Цікаві факти про дієни хімія. Найцікавіший факт про хімію

Цікаві факти у хімії і не тільки…

Випадкові відкриття

Знахідка

У 1916 р. на Баденській аніліново-содовій фабриці у Німеччині виявили забутий сталевий балон зі стислим монооксидом вуглецю СО. Коли балон розкрили, то на дні його виявилося близько 500 мл жовтої маслянистої рідини з характерним запахом, що легко згорає на повітрі. Рідкістю в балоні був пентакарбоніл заліза, що поступово утворився під підвищеним тиском в результаті реакції

Fe + 5CO = .

Знахідка започаткувала промисловий спосіб отримання карбонилів металів - комплексних сполук з дивовижними властивостями.

Аргон

У 1894 р. англійський фізик лорд Релей займався визначенням щільності газів, що становлять атмосферне повітря. Коли Релей став вимірювати щільність зразків азоту, отриманих з повітря і сполук азоту, то виявилося, що азот, виділений з повітря, важче, ніж азот, отриманий з аміаку.

Релей дивувався і шукав джерело розбіжності. Не раз він говорив із гіркотою, що «засинає над проблемою азоту». Проте йому та англійському хіміку Рамзаю вдалося довести, що атмосферний азот містить домішку іншого газу – аргону Ar. Так було вперше відкрито перший газ із групи благородних (інертних) газів, яким не було місця в Періодичній системі.

Клатрати

Якось в одному з районів США вибухнув газопровід природного газу. Це сталося навесні за температури повітря 15°С. У місці розриву трубопроводу, усередині, виявили білу речовину, схожу на сніг, із запахом газу, що транспортується. Виявилося, що розрив був викликаний закупоркою трубопроводу новим з'єднанням природного газу складу З n Н 2 n +2 (Н 2 О) x , званого тепер з'єднанням включення, або клатратом. Газ не був ретельно осушений, і вода вступила до міжмолекулярної взаємодії з молекулами вуглеводнів, утворюючи твердий продукт - клатрат. З цієї історії і почався розвиток хімії клатратів, що є кристалічним каркасом з молекул води або іншого розчинника, в порожнини якого включені молекули вуглеводнів.

Фосфор

У 1669 р. солдат-алхімік Хенніг Бранд у пошуках «філософського каменю» випарював солдатську сечу. До сухого залишку він додав деревне вугілля і суміш почав прожарювати. З подивом і страхом він побачив, як у його посудині виникло зеленувато-блакитне свічення. "Мій вогонь" - так назвав Бранд холодне свічення парів відкритого ним білого фосфору. До кінця свого життя Бранд не знав, що він відкрив новий хімічний елемент, та й уявлення про хімічні елементи на той час були відсутні.

Димний порох

За однією з легенд уродженець Фрейбурга Костянтин Анкліцен, він же чернець Бертольд Шварц, у 1313 р. у пошуках «філософського каменю» змішав у ступці селітру (нітрат калію KNO 3), сірку та вугілля. Був уже сутінки і, щоб запалити свічку, він висік з огню іскру. Випадково іскра впала у ступку. Відбувся сильний спалах із виділенням густого білого диму. Ось так було відкрито димний порох. Бертольд Шварц цим спостереженням не обмежився. Він помістив суміш у чавунний посуд, забив отвір дерев'яною пробкою, а зверху ще поклав камінь. Потім почав нагрівати посудину. Суміш спалахнула, газ, що утворився, вибив пробку і відкинув камінь, який пробив двері кімнати. Так фольклорний німецький алхімік, крім пороху, випадково «винайшов» першу «гармату».

Хлор

Шведський хімік Шееле якось вивчав дію різничних кислот на мінерал піролюзит (діоксид марганцю МnО 2). У дні він почав нагрівати мінерал з хлороводневою кислотою НСl і відчув запах, характерний для «царської горілки»:

МnО 2 + 4НСl = Сl 2 + МnСl 2 + 2Н2О.

Шееле зібрав жовто-зелений газ, що викликав цей запах, досліджував його властивості та назвав «дефлогістованою соляною кислотою інакше «оксидом соляної кислоти». Пізніше з'ясувалося, що Шеєле відкрив новий хімічний елемент хлор Сl.

Сахарін

У 1872 р. у лабораторії професора Аїра Ремсена (1846-1927) у Балтіморі (США) працював молодий російський емігрант Фальберг. Сталося так, що закінчивши синтез деяких похідних луолсульфаміду C 6 H 4 (SO 2)NH 2 (CH 3), Фальберг вирушив до їдальні, забувши вимити руки. Під час обіду він відчув солодкий смак у роті. Це його зацікавило… Він поспішив у лабораторії почав перевіряти усі реагенти, які застосував у синтезі. Серед покидьків у зливній чаші Фальберг виявив викинутий ним напередодні проміжний продукт синтезу, який був дуже солодким. Речовину назвали сахарином, хімічна його назва – імід о-сульфобензойной кислоти C 6 H 4 (SO 2)CO(NH). Сахарін відрізняється своїм надзвичайно солодким смаком. Його насолода перевищує в 500 разів насолода звичайного цукру. Сахарин вживають як замінник цукру для хворих на діабет.

Йод і кіт

Друзі Куртуа, котрий відкрив новий хімічний елемент йод, розповідають цікаві подробиці цього відкриття. Куртуа мав улюблений кіт, який під час обіду сидів зазвичай на плечі свого господаря. Куртуа часто обідав у лабораторії. Одного дня під час обіду кіт, чогось злякавшись, стрибнув на підлогу, але потрапив на пляшки, що стояли біля лабораторного столу. В одній пляшці Куртуа приготував для досвіду суспензію золи водоростей в етанолі С2Н5ОН, а в іншій знаходилася концентрована сірчана кислота H2SO4. Пляшки розбилися і рідини змішалися. З підлоги стали підніматися клуби синьо-фіолетової пари, які осідали на навколишніх предметах у вигляді найдрібніших чорно-фіолетових кристаликів з металевим блиском та їдким запахом. То справді був новий хімічний елемент йод. Оскільки зола деяких водоростей містить йодид натрію NaI, то утворення йоду пояснює наступна реакція:

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

Аметист

Російський геохімік Е. Емлін якось прогулювався з собакою на околицях Єкатеринбурга. У траві неподалік дороги він помітив непоказний на вигляд камінь. Собака почав рити землю біля каменю, а Емлін ціпком став їй допомагати. Спільними зусиллями вони виштовхнули камінь із землі. Під каменем опинився цілий розсип кристалів дорогоцінного каменю аметиста. Пошуковий загін геологів, що прибув на це місце, в перший же день видобував сотні кілограмів фіолетового мінералу.

Динаміт

Одного разу бутлі з нітрогліцерином – сильною вибуховою речовиною – перевозили в ящиках, засипаних пористою гірською породою, яка називається інфузорною землею, або кізельгуром. Це було необхідно, щоб уникнути пошкоджень бутлів під час перевезення, що завжди призводило до вибуху нітрогліцерину. У дорозі одна з пляшок таки розбилася, але вибуху не сталося. Кізельгур ввібрав як губка всю рідину, що вилилася. Власник нітрогліцеринових заводів Нобель звернув увагу не лише на відсутність вибуху, а й на те, що кізельгур увібрав майже триразову кількість нітрогліцерину порівняно із власною масою. Провівши досліди, Нобель встановив, що кізельгур, наповнений нітрогліцерином, від удару не вибухає. Вибух походить тільки від вибуху детонатора. Так було отримано перший динаміт. Замовлення з його виробництво посипалися до Нобеля з усіх країн.

Триплекс

У 1903 р. французький хімік Едуард Бенедиктус (1879-1930) під час однієї з робіт необережно впустив на підлогу порожню колбу. На його подив, колба не розбилася на шматки, хоча стінки вкрилися безліччю тріщин. Причиною міцності виявилася плівка розчину колодію, який раніше зберігався у колбі. Колодій – розчин нітратів целюлози у суміші етанолу З 2 Н 5 ОН з етиловим ефіром (З 2 Н 5) 2 Про. Після випаровування розчинників нітрати целюлози залишаються у вигляді прозорої плівки.

Випадок наштовхнув Бенедиктуса на думку про скло, що не б'ється. Склеюючи під невеликим тиском два листи звичайного скла з прокладкою з колодію, а потім три листи з прокладкою з целулоїду, хімік отримав тришарове скло «триплекс», що не б'ється. Нагадаємо, що целулоїд – прозора пластмаса, що отримується з колодію, до якого додають пластифікатор – камфару.

Перший карбоніл

У 1889 р. в лабораторії Монда було звернено увагу на яскраве фарбування полум'я при спалюванні газової суміші, що складається з водню Н 2 і монооксиду вуглецю, коли цю суміш пропускали через нікелеві трубки або нікелевий вентиль. Дослідження показало, що причиною фарбування полум'я є наявність у газовій суміші летючої домішки. Домішку виділили шляхом виморожування та проаналізували. Нею виявився тетракарбоніл нікелю. Так було відкрито перший карбоніл металів сімейства заліза.

Гальванопластика

У 1836 р. російський фізик і електротехнік Борис Семенович Якобі, (1801-1874) проводив звичайний електроліз водного розчину сульфату міді CuSO 4 і на одному з мідних електродів побачив тонке мідне покриття, що утворилося:

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

Обговорюючи це явище, Якобі прийшов до думки про можливість виготовлення мідних копій із будь-яких речей. Так почався розвиток гальванопластики. Цього ж року вперше у світі шляхом електролітичного нарощування міді Якобі виготовив кліше для друку паперових грошових знаків. Запропонований ним метод незабаром поширився в інших країнах.

Несподіваний вибух

Якось на хімічному складі виявили дві забуті бутлі диизопропилового ефіру - безбарвної рідини (СН 3) 2 СНОСН (СН 3) 2 з температурою кипіння 68 0 С. На подив хіміків, на дні бутлів виявилася кристалічна маса, схожа на камфар. Кристали виглядали цілком нешкідливо. Один із хіміків вилив рідину в раковину та спробував розчинити кристалічний осад водою, але це йому не вдалося. Тоді пляшки, які не вдалося вимити, відвезли на міське звалище без жодних застережень. А там хтось кинув у них камінням. Настав сильний вибух, за потужністю рівний вибуху нітрогліцерину. Згодом з'ясувалося, що в ефірі в результаті повільного окислення утворюються полімерні пероксидні сполуки – сильні окислювачі, вогненебезпечні та вибухові речовини.

Штучна кров

Хімік Вільям-Менсфілд Кларк (1884-1964) з Медичного коледжу штату Алабама (США), вирішивши втопити спійманого пацюка, занурив його з головою в перший склянку з силіконовим маслом, що трапився йому на очі, що стояв на лабораторному столі. На його подив, щур не захлинувся, а дихав рідиною майже 6 годин. Виявилося, що силіконова олія була насичена киснем для якогось досвіду. Це спостереження послужило початком робіт із створення «дихальної рідини» та штучної крові. Силіконове масло - рідкий кремнійорганічний полімер, здатний розчиняти і утримувати до 20% кисню. У повітрі, як відомо, міститься 21% кисню. Тому силіконове масло і забезпечувало деякий час життєдіяльність щура. Ще більша кількість кисню (більше 1 л на кожен літр рідини) поглинає перфтордекалін C 10 F 18, що застосовується як штучна кров.

Теж клатрат

У 1811 р. англійський хімік Деві пропускав газоподібний хлор через воду, охолоджену до ОС, для очищення його від домішки хлороводню. Вже тоді було відомо, що розчинність НСl у воді різко зростає зі зниженням температури. Деві з подивом побачив у посудині жовто-зелені кристали. Природу кристалів встановити так і не зміг. Тільки в нашому столітті було доведено, що кристали, отримані Деві, мають склад Cl 2 ∙(7+х)H 2 O та є нестехіометричними сполуками включення, або клатратами. У клатратах молекули води утворюють своєрідні клітини, замкнуті зі сторін і які містять молекули хлору. Випадкове спостереження Деві започаткувало хімії клатратів, що мають різноманітне практичне застосування.

Ферроцен

На нафтопереробних заводах давно помічали утворення червоного кристалічного нальоту в залізних трубопроводах, коли за ними за високої температури пропускали продукти перегонки нафти, що містять циклопентадієн С 5 Н 6 . Інженери лише досадували на необхідність додаткового очищення трубопроводів Один з найбільш допитливих інженерів проаналізував червоні кристали і встановив, що вони є новою хімічною сполукою , якій дали тривіальну назву фероцен, хімічна назва цієї речовини -| біс-циклопентадієнілзалізо(II). Стала зрозумілою причина корозії залізних труб на заводі. Її викликала реакція

З 5 Н 6 + Fe = + H 2

Фторопласт

Перший полімерний матеріал, що містить фтор, відомий у нас під назвою фторопласт, а в США – тефлон, було отримано випадково. Якось у лабораторії американського хіміка Р. Планкетта в 1938 р. з балона, наповненого тетрафторетиленом CF 2 CF 2 перестав надходити газ. Планкет відкрив кран повністю, прочистив отвір дротом, але газ не виходив. Тоді він струснув балон і відчув, що всередині його замість газу є якась тверда речовина. Балон був розкритий і з нього висипався білий порошок. Це був полімер – політетрафторетилен, який отримав назву тефлон. У балоні пройшла реакція полімеризації

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

Тефлон стійкий до дії всіх відомих кислот та їх сумішей, до дії водних та неводних розчинів гідроксидів лужних металів. Він витримує температури від -269 до +200 °С.

Сечовина

У 1828 р. німецький хімік Велер намагався отримати кристали ціанату амонію ПН 4 NCO. Він пропустив аміак через водний розчин ціанової кислоти HNCO відповідно до реакції

HNCO + NH 3 = NH 4 NCO.

Отриманий розчин Велер випарував до утворення безбарвних кристалів. Як же було його здивування, коли аналіз кристалів показав, що їм отримано не ціанат амонію, а добре відома сечовина (NH 2) 2 CO, звана тепер карбамідом. Сечовину до Велера отримували лише з людської сечі. Доросла людина щодня виділяє із сечею близько 20 г сечовини. Велера ніхто з хіміків того часу не повірив, що органічну речовину можна отримати поза живим організмом. Вважалося, що органічні речовини можуть утворюватися лише живому організмі під впливом «життєвої сили». Коли Велер повідомив шведському хіміку Берцеліусу про свій синтез, то отримав від нього наступну відповідь: «…Той, хто започаткував своє безсмертя в сечі, має всі підстави завершити свій шлях піднесення на небеса за допомогою того ж предмета…»

Синтез Велера відкрив широку дорогу одержанню численних органічних речовин із неорганічних. Багато пізніше було встановлено, що при нагріванні або розчиненні у воді ціанат амонію перетворюється на сечовину:

NH 4 NCO = (NH 2) 2 CO.

Цинкаль

Одним із металургів вже в нашому столітті було отримано сплав алюмінію А1 з 22% цинку Zn, названий ним цинкалем. Для вивчення механічних властивостей цинкалю металург виготовив із нього пластинку і незабаром забув про неї, займаючись отриманням інших сплавів. Під час одного з дослідів, щоб захистити обличчя від теплового випромінювання пальника, він відгородив її пластинкою цинкалю, що опинилася під рукою. Після закінчення роботи металург із подивом виявив, що платівка подовжилася більш ніж у 20 разів без будь-яких ознак руйнування. Так було відкрито групу надпластичних сплавів. Температура надпластичної деформації цинкалю дорівнювала 250°С, набагато менше температури плавлення. При 250 ° С пластинка цинкалю під дією сили тяжіння починає буквально текти, не переходячи в рідкий стан.

Дослідження показали, що надпластичні сплави утворені дрібними зернами. При нагріванні під дуже невеликим навантаженням пластинка подовжується через збільшення числа зерен уздовж напрямку розтягування при одночасному зменшенні кількості зерен у поперечному напрямку.

Бензол

У 1814 р. у Лондоні з'явилося газове висвітлення. Світильний газ зберігали у залізних балонах під тиском. У літні ночі освітлення було нормальним, а взимку, у сильні холоди – тьмяним. Газ із якоїсь причини не давав яскравого світла.

Власники газового заводу звернулися за допомогою до хіміка Фарадея. Фарадей встановив, що взимку частина світильного газу збирається на дні балонів у вигляді прозорої рідини складу Б 6 . Він назвав її «карбюрованим воднем». Це був добре тепер усім відомий бензол. Честь відкриття бензолу залишилася за Фарадеєм. Назву «бензол» новій речовині дав німецький хімік Лібіх.

Біле та сіре олово

Друга та остання експедиція англійського мандрівника Роберта-Фолкона Скотта у 1912 р. до Південного полюса закінчилася трагічно. У січні 1912 р. Скотт і четверо його друзів пішки досягли Південного полюса і виявили по наметі і записці, що всього за чотири тижні до них Південний полюс був відкритий експедицією Амундсена. З жалем вони рушили в дорогу назад при дуже сильному морозі. На проміжній базі, де зберігалося пальне, вони не знайшли. Залізні каністри з гасом виявилися порожніми, бо мали «кимось розкриті шви», які раніше були запаяні оловом. Скотт і його супутники стали біля розпаяних каністр.

Так за трагічних обставин було виявлено, що олово за низьких температур переходить в іншу поліморфну ​​модифікацію, прозвану «олов'яною чумою». Перехід у низькотемпературну модифікацію супроводжується перетворенням звичайного олова на пил. Біле олово, або β-Sn, яким були запаяні каністри, перетворилося на сіре пилоподібне олово, або α-Sn. Смерть наздогнала Скотта та його супутників всього за 15 км від місця, де на них чекала основна частина експедиції, у складі якої перебували і двоє росіян – Гирьов та Омельченко.

Гелій

У 1889 р. англійський хімік Д. Метьюз обробив мінерал клевеїт нагрітою сірчаною кислотою H 2 SO 4 і з подивом побачив виділення невідомого газу, що не горить і не підтримує горіння. Ним виявився гелій Не. Мінерал, що рідко зустрічається в природі, клевеїт - різновид мінералу уранініту складу UO 2 . Це сильнорадіоактивний мінерал, що випромінює α-частинки, ядра атомів гелію. Приєднуючи електрони, вони перетворюються на атоми гелію, який у вигляді невеликих бульбашок залишається вкрапленим у кристали мінералу. При обробці його сірчаною кислотою протікає реакція

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

Діоксид урану UO 2 переходить у розчин у вигляді сульфату уранілу (UO 2)SO 4 , а Не звільняється та виділяється у вигляді газу разом з діоксидом сірки SO 2 . Особливо багато Не виявилося в мінералі торіаніту, діоксиду торію та урану (Th,U)O 2 : 1 л торіаніту при нагріванні до 800°С виділяє майже 10 л Не.

У 1903 р. одна нафтова компанія проводила пошуки нафти у штаті Канзас (США). На глибині близько 100 м вона натрапила на газовий пласт, що дав фонтан газу. На превеликий подив нафтовиків, газ не горів. Це був також гелій.

Пурпур

Римський вчений-енциклопедист Марк Терентій Варрон (116-27 рр. до н. е.) у своєму творі «Людські та божественні давнини» розповів легенду.

Якось уздовж морського берега йшов із собакою мешканець фінікійського міста Тіра. Собака, знайшовши серед гальки невелику черепашку, викинуту прибоєм, роздавив її зубами. Паща пса одразу стала червоно-синьою. Так було відкрито знаменитий природний барвник – античний пурпур, який називали також тирським пурпуром, королівським пурпуром. Цим барвником забарвлювали одяг імператорів Стародавнього Риму. Джерело пурпуру – хижі молюски-багрянки, які харчуються іншими молюсками, попередньо руйнуючи їхню раковину кислотою, що виділяється слинними залозами. Пурпур витягали з пурпурових залоз багрянок. Колір фарб у минулому ототожнювали із різними символами. Пурпур був символом гідності, сили та могутності.

