсин CH 3 AsCl 2 . He зная, что это вещество сильный яд, он решил его понюхать. Байер сразу начал задыхаться и вскоре потерял сознание. Его спас Кекуле, вытащив Байера на свежий воздух. Байер был практикантом у Кекуле.

Редкие металлы – будущее новой техники

Цифры и факты

Многие редкие металлы, долгое время почти не находившие применения, сейчас широко используются в мире. Они вызвали к жизни целые новые области современной промышленности, науки и техники – такие, как солнечная энергетика, сверхскоростной транспорт на магнитной подушке, инфракрасная оптика, оптоэлектроника, лазеры, ЭВМ последних поколений.

Используя низколегированные стали, содержащие всего 0,03-0,07% ниобия и 0,01-0,1% ванадия, можно на 30-40% снизить вес конструкций при строительстве мостов, многоэтажных зданий, газо- и нефтепроводов, геологоразведочного бурильного оборудования и т. п. При этом срок службы конструкций увеличивается в 2-3 раза.

Магниты с использованием сверхпроводящих материалов на основе ниобия дали возможность построить в Японии поезда на воздушной подушке, развивающие скорость до 577 км/ч.

В рядовом американском автомобиле используется 100 кг стали марки HSLA с ниобием, ванадием, редкими землями, 25 деталей из медно-бериллиевых сплавов, цирконий, иттрий. При этом вес автомобиля в США (с 1980 по 1990 год) уменьшился в 1,4 раза. С 1986 года автомобили начали оснащаться неодимсодержащими магнитами (37 г неодима на один автомобиль)

Интенсивно разрабатываются электромобили с литиевыми аккумуляторами, автомобили на водородном топливе с нитридом лантана и другие.

Американская фирма "Вестингауз" разработала высокотемпературные топливные элементы на основе оксидов циркония и иттрия, которые повышают кпд тепловых электростанций с 35 до 60%.

За счет внедрения энергоэкономичных осветительных приборов и электронной аппаратуры, сделанной с использованием редких элементов, США предполагают сберегать до 50% электроэнергии из 420 млрд. кВт/часов, расходуемых на освещение. В Японии и США созданы лампы с люминофорами, содержащими иттрий, европий, тербий, церий. Лампы мощностью 27 Вт с успехом заменяют 60-75-ваттные лампы накаливания. Расход электроэнергии на освещение снижается в 2-3 раза.

Использование солнечной энергии невозможно без галлия. НАСА США планирует оборудовать космические спутники солнечными элементами на основе арсенида галлия.

Чрезвычайно высоки темпы роста потребления редких металлов в электронике. В 1984 году стоимость мирового сбыта интегральных схем с использованием арсенида галлия составляла 30 млн. долларов, в 1990 году она уже оценивалась в 1 млрд. долларов.

Применение редкоземельных элементов (редких земель) и редкого металла рения при крекинге нефти позволило США резко снизить использование дорогостоящей платины, при этом повысить кпд процесса и увеличить на 15 процентов выход высокооктанового бензина.

В Китае успешно применяются редкие земли в сельском хозяйстве для удобрения риса, пшеницы, кукурузы, сахарного тростника, сахарной свеклы, табака, чая, хлопка, арахиса, фруктов, цветов. Урожай продовольственных культур увеличился на 5-10%, технических – более чем на 10%. Улучшилось качество пшеницы за счет более высокого содержания протеина и лизина, увеличилась сахаристость фруктов, сахарного тростника и свеклы, улучшилась окраска цветов, повысилось качество чая и табака.

В Казахстане по рекомендации российских ученых была применена разработанная Ф. В. Сайкиным новая методика использования редких земель в сельском хозяйстве. Опыты провели на больших площадях и получили великолепный эффект – увеличение урожайности хлопка, пшеницы и других культур на 65%. Столь высокая эффективность была достигнута, во-первых, благодаря тому, что использовали не смеси всех редких земель одновременно, как это практиковалось в Китае, а только один неодим (поскольку некоторые из лантаноидов не способствуют повышению урожайности, а наоборот – понижают ее). Во-вторых, не проводили, как это делают в Китае, трудоемкого опрыскивания сельскохозяйственных растений в периоды их цветения. Вместо этого только замачивали зерно перед посевом в водном растворе, содержащем неодим. Эта операция много проще и дешевле.