У 1909 р. німецький хімік Пауль Фрідлендер (1857-1923) отримав шляхом складного синтезу диброміндіго 2 і довів його тотожність із пурпуром середземноморської багрянки.

Уранове випромінювання

Французький фізик Беккерель займався вивченням світіння деяких кристалів, званих фосфорами, у темряві після їхнього попереднього опромінення сонячним світлом. Беккерель мав велику колекцію фосфорів, і серед них – сульфат ураніла-калію K 2 (UO 2)(SO 4) 2 . Після відкриття рентгенівських променів Беккерель вирішив з'ясувати, чи не випускають його фосфори ці промені, що викликають почорніння фотопластинки, закритою чорним світлонепроникним папером. Він загортав фотопластинку в такий папір, а зверху клав той чи інший фосфор, попередньо витриманий на сонці. Якось у 1896 р. у похмурі дні Беккерель, не витримавши на сонці сульфат ураніла-калію, поклав його на загорнуту платівку в очікуванні сонячної погоди. Чомусь він вирішив проявити цю фотопластинку і виявив на ній обриси кристала, що лежав. Стало ясно, що проникаюче випромінювання солі урану U не пов'язане зі свіченням фосфорів, що існує незалежно ні від чого.

Так було виявлено природна радіоактивність сполук урану, та був і торію Th. Спостереження Беккереля послужили для П'єра та Марі Кюрі основою пошуку в мінералах урану нових, більш радіоактивних хімічних елементів. Знайдені ними полоній та радій виявилися продуктами радіоактивного розпаду атомів урану.

Лакмус

Якось англійський хімік Бойль приготував водяний настій лакмусового лишайника. Склянка, в якій він зберігав настій, знадобився для хлороводневої кислоти НСl. Вилив настій, Бойль залив у склянку кислоту і з подивом виявив, що кислота стала червоною. Тоді він додав кілька крапель настою до водяного розчину гідроксиду натрію NaOH і побачив, що розчин став синім. Так було відкрито перший кислотно-основний індикатор, названий лакмусом. Згодом Бойль, а потім інші дослідники стали користуватися папірцями, просоченими настоєм лакмусового лишайника і потім висушеними. Лакмусові папірці ставали синіми у лужному та червоними – у кислому розчині.

Відкриття Бартлета

Канадський студент Ніл Бартлет (р. 1932) вирішив очистити гексафторид платини PtF 6 від домішки бромідів, пропускаючи над ним газоподібний фтор F 2 . Він вважав, що бром Вr 2, що виділяється, повинен перетворитися в присутності фтору в світло-жовтий трифторид брому BrF 3 , який при охолодженні став би рідиною:

NaBr + 2F2 = NaF + BrF3.

Натомість Бартлет побачив виділення великої кількості червоної пари, що перетворюється на червоні кристали на холодних частинах приладу. Відповідь на це незвичайне явище Бартлет вдалося знайти тільки через два роки. Гексафторид платини довго зберігався на повітрі, і, будучи дуже сильним окислювачем, поступово взаємодіяв з киснем повітря, утворюючи кристали оранжевого кольору-гексафтороплатинату діоксигенілу:

O2 + PtF6 = O2.

Катіон O 2 + зветься катіона діоксигеніла. При нагріванні в струмі фтору ця речовина виганялася у вигляді червоної пари. Аналіз цього випадкового явища привів Бартлета висновку про можливість синтезу сполук шляхетних (інертних) газів. У 1961 р. Бартлет – вже професор хімії, – змішуючи PtF 6 з ксеноном Хе, отримав першу сполуку шляхетних газів – гексафтороплатинат ксенону Xe.

Фосген

У 1811 р. англійський хімік Деві, забувши, що у посудині перебуває монооксид вуглецю СО – газ без кольору і запаху,- впустив у цю посудину хлор С1 2 , що він хотів зберегти для дослідів, намічених наступного дня. Закрита посудина залишилася стояти на лабораторному столі біля вікна. День був яскравий та сонячний. Наступного дня вранці Деві побачив, що хлор у посудині втратив своє жовтувато-зелене забарвлення. Відчинивши кран судини, він відчув своєрідний запах, що нагадує запах яблук, сіна або листя, що розкладається. Деві досліджував вміст судини та встановив присутність нової газоподібної речовини СС1 2 Про, якій дав назву «фосген», що в перекладі з грецької означає «народжений світлом». Сучасна назва СС1 2 Про – оксиддихлорид вуглецю. У посудині, що опинилася на світлі, протікала реакція

СО + С12 = СС12О.

Так було відкрито сильну отруйну речовину загальнотоксичної дії, широко використану в першу світову війну.

Здатність у найменших концентраціях поступово вражати організм зробила фосген небезпечною отрутою за будь-якого його вмісті у повітрі.

У 1878 р. виявили, що фосген утворюється із суміші СО і С1 2 у темряві, якщо в цій суміші присутній каталізатор - активоване вугілля.

При дії води фосген поступово руйнується з утворенням вугільної Н 2 3 і хлороводневої НСl кислот:

CCl 2 О + 2Н 2 О = Н 2 СО 3 + 2HCl

Водні розчини гідроксидів калію KОН та натрію NaOH руйнують фосген моментально:

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

Нині фосген застосовують у численних органічних синтезах.

Сурік

Ця подія сталася понад 3000 років тому. Уславлений грецький художник Нікій чекав на прибуття замовлених ним білил з острова Родос у Середземному морі. Корабель із фарбами прибув до афінського порту Пірей, але там несподівано спалахнула пожежа. Полум'я охопило і корабель Нікія. Коли пожежу погасили, засмучений Нікій підійшов до останків корабля, серед яких побачив бочки, що обгоріли. Замість білил він виявив під шаром вугілля та золи якусь яскраво-червону речовину. Проби Нікія показали, що ця речовина – чудова червона фарба. Так пожежа в порту Пірей підказала шлях виготовлення нової фарби, названої згодом суриком. Для її отримання стали прожарювати білила або основний карбонат свинцю на повітрі:

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

Сурик – це тетраоксид свинцю (IV)-дисвинцю (II).

Кресало Деберейнера

Явище каталітичного впливу платини було відкрито випадково. Німецький хімік Деберейнер займався хімією платини. Він отримав губчасту, дуже пористу платину («платинову чернь») прожарюючи гексахлороплатинат амонію (NH 4) 2 :

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

У 1823 р. під час одного з дослідів шматочок губчастої платини Pt опинився біля приладу для одержання водню Н 2 . Струмінь водню, змішавшись з повітрям, потрапила на платину, водень спалахнув і спалахнув. Деберейнер одразу оцінив значення свого відкриття. Сірників на той час не було. Він сконструював прилад для запалювання водню, що отримав назву «кресало Деберейнера», або «запальної машинки». Цей прилад невдовзі почали продавати по всій Німеччині.

Платину Деберейнер отримував із Росії з Уралу. У цьому йому допоміг друг І.-В. Ґете, міністр Веймарського герцогства під час правління Карла-Августа. Син герцога був одружений з Марією Павлівною, сестрою двох російських царів – Олександра I та Миколи I. Саме Марія Павлівна була посередницею в отриманні Деберейнером платини з Росії.

Гліцерин та акролеїн

У 1779 р. шведський хімік Шееле відкрив гліцерин НОСН 2 СН(ОН)СН 2 ОН. Для вивчення його властивостей він вирішив звільнити речовину від домішки води. Додавши до гліцерину водовіднімну речовину, Шееле став переганяти гліцерин. Доручивши цю роботу своєму помічникові, він вийшов із лабораторії. Коли Шееле повернувся, помічник лежав біля лабораторного столу непритомний, а в кімнаті стояв різкий гострий запах. Шееле відчув, як його очі з-за великої кількості сліз перестають щось розрізняти. Він швидко витяг помічника на свіже повітря та провітрив приміщення. Тільки через кілька годин до помічника Шееле важко повернулася свідомість. Так було встановлено утворення нової речовини – акролеїну, що в перекладі з грецької означає «гостру олію».

Реакція утворення акролеїну пов'язана з відривом двох молекул води від гліцерину:

З 3 Н 8 О 3 = СН 2 (СН)СНТ + 2Н 2 О.

Акролеїн має склад СН 2 (СН)СНТ і є альдегідом акрилової кислоти. Він є безбарвною легкокиплячою рідиною, пара якої сильно дратує слизові оболонки очей і дихальних шляхів, має токсичну дію. Від утворення незначних кількостей акролеїну залежить загальновідомий запах жирів і масел, що підгоріли, загасаючої сальної свічки. В даний час акролеїн широко використовують при отриманні полімерних матеріалів та синтезу різних органічних сполук.

Вуглекислий газ

Англійський хімік Прістлі виявив, що у «зіпсованому повітрі» (так називав діоксид вуглецю СО 2) тварини гинуть. А рослини? Він поставив під скляний ковпак маленький горщик із квітами і поруч помістив запалену свічку, щоб зіпсувати повітря. Незабаром свічка згасла через практично повне перетворення кисню, що знаходиться під ковпаком на діоксид вуглецю:

З +О 2 = СО 2 .

Прістлі переніс ковпак з квіткою і згаслою свічкою до вікна і залишив його до наступного дня. Вранці він з подивом помітив, що квітка не тільки не зав'яла, але поряд на гілці розкрився ще один бутон. Хвилюючись, Прістлі запалив ще одну свічку і швидко вніс її під ковпак і поставив поруч із першою свічкою. Свічка продовжувала горіти. Куди ж зникло «зіпсоване повітря»?

Так вперше була відкрита здатність рослин поглинати діоксид вуглецю та виділяти кисень. За часів Прістлі ще не знали складу повітря, не знали і складу діоксиду вуглецю.

Сірководень та сульфіди

Французький хімік Пруст вивчав дію кислот на природні мінерали. У деяких дослідах незмінно виділяли огидно пахучий газ сірководень H 2 S. В один із днів, діючи на мінерал сфалерит (сульфід цинку ZnS) хлороводневою кислотою НСl:

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

Пруст помітив, що блакитний водний розчин сульфату міді CuSO 4 в склянці, що стояла поруч, покрився коричневою плівкою. Він посунув склянку з блакитним розчином ближче до склянки, з якої виділявся H 2 S, і, не звертаючи уваги на запах, почав перемішувати блакитний розчин. Незабаром блакитний колір зник, а на дні склянки з'явився чорний осад. Аналіз осаду показав, що він є сульфідом міді:

CuSO 4 + H 2 S = CuS ↓ + H 2 SО 4 .

Так, мабуть, уперше було виявлено утворення сульфідів деяких металів при дії сірководню на їхній солі.

Алмазна лихоманка

Родовище алмазів у Бразилії було відкрито випадково. У 1726 р. португальський шахтар Бернард да-Фонсена-Лабо на одному із золотих копалень побачив, що робітники під час карткової! Ігри відзначають рахунок виграшу або програшу за допомогою блискучих прозорих каменів. Лабо впізнав у них алмази. У нього вистачило витримки приховати своє відкриття. Він узяв у робітників кілька найбільших каменів. Однак під час продажу алмазів у Європі своєї знахідки Лабо приховати не вдалося. У Бразилію ринули юрби шукачів алмазів, почалася «алмазна лихоманка». А ось як було відкрито родовища алмазів у Південній Африці, яка постачає зараз на міжнародний ринок їх основну масу. У 1867 р. Джон О'Реллі - продавець і мисливець - зупинився ночувати на фермі голландця Ван-Нікерка, що стояла на березі річки. Вааль. Його увагу привернув прозорий камінчик, яким грали діти. «Здається, це алмаз», – сказав О'Реллі. Ван-Нікерк розсміявся: «Можете взяти його собі, таких каменів тут безліч!». У Кейптауні О’Реллі визначив у ювеліра, що це справді алмаз, і продав його за 3000 доларів. Знахідка О'Реллі стала широко відома, і ферму Ван-Нікерка буквально рознесли шматочками, перерву всю околицю в пошуках алмазів.

Кристали бору

Французький хімік Сент-Клер-Девілль разом з німецьким хіміком Велером поставили досвід з отримання аморфного бору при взаємодії оксиду бору В 2 Про 3 з металевим алюмінієм А1. Вони змішали дві цих порошкоподібних речовини і почали нагрівати отриману суміш у тиглі. За дуже високої температури почалася реакція

У 2 Про 3 + 2А1 = 2В + А1 2 Про 3

Коли реакція закінчилася і тигель охолонув, хіміки висипали його на порцелянову плитку. Вони побачили білий порошок оксиду алюмінію А12О3 і шматочок металевого алюмінію. Коричневого порошку аморфного бору був. Це хіміків спантеличило. Тоді Велер запропонував розчинити шматочок алюмінію, що залишився, в хлороводневій кислоті НСl:

2Аl(В) + 6НСl = 2АlСl 3 + 2В↓ + 3Н2.

Після закінчення реакції вони побачили на дні судини чорні блискучі кристали бору.

Так було знайдено один із методів отримання кристалічного бору-хімічно інертного матеріалу, що не взаємодіє з кислотами. У свій час кристалічний бір отримували сплавленням аморфного бору з алюмінієм з подальшою дією на сплав хлороводневої кислоти. Потім виявилося, що отриманий таким чином бор завжди містить домішка алюмінію, мабуть, у вигляді бориду його АlВ 12 . Кристалічний бір за твердістю посідає серед усіх простих речовин друге місце після алмазу.

Агати

Один німецький пастух у 1813 р. знайшов біля занедбаної каменоломні жовтуваті та сірі камені – агати. Він вирішив подарувати їх дружині і поклав на якийсь час біля багаття. Яке ж було здивування, коли вранці він побачив, що одні агати стали червоними, інші отримали червонуватий відлив. Пастух відніс один із каменів знайомому ювеліру і поділився з ним своїм спостереженням. Незабаром ювелір відкрив майстерню з виготовлення червоних агатів, а згодом продав свій рецепт іншим німецьким ювелірам. Так було знайдено спосіб зміни забарвлення деяких дорогоцінного каміння при їх нагріванні. Зауважимо, що ціна червоних агат була на той час удвічі більшою, ніж жовтих, а тим більше сірих різновидів.

Етилен

Німецький алхімік, лікар і винахідник-фантазер Йоганн-Іоахія Бехер (1635-1682) у 1666 р. проводив досліди із сірчаною кислотою H 2 SO 4 . В одному з дослідів він замість додавання до нагрітої концентрованої сірчаної кислоти ще однієї її порції в неуважності прилив етанол С 2 Н 5 ВІН, який знаходився поряд у склянці. Бехер побачив сильне спінювання розчину із виділенням невідомого газу, схожого на метан СН 4 . На відміну від метану новий газ горів полум'ям, що коптить, і мав слабочесночный запах. Бехер встановив, що його «повітря» більш хімічно активне, ніж метан. Так був відкритий етилен С 2 Н 4 утворюється по реакції

C2H5OH=C2H4+H2О.

Новий газ назвали «олійним газом», його з'єднання з хлором стали називати з 1795 «олією голландських хіміків». Тільки з середини ХІХ ст. газ Бехера отримав назву "етилен". Ця назва і залишилася у хімії до наших днів.

Вибух у Оппау

У 1921 р. у м. Оппау (Німеччина) стався вибух на заводі, що випускав добрива – суміш сульфату та нітрату амонію – (NH 4) 2 SO 4 та NH 4 NO 3 . Ці солі довго зберігалися складі і злежалися; їх вирішили подрібнити невеликими вибухами. Це викликало детонацію у всій масі речовини, яка вважалася раніше безпечною. Вибух призвів до загибелі 560 людей і великої кількості поранених та постраждалих, повністю було зруйновано не тільки місто Оппау, а й деякі будинки в Мангеймі – за 6 км від місця вибуху. Більше того, вибуховою хвилею вибило шибки в будинках, що стояли за 70 км від заводу.

Ще раніше, в 1917 р., на хімічному заводі в Галіфаксі (Канада) стався жахливий вибух через саморозклад NH 4 NO 3 , що коштував життя 3000 чоловік.

Виявилося, що нітрат амонію небезпечний у використанні, є вибуховою речовиною. При нагріванні до 260°С NH 4 NO 3 розкладається на оксид діазоту N 2 O та воду:

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

Вище цієї температури реакція ускладнюється:

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

і призводить до різкого наростання тиску та вибуху, якому може сприяти спресований стан речовини та присутність у ньому домішки азотної кислоти HNO 3 .

Беотоле і сірники

Вибухові властивості триоксохлорату калію KClO 3 Бертолле виявив випадково. Він почав розтирати кристали КСlО 3 у ступці, в якій на стінках залишилася невелика кількість сірки, не віддалена його помічником від попередньої операції. Раптом стався сильний вибух, маточка вирвало з рук Бертолле, обличчя його було обпалене. Так Бертолле здійснив вперше реакцію, яку набагато пізніше застосовуватимуть у перших шведських сірниках:

2KClO 3 + 3S = 2KСl + 3SO 2 .

Триоксохлорат калію КСlО 3 довгий час називали бертолетовою сіллю.

Хінін

Малярія - одна з найдавніших хвороб, відомих людству. Існує легенда про те, як було знайдено ліки від неї. Хворий перуанський індіанець, змучений лихоманкою і спрагою, безцільно тинявся поблизу свого села по джунглях. Він побачив калюжу досить чистої води, де лежало повалене дерево. Індіанець почав жадібно пити воду і відчув гіркий присмак. Сталося диво. Вода принесла йому зцілення. Повалене дерево індіанці називали «хіна-хіна». Місцеві жителі, дізнавшись про зцілення, почали застосовувати кору цього дерева як ліки проти лихоманки. Чутки дійшли іспанських завойовників і докотилися до Європи. Так було відкрито хінін C 20 H 24 N 2 O 2 – кристалічна речовина, що видобувається з кори хінного дерева – цинхони. Хінна кора за часів Середньовіччя продавалася буквально грам за грам золота. Штучний синтез хініну дуже складний, він був розроблений лише 1944 р.

Чудеса каталізу

Брат Г. Деві Едуард отримав дуже тонкий порошок платини чорного кольору, який почали називати «платиновим чернем». Якось Едуард необережно просипав трохи цього порошку на фільтрувальний папір, яким щойно витер пролитий етиловий спирт З 2 Н 5 ВІН. З подивом він побачив, як «платинова чернь» розжарилася і світилася доти, доки зник увесь спирт разом зі згорілим папером. Так було відкрито реакцію каталітичного окислення етилового спирту в кислоті:

З 2 Н 5 ВІН +О 2 = СН 3 СООН + Н 2 О

Вулканізація

Американський хімік Чарльз Гудьїр (1800-1860) вважав каучук різновидом шкіри та намагався його модифікувати. Він змішував сирий каучук з кожною речовиною, що траплялася під руку: солив її, перчив, посипав цукром, річковим піском. Якось у 1841 р. він упустив шматок каучуку, обробленого сіркою, на нагріту піч. На другий день, готуючи піч до досвіду, Гудьїр підняв цей шматок і виявив, що каучук став міцнішим. Це спостереження Гудьїра лягло основою розробленого пізніше процесу вулканізації гуми. При вулканізації лінійні макромолекули каучуку взаємодіють із сіркою, утворюючи тривимірну сітку макромолекул. Внаслідок вулканізації каучук перетворюється на гуму. Згодом Гудьїр писав: «Я визнаю, що мої відкриття не були результатом наукового хімічного дослідження… вони стали результатом наполегливості та спостережливості».