До последнего времени иттрий использовался в технике чрезвычайно редко, и добыча его была соответствующей – исчислялась килограммами. Но вот оказалось, что иттрий способен резко увеличивать электропроводность алюминиевого кабеля и прочность новых керамических конструкционных материалов. Это обещает весьма большой экономический эффект. Интерес к иттрию и к иттриевым лантаноидам – самарию, европию, требию значительно вырос.

Скандий (его цена одно время была на порядок выше цены золота) благодаря уникальному сочетанию целого ряда своих свойств теперь пользуется сверхповышенным интересом в авиационной, ракетной и лазерной технике.

Водородный показатель… человека

Известно, что кровь здорового человека имеет рН 7,3-7,4. Точнее, плазма крови имеет рН около 7,36 – то есть концентрация катионов оксония H 3 O + здесь составляет 4,4 . 10 -8 моль/л. А содержание гидроксид-ионов OH - в плазме крови – 2,3 . 10 -7 моль/л, примерно в 5,3 раз больше. Таким образом, реакция крови очень слабощелочная.

Изменения концентрации катионов оксония в крови обычно незначительны, во-первых, благодаря постоянной физиологической регулировки кислотно-щелочного равновесия в процессе жизнедеятельности организма, а во-вторых, из-за наличия в крови особых "буферных систем".

Буферные системы в химии – это смеси слабых кислот с солями тех же кислот (или слабых оснований с солями тех же оснований). Примеры буферных систем – это растворы смеси уксусной кислоты CH 3 COOH и ацетата натрия CH 3 COONa или гидрата аммиака NH 3 . H 2 O и хлорида аммония NH 4 Cl. За счет сложных химических равновесий буферная система крови поддерживает примерно постоянный водородный показатель даже при введении "лишней" кислоты или щелочи.

Для плазмы крови самая важная буферная система – это карбонатная (она состоит из гидрокарбоната натрия NaHCO 3 и угольной кислоты H 2 CO 3), а также ортофосфатная (гидроортофосфат и дигидроортофосфат натрия Na 2 HPO 4 и NaH 2 PO 4) и белковая (гемоглобиновая).

Карбонатная буферная система хорошо справляется с регулированием кислотности крови. Если в кровь поступает повышенное количество молочной кислоты, которая образуется в мышцах из глюкозы при напряженной физической работе, то она нейтрализуется. Получается угольная кислота, которая удаляется в виде газообразного диоксида углерода, уходящего с дыханием через легкие.
При перенапряжении или болезни в кровь поступает слишком много органических кислот, механизмы регулирования отказывают, и кровь приобретает излишнюю кислотность. Если рН крови приближается к 7,2 – это сигнал о серьезных нарушениях жизнедеятельности организма, а при рН 7,1 и ниже – необратимые изменения грозят смертельным исходом.

А желудочный сок человека содержит кислоту и отвечает рН от 0,9 до 1,6. Благодаря большому количеству хлороводородной кислоты желудочный сок имеет бактерицидное действие.

Кишечный сок имеет почти нейтральную реакцию (рН от 6,0 до 7,6). Наоборот, слюна человека всегда щелочная (рН 7,4 – 8,0).

А регулируется кислотность "человеских соков" мочой, где концентрация катионов оксония H 3 O + очень непостоянна: рН этой жидкости может снижаться до 5,0 и даже до 4,7 либо повышаться до 8,0 – в зависимости от состояния обмена веществ человека.

Кислая среда подавляет жизнедеятельность вредных микроорганизмов и поэтому служит своеобразной защитой от инфекции. А вот щелочная среда – сигнал о наличии воспалительных процессов, а значит, о болезни.

Водородные технологии будущего в автомобилестроении

Тезис "водород – топливо будущего" звучит всё чаще. Большинство крупных автопроизводителей проводит опыты с топливными элементами. Такие экспериментальные автомобили в большом количестве мелькают на выставках. Но есть две компании, которые исповедуют иной подход к переводу машин на водородное питание.

"Водородное будущее" автотранспорта эксперты связывают, прежде всего, с топливными элементами. Их притягательность признают все.

Никаких движущихся частей, никаких взрывов. Водород и кислород тихо-мирно соединяются в "ящике с мембраной" (так упрощённо можно представить топливный элемент) и дают водяной пар плюс электричество.

Ford, General Motors, Toyota, Nissan и многие другие компании наперебой щеголяют "топливоэлементными" концепткарами и собираются вот-вот "завалить" всех водородными модификациями некоторых из своих обычных моделей.

Водородные заправки уже появились в нескольких местах в Германии, Японии, США. В Калифорнии строят первые станции по электролизу воды, использующие ток, выработанный солнечными батареями. Аналогичные эксперименты проводят по всему миру.

Считается, что лишь водород, выработанный экологически чистым способом (ветер, солнце, вода) действительно обеспечит нам чистую планету. Тем более, что, по подсчётам экспертов, "серийный" водород будет не дороже бензина. Особенно привлекательным тут выглядит разложение воды при высокой температуре в присутствии катализатора.

О сомнительной экологической чистоте производства солнечных батарей; или проблеме утилизации аккумуляторов автомашин на топливных элементах (фактически – гибридов, так как это электромобили с водородной электростанцией на борту) – инженеры предпочитают говорить во вторую-третью очередь.

Между тем, есть ещё один путь внедрения водорода на автотранспорте – сжигание его в ДВС. Такой подход исповедуют BMW и Mazda. Японские и немецкие инженеры видят в этом свои преимущества.

Прибавку в весе машины даёт лишь водородная топливная система, в то время, как в авто на топливных элементах прирост (топливные элементы, топливная система, электромоторы, преобразователи тока, мощные аккумуляторы) – существенно превышает "экономию" от удаления ДВС и его механической трансмиссии.

Потеря в полезном пространстве также меньше у машины с водородным ДВС (хотя водородный бак и в том, и другом случае съедает часть багажника). Эту потерю можно было бы вообще свести к нулю, если сделать автомобиль (с ДВС), потребляющий только водород. Но тут-то и проявляется главный козырь японских и германских "раскольников".

Такой подход, по замыслу автостроителей, облегчит постепенный переход автотранспорта только на водородное питание. Ведь клиент сможет с чистой совестью купить подобную машину уже тогда, когда в регионе, где он живёт, появится хоть одна водородная заправка. И ему не придётся опасаться застрять поодаль от неё с пустым водородным баком.

Меж тем, серийный выпуск и массовые продажи машин на топливных элементах долгое время будут сильно сдерживаться малым числом таких заправочных станций. Да, и стоимость топливных элементов пока велика. Кроме того, перевод на водород обычных ДВС (при соответствующих настройках) не только делает их чистыми, но и повышает термический КПД и улучшает гибкость работы.

Дело в том, что водород обладает намного более широким, по сравнению с бензином, диапазоном пропорций смешивания его с воздухом, при которых ещё возможен поджиг смеси. И сгорает водород полнее, даже вблизи стенок цилиндра, где в бензиновых двигателях обычно остаётся несгоревшая рабочая смесь.

Итак, решено – "скармливаем" водород двигателю внутреннего сгорания. Физические свойства водорода существенно отличаются от таковых у бензина. Над системами питания немцам и японцам пришлось поломать голову. Но результат того стоил.

Показанные BMW и Mazda водородные автомобили сочетают привычную для владельцев обычных авто высокую динамику с нулевым выхлопом. А главное – они куда лучше приспособлены к массовому производству, чем "ультраинновационные" машины на топливных элементах.

BMW и Mazda сделали ход конём, предложив постепенный перевод автотранспорта на водород. Если построить машины, способные питаться и водородом, и бензином, говорят японские и немецкие инженеры, то водородная революция получится "бархатной". А значит – более реальной.

Автостроители двух известных фирм преодолели все трудности, связанные с такой гибридизацией. Как и для авто на топливных элементах, которым предрекают скорый рассвет, создателям машин с водородным ДВС нужно было сперва решить, каким способом хранить водород в автомобиле.

Самый перспективный вариант – металл-гидриды – ёмкости со специальными сплавами, которые впитывают водород в свою кристаллическую решётку и отдают его при нагревании. Так достигается самая высокая безопасность хранения и самая высокая плотность упаковки топлива. Но это и самый хлопотный, и дальний по срокам массовой реализации вариант.