Адсорбція

У 1785 р. Ловиц займався перекристалізацією винної кислоти і часто отримував не безбарвні, а бурого кольору кристали через домішок органічного походження, що опинилися в них. Одного разу він необережно пролив частину розчину на суміш піску та вугілля, що знаходиться в піщаній бані, яка використовується для упарювання розчинів. Ловиць постарався зібрати розчин, що пролився, відфільтрував його від піску і вугілля. Коли розчин остиг, то випали безбарвні прозорі кристали кислоти. Так як пісок не міг бути причиною, Ловіц вирішив перевірити дію вугілля. Він притулив новий розчин кислоти, насипав у нього вугільний порошок, упарив і потім охолодив після видалення вугілля. Кристали, що випали, знову виявилися безбарвними і прозорими.

Так Ловіц відкрив адсорбційні властивості деревного вугілля. Він запропонував зберігати на кораблях питну воду у дерев'яних бочках із шаром вугілля. Вода не загнивала місяцями. Це відкриття відразу ж знайшло застосування в діючій армії, в боях з турками в 1791 р. в пониззі Дунаю, де вода була непридатна для пиття. Застосував Ловиц деревне вугілля і для очищення горілки від сивушних олій, оцтової кислоти – від домішок, що надавали їй жовтого забарвлення, та у багатьох інших випадках.

Мелітова кислота

З метою очистити азотну кислоту HNO 3 від домішок Ловиц насипав у неї невелику кількість деревного вугілля і став кип'ятити цю суміш. З подивом він побачив зникнення деревного вугілля та утворення замість нього якоїсь білої речовини, розчинної у воді та етанолі С 2 Н 5 ОН. Він назвав цю речовину «розчинним вугіллям». Взаємодія вугілля з азотною кислотою протікає відповідно до реакції

12С + 6НNО 3 = З 6 (СООН) 6 + 6NO.

Через 150 років встановили, що Ловіц вперше отримав бензолгексакарбонову кислоту С 6 (СООН) 6 , стару назву цієї речовини - "мелітова кислота".

Солі Цейзе

У 1827 р. датський хімік-органік, фармацевт Вільям Цейзе (1789-1847) вирішив отримати для однієї зі своїх робіт тетрахлороплатинат калію K 2 . Для повноти осадження цієї солі, малорозчинної в етанолі, він замість водного розчину H 2 використовував розчин цієї кислоти в етанолі 2 Н 5 ОН. Коли до такого розчину Цейзе прилив водний розчин хлориду калію KCl несподівано замість осаду червоно-коричневого кольору, характерного для K 2 випав осад жовтуватого кольору. Аналіз цього осаду показав, що до його складу входять хлорид калію KCl, дихлорид платини PtCl 2 , вода Н 2 Про і, на подив всіх хіміків, молекула етилену С 2 Н 4: KCl∙PtCl 2 ∙C 2 H 4 ∙Н 2 О Ця емпірична формула стала предметом бурхливих обговорень. Лібіх, наприклад, заявив, що Цейзе провів аналізи невірно і представлена ​​ним формула – плід хворої уяви. Тільки 1956 р. вдалося встановити, що склад нової солі Цейзе встановив правильно, і тепер формулу сполуки записують так K∙H 2 O і називають моногідратом трихлороетиленплатинату калію.

Так було отримано перше з'єднання з незвичайної групи комплексних сполук, званих "π-комплексами". У таких комплексах немає звичайного хімічного зв'язку металу, що знаходиться всередині квадратних дужок, з одним атомом органічної частинки. Реакція, яку здійснив Цейзе:

H 2 + KСl + З 2 Н 5 ВІН = K∙Н 2 Про + 2HCl.

В даний час K одержують, пропускаючи етилен через водний розчин тетрахлороплатинату калію K 2 :

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

Джміль-рятівник

Куртуа - першовідкривач йоду - одного разу мало не загинув. У 1813 р. після однієї зі своїх робіт він злив у порожню склянку для відходів залишки водного розчину аміаку NH 3 та спиртового розчину йоду I 2 . Куртуа побачив освіту у склянці чорно-коричневого осаду, який його одразу зацікавив. Він відфільтрував осад, промив його етанолом З 2 Н 5 ВІН, вийняв з лійки фільтр з осадом і залишив його на лабораторному столі. Час був пізніший, і Куртуа вирішив проаналізувати осад наступного дня. Коли вранці він відчинив двері до лабораторії, то побачив, як джміль, що залетів у приміщення, сів на отриманий ним осад. Негайно пролунав сильний вибух, який розніс на шматки лабораторний стіл, а кімната наповнилася фіолетовими парами йоду.

Куртуа потім казав, що джміль врятував йому життя. Ось так було отримано та випробувано дуже небезпечну в обігу речовину - моноаміакат нітриду триіоду I 3 N∙NH 3 . Реакція синтезу цієї речовини:

3I 2 + 5NH 3 = I 3 N∙NH 3 ↓ + 3NH 4 .

Реакція, що протікає під час вибуху, що викликається найлегшим дотиком або невеликим струшуванням сухого I 3 N∙NH 3:

2(I 3 N∙NH 3) = 2N 2 + 3I 2 + 3H 2 .

Невдалий досвід

Фтор F 2 був отриманий французьким хіміком Муассаном зненацька. У 1886 р. він, вивчивши досвід попередників, піддав електролізу безводний фтороводород HF у платиновій У-подібній трубці. Зі здивуванням Муассан помітив виділення на аноді фтору, а на катоді - водню. Окрилений успіхом, він повторив досвід на засіданні Паризької академії наук, але… фтору не отримав. Досвід не вдався. Після ретельного вивчення причин невдачі Муассан встановив, що використаний ним у першому досвіді фтороводород містив домішок гідрофториду калію KHF 2 . Ця домішка забезпечувала електропровідність розчину (безводний HF неелектроліт) і створювала необхідну концентрацію іонів F - у анода:

2F - - 2е - = F 2 .

З тих пір фтор отримують методом Муассана, використовуючи розчин фториду калію KF HF:

KF + HF = KHF 2 .

Аспартам

Аспартам (у Росії - «сладекс») - речовина, рекомендована для вживання страждаючим діабетом і опасистим людям, у 100-200 разів солодша за сахарозу. Він залишає після себе гіркого металевого присмаку, властивого сахарину. Солодкий смак аспартаму було виявлено 1965 р. випадково. Хімік, який працював із цією речовиною, відкушував задирок і відчув солодкий смак. Аспартам є безбарвними кристалами, добре розчинними у воді. Це крихітний білок. Він засвоюється організмом людини і є джерелом необхідних йому амінокислот. Аспартам не стимулює утворення зубного карієсу, яке засвоєння залежить від вироблення організмом інсуліну.

Карбід

У 1862 р. німецький хімік Велер намагався виділити металевий кальцій із вапна (карбонату кальцію CaСО 3) шляхом тривалого прожарювання суміші, що складається з вапна та вугілля. Він отримав масу сірого кольору, в якій ознак металу не виявив. З жалем Велер викинув цю масу як непотрібний продукт на звалище у двір. Під час дощу лаборант Велера помітив виділення якогось газу з викинутої кам'янистої маси. Велера цей газ зацікавив. Аналіз газу показав, що це ацетилен Н 2 С 2 відкритий Е. Деві в 1836 р. Ось так вперше був відкритий карбід кальцію СаС 2 взаємодіє з водою з виділенням ацетилену:

5С + 2СаСО 3 = 3СаС 2 + 3СО 2;

СаС 2 + 2Н 2 О = Н 2 С 2 + Са(ОН) 2 .

З погляду невігласа.

Як Берцеліус робив свої випадкові відкриття, розповідає його лаборант. Берцеліус вів відокремлений спосіб життя. Цікаві жителі Стокгольму неодноразово запитували лаборанта Берцеліуса, як працює його господар.

Ну, - відповів лаборант, - я спочатку дістаю йому з шафи різні речі: порошки, кристали, рідини.

Він бере все це і звалює в одну велику посудину.

Потім переливає все в маленьку посудину.

А що він робить потім?

Потім він усе переливає у відро, що я виношу щоранку.

На закінчення наведемо слова німецького дослідника природи Германа Гельмгольца (1821-1894): «Іноді і щасливий випадок може прийти на допомогу і розкрити невідоме співвідношення, але випадок навряд чи знайде застосування, якщо той, хто його зустрічає, не зібрав вже в своїй голові досить наочного матеріалу, щоб переконати його у правильності передчуття».

Теорія хімічної еволюції чи як зароджувалося життя

Теорія хімічної еволюції – сучасна теорія походження життя – спирається ідею самозародження. В основі її лежить не раптове виникнення живих істот на Землі, а утворення хімічних сполук та систем, що складають живу матерію. Вона розглядає хімію найдавнішої Землі, насамперед хімічні реакції, що протікали в примітивній атмосфері і в поверхневому шарі води, де, ймовірно, концентрувалися легкі елементи, що становлять основу живої матерії, і поглиналася величезна кількість сонячної енергії. Ця теорія намагається відповісти на запитання: яким чином у далеку епоху могли мимоволі виникнути і сформуватися в живу систему органічні сполуки?

Загальний підхід до хімічної еволюції першим сформулював радянський біохімік А. І. Опарін (1894–1980). У 1924 р. в СРСР було опубліковано його невелику книгу, присвячену цьому питанню; 1936 р. вийшло у світ її нове, доповнене видання (1938 р. вона була перекладена англійською мовою). Опарин звернув увагу на те, що сучасні умови на поверхні Землі перешкоджають синтезу великої кількості органічних сполук, оскільки вільний кисень, що є надлишком в атмосфері, окислює вуглецеві сполуки до діоксиду вуглецю (вуглекислого газу, 2). Крім того, він зазначав, що в наш час будь-яка органічна речовина, "кинута на свавілля" на землі, використовується живими організмами (подібну думку висловлював ще Чарлз Дарвін). Однак, стверджував Опарін, на первинній землі панували інші умови. Можна вважати, що в земній атмосфері на той час був відсутній кисень, але вдосталь були водень і гази, що містять водень, такі як метан (СН 4) і аміак (NН 3). (Подібну атмосферу, багату воднем і бідну киснем, називають відновлювальної на відміну сучасної, окислювальної, атмосфери, багатої киснем і бідної воднем.) На думку Опаріна, такі умови створювали прекрасні можливості для мимовільного синтезу органічних сполук.

Обгрунтовуючи свою ідею про відновний характер примітивної атмосфери Землі, Опарін висував такі аргументи:

1. Водень удосталь присутній у зірках

2. Вуглець виявляється у спектрах комет та холодних зірок у складі радикалів СН та CN, а окислений вуглець проявляється рідко.

3. Вуглеводні, тобто. сполуки вуглецю та водню зустрічаються в метеоритах.

4. Атмосфери Юпітера та Сатурна надзвичайно багаті метаном та аміаком.

Як вказував Опарін, ці чотири пункти свідчать про те, що Всесвіт загалом перебуває у відновлювальному стані. Отже, на первісній Землі вуглець і азот мали перебувати у такому стані.

5. У вулканічних газах міститься аміак. Це, вважав Опарін, свідчить, що азот був у первинної атмосфері як аміаку.

6. Кисень, що міститься в сучасній атмосфері, виробляється зеленими рослинами в процесі фотосинтезу, а отже, за своїм походженням це біологічний продукт.

З цих міркувань Опарин дійшов висновку, що вуглець на примітивної Землі вперше з'явився як вуглеводнів, а азот-як аміаку. Далі він висловив припущення, що в ході відомих нині хімічних реакцій на поверхні неживої Землі виникали складні органічні сполуки, які після досить тривалого періоду часу, мабуть, і дали початок першим живим істотам. Перші організми, ймовірно, являли собою дуже прості системи, здатні лише до реплікації (розподілу) за рахунок органічного середовища, з якого вони утворилися. Висловлюючись сучасною мовою, вони були "гетеротрофами", тобто залежали від навколишнього середовища, яке постачало їх органічним харчуванням. На протилежному кінці цієї шкали знаходяться "автотрофи"-наприклад, такі організми, як зелені рослини, які самі синтезують всі необхідні органічні речовини з вуглецю діоксиду, неорганічного азоту і води. Згідно з теорією Опаріна, автотрофи з'явилися лише після того, як гетеротрофи виснажили запас органічних сполук у примітивному океані.

Дж. Б. С. Холдейн (1892-1964) висунув ідею, в деякому відношенні подібну до поглядів Опаріна, яка була викладена в популярному нарисі, опублікованому в 1929 р. Він припустив, що органічна речовина, синтезована в ході природних хімічних процесів, що протікали на передбіологічній Землі, накопичувалося в океані, який зрештою досяг консистенції "гарячого розбавленого бульйону". На думку Холдейна, примітивна атмосфера Землі була анаеробною (вільною від кисню), проте він не стверджував, що для здійснення синтезу органічних сполук були потрібні відновлювальні умови. Таким чином, він припускав, що вуглець міг бути присутнім в атмосфері в повністю окисленій формі, тобто у вигляді діоксиду, а не у складі метану або інших вуглеводнів. При цьому Холдейн посилався на результати експериментів (не власних), у яких доводилася можливість утворення складних органічних сполук із суміші діоксиду вуглецю, аміаку та води під впливом ультрафіолетового випромінювання. Однак надалі всі спроби повторити ці експерименти виявилися безуспішними.

У 1952 р. Гарольд Юрі (1893-1981), займаючись власне проблемами походження життя, а еволюцією Сонячної системи, самостійно дійшов висновку, що атмосфера молодої Землі мала відновлений характер. Підхід Опаріна був якісним. Проблема, яку досліджував Юрі, була за своїм характером фізико-хімічною: використовуючи як відправну точку дані про склад первинної хмари космічного пилу та граничні умови, що визначаються відомими фізичними та хімічними властивостями Місяця та планет, він ставив за мету розробити термодинамічно прийнятну історію всієї Сонячної системи. в цілому. Юрі, зокрема, показав, що до завершення процесу формування Земля мала сильно відновлену атмосферу, оскільки її основними складовими були водень та повністю відновлені форми вуглецю, азоту та кисню: метан, аміак та пари води. Гравітаційне поле Землі не могло втримати легкий водень і він поступово випарувався в космічний простір. Вторинним наслідком втрати вільного водню було поступове окиснення метану до діоксиду вуглецю, а аміаку-до газоподібного азоту, які через певний час перетворили атмосферу з відновної на окисну. Юрі припускав, що саме в період випаровування водню, коли атмосфера перебувала в проміжному окислювально-відновному стані, на Землі могла утворитися у великих кількостях складна органічна речовина. За його оцінками, океан, мабуть, являв собою однопроцентний розчин органічних сполук. В результаті виникло життя в її найпримітивнішій формі.

Вважається, що Сонячна система утворилася з протосонячної туманності-величезної хмари газу та пилу. Вік Землі, як встановлено з урахуванням низки незалежних оцінок, близький до 4,5 млрд. років. Щоб з'ясувати склад первинної туманності, найрозумніше дослідити відносний вміст різних хімічних елементів у сучасній Сонячній системі. За даними досліджень основні елементи-водень і гелій-разом становлять понад 98% маси Сонця (99,9% його атомного складу) та фактично Сонячної системи в цілому. Оскільки Сонце-звичайна зірка і цього типу належить безліч зірок у інших галактиках, його склад загалом характеризує поширеність елементів у космічному просторі. Сучасні уявлення про еволюцію зірок дозволяють припустити, що водень і гелій переважали й у “молодому” Сонці, яким воно було 4,5 млрд. років тому.

Чотири основні елементи Землі відносяться до дев'яти найбільш поширених на Сонці, за своїм складом наша планета істотно відрізняється від космічного простору в цілому. (Те саме можна сказати про Меркурію, Венеру і Марса; проте Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун в цей список не потрапляють.) Земля складається головним чином із заліза, кисню, кремнію і магнію. Очевидним є дефіцит усіх біологічно важливих легких елементів (за винятком кисню) і вражає відповідно до теорії Опаріна-Юрі, необхідні для початку хімічної еволюції. Враховуючи дефіцит легких елементів і особливо шляхетних газів, розумно припустити, що спочатку Земля сформувалася взагалі без атмосфери. За винятком гелію, всі благородні гази - неон, аргон, криптон і ксенон - мають достатню питому масу, щоб їх могло утримати земне тяжіння. Криптон і ксенон, наприклад, важчі заліза. Оскільки ці елементи утворюють дуже мало з'єднань, вони, мабуть, існували в примітивній атмосфері Землі у вигляді газів і не могли зникнути, коли планета досягла нарешті своїх нинішніх розмірів. Але оскільки на Землі їх утримується в мільйони разів менше, ніж на Сонці, природно припустити, що наша планета ніколи не мала атмосфери за складом близької сонячної. Земля утворилася з твердих матеріалів, які містили лише невелику кількість поглиненого або адсорбованого газу, тому ніякої атмосфери спочатку не було. Елементи, що входять до складу сучасної атмосфери, мабуть, з'явилися на первісній землі у вигляді твердих хімічних сполук; згодом під дією тепла, що виникає при радіоактивному розпаді або виділенні гравітаційної енергії, що супроводжує акрецію Землі, ці сполуки розкладалися з утворенням газів. У процесі вулканічної діяльності ці гази виривалися із земних надр, утворюючи примітивну атмосферу.

Високий вміст у сучасній атмосфері аргону (близько 1%) не суперечить припущенню, що благородні гази спочатку були відсутні в атмосфері. Ізотоп аргону, поширений у космічному просторі, має атомну масу 36, тоді як атомна маса аргону, що утворився в земній корі при радіоактивному розпаді калію, дорівнює 40. Аномально високий вміст на Землі кисню (порівняно з іншими легкими елементами) пояснюється тим, що цей елемент здатний з'єднуватися з безліччю інших елементів, утворюючи такі стабільні тверді сполуки, як силікати і карбонати, які входять до складу гірських порід.

Припущення Юрі про відновлювальний характер первісної атмосфери ґрунтувалися на високому вмісті на Землі заліза (35% загальної маси). Він вважав, що залізо, з якого нині складається ядро ​​Землі, спочатку було розподілено більш менш рівномірно по всьому її обсягу. При розігріві Землі залізо розплавилося і зібралося у її центрі. Однак, перш ніж це сталося, залізо, що міститься в тому шарі планети, який зараз називається верхньою мантією Землі, взаємодіяло з водою (вона була примітивною на Землі у вигляді гідратованих мінералів, схожих на ті, що виявлені в деяких метеоритах); у результаті первісну атмосферу виділилися величезні кількості водню.

Дослідження, які здійснюються з початку 1950-х років, поставили під питання низку положень описаного сценарію. Деякі планетологи висловлюють сумніви щодо того, що залізо, зосереджене зараз у земній корі, могло колись рівномірно розподілятися по всьому об'єму планети. Вони схиляються до думки, що акреція відбувалася нерівномірно і залізо конденсувалося з туманності раніше за інші елементи, що нині утворюють мантію і кору Землі. При нерівномірній акреції вміст вільного водню в примітивній атмосфері мало виявитися нижчим, ніж у разі рівномірного процесу. Інші вчені віддають перевагу акреції, але протікає таким шляхом, який повинен призводити до утворення відновлювальної атмосфери. Коротше кажучи, останніми роками були проаналізовані різні моделі утворення Землі, з яких одні більшою, інші меншою мірою узгоджуються з уявленнями про відновний характер ранньої атмосфери.

Спроби відновити події, що відбувалися на зорі формування Сонячної системи, неминуче пов'язані з безліччю невизначеностей. Проміжок часу між виникненням Землі та утворенням найдавніших порід, що піддаються геологічному датуванню, протягом якого протікали хімічні реакції, що призвели до появи життя, становить 700 млн. років. Лабораторні досліди показали, що з синтезу компонентів генетичної системи необхідне середовище відновлювального характеру; тому можна сказати, що якщо життя Землі виникла, це може означати таке: або примітивна атмосфера мала відновлювальний характер, або органічні сполуки, необхідних зародження життя, звідкись принесені Землю. Оскільки навіть сьогодні метеорити приносять на Землю різноманітні органічні речовини, остання нагода не виглядає абсолютно фантастичною. Однак метеорити, мабуть, містять далеко не всі речовини, необхідні для побудови генетичної системи. Хоча речовини метеоритного походження, ймовірно, внесли істотний внесок у загальний фонд органічних сполук на примітивній Землі, в даний час здається найбільш правдоподібним, що умови на самій Землі мали відновлювальний характер настільки, що стало можливим утворення органічної речовини, що призвела до виникнення життя.