Ближе к серийному производству топливные системы с баками, в которых водород хранится в газообразном виде под высоким давлением (300-350 атмосфер), либо в жидком виде, при сравнительно невысоком давлении, но низкой (253 градуса Цельсия ниже нуля) температуре. Соответственно, в первом случае нам нужен баллон, рассчитанный на высокое давление, а во втором – мощнейшая теплоизоляция.

Первый вариант более опасен, но зато в таком баке водород может сохраняться долго. Во втором случае безопасность куда выше, но на неделю-другую водородный автомобиль на стоянку не поставишь. Точнее, поставишь, но водород хоть медленно, но будет нагреваться. Давление вырастет, и предохранительный клапан начнёт стравливать дорогое топливо в атмосферу.

Mazda выбрала вариант с баком высокого давления, BMW – с жидким водородом.

Немцы понимают все недостатки своей схемы, но сейчас BMW уже экспериментирует с необычной системой хранения, которую будет ставить на следующие свои водородные машины.

Пока автомобиль эксплуатируется, из окружающей атмосферы вырабатывается жидкий воздух и закачивается в промежуток между стенками водородного бака и внешней теплоизоляцией. В таком баке водород почти не нагревается, пока испаряется жидкий воздух во внешней "рубашке". С таким устройством, говорят в BMW, водород в бездействующей машине может сохраняться почти без потерь примерно 12 дней.

Следующий важный вопрос – способ подачи топлива в двигатель. Но здесь сначала нужно перейти, собственно, к автомобилям.

BMW уже несколько лет эксплуатирует целый флот из опытных водородных "семёрок". Да, баварцы перевели на водород именно флагманскую модель. Заметим, первый автомобиль на водороде BMW построила в 1979 году, но лишь в последние несколько лет фирма буквально взорвалась новыми водородными авто. В рамках программы CleanEnergy в 1999-2001 годах BMW построила несколько двухтопливных (бензин/водород) "семёрок".

Их 4,4-литровые V-образные 8-цилиндровые двигатели развивают на водороде 184 лошадиные силы. На этом топливе (ёмкость в последней версии авто составляет 170 литров) лимузины могут пройти 300 километров, и ещё 650 километров – на бензине (в машине оставлен стандартный бак).

Также компания создала 12-цилиндровый двухтопливный двигатель, а ещё оснастила 4-цилиндровым 1,6-литровым водородным движком экспериментальный MINI Cooper.

Сначала компания развивала впрыск газообразного водорода во впускные трубы (перед клапанами). Потом экспериментировала с непосредственным впрыском газообразного водорода (под большим давлением) непосредственно в цилиндр.

А позже объявила, что, по всей видимости, впрыск жидкого водорода в область перед впускными клапанами, – самый многообещающий вариант. Но окончательный выбор не сделан и изыскания в этой области будут продолжены. У Mazda своя гордость: она приспособила под водород свои знаменитые роторные двигатели Ванкеля.

Впервые такую машину японская компания построила в 1991 году, но это был чистый концепткар от бампера до бампера.

А вот в январе 2004 года разорвалась бомба. Японцы показали водородный (а точнее – двухтопливный) вариант своего знаменитого спорткара RX-8. Его роторный мотор с собственным, кстати, именем RENESIS, завоевал титул "двигатель 2003 года", впервые в истории обставив на этом международном конкурсе классических поршневых соперников.

И вот теперь RENESIS научили "есть" водород, сохранив и бензиновое питание. При этом японцы подчёркивают преимущество двигателя Ванкеля при такой конверсии.

Перед впускными окнами в корпусе роторного мотора – масса свободного места, где в отличие от тесной головки цилиндра поршневого ДВС легко разместить форсунки. Их две на каждую из двух секций RENESIS.

В двигателе Ванкеля полости всасывания, сжатия, рабочего хода и выхлопа разделены (в то время как в обычном моторе – это один и тот же цилиндр).

Потому здесь не может произойти случайного преждевременного воспламенения водорода от "встречного огня", да и форсунки для впрыска работают всегда в благоприятной (в смысле долговечности), холодной зоне мотора. На водороде японский Ванкель развивает 110 лошадиных сил – почти вдвое меньше, чем на бензине.

Вообще-то, в расчёте на вес водород энергетически более "содержательное" топливо, чем бензин. Но таковы настройки топливных систем, выбранные инженерами Mazda.