Сучасні біологи показали, що життя це хімічний феномен, який відрізняється від інших хімічних процесів проявом генетичних властивостей. У всіх відомих живих системах носіями цих властивостей є нуклеїнові кислоти і білки. Подібність нуклеїнових кислот, білків і генетичних механізмів, що працюють на їх основі, у організмів різних видів практично не залишає сумнівів у тому, що всі живі істоти, що нині мешкають на Землі, пов'язані еволюційним ланцюгом, який з'єднує їх також із існуючими в минулому і вимерлими видами. Подібна еволюція – природний та неминучий результат роботи генетичних систем. Таким чином, незважаючи на нескінченну різноманітність, усі живі істоти на нашій планеті належать до однієї родини. На Землі фактично існує лише одна форма життя, яка могла виникнути лише одноразово.

Основним елементом земної біохімії є вуглець. Хімічні властивості цього елемента роблять його особливо придатним для утворення такого типу великих інформаційно багатих молекул, які необхідні для побудови генетичних систем із практично необмеженими еволюційними можливостями. Космос також дуже багатий на вуглецю, і ціла низка даних (результати лабораторних експериментів, аналізів метеоритів та спектроскопії міжзоряного простору) свідчить, що утворення органічних сполук, подібних до тих, що входять до складу живої матерії, досить легко і в широких масштабах відбувається у Всесвіті. Тому ймовірно, що якщо життя існує в якомусь іншому куточку Всесвіту, то воно також ґрунтується на хімії вуглецю.

Біохімічні процеси, засновані на хімії вуглецю, можуть протікати лише при поєднанні на планеті певних умов температури та тиску, а також наявності відповідного джерела енергії, атмосфери та розчинника. Хоча в земній біохімії роль розчинника відіграє вода, можливо, хоча й не обов'язково, що в біохімічних процесах, що відбуваються на інших планетах, беруть участь інші розчинники.

Критерії можливості зародження життя

1.Температура та тиск

Якщо припущення про те, що життя має бути засноване на хімії вуглецю, правильно, то можна точно встановити граничні умови для будь-якого середовища, здатного підтримувати життя. Насамперед температура має перевищувати межі стабільності органічних молекул. Визначити граничну температуру нелегко, але не потрібно точних цифр. Оскільки температурні ефекти та величина тиску взаємозалежні, їх слід розглядати в сукупності. Взявши тиск рівним приблизно 1 атм (як на поверхні Землі), можна оцінити верхню температурну межу життя, враховуючи, що багато невеликих молекул, з яких побудована генетична система, наприклад амінокислоти, швидко руйнуються при температурі 200-300°С. Виходячи з цього, можна зробити висновок, що області з температурою вище 250°С безлюдні. (З цього, однак, не випливає, що життя визначається лише амінокислотами; ми вибрали їх лише як типові представники малих органічних молекул.) Реальна температурна межа життя майже напевно має бути нижчою від зазначеного, оскільки великі молекули зі складною тривимірною структурою, зокрема білки , Побудовані з амінокислот, як правило, більш чутливі до нагрівання, ніж невеликі молекули. Для життя на поверхні Землі верхня температурна межа близька до 100 ° С, і деякі види бактерій за цих умов можуть виживати в гарячих джерелах. Однак переважна більшість організмів за такої температури гине.

Може здатися дивним, що верхня температурна межа життя близька до точки кипіння води. Чи не обумовлено цей збіг саме тією обставиною, що рідка вода не може існувати при температурі вище за точку свого кипіння (100°С на земній поверхні), а не якимись особливими властивостями найживішої матерії?

Багато років тому Томас Д. Брок, фахівець із термофільних бактерій, висловив припущення, що життя може бути виявлено скрізь, де існує рідка вода, незалежно від її температури. Щоб підняти точку кипіння води, потрібно збільшити тиск, як це відбувається, наприклад, у герметичній каструлі-скороварці. Посилений підігрів змушує воду кипіти швидше, не змінюючи її температури. Природні умови, в яких рідка вода існує при температурі вище за її звичайну точку кипіння, виявлені в районах підводної геотермальної активності, де перегріта вода виливається із земних надр під спільною дією атмосферного тиску і тиску шару океанської води. У 1982 р. К. О. Стеттер виявив на глибині до 10 м-коду в зоні геотермальної активності бактерії, для яких оптимальна температура розвитку становила 105°С. Так як тиск під водою на глибині 10 м дорівнює 1 атм, загальний тиск на цій глибині досягав 2 атм. Температура кипіння води за такого тиску дорівнює 121°С.

Справді, вимірювання показали, що температура води тут становила 103°С. Отже, життя можливе і за температур вище нормальної точки кипіння води.

Очевидно, бактерії, здатні існувати при температурах близько 100 ° С, мають "секрет", якого позбавлені звичайні організми. Оскільки ці термофільні форми при низьких температурах ростуть погано чи взагалі ростуть, справедливо вважати, що у звичайних бактерій є власний “секрет”. Ключовою властивістю, що визначає можливість виживання за високих температур, є здатність виробляти термостабільні клітинні компоненти, особливо білки, нуклеїнові кислоти та клітинні мембрани. У білків звичайних організмів при температурах близько 60 ° С відбуваються швидкі та незворотні зміни структури, або денатурація. Як приклад можна навести згортання при варінні альбуміну курячого яйця (яєчного "білка"). Білки бактерій, що живуть у гарячих джерелах, не зазнають таких змін до температури 90°С. Нуклеїнові кислоти також схильні до теплової денатурації. Молекула ДНК у своїй поділяється на дві складові її нитки. Зазвичай це відбувається в інтервалі температур 85-100°З залежно від співвідношення нуклеотидів у молекулі ДНК.

При денатурації руйнується тривимірна структура білків (унікальна кожному за білка), яка необхідна виконання таких його функцій, як каталіз. Ця структура підтримується цілим набором слабких хімічних зв'язків, внаслідок дії яких лінійна послідовність амінокислот, що формує первинну структуру білкової молекули, укладається в особливу, характерну для даного білка конформацію. Підтримують тривимірну структуру зв'язку утворюються між амінокислотами, розташованими у різних частинах білкової молекули. Мутації гена, в якому закладена інформація про послідовність амінокислот, характерною для певного білка, можуть призвести до зміни у складі амінокислот, що часто позначається на його термостабільності. Це відкриває можливості еволюції термостабільних білків. Структура молекул, що забезпечує термостабільність нуклеїнових кислот і клітинних мембран бактерій, що живуть у гарячих джерелах, мабуть, також генетично обумовлена.

Оскільки підвищення тиску перешкоджає кипінню води при нормальній точці кипіння, воно може запобігти і деяким пошкодженням біологічних молекул, пов'язаних з впливами високої температури. Наприклад, тиск у кілька сотень атмосфер пригнічує теплову денатурацію білків. Це тим, що денатурація викликає розкручування спіральної структури білкової молекули, що супроводжується збільшенням обсягу. Перешкоджаючи збільшенню обсягу, тиск запобігає денатурації. При набагато вищих величинах тиску, 5000 атм і більше, воно стає причиною денатурації. Механізм цього явища, що передбачає компресійну руйнацію білкової молекули, поки не зрозумілий. Вплив дуже високого тиску призводить також до підвищення термостабільності малих молекул, оскільки високий тиск перешкоджає збільшенню об'єму, зумовленого в цьому випадку розривом хімічних зв'язків. Наприклад, при атмосферному тиску сечовина швидко руйнується при температурі 130°С, але стабільна принаймні протягом години при 200°С і тиску 29 тис. атм.

Молекули, що знаходяться в розчині, поводяться зовсім інакше. Взаємодіючи з розчинником вони часто розпадаються при високій температурі. Загальна назва таких реакцій – сольватація; якщо розчинником є ​​вода, то реакція називається гідролізом.

Гідроліз-це основний процес, внаслідок якого в природі руйнуються білки, нуклеїнові кислоти та багато інших складних біологічних молекул. Гідроліз відбувається, наприклад, у процесі травлення у тварин, але він здійснюється і поза живими системами, мимоволі, особливо при високих температурах. Електричні поля, що виникають при сольволітіческіх реакціях, призводять до зменшення обсягу розчину шляхом електрострикції, тобто. зв'язування сусідніх молекул розчинника Тому слід очікувати, що високий тиск має прискорювати процес сольволізу, і досліди підтверджують це.

Оскільки ми вважаємо, що життєво важливі процеси можуть протікати тільки в розчинах, звідси випливає, що високий тиск не може підняти верхню температурну межу життя, принаймні таких полярних розчинників, як вода і аміак. Температура близько 100 ° С-ймовірно, закономірна межа. Як ми побачимо, це виключає з розгляду як можливі місця проживання багато планет Сонячної системи.

2. Атмосфера

Наступна умова, необхідна для проживання планети, – наявність атмосфери. Досить прості з'єднання легких елементів, які, за нашими припущеннями, складають основи живої матерії, як правило, леткі, тобто в широкому інтервалі температур перебувають у газоподібному стані. Очевидно, такі сполуки обов'язково виробляються у процесах обміну речовин живих організмів, і навіть при теплових і фотохімічних впливах на мертві організми, які супроводжуються виділенням газів в атмосферу. Ці гази, найпростішими прикладами яких на Землі є діоксид вуглецю (вуглекислий газ), пари води та кисень, зрештою включаються до кругообігу речовин, який відбувається в живій природі. Якби земне тяжіння не могло їх утримувати, то вони зникли б у космічний простір, наша планета з часом вичерпала свої "запаси" легких елементів і життя на ній припинилося б. Таким чином, якби на якомусь космічному тілі, гравітаційне поле якого недостатньо сильно, щоб утримувати атмосферу, виникло б життя, воно не могло б довго існувати.

Висловлювалося припущення, що життя може існувати під поверхнею таких небесних тіл, як Місяць, які мають дуже розріджену атмосферу, або взагалі позбавлені її. Подібне припущення будується на тому, що гази можуть бути захоплені підповерхневим шаром, який і стає природним місцем існування живих організмів. Але оскільки будь-яка довкілля, що виникла під поверхнею планети, позбавлена ​​основного біологічно важливого джерела енергії-Сонця, таке припущення лише підміняє одну проблему іншою. Життя потребує постійного припливу як речовини, і енергії, але якщо речовина бере участь у кругообігу (цим зумовлена ​​необхідність атмосфери), то енергія, згідно з фундаментальними законами термодинаміки, поводиться інакше. Біосфера здатна функціонувати, поки забезпечується енергією, хоча різні її джерела не рівноцінні. Наприклад, Сонячна система дуже багата на теплову енергію – тепло виробляється в надрах багатьох планет, включаючи Землю. Однак ми не знаємо організмів, які могли б використовувати його як джерело енергії для своїх життєвих процесів. Щоб використовувати теплоту як джерело енергії, організм, ймовірно, повинен функціонувати подібно до теплової машини, тобто переносити теплоту з області високої температури (наприклад, від циліндра бензинового двигуна) в область низької температури (до радіатора). За такого процесу частина перенесеної теплоти перетворюється на роботу. Але щоб к. п. д. таких теплових машин був досить високим, потрібна висока температура "нагрівача", а це негайно створює величезні труднощі для живих систем, оскільки породжує безліч додаткових проблем.

Жодної із цих проблем не створює сонячне світло. Сонце - постійне, фактично невичерпне джерело енергії, яка легко використовується в хімічних процесах за будь-якої температури. Життя на нашій планеті цілком залежить від сонячної енергії, тому природно припустити, що ніде в іншому місці Сонячної системи життя не могло б розвиватися без прямого чи опосередкованого споживання енергії цього виду.

Не змінює істоти і той факт, що деякі бактерії здатні жити в темряві, використовуючи для харчування тільки неорганічні речовини, а як єдине джерело вуглецю – його діоксид. Такі організми, звані хемолітоавтотрофами (що в буквальному перекладі означає: ті, що живлять себе неорганічними хімічними речовинами), отримують енергію, необхідну для перетворення діоксиду вуглецю в органічні речовини за рахунок окислення водню, сірки або інших неорганічних речовин. Але ці джерела енергії на відміну Сонця виснажуються і після використання що неспроможні відновлюватися без участі сонячної енергії. Так, водень, важливе джерело енергії для деяких хемолітоавтотрофів, утворюється в анаеробних умовах (наприклад, у болотах, на дні озер або в шлунково-кишковому тракті тварин) шляхом розкладання під дією бактерій рослинного матеріалу, який, звичайно, утворюється в процесі фотосинтезу. Хемолітоавтотрофи використовують цей водень для одержання з діоксиду вуглецю метану та речовин, необхідних для життєдіяльності клітини. Метан надходить у повітря, де розкладається під впливом сонячного світла з утворенням водню та інших продуктів. У атмосфері Землі водень міститься у концентрації 0,5 мільйон частин; майже весь він утворився з метану, що виділяється бактеріями. Водень і метан викидаються в атмосферу також при виверженнях вулканів, але в незрівнянно меншій кількості. Інше суттєве джерело атмосферного водню-верхні шари атмосфери, де під дією сонячного УФ-випромінювання пари води розкладаються з вивільненням атомів водню, які випаровуються в космічний простір.

Численним популяціям різних тварин-риб, морських молюсків, мідій, гігантських черв'яків і т. д., які, як було встановлено, і мешкають поблизу гарячих джерел, виявлених на глибині 2500 м в Тихому океані, іноді приписують здатність існувати незалежно від сонячної енергії. Відомо кілька таких зон: одна поруч із Галапагоським архіпелагом, інша – на відстані приблизно 21° на північний захід, біля берегів Мексики. У глибині океану запаси їжі свідомо мізерні, і відкриття 1977 р. першої такої популяції негайно поставило питання джерело їх харчування. Одна можливість, мабуть, полягає у використанні органічної речовини, що накопичується на дні океану, - покидьків, що утворилися в результаті біологічної активності в поверхневому шарі; вони переносяться до районів геотермальної активності горизонтальними течіями, що виникають внаслідок вертикальних викидів гарячої води. Рух вгору перегрітої води і викликає утворення горизонтальних придонних холодних течій, спрямованих до місця викиду. Передбачається, що в такий спосіб тут і накопичуються органічні останки.

Інше джерело поживних речовин стало відоме після того, як з'ясувалося, що у воді термальних джерел міститься сірководень (H 2 S). Не виключено, що хемолітоавтотрофні бактерії знаходяться у початку ланцюга живлення. Як показали подальші дослідження, хемолітоавтотрофи є головним джерелом органічної речовини в екосистемі термальних джерел.

Оскільки "паливом" для цих глибоководних угруповань служить сірководень, що утворився в глибинах Землі, їх зазвичай розглядають як живі системи, здатні обходитися без сонячної енергії. Однак це не зовсім правильно, тому що кисень, що використовується для окислення “палива”, є продуктом фотохімічних перетворень. На Землі є лише два значних джерела вільного кисню, і вони пов'язані з активністю Сонця.

Океан відіграє важливу роль у житті глибоководної екосистеми, оскільки він створює навколишнє середовище для організмів із термальних джерел, без якого вони не могли б існувати. Океан забезпечує їх як киснем, а й усіма необхідними поживними речовинами, крім сірководню. Він видаляє відходи. І він же дозволяє цим організмам переселятися в нові райони, що необхідно для їхнього виживання, оскільки джерела недовговічні – за оцінками, час їхнього життя не перевищує 10 років. Відстань між окремими термальними джерелами у одному районі океану становить 5-10 км.

3. Розчинник

В даний час прийнято вважати, що необхідною умовою життя є наявність розчинника того чи іншого типу. Багато хімічних реакцій, що протікають у живих системах, без розчинника були б неможливі. На Землі таким біологічним розчинником є ​​вода. Вона є головною складовою живих клітин і одна з найпоширеніших на земній поверхні сполук. Зважаючи на те, що хімічні елементи, що утворюють воду, широко поширені в космічному просторі, вода, безсумнівно,- одна з найбільш часто зустрічаються сполук у Всесвіті. Але, незважаючи на таку кількість води всюди. Земля – єдина планета у Сонячній системі, що має на своїй поверхні океан; це важливий факт, якого ми повернемося пізніше.

Вода має низку особливих і несподіваних властивостей, завдяки яким вона може служити біологічним розчинником - природним місцем існування живих організмів. Цими властивостями визначається її головна роль стабілізації температури Землі. До таких властивостей відносяться: високі температури плавлення (танення) і кипіння; висока теплоємність; широкий діапазон температур, у межах якого вода залишається у рідкому стані; велика діелектрична стала (що дуже важливо для розчинника); здатність розширюватися поблизу точки замерзання. Всебічний розвиток ці питання набули, зокрема, у працях Л.Дж. Гендерсон (1878-1942), професор хімії Гарвардського університету.

Сучасні дослідження показали, що такі незвичайні властивості води обумовлені здатністю її молекул утворювати водневі зв'язки між собою та іншими молекулами, що містять атоми кисню або азоту. Насправді рідка вода складається з агрегатів, у яких окремі молекули з'єднані водневими зв'язками. Тому при обговоренні питання про те, які неводні розчинники могли б використовуватися живими системами в інших світах, особлива увага приділяється аміаку (NН 3), який також утворює водневі зв'язки і за багатьма властивостями подібний до води. Називаються інші речовини, здатні до утворення водневих зв'язків, зокрема фтористоводнева кислота (HF) і ціаністий водень (HCN). Однак останні два з'єднання – малоймовірні кандидати на цю роль. Фтор відноситься до рідкісних елементів: на один атом фтору в Всесвіті, що спостерігається, припадає 10000 атомів кисню, так що важко уявити на будь-якій планеті умови, які сприяли б утворенню океану, що складається з HF, а не з Н 2 О. Що стосується ціаністого водню (HCN ), складові його елементи в космічному просторі зустрічаються удосталь, але це з'єднання термодинамічно недостатньо стійке. Тому малоймовірно, щоб воно могло у великих кількостях коли-небудь накопичуватися на якійсь планеті, хоча, як ми говорили раніше, HCN є важливою (хоч і тимчасовою) проміжною ланкою в передбіологічному синтезі органічних речовин.

Аміак складається з досить поширених елементів і, хоча він менш стабільний, ніж вода, все ж таки досить стійкий, щоб його можна було розглядати як можливий біологічний розчинник. При тиску 1 атм він знаходиться в рідкому стані в інтервалі температур 78 - 33°С. Цей інтервал (45°) набагато відповідного інтервалу для води (100°С), але він охоплює ту область температурної шкали, де вода не може функціонувати як розчинник. Розглядаючи аміак, Гендер-сон вказував, що це єдина з відомих сполук, яка як біологічний розчинник наближається за своїми властивостями до води. Але врешті-решт учений відмовився від свого твердження з таких причин. По-перше, аміак не може накопичитися в достатній кількості на поверхні будь-якої планети; по-друге, на відміну від води він не розширюється при температурі, близькій до точки замерзання (внаслідок чого вся його маса може повністю залишитися в твердому, замороженому стані), і нарешті, вибір його як розчинника виключає вигоди від використання кисню як біологічний реагент . Гендерсон не висловив певної думки про причини, які завадили б аміаку накопичуватися на поверхні планет, але він мав рацію. Аміак руйнується УФ-випромінюванням Сонця легше, ніж вода, т. Е. Його молекули розщеплюються під впливом випромінювання більшої довжини хвилі, що несе менше енергії, яке широко представлене в сонячному спектрі. Водень, що утворюється в цій реакції, випаровується з планет (за винятком найбільших) в космічний простір, а азот залишається. Вода також руйнується в атмосфері під дією сонячного випромінювання, але тільки набагато більш короткохвильового, ніж те, що руйнує аміак, а кисень (О 2) і озон (О 3), що при цьому виділяються, утворюють екран, дуже ефективно захищає Землю від вбивчого УФ-із -променювання. Таким чином, відбувається самообмеження фотодеструкції атмосферних парів води. У разі аміаку таке явище немає.