Итак, BMW и Mazda нанесли двойной удар по стану сторонников топливных элементов. Хотя стоимость последних постоянно снижается, а технологии совершенствуются, не исключено, что именно серийные ДВС на водороде откроют новую эру на дорогах планеты.

Вот прогноз баварцев.

В последующие три года водородные заправки (хоть по одной) построят во всех западноевропейских столицах, а также на самых крупных трансъевропейских магистралях.

До 2010 года первые двухтопливные авто появятся в магазинах. В 2015-м на дорогах их будет уже несколько тысяч. В 2025 году четверть мирового автопарка будет питаться водородом. Какую пропорцию среди водородных машин составят машины с ДВС и авто на топливных элементах – деликатные немцы уточнять не стали.

Библейские чудеса

Как описано в Библии (Дан. V , 26, 28), во время пира вавилонского царя Валтасара на стене дворца появилась рука, написавшая не­понятные присутствовавшим слова: «Мене, мене, текел, упарсин». Иудейский пророк Даниил, расшифровав эти слова, предсказал гибель Валтасара, что вскоре и произошло.

Если растворить белый фосфор в дисульфиде углерода CS 2 и полученным концентрированным раствором нарисовать на мраморной стене руку, а за ней - слова, то можно наблюдать сцену, подобную пересказанной в Библии. Раствор фосфора в дису­льфиде углерода бесцветен, поэтому рисунка сначала не видно. По мере испарения CS 2 белый фосфор выделяется в виде мель­чайших частиц, которые начинают светиться и, наконец, вспыхива­ют - самовозгораются:

Р 4 + 5О 2 = Р 4 О 10 ;

при сгорании фосфора рисунок и надпись исчезают; продукт го­рения - декаоксид тетрафосфора Р 4 О 10 - переходит в парообразное состояние и с влагой воздуха дает ортофосфорную кислоту:

Р 4 О 10 + 6Н 2 О = 4Н 3 РО 4 ,

которая наблюдается в виде небольшого облачка сизого тумана, постепенно рассеивающегося в воздухе.

Можно добавить небольшое количество белого фосфора в за­стывающий расплав воска или парафина. Если куском застывшей смеси сделать надпись на стене, то в сумерках и ночью можно ее увидеть светящейся. Воск и парафин защищают фосфор от быстрого окисления и увеличивают продолжительность его све­чения.

Куст Моисея

Однажды, как рассказывает Библия (Исх. Ш, 1), пророк Моисей пас овец и увидел, «что терновый куст горит огнем, но не сгорает».

Среди синайских песков растет кустарник диптам, который в тех местах зовут «кустом Моисея». В1960 г. польские ученые вырастили это растение в заповеднике, и в один из жарких летних дней оно действительно «загорелось» голубовато-красным пламенем, оста­ваясь при этом само невредимым. Исследования показали, что кустарник диптам выделяет летучие эфирные масла. В тихую безветренную погоду концентрация этих легколетучих масел в воздухе вокруг куста резко увеличивается; под действием прямого солнечного света они загораются и быстро сгорают с выделением энергии в основном в форме света. А сам куст остается целым и неповрежденным.

Легковоспламеняющихся веществ такого рода известно много. Так, дисульфид углерода CS 2 (в обычных условиях это бесцветная, очень летучая жидкость) в виде паров легко воспламеняется от любого нагретого предмета и сгорает светло-синим пламенем с такой низкой температурой, что в нем не обугливается бумага.

Горький источник

Израильтяне под предводительством Моисея переходили безводную пустыню Сур. Измученные жаждой, они с трудом добрались до местечка Мерр, но обнаружили, что вода здесь горькая и пить ее невозможно. «И возроптали они на Моисея…» (Библия, Исх. XIV , 5-21). Но Бог повелел пророку бросить в воду растущее вблизи дерево. И - чудо! - вода стала пригодной для питья!

В окрестностях Мерра и сегодня существует горький

Футбольный клуб «Амкар» из Перми получил название от сокращения двух химических веществ - аммиака и карбамида, так как они были главной продукцией ОАО «Минеральные удобрения», создавшей клуб.

Как Менделеев открыл периодический закон?