Ці міркування не застосовуються до планет типу Юпітера. Оскільки водень удосталь присутній у атмосфері цієї планети, будучи її постійної складової, розумно припускати наявність там аміаку. Ці припущення підтверджені спектроскопічними дослідженнями Юпітера та Сатурна. Навряд чи цих планетах є рідкий аміак, але існування аміачних хмар, які з замерзлих кристалів, цілком можливо.

Розглядаючи питання про воду у широкому плані, ми не маємо права апріорі стверджувати або заперечувати, що вода як біологічний розчинник може бути замінена іншими сполуками. Під час обговорення цієї проблеми нерідко проявляється схильність до її спрощення, оскільки, як правило, враховуються лише фізичні властивості альтернативних розчинників. При цьому применшується або зовсім ігнорується та обставина, яку відзначав ще Гендерсон, а саме: вода є не тільки розчинником, а й активним учасником біохімічних реакцій. Елементи, з яких складається вода, "вбудовуються" в речовини живих організмів шляхом гідролізу або фотосинтезу зелених рослин (див. реакцію 4). Хімічна структура живої речовини, заснованої на іншому розчиннику, як і все біологічне середовище, обов'язково мають бути іншими. Іншими словами, заміна розчинника неминуче спричиняє надзвичайно глибокі наслідки. Ніхто всерйоз не намагався їх собі уявити. Подібна спроба навряд чи розумна, бо вона є ні більше ні меншою, як проект нового світу, а це заняття дуже сумнівне. Поки ми не в змозі відповісти навіть на питання про можливість життя без води, і навряд чи дізнаємося про це, поки не виявимо приклад безводного життя.

Чи може вибухнути

Чорне море?

1891 року професор А.Лебединцев підняв із глибин Чорного моря першу пробу води. Проба показала, що вода нижче 183 метрів насичена сірководнем. Подальші дослідження підтвердили, що Чорне море є найбільшим у світі сірководневим басейном. 3500 - 4000 років тому не існувало Гібралтарської протоки, і Середземне море ділилося на два басейни: зовнішнє море на захід від Сицилії та Внутрішнє море - на сході від неї. Рівні цих морів були значно нижчими від сучасного. На той час Чорне море (Евксинський Понт) було прісноводним, і основне харчування цих морів йшло через Боспор (Босфор) за рахунок більшого стоку рік Чорноморського басейну. 3500 років тому відбулися значні переміщення кори Європи в західному напрямку, утворилася Гібралтарська протока, і солона вода океану підняла рівні цих морів до сучасного.

Найбагатші прісноводна флора та фауна Чорного моря загинули та опустилися на дно. Розкладання білкових речовин на дні наситило придонні води сірководнем та метаном. Після цієї події рівень сірководню піднімався і в наш час тримається на глибині 200 – 100 метрів. У серпні 1982 року у східній частині моря сірководень було виявлено на глибині 60 метрів, причому діаметр "купола" його підйому досягав 120 км. Восени рівень сірководню знизився до 150 метрів. Це говорить про значний викид сірководню із глибини внаслідок землетрусу на ділянці морського дна.

Існують різні гіпотези щодо причин стримування сірководню на глибині. На думку деяких учених, сірководень у розчиненому стані стримує лише значний тиск вищих шарів води (10-20 атмосфер). Якщо зняти цей "корок", то вода "закипить", і з неї відбудеться швидке виділення сірководню у вигляді газу (за аналогією з пляшкою з газованою водою).

10 років тому внаслідок землетрусу в районі невеликого африканського озера з нього стався викид сірководню. Газ поширився дво-триметровим шаром на берегах, що призвело до загибелі всього живого від задухи. Згадується і розповідь очевидців кримського землетрусу 1927 року. Тоді вибухнула гроза, і здивований погляд жителів Ялти постали язики полум'я в морі - море загорілося! Таким чином, присутність сірководню в Чорному морі є дуже серйозною небезпекою для населення країн його басейну.

Ця небезпека особливо велика для берегових ділянок з низькими відмітками рельєфу, наприклад, Колхіди. У Колхіді землетруси високої бальності відбувалися в 1614 (руйнування Цаїшського комплексу), в 1785, 1905, 1958 і в 1959 роках. На щастя, всі вони не торкнулися морського дна. Набагато небезпечніше становище у Криму (Крим має тенденцію сповзання у бік моря) і вздовж узбережжя Туреччини, що має рухливі розломи кори. Існує єдиний спосіб зменшення небезпеки "вибуху" Чорного моря шляхом інтенсивного господарського використання сірководню як пального. Прокачування глибинних вод через відстійники дасть необмежені обсяги газу, який можна використовувати в теплоелектростанціях при його вибухобезпечному дозуванні. При такому централізованому спалюванні сірководню можна вирішити питання використання сірковмісних відходів згоряння без шкоди екологічній обстановці. Міжнародна конференція "Еко – Чорне море-90" намалювала загрозливу картину антропогенного пресингу на екосистему моря – лише Дунай та Дніпро щороку виносять у море 30 тонн ртуті та інші отрути. Рибні запаси моря скоротилися вдесятеро. Щодо Середземного моря здійснюється "Блакитний план" під егідою ООН. До нього підключено 110 університетів та інших організацій Європи. Тільки Чорне море не має єдиного плану порятунку. А він гостро необхідний.

Причини утворення сірководню у воді.

Сірководень та сірчисті сполуки, сульфіди та інші відновлені форми сірки не є типовими та постійними компонентами морських вод.

Однак за певних умов сірководень та сульфіди можуть накопичуватися у глибоких шарах моря у значних кількостях. Області з досить високим вмістом сірководню можуть часом утворюватись навіть на невеликих глибинах. Але й тимчасове накопичення сірководню в морі небажане, тому що його поява спричиняє загибель морської фауни. Разом з тим, присутність сірководню в морській воді є характерним показником певних гідрологічних умов, а також інтенсивного споживання розчиненого кисню та наявності великої кількості речовин, що легко окислюються різного походження.

Основним джерелом виникнення сірководню в морі є біохімічне відновлення розчинених сульфатів (процес десульфатації). Десульфатація в морі викликається життєдіяльністю особливого виду анаеробних бактерій, що десульфатують, які відновлюють сульфати в сульфіди, останні ж розкладаються розчиненою вугільною кислотою до сірководню. Схематично цей процес можна представити так:

CaS + НАСО 3 → СаСО 3 + H 2 S.

Насправді зазначений процес протікає більш складно, і в сірководневій зоні є не тільки вільний сірководень, а й інші форми продуктів відновлення сульфатів (сульфіди, гідросульфіти, гіпосульфіти та ін.).

У гідрохімічній практиці вміст відновлених форм сполук сірки прийнято виражати в еквіваленті сірководню. Лише в спеціальних спеціально поставлених дослідженнях різні відновлені форми сірки визначаються окремо. Ці визначення не розглядаються.

Другим джерелом виникнення сірководню в морі служить анаеробний розпад багатих на сірку білкових органічних залишків відмерлих організмів. Білки, що містять сірку, розпадаючись у присутності достатньої кількості розчиненого кисню, окислюються, і сірка, що міститься в них, переходить у сульфат-іон. В анаеробних умовах розпад сірковмісних білкових речовин веде до утворення мінеральних форм сірки, тобто сірководню та сульфідів.

Випадки тимчасового виникнення анаеробних умов та пов'язаного з ними накопичення сірководню спостерігаються у Балтійському та Азовському морях, а також у деяких губах та затоках інших морів. Класичним прикладом морського басейну, зараженого сірководнем, є Чорне море, де лише верхній порівняно тонкий поверхневий шар вільний від сірководню.

Сірководень і сульфіди, що виникають в анаеробних умовах, легко окислюються при надходженні розчиненого кисню, наприклад при вітровому перемішуванні верхніх, добре аерованих шарів води з глибинними водами, зараженими сірководнем. Оскільки навіть тимчасове накопичення сірководню і сірчистих сполук у морі має важливе значення як показник забруднення вод і можливості виникнення заморів морської фауни, спостереження його появою необхідні для вивчення гидрохимического режиму моря.

Усього існує 2 основних методи визначення кількості та концентрації сірководню в чорному морі: Об'ємно-аналітичний метод та Колориметричний метод, але ці методи метрологічно не атестовані.

Сірководневий бум.

Як уже говорилося раніше, особливістю Чорного моря є наявність у ньому "сірководневого шару". Його виявив сто років тому російський боцман, понюхавши опущену на глибину канат, від якого трохи пахло тухлими яйцями. Рівень " сірководневого шару " коливається, іноді його кордон піднімається до глибини лише 50 м. У 1927 р. під час великого землетрусу були навіть " морські пожежі " , й у морі у районі Севастополя і Євпаторії спостерігалися стовпи полум'я.

Перебудова в СРСР збіглася з черговим підйомом сірководневого шару, а гласність дала газетам пікантну інформацію про "морські пожежі" 1927 (раніше, коли не було звички лякати людей, ці відомості широко не публікувалися). Виникли зручні умови для великого буму, і він був "розкручений". Ось приклади істеричних прогнозів 1989-1990 років. тільки в центральних газетах:

"Літературна газета": "Що буде, якщо, не дай Боже, біля чорноморських берегів трапиться новий землетрус? Знову морські пожежі? Або один спалах, один грандіозний смолоскип? Сірководень горючий і отруйний, у небі виявляться сотні тисяч тонн сірчаної кислоти".

"Робоча трибуна": "Досить невеликого землетрусу, щоб сірководень вийшов на поверхню Чорного моря і загорівся – і його узбережжя перетвориться на пустелю".

"Цілком таємно": "Достатньо збігу в часі і просторі різкого зниження атмосферного тиску і вертикальної течії. Закипівши, вода наситить повітря отруйними парами пального газу. Куди дрейфуватиме смертоносну хмару - одному Богу відомо, воно може викликати жертви на порятунок. секунди перетворити пасажирський лайнер на "летючий голландець".

Нарешті, сам М. З. Горбачов попередив світ про майбутньому СРСР апокаліпсисі. Він заявив з трибуни міжнародного Глобального форуму із захисту навколишнього середовища та розвитку з метою виживання (яка назва форуму!): "Верхня межа сірководневого шару в Чорному морі за останні десятиліття піднялася з глибини 200 м до 75 м від поверхні. Ще трохи, і через поріг Босфору він піде в Мармурове, Егейське та Середземне море”. Ця заява була опублікована у "Правді". Вчені - і океанологи, і хіміки - намагалися пояснити політикам, що все це - неосвічена маячня (так вони наївно думали). Були опубліковані в наукових журналах добре відомі дані:

1. "Морські пожежі" 1927 р. жодного відношення до сірководню не мають. Вони спостерігалися у місцях, що від межі сірководневої зони за 60-200 км. Їхня причина – вихід на поверхню під час землетрусу природного газу метану з Криворізько-Євпаторійського тектонічного розлому. Це газоносний район, там ведеться буріння для видобутку газу, виходи природного газу на цій акваторії у вигляді "факелів" спостерігаються регулярно. Все це добре відомо, і відмова всіх основних газет опублікувати цю довідку вчених прямо вказує, що йшлося про свідому дезінформацію.

2. Максимальна концентрація сірководню у воді Чорного моря 13 мг у літрі, що у 1000 разів менше, ніж необхідно, щоб він міг виділитися із води у вигляді газу. У тисячу разів! Тому ні про яке займання, спустошення узбережжя та спалення лайнерів не може бути й мови. Вже сотні років люди користуються з лікувальною метою сірководневими джерелами Мацести (можливо навіть, ними насолоджувався сам М. С. Горбачов). Ні про які вибухи і загоряння і чутно не чули, навіть запах сірководню там цілком терпимий. Але вміст сірководню у водах Мацести у сотні разів більший, ніж у воді Чорного моря. Траплялися випадки, коли в шахтах люди зустрічалися із сірководневими струменями високої концентрації. Це призводило до отруєння людей, але вибухів ніколи не було і не могло бути – порогова вибухова концентрація сірководню в повітрі дуже висока.

3. Смертельні концентрації сірководню повітря складають 670-900 мг у кубометрі. Але вже при концентрації 2 мг у кубометрі запах сірководню нестерпний. Але навіть якщо весь "сірководневий шар" Чорного моря раптово буде викинутий на поверхню якоюсь невідомою силою, вміст сірководню в повітрі буде набагато нижче нестерпного за запахом рівня. Значить, у тисячі разів нижче за рівень, небезпечний для здоров'я. Так що не може бути мови і про отруєння.

4. Математичне моделювання всіх мислимих режимів у коливанні рівня світового океану та атмосферного тиску над Чорним морем, проведене океанологами у зв'язку із заявою М. С. Горбачова, показало, що перетікання сірководню в Мармурове море і далі, з отруєнням милої його серцю західної цивілізації, абсолютно неможливий – навіть якщо над Ялтою пройде найпотужніший із відомих тропічних циклонів.

Все це було досконало відомо, сірководнева аномалія Чорного моря вивчається сто років багатьма вченими всього світу. Коли радянська преса розпочала цей бум, низка авторитетних вчених, включаючи академіків (!) звернулися до газет – жодна з них не взялася дати заспокійливу інформацію. Найпопулярніше видання, до якого вдалося пробитися – журнал АН СРСР "Природа", журнал для вчених. Але він не міг зрівнятися з тиражами "Правди", "Літературної газети", "Вогника" того часу або з впливом телебачення.

Прозорливо завершує група океанологів (Т. А. Айзатулін, Д. Я. Фащук та А. В. Леонов) одну з останніх присвячених проблемі статей у "Журналі Всесоюзного хімічного суспільства" (№ 4, 1990): "Працюючи у взаємодії з видатними зарубіжними дослідниками, вісім поколінь вітчизняних учених нагромадили величезні знання про сірководневу зону Чорного моря, і всі ці знання, накопичені за століття, виявилися незатребуваними, непотрібними.

Ця підміна – не просто чергове свідчення кризи у соціальній сфері, до якої належить наука. Через низку особливостей це, на погляд, є яскравим індикатором соціальної катастрофи. Особливості полягають у тому, що на всіх рівнях надійне кількісне знання про дуже конкретний, однозначно виміряний об'єкт, щодо якого у світовому науковому співтоваристві немає розбіжностей по суті, підмінено небезпечним за своїми наслідками міфом. Це знання легко контролюється за допомогою загальнодоступних вимірювальних засобів, як канат і боцманський ніс. Інформацію про нього легко отримати протягом десятка хвилин – години звичайними інформаційними каналами або телефонним дзвінком до будь-якого інституту океанологічного профілю АН СРСР, Гідрометеослужби або Міністерства рибного господарства. І якщо щодо такого цілком певного знання виявилася можливою підміна міфами, то ми повинні чекати її обов'язково в таких галузях суперечливого і неоднозначного знання, як економіка і політика.

Безліч криз, в які занурюється наше суспільство, є болотом штучного походження. Потонути в ньому можна лише лежачи. Дати топографію болота кризи на нашій ділянці, показати наявність обрію, піднявши людину з черева на ноги, – мета справжнього огляду”.

Як відомо, підняти радянську людину "з черева на ноги" у створеному штучно болоті не вдалося – не дали зацікавлені маніпулятори свідомістю, що стояли на ногах. Зараз ми вивчаємо цей випадок вже як патологоанатоми – робимо розтин. Але дуже цікаво й продовження – із ще живою свідомістю.

Після того, як справжню мету сірководневого психозу (як частини великої програми) було досягнуто, про сірководод раптово всі забули, як і про заводи білково-вітамінних добавок до пташиного корму. Але 7 липня 1997 р. так само раптово, після багатьох років повного мовчання, по телебаченню знову пройшла передача про сірководневу загрозу. Цього разу було занедбано марення, що залишило далеко позаду прогнози 1989 р. Було обіцяно вибух усього сірководню Чорного моря такої потужності, що він, як детонатор, викличе атомний вибух урану, поклади якого є на Кавказі! Таким чином, сірководень ув'язали з ядерною зброєю – символом сучасної небезпеки.

То може чи ні вибухнути Чорне море?

Азово-Чорноморський басейн на початку ХХ століття був унікальною геофізичною освітою: мілководне прісне Азовське, і солоне глибоководне Чорне море. Більшість мешканців цього басейну навесні йшли на нерест в Азовське море, а зимували – у Чорному, яке у "розрізі" нагадує склянку: вузька прибережна смуга різко обривається на трикілометрову глибину.

Основні постачальники прісної води до Азово-Чорноморського басейну – три річки: Дніпро, Дунай, Дон. Ця вода, перемішуючись із солоною водою під час штормів, утворювала двохсотметровий обитий шар. Нижче цієї позначки біологічні організми у Чорному морі не живуть. Справа в тому, що Чорне море повідомляється зі світовим океаном через вузьку протоку Босфор. Тепла, збагачена киснем вода Чорного моря через цю протоку у верхньому шарі витікає у Середземне море. У нижньому шарі протоки Босфор холодніша і солоніша вода надходить у Чорне море. Така структура водообміну за мільйони років призвела до накопичення сірководню у нижніх шарах Чорного моря. H 2 S утворюється у воді в результаті безкисневого розкладання біологічних організмів і має характерний запах тухлих яєць. Будь-який акваріуміст чудово знає, що у великому акваріумі в придонному шарі з часом внаслідок гниття залишків корму рослин поступово накопичується сірководень. Перший показник цього – риби починають плавати у приповерхневому шарі. Подальше накопичення H 2 S може призвести до загибелі акваріума. Для видалення сірководню з води акваріумісти використовують штучну аерацію: мікрокомпресор повітря розпорошується в нижньому шарі води. При цьому згодом розпилювач і ґрунт поблизу покривається жовтим нальотом – сірою. Хімікам відомо два типи реакції окислення сірководню:

1. H 2 S + O 2 → H 2 O + S

2. H 2 S + 4O 2 → H 2 SO 4

В результаті першої реакції утворюється вільна сірка та вода. У міру накопичення сірка може спливати маленькими шматочками на поверхню.

Другий тип реакції окислення H 2 S протікає вибухоподібно при початковому термальному поштовху. В результаті утворюється сірчана кислота. Лікарям іноді доводиться стикатися з випадками опіків кишечника у дітей – наслідки начебто невинної пустощі. Справа в тому, що кишкові гази містять сірководень. Коли діти "жартома" їх підпалюють, полум'я може проникнути в кишечник. В результаті – не лише термальний, а й кислотний опік.

Саме другий хід реакції окислення H 2 S спостерігали жителі Ялти під час землетрусу у 1927 році. Сейсмічні поштовхи сколихнули глибоководний сірководень до поверхні. Електропровідність водного розчину H 2 S вище, ніж чистої морської води. Тому електричні грозові розряди найчастіше потрапляли саме до ділянок піднятого з глибини сірководню. Однак значний шар чистої поверхневої води гасив ланцюговий перебіг реакції.

До початку XX століття, як уже говорилося, верхній шар води в Чорному морі становив 200 метрів. Бездумна техногенна діяльність призвела до різкого скорочення цього шару. Нині його товщина вбирається у 10-15 метрів. Під час сильного шторму сірководень піднімається на поверхню і відпочиваючі можуть відчувати характерний запах.