Широко распространена легенда, что мысль о периодической таблице химических элементов пришла к Менделееву во сне. Однажды его спросили, так ли это, на что учёный ответил: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово».

Почему шведский химик Шееле должен был стать графом, но не стал?

Во время посещения Парижа шведским королём Густавом III к нему явилась делегация французских учёных и высказала почтение в связи с работой в Швеции выдающегося химика Карла Вильгельма Шееле, открывшего многие органические и неорганические вещества. Так как король никогда не слышал о Шееле, он отделался общими фразами, а затем немедленно издал приказ возвести химика в рыцарское достоинство. Однако премьер-министр тоже не знал учёного, и в результате титул графа достался другому Шееле - лейтенанту артиллерии, а химик так и остался неизвестным для короля и придворных.

Какие существа виновны в цвете Кровавого водопада в Антарктиде?

В Антарктиде из ледника Тейлора временами выходит Кровавый водопад. Вода в нём содержит двухвалентное железо, которое, соединяясь с атмосферным воздухом, окисляется и образует ржавчину. Это и придаёт водопаду кроваво-рыжий цвет. Однако двухвалентное железо в воде возникает не просто так - его производят бактерии, живущие в изолированном от внешнего мира водоёме глубоко подо льдом. Эти бактерии сумели организовать жизненный цикл при полном отсутствии солнечного света и кислорода. Они перерабатывают остатки органики, а «дышат» трёхвалентным железом из окружающих пород.

Какой химический элемент был получен как побочный эффект от попытки выделить золото из мочи?

В 1669 году немецкий алхимик Бранд Хенниг в поисках философского камня решил попробовать синтезировать золото из человеческой мочи. В процессе её выпаривания, дистилляции и прокаливания он получил белый порошок, светящийся в темноте. Хенниг принял его за «первичную материю» золота и назвал «светоносец» (что по-гречески произносится как «фосфор»). Когда дальнейшие манипуляции с этой материей так и не привели к получению драгоценного металла, он начал продавать новое вещество ещё дороже, чем само золото.

В каких отраслях промышленности используется вещество, ответственное за запах фекалий?

За характерный запах фекалий ответственно органическое соединение скатол. Однако в небольших дозах скатол обладает приятным цветочным запахом. Его применяют для производства парфюмерии и сигарет, в пищевой промышленности.

Что помогает обнаруживать детали конструктора «Лего», если их проглатывают дети?

В состав пластмассы для деталей конструктора «Лего» входит сульфат бария. Эта соль не растворяется в воде, что делает её нетоксичной для организма, и хороша видна на рентгеновских снимках. Таким образом, если ребёнок проглотит деталь, её будет легко найти по этим снимкам

Почему платина сначала была дешевле серебра, а теперь гораздо дороже?

Платина в переводе с испанского буквально означает «серебришко». Объясняется такое пренебрежительное название, данное этому металлу конкистадорами, исключительной тугоплавкостью платины, которая не поддавалась переплавке, долгое время не находила применения и ценилась вдвое ниже, чем серебро. Сейчас на мировых биржах платина дороже серебра примерно в 100 раз.

Какие птицы помогали шахтёрам?

Канарейки очень чувствительны к содержанию в воздухе метана. Эту особенность использовали в своё время шахтёры, которые, спускаясь под землю, брали с собой клетку с канарейкой. Если пения давно не было слышно, значит следовало подниматься наверх как можно быстрее.

Как с помощью птиц обнаружить утечку газа?

В некоторых штатах американцы добавляют в газ, идущий по газопроводам, химическое вещество с запахом тухлого мяса. Это позволяет легко находить место утечки, над которым начинают кружиться грифы.

Вы, вероятно, уже видели Периодическую таблицу элементов раньше. Возможно, она все еще является вам во снах, или, может быть, он канула для вас в небытие, будучи не более чем украшением стены класса, призванной сделать кабинет более солидным. Однако в этой системе, казалось бы, случайно расположенных ячеек есть нечто большее, чем кажется на первый взгляд.

Периодическая таблица (или ПТ, поскольку эта статья будет периодически ссылаться на нее) и элементы, которые в ней описываются, имеют особенности, о которых вы, возможно, никогда не догадывались. От неправдоподобного происхождения до новых дополнений, вот десять фактов, которые вы, вероятно, не знаете о Периодической таблице элементов.

10. Менделееву помогли

Периодическая таблица используется с 1869 года, когда ее создал бородатый Димитрий Менделеев. Большинство людей думают, что Менделеев был единственным, кто изобрел таблицу и стал гениальным химиком века. Тем не менее, его усилия поддержали несколько европейских ученых, которые внесли важный вклад, чтобы сделать эту колоссальную диаграмму элементов полной.

Менделеев, как и положено, широко известен как отец Периодической таблицы, но он не документировал каждый известный нам элемент.

9. Новые дополнения

Фото: IUPAC

Хотите верьте, хотите нет, но Периодическая таблица не сильно изменилась с 1950-х годов. Однако 2 декабря 2016 года были добавлены четыре новых элемента: нихоний (элемент 113), московий (элемент 115), теннесин (элемент 117) и оганесон (элемент 118). Эти новые дополнения были озвучены в июне 2016 года, но, чтобы их можно было официально добавить в ПТ, потребовалось пять месяцев анализа.

Каждый из этих элементов был назван в честь города или государства, в котором они были обнаружены, за исключением оганесона, который был назван в честь российского физика-ядерщика Юрия Оганесяна за его усилия по документированию этого элемента.

8. Нет буквы «J»

В английском алфавите есть 26 замечательных букв, и каждая из них не менее важна, чем предыдущая и последующая. Однако Менделеев смотрел на это иначе. Попробуйте угадать, какая несчастная буква ни разу не встречается в ПТ? Вот подсказка: произносите буквы и загибайте пальцы на , пока не загнете все (если у вас есть все десять). Угадали? Правильно, это буква «J», которой ни разу не появилась в ПТ.

Говорят, один в поле не воин? Тогда, возможно, J - самая одинокая буква. Однако вот забавный факт: буква «J» чаще всего используется в именах для мальчиков, начиная с 2000 года. Итак, «J» получает достаточно внимания, не переживайте.

7. Искусственные элементы

Фото: Popocatomar

Как вы только что узнали, в Периодической таблице теперь есть целых 118 элементов. Можете догадаться, сколько из этих 118 сделано человеком? Из 118 элементов 90 можно найти в красивом месте, которое мы называем природой.

Как 28 элементов могут быть искусственными? Это, действительно, так. Мы синтезировали элементы с 1937 года и продолжаем делать это и сейчас. Хорошая новость заключается в том, что ПТ удивительна, и эти искусственные элементы можно легко обнаружить, если вам когда-нибудь станет любопытно. Просто посмотрите на элементы с 93 по 118. Полное разоблачение: этот диапазон включает в себя несколько элементов, которые очень редко встречаются в природе и поэтому почти всегда создаются в лабораториях, что также верно для элементов 43, 61, 85 и 87.

6. Элемент 137

В середине 20-го века, известный ученый по имени Ричард Фейнман (Richard Feynman) сделал серьезное заявление, которое задело за живое ученых всего мира, заставив их вечно ломать голову. Он сказал, что, если мы когда-нибудь обнаружим 137-й элемент, у нас не будет никакого способа количественно определить его протоны и электроны. 137 элемент отличается тем, что это значение константы тонкой материи, определяемой как вероятность того, что электрон поглотит . Теоретически, 137 элемент будет иметь 137 электронов и 100-процентную вероятность поглощения фотона. Его электроны вращались бы со скоростью света. Еще более безумно, что электроны элемента 139, если такое вещество существует, должны вращаться быстрее скорости света.

Достаточно физики? Обдумайте это, и вам станет интересно (ну, так же интересно, как чтение об электронах). Элемент 137 в теории может объединить три важные части физики: скорость света, квантовую механику и электромагнетизм. С начала 1900-х годов физики предположили, что элемент 137 может лежать в основе Великой Единой Теории, которая могла бы соединить воедино все три вышеупомянутые области. По общему мнению, это звучит так же безумно, как Зона 51 с инопланетянами или Бермудский треугольник.

5. Что необычного в названии?

Почти все названия элементов имеют больше смысла и значения, чем вы могли бы представить. Они выбираются на случайно. Мы бы, например, назвали элемент первым словом, пришедшим нам в голову. «Керфлумп». Да, отлично.