На початку століття річка Дон давала Азово-Чорноморський басейн до 36 км3 прісної води. На початку 80-х цей обсяг скоротився до 19 км 3: металургійна промисловість, іригаційні споруди, зрошення полів, міські водопроводи… Введення Волго-донської атомної станції забере ще 4 км 3 води. Аналогічна ситуація сталася за роки індустріалізації та інших річках басейну.

В результаті потоншення поверхневого шару води, що живе, в Чорному морі відбулося різке скорочення біологічних організмів. Так, наприклад, у 50-ті роки поголів'я дельфінів сягало 8 мільйонів особин. У наші дні зустріти дельфінів у Чорному морі стало великою рідкістю. Любителі підводного спорту з сумом спостерігають лише залишки жалюгідної рослинності та рідкісні зграйки риб. Але це не найстрашніше!

Якби Кримський землетрус стався в наші дні, то все б закінчилося глобальною катастрофою: мільярди тонн сірководню прикриває найтонша водна плівка. Який сценарій ймовірного катаклізму?

В результаті первинного термального поштовху відбудеться об'ємний вибух H 2 S. Це може призвести до найпотужніших тектонічним процесам і рухам літосферних плит, що, у свою чергу, викличе руйнівні землетруси по всій земній кулі. Але це ще не все! Внаслідок вибуху в атмосферу буде викинуто мільярди тонн концентрованої сірчаної кислоти. Це будуть не сучасні слабкі кислотні дощі після наших заводів та фабрик. Кислотні зливи після вибуху Чорного моря випалять все живе та неживе на планеті! Або – майже все…

У 1976 був запропонований на розгляд простий і дешевий проект. Основний сенс його полягав у наступному: гірські річки Кавказу несуть у морі прісну воду льодовиків, що тануть. Протікаючи по мілководним кам'янистим руслам, вода збагачується киснем. Враховуючи, що щільність прісної води менша, ніж солоною, потік гірської річки, впадаючи в море, розтікається на його поверхні. Якщо цю воду пустити трубою на дно моря, то реалізується ситуація аерації води в акваріумі. Для цього знадобилося б 4-5 км труб, що опускаються на дно моря і максимум пару десятків кілометрів труб до невеликої греблі в руслі річки. Справа в тому, що, щоб врівноважити трикілометрову глибину солоної води, прісну треба самопливом подавати з висоти 80-100 метрів. Це буде максимум 10-20 км від берега моря. Все залежить від рельєфу узбережжя.

Декілька таких аераційних систем могли б спочатку зупинити процес вимирання моря і, згодом, призвести до повної нейтралізації H 2 S у його глибинах. Зрозуміло, що цей процес не лише дозволив би відродити флору та фауну Азово-Чорноморського басейну, а й усунути можливість глобальної катастрофи.

Однак, як показує практика, урядовим структурам все це нецікаво. Навіщо вкладати, хай навіть і невеликі, гроші у сумнівний захід із порятунку Землі від глобальної катастрофи? Хоча, аераційні установки могли б давати "живі гроші" – сірку, що звільняється внаслідок окислення сірководню.

Але точно сказати, коли вибухне Чорне море, ніхто не зможе. Для завчасного передбачення можливості його виникнення необхідно організувати служби стеження процесами тектонічних рухів блоків земної кори цієї території. Краще все ж таки бути готовим до таких ситуацій. Зрештою, адже живуть люди навіть біля підніжжя Везувію. Ті, хто живе в межах територій, на яких можуть відбуватися подібні катастрофічні події, повинні відповідно організовувати свій спосіб життя.

Але це все не так страшно, як здається на перший погляд. Попередній вибух Чорного моря стався кілька мільйонів років тому. У своїй еволюції тектонічна діяльність Землі дедалі більше заспокоюється. Цілком можливо, що черговий вибух Чорного моря станеться ще за кілька мільйонів років. А це вже неосяжний навіть для простої людської уяви час.

Один із способів використання сірководню.

Економісти та енергетики приходять до висновку, що найближчим часом атомну енергетику замінити нема чим. Хоча після чорнобиля всі визнають її небезпеку, особливо для країн із нестабільною обстановкою та розгулом тероризму. На жаль, до таких країн ставитиметься сьогодні і Росія. А тим часом реальна альтернатива атомній енергетиці існує. В архіві Юткіна Л.А. є проект, який зараз може привернути увагу енергетиків.

Після розпаду СРСР у Росії залишився невеликий відрізок Чорноморського узбережжя. Юткін Л.А. назвав чорне море унікальною природною коморою з невичерпними запасами енергії: енергетичним "Ельдорадо" з відновлюваними джерелами сировини. Свій фантастичний і водночас цілком реальний проект автор електрогідравлічного ефекту Л.А.Юткін відправив у 1979 році до Держкомвинаходів та ДКНТ СРСР.

Проект ґрунтувався на способах поділу та збагачення газів. Справа в тому, що води Чорного моря нижче глибини 100 метрів містять розчинений у них сірководень. Особливо важливо, що, на відміну інших горючих копалин, запаси сірководню у Чорному морі відновлюються. Як показали дослідження, і як говорилося раніше, поповнення сірководню відбувається за рахунок двох джерел: діяльності мікроорганізмів, здатних відновлювати в анаеробних умовах сульфатну сірку до сульфідної, та надходжень сірководню, що синтезується в надрах Кавказьких гір, із тріщин у земній корі. Концентрація сірководню регулюється його окисненням у поверхневих шарах води. Кисень повітря, розчиняючись у воді, взаємодіє із сірководнем, перетворюючи його на сірчану кислоту. Кислота входить у реакцію з розчиненими у питній воді мінеральними солями, утворює сульфати. Ці процеси йдуть одночасно, завдяки чому в Чорному морі встановлюється динамічна рівновага. Розрахунки показують, що протягом року внаслідок окислення у Чорному морі переробляється у сульфати трохи більше чверті всього сірководню.

Таким чином, з Чорного моря, без шкоди для його екології, а також знижуючи шанси "вибуху" Чорного моря, можна щорічно виділяти близько 250 мільйонів тонн сірководню енергоємністю близько 10 12 кВт×год (згоряючи один кілограм сірководню дає приблизно 4000 ккал). . Це відповідає щорічному виробництву електроенергії у колишньому СРСР і вдвічі перевершує їх у Росії. Отже, Чорне море, як генератор сірководню, може повністю задовольняти вітчизняну потребу в енергії. Як же цю фантастичну ідею здійснити практично?

Для цього Юткін запропонував придонні шари морської води з районів аномально високого вмісту сірководню піднімати на технологічну висоту, де їх впливати на електрогідравлічні удари, що забезпечують виділення сірководню, а потім повертати назад у море (електрогідравлічний ефект). Отриманий газ треба зріджувати і спалювати, а двоокис сірки, що з'явилася, окислювати в сірчану кислоту. При спалюванні 1 кг сірководню можна отримати до двох кілограмів двоокису сірки і 4×10 3 ккал тепла, що утилізується. При окисленні двоокису сірки до сірчаної кислоти виділяється енергія. Кожна тонна сірководню, згоряючи, дає 2,9 т сірчаної кислоти. Додаткова енергія, що виникає при її синтезі, складе до 5×105 ккал на кожну тонну отриманої кислоти.

Розрахунки показують, що для задоволення всіх потреб країн СНД в електроенергії, без порушення екології моря, треба щорічно виділяти та спалювати 7400 куб. км морської води. Спалювання 2×5×10 8 т сірководню дозволить отримати 7×3×10 8 т сірчаної кислоти, при синтезі якої вийде додатково 3×6×10 14 ккал тепла чи 4×1×10 11 квт/год додаткової енергії. Ця енергія забезпечить усі роботи технологічного циклу – перекачування води, електрогідравлічну обробку її обробку, стиск та зрідження отриманого газу.

Єдиним "відходом" роботи таких електростанцій буде сірчана кислота - цінна сировина для багатьох інших галузей промисловості.

На початку пропозиції цього проекту, він був заборонений до реалізації.

Руйнування озонового шару

У 1985 р. фахівці з дослідження атмосфери з Британської Антарктичної Служби повідомили про несподіваний факт: весняний вміст озону в атмосфері над станцією Халлі-Бей в Антарктиді зменшився за період з 1977 по 1984 р. на 40%. Незабаром цей висновок підтвердили інші дослідники, які також показали, що область зниженого вмісту озону простирається межі Антарктиди і за висотою охоплює шар від 12 до 24 км, тобто. значну частину нижньої стратосфери. Найбільш докладним дослідженням озонного шару над Антарктидою був міжнародний Літак Антарктичний Озонний Експеримент. У його ході вчені з 4 країн кілька разів піднімалися в область зниженого вмісту озону і зібрали детальні відомості про її розміри і хімічні процеси, що проходять в ній. Фактично це означало, що в полярній атмосфері є озонна "дірка". На початку 80-х за вимірами з супутника "Німбус-7" аналогічна дірка була виявлена ​​і в Арктиці, правда вона охоплювала значно меншу площу і падіння рівня озону в ній було не таке велике - близько 9%. У середньому Землі з 1979 по 1990 р. вміст озону впав на 5%.

Це відкриття стурбувало як вчених, так і широку громадськість, оскільки з нього випливало, що шар озону, що оточує нашу планету, перебуває у більшій небезпеці, ніж раніше. Витончення цього шару може призвести до серйозних наслідків людства. Вміст озону в атмосфері менший за 0.0001%, однак саме озон повністю поглинає жорстке ультрафіолетове випромінювання сонця з довгою хвилі.<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.

Утворення озону описується рівнянням реакції:

Необхідний для цієї реакції атомарний кисень вище за рівень 20 км утворюється при розщепленні кисню під дією ультрафілетового випромінювання з<240 нм.

Нижче цього рівня такі фотони майже не проникають, і атоми кисню утворюються, в основному, при фотодисоціації двоокису азоту фотонами м'якого ультрафілету<400 нм:

Руйнування молекул озону відбувається при їх попаданні на частинки аерозолів або на поверхню землі, але основний стік озону визначають цикли каталітичних реакцій у газовій фазі:

O 3 + Y → YO + O 2

YO + O → Y + O 2

де Y = NO, OH, Cl, Br

Вперше думка про небезпеку руйнування озонного шару була висловлена ​​ще наприкінці 1960-х років, тоді вважалося, що основну небезпеку для атмосферної зони становлять викиди водяної пари та оксидів азоту (NO) із двигунів надзвукових транспортних літаків та ракет. Проте надзвукова авіація розвивалася значно менш бурхливими темпами, ніж передбачалося. В даний час в комерційних цілях використовується тільки "Конкорд", що здійснює кілька рейсів на тиждень між Америкою та Європою, з військових літаків у стратосфері літають практично лише надзвукові стратегічні бомбардувальники, такі як B1-B або Ту-160 та розвідувальні літаки типу SR-71. . Таке навантаження навряд чи є серйозною загрозою для озонного шару. Викиди оксидів азоту з поверхні землі внаслідок спалювання викопного палива та масового виробництва та застосування азотних добрив також становить певну небезпеку для озонного шару, але оксиди азоту нестійкі та легко руйнуються у нижніх шарах атмосфери. Запуски ракет також відбуваються не дуже часто, втім, тверді хлоратні палива використовуються в сучасних космічних системах, наприклад в твердопаливних прискорювачах "Спейс-Шаттл" або "Аріан", можуть завдавати серйозних локальних збитків озонному шару в районі запуску.

У 1974 р. М. Моліна та Ф. Роуленд із Каліфорнійського університету в Ірвіні показали, що хлорфторвуглеці (ХФУ) можуть викликати руйнування озону. Починаючи з цього часу так звана хлорфторвуглецева проблема стала однією з основних у дослідженнях із забруднення атмосфери. Хлорфторвуглеці вже більше 60 років використовуються як холодоагенти в холодильниках і кондиціонерах, палива для аерозольних сумішей, піноутворюючі агенти в вогнегасниках, очищувачі для електронних приладів, при хімічному чищенні одягу, при виробництві пінопластиків. Колись вони розглядалися як ідеальні для практичного застосування хімічні речовини, оскільки вони дуже стабільні і неактивні, а отже, не токсичні. Хоч як це пародоксально, але саме інертність цих сполук робить їх небезпечними для атмосферного озону. ХФУ не розпадаються швидко в тропосфері (нижньому шарі атмосфери, що простягається від поверхні землі до висоти 10 км), як це відбувається, наприклад, з більшою частиною оксидів азоту, і зрештою проникають у стратосферу, верхня межа якої розташовується на висоті близько 50 км. Коли молекули ХФУ піднімаються до висоти приблизно 25 км, де концентрація озону максимальна, вони інтенсивно впливають на ультрафіолетове випромінювання, яке не проникає на менші висоти через екрануючу дію озону. Ультрафіолет руйнує стійкі в звичайних умовах молекули ХФУ, які розпадаються на компоненти, що мають високу реакційну здатність, зокрема атомний хлор. Таким чином ХФУ переносить хлор з поверхні землі через тропосферу і нижні шари атмосфери, де менш інертні сполуки хлору руйнуються, стратосферу, до шару з найбільшою концентрацією озону. Дуже важливо, що хлор при руйнуванні озону діє подібно до каталізатора: в ході хімічного процесу його кількість не зменшується. Внаслідок цього один атом хлору може зруйнувати до 100 000 молекул озону, перш ніж буде дезактивовано або повернеться до тропосфери. Зараз викид ХФУ в атмосферу обчислюється мільйонами тонн, але слід зауважити, що навіть у гіпотетичному випадку повного припинення виробництва та використання ХФУ негайного результату досягти не вдасться: дія ХФУ, які вже потрапили в атосферу, триватиме кілька десятиліть. Вважається, що час життя в атмосфері для двох найбільш широко використовуваних ХФУ фреон-11 (CFCl 3) і фреон-12 (CF 2 Cl 2) становить 75 і 100 років відповідно.

Оксиди азоту здатні руйнувати озон, проте вони можуть реагувати і з хлором. Наприклад:

2O 3 + Cl 2 → 2ClO + 2O 2

2ClO + NO → NO 2 + Cl 2

під час цієї реакції вміст озону не змінюється. Більш важливою є інша реакція:

ClO + NO 2 → ClONO 2

хлористий нітрозил, що утворюється в її ході, є так званим резервуаром хлору. Хлор, що міститься в ньому, неактивний і не може вступити в реакцію з озоном. Зрештою, така молекула-резервуар може поглинути фотон або вступити в реакцію з якоюсь іншою молекулою і вивільнити хлор, але вона також може залишити стратосферу. Розрахунки показують, що якби в стратосфері були відсутні оксиди азоту, то руйнація озону йшла б набагато швидше. Іншим важливим резервуаром хлору є хлористий водень HCl, що утворюється при реакції атомарного хлору та метану СH4.

Під тиском цих аргументів багато країн почали вживати заходів, спрямованих на скорочення виробництва та використання ХФУ. З 1978 р. у США було заборонено використання ХФУ в аерозолях. На жаль, використання ХФУ в інших областях не було обмежено. У вересні 1987 р. 23 провідні країни світу підписали в Монреалі конвенцію, яка зобов'язує їх знизити споживання ХФУ. Згідно з досягнутою домовленістю розвинені країни повинні до 1999 р. знизити споживання ХФУ до половини рівня 1986 р. Для використання як палива в аерозолях вже знайдено непоганий замінник ХФУ – пропан-бутанова суміш. За фізичними параметрами вона мало поступається фреонам, але, на відміну них, вогненебезпечна. Проте такі аерозолі вже виробляються у багатьох країнах, зокрема й у Росії. Складніше ситуація з холодильними установками – другим за величиною споживачем фреонів. Справа в тому, що через полярність молекули ХФУ мають високу теплоту випаровування, що дуже важливо для робочого тіла в холодильниках та кондиціонерах. Кращим відомим на сьогодні замінником фреонів є аміак, але він токсичний і все ж таки поступається ХФУ за фізичними параметрами. Непогані результати отримані повністю фторованих вуглеводнів. У багатьох країнах ведуться розробки нових замінників і вже досягнуто непоганих практичних результатів, але повністю ця проблема ще не вирішена.

Використання фреонів продовжується і поки що далеко навіть до стабілізації рівня ХФУ в атмосфері. Так, за даними мережі Глобального моніторингу змін клімату, у фонових умовах – на берегах Тихого та Атлантичного океанів та на островах, далеко від промислових та густонаселених районів – концентрація фреонів -11 та -12 в даний час зростає зі швидкістю 5-9% на рік . Вміст у стратосфері фотохімічно активних сполук хлору нині у 2-3 разу вище проти рівнем 50-х, на початок швидкого виробництва фреонів.

Разом з тим, ранні прогнози, що передбачають, наприклад, що при збереженні сучасного рівня викиду ХФУ до середини XXI ст. вміст озону в стратосфері може впасти вдвічі, можливо, були занадто песемістичні. По-перше, дірка над Антарктидою багато в чому є наслідком метеорологічних процесів. Утворення озону можливе лише за наявності ультрафіолету і під час полярної ночі не відбувається. Взимку над Антарктикою утворюється стійкий вихор, що перешкоджає притоку багатого озоном повітря із середніх широт. Тому до весни навіть невелика кількість активного хлору здатна завдати серйозної шкоди озонному шару. Такий вихор практично відсутній над Арктикою, тому у північній півкулі падіння концентрації озону значно менше. Багато дослідників вважають, що на процес руйнування озону впливають полярні стратосферні хмари. Ці висотні хмари, які набагато частіше спостерігаються над Антарктикою, ніж над Арктикою, утворюються взимку, коли за відсутності сонячного світла та в умовах метеорологічної ізоляції Антарктиди температура в стратосфері падає нижче – 80 0 С. Можна припустити, що сполуки азоту конденсуються, замерзають та залишаються пов'язаними з хмарними частинками і тому втрачають можливість вступити в реакцію з хлором. Можливо також, що хмарні частинки здатні каталізувати розпад озону та резервуарів хлору. Все це говорить про те, що ХФУ здатні викликати помітне зниження концентрації озону тільки в специфічних атмосферних умовах Антарктиди, а для помітного ефекту в середніх широтах концентрація активного хлору повинна бути набагато вищою. По-друге, при руйнуванні озонного шару жорсткий ультрафіолет почне глибше проникати в атмосферу. Але це означає, що утворення озону відбуватиметься, як і раніше, але лише трохи нижче, в області з великим вмістом кисню. Правда, в цьому випадку озонний шар буде більшою мірою схильний до дії атмосферної циркуляції.

Хоча перші похмурі оцінки було переглянуто, це в жодному разі не означає, що проблеми немає. Швидше стало зрозуміло, що немає негайної серйозної небезпеки. Навіть найбільш оптимістичні оцінки передбачають при сучасному рівні викиду ХФУ в атмосферу серйозні біосферні порушення у другій половині ХХІ ст., тому скорочувати використання ХФУ, як і раніше, необхідно.

Можливості впливу людини на природу постійно зростають і вже досягли такого рівня, коли можна завдати біосфері непоправної шкоди. Вже не вперше речовина, яка довгий час вважалася абсолютно невинною, виявляється насправді вкрай небезпечною. Років двадцять тому навряд чи хтось міг припустити, що звичайний аерозольний балончик може становити серйозну загрозу для планети в цілому. На жаль, далеко не завжди вдається вчасно передбачити, як те чи інше з'єднання впливатиме на біосферу. Однак у випадку з ХФУ така можливість була: всі хімічні реакції, що описують процес руйнування озону ХФУ, вкрай прості і відомі досить давно. Але навіть після того, як проблема ХФУ була в 1974 р. сформульована, єдиною країною, яка вжила будь-яких заходів щодо скорочення виробництва ХФУ були США і ці заходи були зовсім недостатні. Потрібна була досить серйозна демонстрація небезпеки ХФУ для того, щоб було вжито серйозних заходів у світовому масштабі. Слід зазначити, що навіть після виявлення озонної діри ратифікація Монреальської конвенції у свій час перебувала під загрозою. Можливо, проблема ХФУ навчить з великою увагою та побоюванням ставитися до всіх речовин, що потрапляють у біосферу внаслідок діяльності людства.

Плата за відкриття

Ось лише деякі епізоди з цієї галузі. У руках німецького хіміка Роберта-Вільгельма Бунзена (1811-1899) вибухнула запаяна скляна посудина зі з'єднанням миш'яку. Вчений залишився без правого ока і дуже отруївся. Руки Бунзена від робіт з хімічними речовинами настільки огрубіли і вкрилися шрамами, що в суспільстві він ховав їх під стіл. Але в лабораторії він демонстрував їхню «невразливість», вносячи вказівний палець у полум'я газової «пальника Бунзена» і тримаючи його там кілька секунд, доки не поширювався запах паленого рогу; при цьому він спокійно вимовляв: «Дивіться, панове, тут температура полум'я вище тисячі градусів».

У французького хіміка Шарля-Адольфа Вюрца (1817-1884), президента Паризької академії наук при нагріванні суміші трихлориду фосфору РС1 3 і натрію Na у відкритій пробірці стався сильний вибух. Осколки поранили йому обличчя та руки, потрапили у вічі. Видалити їх одразу з очей не вдалося. Поступово вони стали виходити самі. Лише за кілька років хірурги відновили Вюрцу нормальний зір.

Французький фізик та хімік П'єр-Луї Дюлонг (1785-1838), член Паризької академії наук, дорого заплатив за відкриття вибухової речовини нітриду трихлору C1 3 N: він втратив око та три пальці. Деві, вивчаючи властивості цієї речовини, також мало не втратив зору.

Російський академік Леман помер внаслідок отруєння миш'яком, який потрапив йому в легені та стравохід під час вибуху реторти в лабораторії.

Німецький хімік Лібіх ледь не загинув, необережно впустивши пестик, яким розтирав кристали в ступці, в металеву банку, де зберігався вибуховий фульмінат ртуті - «гримуча ртуть» Hg(CNO) 2 . Вибухом зірвало дах будинку, а самого Лібіха тільки відкинуло до стіни, і він відбувся забоями.

Російський академік Ловіц 1790 р. отруївся хлором. З цього приводу він писав: «Крім, що триває майже вісім днів, болісного болю в грудях трапилося також, що коли з моєї необережності… газ вийшов у повітря, я раптово знепритомнів і впав на землю».

Гей-Люссак і Тенар при одній із спроб отримати калій шляхом нагрівання суміші гідроксиду калію КОН та порошку заліза Fe за реакцією:

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

мало не загинули через вибух лабораторної установки. Гей-Люссак провів у ліжку, оговтуючись від ран, майже півтора місяці. Із Тенаром сталася ще одна історія. У 1825 р. він під час лекції з хімії ртуті помилково замість цукрової води зробив ковток зі склянки, що містить розчин сулеми (хлориду ртуті HgCl 2 ) - сильної отрути. Він спокійно поставив склянку на місце і холоднокровно оголосив: «Господа я отруївся. Мені можуть допомогти сирі яйця, принесіть мені їх, будь ласка». Перелякані студенти кинулися по сусідніх крамницях і будинках, незабаром перед професором височіла купа яєць. Тенар прийняв усередину сире яйце, розбовтане з водою. Це його й урятувало. Сире яйце - чудова протиотрута при отруєнні солями ртуті.

Російський академік Микита Петрович Соколов (1748-1795) помер від отруєння фосфором і миш'яком щодо властивостей їх сполук.

Рання смерть Шееле у віці сорока чотирьох років була викликана, мабуть, отруєнням вперше отриманим ним ціановоднем HCN і арсином AsH 3 , про сильну отруйність яких Шееле не підозрював.

Російська хімік Віра Євстафіївна Богданівська (1867-1896) загинула у віці двадцяти дев'яти років, намагаючись провести реакцію між білим фосфором Р 4 та циановодневою кислотою HCN. Ампула з цими двома речовинами вибухнула і поранила її руку. Почалося отруєння крові, і за чотири години після вибуху Богданівська померла.

Американський хімік Джеймс Вудхауз (1770-1809) помер у віці тридцяти дев'яти років від систематичного отруєння монооксидом вуглецю, не підозрюючи про токсичність цього газу. Він займався дослідженням відновлення залізняку деревним вугіллям:

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

У результаті дослідження виділявся монооксид вуглецю СО - «чадний газ».

Англійський хімік Вільям Круйкшенк (1745-1810) в останні роки життя збожеволів через поступове отруєння хлором С1 2 , монооксидом вуглецю СО і оксидом-дихлоридом вуглецю СС1 2 О (фосгеном), синтезом і вивченням властивостей яких він займав.

Німецький хімік Адольф фон Баєр (1835-1917), лауреат Нобелівської премії, в молодості синтезував метилдихлорарсин CH 3 AsCl 2 . Не знаючи, що ця речовина сильна отрута, він вирішив її понюхати. Байєр одразу почав задихатися і незабаром знепритомнів. Його врятував Кекуле, витягнувши Байєра на свіже повітря. Байєр був практикантом у Кекулі.

Рідкісні метали – майбутнє нової техніки

Цифри та факти

Багато рідкісних металів, які тривалий час майже не знаходили застосування, зараз широко використовуються у світі. Вони викликали до життя нові галузі сучасної промисловості, науки і техніки – такі, як сонячна енергетика, надшвидкісний транспорт на магнітній подушці, інфрачервона оптика, оптоелектроніка, лазери, ЕОМ останніх поколінь.

Використовуючи низьколеговані сталі, що містять лише 0,03-0,07% ніобію та 0,01-0,1% ванадію, можна на 30-40% знизити вагу конструкцій при будівництві мостів, багатоповерхових будівель, газо- та нафтопроводів, геологорозвідувального бурильного обладнання. і т. п. При цьому термін служби конструкцій збільшується у 2-3 рази.

Магніти з використанням надпровідних матеріалів на основі ніобію дали можливість побудувати в Японії потяги на подушці, що розвивають швидкість до 577 км/год.

У рядовому американському автомобілі використовується 100 кг сталі марки HSLA з ніобієм, ванадієм, рідкісними землями, 25 деталей із мідно-берилієвих сплавів, цирконій, ітрій. При цьому вага автомобіля в США (з 1980 по 1990 рік) зменшилась у 1,4 рази. З 1986 року автомобілі почали оснащуватися неодимовмісними магнітами (37 г неодиму на один автомобіль)

Інтенсивно розробляються електромобілі з літієвими акумуляторами, автомобілі на водневому паливі з нітридом лантану та інші.

Американська фірма "Вестінгауз" розробила високотемпературні паливні елементи на основі оксидів цирконію та ітрію, які підвищують ккд теплових електростанцій з 35 до 60%.

За рахунок впровадження енергоекономічних освітлювальних приладів та електронної апаратури, зробленої з використанням рідкісних елементів, США передбачають зберігати до 50% електроенергії з 420 млрд. кВт/год, що витрачаються на освітлення. У Японії та США створено лампи з люмінофорами, що містять ітрій, європій, тербій, церій. Лампи потужністю 27 Вт з успіхом замінюють 60-75-ватні лампи розжарювання. Витрата електроенергії на освітлення знижується у 2-3 рази.

Використання сонячної енергії неможливе без галію. НАСА США планує обладнати космічні супутники сонячними елементами на основі арсеніду галію.

Надзвичайно високі темпи зростання споживання рідкісних металів в електроніці. 1984 року вартість світового збуту інтегральних схем з використанням арсеніду галію становила 30 млн. доларів, 1990 року вона вже оцінювалася в 1 млрд. доларів.

Застосування рідкісноземельних елементів (рідкісних земель) і рідкісного металу ренію при крекінгу нафти дозволило США різко знизити використання дорогої платини, при цьому підвищити ккд процесу і збільшити на 15 відсотків вихід високооктанового бензину.

У Китаї успішно застосовуються рідкісні землі у сільському господарстві для добрива рису, пшениці, кукурудзи, цукрової тростини, цукрових буряків, тютюну, чаю, бавовни, арахісу, фруктів, квітів. Урожай продовольчих культур збільшився на 5-10%, технічних – на понад 10%. Поліпшилася якість пшениці за рахунок більш високого вмісту протеїну та лізину, збільшилася цукристість фруктів, цукрової тростини та буряків, покращилося фарбування квітів, підвищилася якість чаю та тютюну.

У Казахстані за рекомендацією російських учених було застосовано розроблена Ф. У. Сайкіним нова методика використання рідкісних земель сільському господарстві. Досліди провели на великих площах та отримали чудовий ефект – збільшення врожайності бавовни, пшениці та інших культур на 65%. Така висока ефективність була досягнута, по-перше, завдяки тому, що використовували не суміші всіх рідкісних земель одночасно, як це практикувалося в Китаї, а лише один неодим (оскільки деякі лантаноїди не сприяють підвищенню врожайності, а навпаки – знижують її). По-друге, не проводили, як це роблять у Китаї, трудомісткого обприскування сільськогосподарських рослин у періоди їх цвітіння. Натомість тільки замочували зерно перед посівом у водному розчині, що містить неодим. Ця операція набагато простіше та дешевше.

До останнього часу ітрій використовувався в техніці надзвичайно рідко, і видобуток його був відповідним – обчислювався кілограмами. Але виявилося, що ітрій здатний різко збільшувати електропровідність алюмінієвого кабелю і міцність нових керамічних конструкційних матеріалів. Це обіцяє великий економічний ефект. Інтерес до ітрію і ітрієвих лантаноїдів - самарію, європію, требію значно зріс.

Скандій (його ціна у свій час була на порядок вища за ціну золота) завдяки унікальному поєднанню цілого ряду своїх властивостей тепер користується надвищеним інтересом в авіаційній, ракетній та лазерній техніці.

Водневий показник… людини

Відомо, що кров здорової людини має рН 73-74. Точніше, плазма крові має рН близько 7,36 - тобто концентрація катіонів оксонію H 3 O + тут ​​становить 4,4. 10 -8 моль/л. А вміст гідроксид-іонів OH - у плазмі крові - 2,3. 10 -7 моль/л, приблизно 5,3 разів більше. Таким чином, реакція крові дуже слаболужна.

Зміни концентрації катіонів оксонію в крові зазвичай незначні, по-перше, завдяки постійному фізіологічному регулюванню кислотно-лужної рівноваги в процесі життєдіяльності організму, а по-друге, через наявність у крові особливих "буферних систем".

Буферні системи в хімії – це суміші слабких кислот із солями тих самих кислот (або слабких основ із солями тих же основ). Приклади буферних систем – це розчини суміші оцтової кислоти CH 3 COOH та ацетату натрію CH 3 COONa або гідрату аміаку NH 3 . H 2 O та хлориду амонію NH 4 Cl. За рахунок складних хімічних рівноваг буферна система крові підтримує приблизно постійний водневий показник навіть за введення "зайвої" кислоти або лугу.

Для плазми крові найважливіша буферна система - це карбонатна (вона складається з гідрокарбонату натрію NaHCO 3 і вугільної кислоти H 2 CO 3), а також ортофосфатна (гідроортофосфат і дигідроортофосфат натрію Na 2 HPO 4 і NaH 2 PO 4) і білкова .

Карбонатна буферна система добре справляється із регулюванням кислотності крові. Якщо в кров надходить підвищена кількість молочної кислоти, яка утворюється у м'язах із глюкози при напруженій фізичній роботі, то вона нейтралізується. Виходить вугільна кислота, яка видаляється у вигляді газоподібного діоксиду вуглецю, що йде з диханням через легені.
При перенапрузі або хворобі в кров надходить дуже багато органічних кислот, механізми регулювання відмовляють, і кров набуває зайвої кислотності. Якщо рН крові наближається до 7,2 – це сигнал про серйозні порушення життєдіяльності організму, а за рН 7,1 і нижче – незворотні зміни загрожують смертельним наслідком.

А шлунковий сік людини містить кислоту та відповідає рН від 0,9 до 1,6. Завдяки великій кількості хлороводневої кислоти шлунковий сік має бактерицидну дію.

Кишковий сік має майже нейтральну реакцію (рН від 6,0 до 7,6). Навпаки, слина людини завжди лужна (рН 74-80).

А регулюється кислотність "людських соків" сечею, де концентрація катіонів оксонію H 3 O + дуже непостійна: рН цієї рідини може знижуватися до 5,0 і навіть до 4,7 або підвищуватися до 8,0 - залежно від стану обміну речовин людини.

Кисле середовище пригнічує життєдіяльність шкідливих мікроорганізмів і тому є своєрідним захистом від інфекції. А ось лужне середовище – сигнал про наявність запальних процесів, отже, про хворобу.

Водневі технології майбутнього в автомобілебудуванні

Теза "водень - паливо майбутнього" звучить все частіше. Більшість великих автовиробників проводить досліди із паливними елементами. Такі експериментальні автомобілі у великій кількості мелькають на виставках. Але є дві компанії, які сповідують інший підхід до переведення машин на водневе харчування.

"Водневе майбутнє" автотранспорту експерти пов'язують, перш за все, з паливними елементами. Їх привабливість визнають усі.

Жодних рухомих частин, жодних вибухів. Водень і кисень тихо-мирно поєднуються в "ящику з мембраною" (так спрощено можна уявити паливний елемент) і дають водяну пару плюс електрику.

Ford, General Motors, Toyota, Nissan та багато інших компаній навперебій хизуються "паливоелементними" концепткарами і збираються ось-ось "завалити" всіх водневими модифікаціями деяких зі своїх звичайних моделей.

Водневі заправки вже з'явилися у кількох місцях у Німеччині, Японії, США. У Каліфорнії будують перші станції електролізу води, що використовують струм, вироблений сонячними батареями. Аналогічні експерименти проводять у всьому світі.

Вважається, що лише водень, вироблений екологічно чистим способом (вітер, сонце, вода) справді забезпечить нам чисту планету. Тим більше, що, за підрахунками експертів, "серійний" водень буде не дорожчим за бензин. Особливо привабливим виглядає розкладання води при високій температурі в присутності каталізатора.

Про сумнівну екологічну чистоту виробництва сонячних батарей; або проблемі утилізації акумуляторів автомашин на паливних елементах (фактично - гібридів, так як це електромобілі з водневою електростанцією на борту) - інженери вважають за краще говорити у другу-третю чергу.

Тим часом є ще один шлях впровадження водню на автотранспорті – спалювання його в ДВС. Такий підхід сповідують BMW та Mazda. Японські та німецькі інженери бачать у цьому свої переваги.

Додаток у вазі машини дає лише воднева паливна система, в той час, як в авто на паливних елементах приріст (паливні елементи, паливна система, електромотори, перетворювачі струму, потужні акумулятори) - суттєво перевищує "економію" від видалення ДВЗ та його механічної трансмісії.

Втрата в корисному просторі також менша у машини з водневим ДВС (хоча водневий бак і в тому, і в іншому випадку з'їдає частину багажника). Цю втрату можна було б взагалі звести до нуля, якщо зробити автомобіль (з ДВЗ), що споживає лише водень. Але тут і проявляється головний козир японських та німецьких "розкольників".

Такий підхід за задумом автобудівників полегшить поступовий перехід автотранспорту тільки на водневе харчування. Адже клієнт зможе із чистою совістю купити подібну машину вже тоді, коли в регіоні, де він живе, з'явиться бодай одна воднева заправка. І йому не доведеться боятися застрягати віддалік від неї з порожнім водневим баком.

Тим часом, серійний випуск та масові продажі машин на паливних елементах довгий час сильно стримуватимуться малим числом таких заправних станцій. Так, і вартість паливних елементів поки що велика. Крім того, переведення на водень звичайних ДВС (при відповідних налаштуваннях) не тільки робить їх чистими, а й підвищує термічний ККД та покращує гнучкість роботи.

Справа в тому, що водень має набагато ширший, в порівнянні з бензином, діапазон пропорцій змішування його з повітрям, при яких ще можливий підпал суміші. І згоряє водень повніше, навіть поблизу стінок циліндра, де в бензинових двигунах зазвичай залишається незгоріла робоча суміш.

Отже, вирішено - "годуємо" водень двигуну внутрішнього згоряння. Фізичні властивості водню значно відрізняються від таких у бензину. Над системами харчування німцям та японцям довелося поламати голову. Але результат того вартий.

Показані BMW та Mazda водневі автомобілі поєднують звичну для власників звичайних авто високу динаміку з нульовим вихлопом. А головне – вони набагато краще пристосовані до масового виробництва, ніж "ультраінноваційні" машини на паливних елементах.

BMW та Mazda зробили хід конем, запропонувавши поступовий переведення автотранспорту на водень. Якщо побудувати машини, здатні харчуватися і воднем, і бензином, кажуть японські та німецькі інженери, то воднева революція вийде "оксамитовою". А значить – реальнішою.

Автобудівники двох відомих фірм подолали всі труднощі, пов'язані з такою гібридизацією. Як і для авто на паливних елементах, яким пророкують швидкий світанок, творцям машин з водневим ДВС треба було спершу вирішити, яким способом зберігати водень в автомобілі.

Найперспективніший варіант - метал-гідриди - ємності зі спеціальними сплавами, які вбирають водень у свої кристалічні грати і віддають його при нагріванні. Так досягається найвища безпека зберігання та найвища щільність упаковки палива. Але це і найбільш клопіткий, і далекий за термінами масової реалізації варіант.

Ближче до серійного виробництва паливні системи з баками, в яких водень зберігається в газоподібному вигляді під високим тиском (300-350 атмосфер), або рідкому вигляді, при порівняно невисокому тиску, але низької (253 градуси Цельсія нижче нуля) температурі. Відповідно, у першому випадку нам потрібен балон, розрахований на високий тиск, а в другому – потужна теплоізоляція.

Перший варіант більш небезпечний, зате в такому баку водень може зберігатися довго. У другому випадку безпека набагато вища, але на тиждень-другий водневий автомобіль на стоянку не поставиш. Точніше, поставиш, але водень хоч повільно, але нагріватиметься. Тиск зросте, і запобіжний клапан почне стравлювати дороге паливо в атмосферу.

Mazda вибрала варіант із баком високого тиску, BMW – з рідким воднем.

Німці розуміють всі недоліки своєї схеми, але зараз BMW вже експериментує з незвичайною системою зберігання, яку ставитиме на свої водневі машини.

Поки автомобіль експлуатується, з навколишньої атмосфери виробляється рідке повітря та закачується у проміжок між стінками водневого бака та зовнішньою теплоізоляцією. У такому баку водень майже не нагрівається, поки випаровується рідке повітря у зовнішній сорочці. З таким пристроєм, кажуть у BMW, водень у машині, що не діє, може зберігатися майже без втрат приблизно 12 днів.

Наступне важливе питання – спосіб подачі палива у двигун. Але тут спочатку треба перейти, власне, до автомобілів.

BMW вже кілька років експлуатує цілий флот із досвідчених водневих "сімок". Так, баварці перевели на водень саме флагманську модель. Зауважимо, перший автомобіль на водні BMW побудувала в 1979 році, але лише останні кілька років фірма буквально вибухнула новими водневими авто. У рамках програми CleanEnergy у 1999-2001 роках BMW побудувала кілька двопаливних (бензин/водень) "сімок".

Їхні 4,4-літрові V-подібні 8-циліндрові двигуни розвивають на водні 184 кінські сили. На цьому паливі (ємність в останній версії авто становить 170 літрів) лімузини можуть пройти 300 км, і ще 650 км - на бензині (в машині залишений стандартний бак).