Далее, свои истоки названия элементов берут в одной из пяти основных категорий. Одна из них – имена известных ученых, классический пример эйнштейниум. Элементы также могут быть названы в честь мест, где их задокументировали, например, германий, америций, галлий и так далее. Вариантом для названий могут служить названия небесных тел, таких как планеты. Уран впервые был обнаружен вскоре после открытия планеты Уран. Элементы могут получить имена из мифологии: например, есть титан в честь греческих Титанов и торий в честь скандинавского Бога грома-или Звездного Мстителя, что вам больше нравится.

Наконец, есть названия, которые описывают свойства элементов. Аргон происходит от греческого слова argos, что означает «ленивый» или «праздный». Сейчас вы решите, что аргон самый ленивый элемент. Эй, аргон, иди работать. Бром – еще одно такое название от греческого слова bromos, что означает «зловоние», что очень точно описывает ужасный запах брома.

4. Вряд ли это было вдохновение

Если вы хороши в картах, то этот факт только для вас. Менделееву необходимо было каким-то образом сортировать все элементы, и для этого нужен был системный подход. Естественно, чтобы разбить таблицу по категориям, он обратился к игре в пасьянс. Менделеев написал на отдельных картах атомный вес каждого элемента, и приступил к безумной игре в пасьянс, так сказать. Он укладывал элементы в соответствии со специфическими свойствами, которые формировали тип «масти». Затем он смог распределить эти вошедшие в определенную категорию элементы в колонки в соответствии с их атомным весом.

Многие из нас с трудом могут пройти уровни обычной игры в пасьянс, поэтому этот парень-игрок 1000-го уровня, очень впечатляет. Что дальше? Кто-то решит обратиться к шахматам, чтобы произвести революцию в астрофизике, а также построить ракету, которая сможет совершить к краю галактики и обратно, оставаясь при этом абсолютно стабильной? Это вполне возможно, если такой сумасшедший профессор, как Менделеев, смог систематизировать нечто огромное с помощью карточной игры.

3. "Нет" инертным газам

Фото: Wikimedia

Помните, как мы классифицировали аргон как самый ленивый и скучный элемент в истории Вселенной? Менделеев чувствовал нечто подобное. Когда в 1894 году аргон удалось впервые выделить, он не вписывался ни в одну из колонок новой таблицы, поэтому вместо того, чтобы найти способ внести дополнение, ученый решил отрицать существование этого элемента.

Еще более удивительно, что аргон не единственный несчастный элемент, который настигла подобная участь. Еще пяти элементам было оказано в существовании, как и неклассифицированному аргону. Просто какая-то дискриминация элементов. Шутки в сторону, радон, неон, криптон, гелий, ксенон – всем им было отказано в существовании, только потому, что Менделеев не смог найти для них место в таблице. После многих лет реконфигурации и повторной классификации эти счастливые элементы (называемые инертными газами) смогли войти в элитный клуб под названием «Существующие элементы».

2. Романтические соединения

Этот факт для вас, романтики. Если взять бумажную копию Периодической таблицы и вырезать средние столбцы, то получится периодическая таблица, в которой отсутствуют элементы. Сложите ее один раз в середине IV группы, и тадам - вы узнали, какие элементы могут образовывать соединения друг с другом.

Элементы, которые при этом «поцеловались», образуют стабильные соединения. У них дополняющие друг друга электронные структуры, которые позволяют их объединять. Если это не настоящая любовь, такая же как у Ромео и Джульетты, или даже Шрека и Фионы, тогда что это?

1. Углерод главный

Углерод желает быть самым главным. Вы думаете, что знаете об углероде все, но нет. Этот плохой парень способен на большее, чем вы когда-либо думали. Знаете ли вы, что большее количество соединений содержит углерод, чем не содержит его? Как насчет того, что 20% веса живых организмов составляет углерод? Еще более странно, что каждый атом углерода в вашем теле был когда-то частью доли углекислого газа в атмосфере. Углерод не только является практически суперэлементом, но и четвертым по распространенности элементом во всей Вселенной.

Если бы Периодическая таблица была вечеринкой, вы бы захотели оказаться на ней рядом с углеродом. Кажется, этот элемент действительно умеет веселиться. Это также основной элемент алмазов, поэтому добавьте немного блеска в список его удивительных качеств.