Також компанія створила 12-циліндровий двопаливний двигун, а також оснастила 4-циліндровим 1,6-літровим водневим двигуном експериментальний MINI Cooper.

Спочатку компанія розвивала упорскування газоподібного водню у впускні труби (перед клапанами). Потім експериментувала з безпосереднім упорскуванням газоподібного водню (під великим тиском) у циліндр.

А потім оголосила, що, мабуть, упорскування рідкого водню в область перед впускними клапанами, - найперспективніший варіант. Але остаточного вибору не зроблено і дослідження в цій галузі будуть продовжені. Mazda має свою гордість: вона пристосувала під водень свої знамениті роторні двигуни Ванкеля.

Вперше таку машину японська компанія збудувала в 1991 році, але це був чистий концепткар від бампера до бампера.

А ось у січні 2004 року вибухнула бомба. Японці показали водневий (а точніше двопаливний) варіант свого знаменитого спорткара RX-8. Його роторний мотор із власним, до речі, ім'ям RENESIS, завоював титул "двигун 2003 року", вперше в історії обставивши на цьому міжнародному конкурсі класичних поршневих суперників.

І ось тепер RENESIS навчили "є" водень, зберігши і бензинове харчування. При цьому японці підкреслюють перевагу двигуна Ванкеля за такої конверсії.

Перед впускними вікнами в корпусі роторного двигуна – маса вільного місця, де на відміну від тісної головки поршневого циліндра ДВС легко розмістити форсунки. Їх дві на кожну із двох секцій RENESIS.

У двигуні Ванкеля порожнини всмоктування, стиснення, робочого ходу та вихлопу розділені (у той час як у звичайному моторі – це той самий циліндр).

Тому тут не може статися випадкового передчасного займання водню від "зустрічного вогню", та й форсунки для упорскування працюють завжди в сприятливій (себто довговічності), холодній зоні двигуна. На водні японський Ванкель розвиває 110 кінських сил майже вдвічі менше, ніж на бензині.

Взагалі-то, в розрахунку на вагу водень енергетично "змістовніше" паливо, ніж бензин. Але такі параметри паливних систем, обрані інженерами Mazda.

Отже, BMW і Mazda завдали подвійного удару по стану прихильників паливних елементів. Хоча вартість останніх постійно знижується, а технології удосконалюються, не виключено, що саме серійні ДВЗ на водні відкриють нову еру на дорогах планети.

Ось прогноз баварців.

У наступні три роки водневі заправки (хоч по одній) збудують у всіх західноєвропейських столицях, а також на найбільших транс'європейських магістралях.

До 2010 року перші двопаливні авто з'являться у магазинах. 2015-го на дорогах їх буде вже кілька тисяч. У 2025 році чверть світового автопарку харчуватиметься воднем. Яку пропорцію серед водневих машин складуть машини з ДВЗ та авто на паливних елементах – делікатні німці уточнювати не стали.

Біблійні чудеса

Як описано у Біблії (Дан.V, 26, 28), під час бенкету вавилонського царя Валтасара на стіні палацу з'явилася рука, що написала незрозумілі присутнім слова: «Мене, мене, текел, упарсин». Іудейський пророк Даниїл, розшифрувавши ці слова, передбачив загибель Валтасара, що невдовзі й сталося.

Якщо розчинити білий фосфор у дисульфіді вуглецю CS 2 і отриманим концентрованим розчином намалювати на мармуровій стіні руку, а за нею – слова, то можна спостерігати сцену, подібну до переказаної в Біблії. Розчин фосфору в дисульфіді вуглецю безбарвний, тому малюнку спочатку не видно. У міру випаровування CS 2 білий фосфор виділяється у вигляді найдрібніших частинок, які починають світитися і, нарешті, спалахують - самозаймаються:

Р 4 + 5О 2 = Р 4 О 10;

при згорянні фосфору малюнок та напис зникають; продукт горіння - декаоксид тетрафосфору Р 4 Про 10 - переходить у пароподібний стан і з вологою повітря дає ортофосфорну кислоту:

Р 4 О 10 + 6Н 2 О = 4Н 3 РО 4

яка спостерігається у вигляді невеликої хмаринки сизого туману, що поступово розсіюється в повітрі.

Можна додати невелику кількість білого фосфору в розплав, що застигає воску або парафіну. Якщо шматком застиглої суміші зробити напис на стіні, то в сутінках і вночі можна його побачити, що світиться. Віск та парафін захищають фосфор від швидкого окислення та збільшують тривалість його свічення.

Кущ Мойсея

Одного разу, як розповідає Біблія (Вих. Ш, 1), пророк Мойсей пас овець і побачив, що терновий кущ горить вогнем, але не згоряє.

Серед синайських пісків росте чагарник диптам, який у тих місцях звуть «кущем Мойсея». У 1960 р. польські вчені виростили цю рослину в заповіднику, і в один із спекотних літніх днів вона дійсно «загорілася» блакитно-червоним полум'ям, залишаючись при цьому самою неушкодженою. Дослідження показали, що чагарник диптам виділяє леткі ефірні олії. У тиху безвітряну погоду концентрація цих легколетких олій у повітрі навколо куща різко збільшується; під дією прямого сонячного світла вони спалахують і швидко згоряють із виділенням енергії переважно у формі світла. А сам кущ залишається цілим і неушкодженим.

Легкозаймисті речовини такого роду відомо багато. Так, дисульфід вуглецю CS 2 (у звичайних умовах це безбарвна, дуже летюча рідина) у вигляді пар легко загоряється від будь-якого нагрітого предмета і згоряє світло-синім полум'ям з такою низькою температурою, що в ньому не обвуглюється папір.

Горьке джерело

Ізраїльтяни під проводом Мойсея переходили безводну пустелю Сур. Змучені спрагою, вони насилу дісталися містечка Мерр, але виявили, що вода тут гірка і пити її неможливо. «І нарікали вони на Мойсея…» (Біблія, Вих.XIV, 5-21). Але Бог наказав пророку кинути у воду дерево, що росте поблизу. І – диво! - вода стала придатною для пиття!

На околицях Мерра і сьогодні існує гіркий

Під час відвідування Парижа шведським монархом Густавом III до нього з'явилася делегація французьких вчених і висловила глибоке шанування у зв'язку з роботою у видатного хіміка Карла Вільгельма Шееле, який відкрив багато органічних, а також неорганічних речовин. Так як король ніколи не чув про Шеель, він відбувся загальними фразами, а потім негайно наказав звести хіміка в лицарську гідність. Однак прем'єр-міністр також не знав талановитого вченого, і з цієї причини титул графа дістався іншому Шееле — лейтенанту артилерії, а хімік залишився невідомим королю, а також придворним.

1669 року німецький алхімік Бранд Хенніг у пошуках філософського каменю вирішив спробувати синтезувати золото з людської сечі. У процесі її випарювання, дистиляції, а також прожарювання він отримав білий порошок, що світився у темряві. Бранд Хенніг прийняв його за «первинну матерію» золота і назвав «світлоносець» (що грецькою вимовляється як «фосфор»). Коли подальші маніпуляції з цією матерією так і не призвели до отримання дорогоцінного металу, він почав продавати нову речовину набагато дорожче, ніж золото.

Академік Семен Вольфкович був одним із перших радянських хіміків, які проводили досліди з фосфором. У той час необхідних заходів безпеки не вживали, і газоподібний фосфор під час роботи просочував одяг вчених. Коли Вольфкович повертався додому темними вулицями, його одяг випромінював блакитне свічення, а з-під черевиків іноді вилітали іскри. Щоразу за ним збирався натовп і приймав вченого за потойбічну істоту, що призвело до поширення по Москві чуток про якогось «монаха, що світиться».

Дуже широко поширена легенда, що думка про періодичну таблицю хімічних елементів прийшла до Менделєєва саме уві сні. Якось його запитали, чи це так насправді, на що вчений сказав: «Я над нею, може, двадцять років думав, а ви думаєте: сидів і раптом… готове».

Дмитро Менделєєв написав для «Білорусі» три цікаві статті: «вареники», «компот» і «варення». Усі три нотатки скромний учений підписав грецькою літерою "дельта".

Дмитро Менделєєв розробив стандарт для російської горілки, чим прославився так само, як і відкриттям періодичної таблиці. Але також Менделєєв дуже любив виготовляти валізи, причому деякі сусіди по вулиці знали його саме як чудового валізи, а не видатного хіміка.

У молодості зі старшим братом Еразмом були відомі своїми хімічними дослідами, які вони вчиняли у прибудові біля родини в місті Шрусбері.

У 19-му столітті французький хімік Рауль Франсуа Мері виявив у крові сліди заліза. Щоб довести своїй коханій свої почуття, він вирішив подарувати дівчині кільце із заліза, отриманого із власної крові. Досвід закінчився плачевно – хімік помер від нестачі крові.

У багатьох будні дні проходять практично одноманітно: будинок, робота, будинок… І часто це вганяє людей у ​​депресію, бо не вистачає якоїсь різноманітності, подій, пригод, чогось цікавого! Але насправді навколо нас щодня відбуваються мільйони подій і різних цікавих явищ, на які ми не звертаємо уваги не тільки через те, що неуважні, а тому що людське око цього просто не бачить.

Наприклад, довкола нас постійно проходять різні хімічні процеси. Це ілюзія, що хімія – щось складне та незрозуміле. Насправді, хімія - це частина нашого життя, без якого життя людини було б не просто набагато нуднішим, а взагалі неможливим.

Дивовижні факти про хімію:

1. Мильна бульбашка – це найтонша матерія, яку може побачити людське око. Мильна бульбашка лопається за 0,001 секунди. При цьому, якщо надути міхур -15 С, то він замерзне при зіткненні з поверхнею, а при -25 С - замерзне в повітрі і розіб'ється при ударі.

2. У водах океану міститься золото. На тонну океанської води припадає 7 міліграмів золота.

3. Під час польоту літаки використовують до 75 тонн кисню, така кількість кисню виробляє 30 000 ГА лісу.

4. Залізо можна перетворити на газ за нормальної температури 1539 З 0 .

5. Кожен живий організм на нашій планеті містить у собі білок, але у різних співвідношеннях. Мозок людини – це також білок.

6. Смертельна доза метилового спирту становить 30 мл, причому антидотом є етиловий спирт.

7. Метал не пахне. Всім знайомий запах не обробленого (не фарбованого) металу, так пахнуть, наприклад, металеві гроші, перила, старі гойдалки, арматура або просто шматок металу. Але цей запах виділяє не сам метал, це результат зіткнення металу з органічною речовиною, наприклад, з нашою долонею чи пальцем, що виділяє піт.

8. Помідори - дуже розумні рослини, вони вміють кричати "SOS!" У момент, коли комаха – наприклад, гусениця – починає гризти листочок помідора, він виділяє хімічну речовину з певним запахом, який приваблює птахів.

9. Чарльз Гудьїр - вчений, який випадково винайшов гуму, яка не плавиться в спеку і не ламається в мороз. Він забув прибрати з включеної плити суміш сірки та каучуку, так було винайдено процес виготовлення гуми, який назвали вулканізацією.

10. У головному мозку людини щохвилини відбувається близько 100 тисяч хімічних реакцій.

Хімія, що постійно оточує нас. Вона знаходиться не тільки навколо нас, а й усередині нашого організму, і навіть наш розумовий процес, по суті, хімія. Так що хімія допомагає нам не тільки дізнатися багато цікавого та дивовижного, а й приносить нам користь у всіх сенсах.

Ви, мабуть, вже бачили Періодичну таблицю елементів раніше. Можливо, вона все ще є вам у снах, або, можливо, він канула для вас у небуття, будучи не більш ніж окрасою стіни класу, покликаної зробити кабінет більш солідним. Однак у цій системі, здавалося б, випадково розташованих осередків є щось більше, ніж здається здавалося б.

Періодична таблиця (або ПТ, оскільки ця стаття періодично посилатиметься на неї) та елементи, які в ній описуються, мають особливості, про які ви, можливо, ніколи не здогадувалися. Від неправдоподібного походження до нових доповнень, ось десять фактів, які ви, мабуть, не знаєте про Періодичну таблицю елементів.

10. Менделєєву допомогли

Періодична таблиця використовується з 1869, коли її створив бородатий Димитрій Менделєєв. Більшість людей думає, що Менделєєв був єдиним, хто винайшов таблицю і став геніальним хіміком століття. Проте його зусилля підтримали кілька європейських вчених, які зробили важливий внесок, щоб зробити цю колосальну діаграму елементів повною.

Менделєєв, як і належить, широко відомий як батько Періодичної таблиці, але не документував кожен відомий нам елемент.

9. Нові доповнення

Фото: IUPAC

Хочете вірте, хочете ні, але періодична таблиця не сильно змінилася з 1950-х років. Однак 2 грудня 2016 року було додано чотири нові елементи: ніхоній (елемент 113), московський (елемент 115), теннесин (елемент 117) та оганесон (елемент 118). Ці нові доповнення були озвучені у червні 2016 року, але щоб їх можна було офіційно додати до ПТ, знадобилося п'ять місяців аналізу.

Кожен із цих елементів був названий на честь міста чи держави, в якій вони були виявлені, за винятком оганесону, який був названий на честь російського фізика-ядерника Юрія Оганесяна за його зусилля щодо документування цього елемента.

8. Нема літери «J»

В англійському алфавіті є 26 чудових літер, і кожна з них не менш важлива, ніж попередня та наступна. Однак Менделєєв дивився на це інакше. Спробуйте вгадати, яка нещасна літера жодного разу не зустрічається у ПТ? Ось підказка: вимовляйте літери і загинайте пальці на , доки не загнете все (якщо у вас є всі десять). Вгадали? Правильно, це літера "J", якої жодного разу не з'явилася у ПТ.

Говорять, один у полі не воїн? Тоді, можливо, J – самотня літера. Однак ось кумедний факт: літера «J» найчастіше використовується в іменах для хлопчиків, починаючи з 2000 року. Отже, "J" отримує достатньо уваги, не переживайте.

7. Штучні елементи

Фото: Popocatomar

Як ви щойно дізналися, у Періодичній таблиці тепер є цілих 118 елементів. Можете здогадатися, скільки з цих 118 зроблено людиною? Зі 118 елементів 90 можна знайти в гарному місці, яке ми називаємо природою.

Як 28 елементів можуть бути штучними? Це дійсно так. Ми синтезували елементи з 1937 року і продовжуємо це робити і зараз. Хороша новина полягає в тому, що ПТ дивовижна, і ці штучні елементи можна легко виявити, якщо вам колись стане цікаво. Просто подивіться на елементи з 93 по 118. Повне викриття: цей діапазон включає кілька елементів, які дуже рідко зустрічаються в природі і тому майже завжди створюються в лабораторіях, що також вірно для елементів 43, 61, 85 і 87.

6. Елемент 137

У середині 20-го століття, відомий вчений на ім'я Річард Фейнман (Richard Feynman) зробив серйозну заяву, яка зачепила живе вчених всього світу, змусивши їх вічно ламати голову. Він сказав, що якщо ми колись виявимо 137-й елемент, у нас не буде жодного способу кількісно визначити його протони та електрони. 137 елемент відрізняється тим, що це значення константи тонкої матерії, яка визначається як ймовірність того, що електрон поглине . Теоретично, 137 елемент матиме 137 електронів та 100-відсоткову ймовірність поглинання фотона. Його електрони оберталися б зі швидкістю світла. Ще більш шалено, що електрони елемента 139, якщо така речовина існує, повинні обертатися швидше швидкості світла.

Чи достатньо фізики? Обміркуйте це, і вам стане цікаво (так само цікаво, як читання про електрони). Елемент 137 теоретично може об'єднати три важливі частини фізики: швидкість світла, квантову механіку і електромагнетизм. З початку 1900-х років фізики припустили, що елемент 137 може лежати в основі Великої Єдиної Теорії, яка могла б об'єднати всі три вищезгадані області. На загальну думку, це звучить так само шалено, як Зона 51 з інопланетянами або Бермудський трикутник.

5. Що незвичайного у назві?

Майже всі назви елементів мають більше сенсу та значення, ніж ви могли б уявити. Вони вибираються випадково. Ми б, наприклад, назвали елемент першим словом, яке спало нам на думку. "Керфлумп". Так, добре.

Далі свої витоки назви елементів беруть в одній з п'яти основних категорій. Одна з них – імена відомих вчених, класичний приклад ейнштейніуму. Елементи можуть бути названі на честь місць, де їх задокументували, наприклад, германій, америцій, галій тощо. Варіантом для назв можуть бути назви небесних тіл, таких як планети. Уран вперше було виявлено невдовзі після відкриття планети Уран. Елементи можуть отримати імена з міфології: наприклад, є титан на честь грецьких Титанів і торій на честь скандинавського Бога грома-або Зоряного Месника, що вам більше подобається.

Нарешті є назви, які описують властивості елементів. Аргон походить від грецького слова argos, що означає «ледачий» або «пустий». Зараз ви вирішите, що аргон найледачіший елемент. Гей, аргоне, йди працювати. Бром – ще одна така назва від грецького слова bromos, що означає «сморід», що точно описує жахливий запах брому.

4. Навряд чи це було натхнення

Якщо ви гарні в картах, цей факт тільки для вас. Менделєєву потрібно було якимось чином сортувати всі елементи, і цього потрібен був системний підхід. Звичайно, щоб розбити таблицю за категоріями, він звернувся до гри в пасьянс. Менделєєв написав на окремих картах атомну вагу кожного елемента, і приступив до шаленої гри в пасьянс, так би мовити. Він укладав елементи відповідно до специфічних властивостей, які формували тип «масті». Потім він зміг розподілити ці елементи, що увійшли в певну категорію, в колонки відповідно до їх атомної ваги.

Багато хто з нас насилу може пройти рівні звичайної гри в пасьянс, тому цей хлопець-гравець 1000-го рівня дуже вражає. Що далі? Хтось вирішить звернутися до шахів, щоб зробити революцію в астрофізиці, а також побудувати ракету, яка зможе зробити до краю галактики і назад, залишаючись абсолютно стабільною? Це можливо, якщо такий божевільний професор, як Менделєєв, зміг систематизувати щось величезне за допомогою карткової гри.

3. "Ні" інертним газам

Фото: Wikimedia

Пам'ятаєте, як ми класифікували аргон як лінивий і нудний елемент в історії Всесвіту? Менделєєв відчував щось подібне. Коли в 1894 аргон вдалося вперше виділити, він не вписувався в жодну з колонок нової таблиці, тому замість того, щоб знайти спосіб внести доповнення, вчений вирішив заперечувати існування цього елемента.

Ще дивніше, що аргон не єдиний нещасний елемент, який спіткала подібна доля. Ще п'ятьма елементами було в існуванні, як і некласифікованому аргону. Просто якась дискримінація елементів. Жарти убік, радон, неон, криптон, гелій, ксенон – усім їм було відмовлено у існуванні, тільки тому, що Менделєєв не зміг знайти для них місце у таблиці. Після багатьох років реконфігурації та повторної класифікації ці щасливі елементи (звані інертними газами) змогли увійти до елітного клубу під назвою «Існуючі елементи».

2. Романтичні з'єднання

Це для вас, романтики. Якщо взяти паперову копію Періодичної таблиці та вирізати середні стовпці, то вийде періодична таблиця, де відсутні елементи. Складіть її один раз у середині IV групи, і тут - ви дізналися, які елементи можуть утворювати з'єднання один з одним.

Елементи, які при цьому поцілувалися, утворюють стабільні сполуки. Вони доповнюють одна одну електронні структури, які дозволяють їх об'єднувати. Якщо це не справжнє кохання, таке ж як у Ромео та Джульєтти, або навіть Шрека та Фіони, тоді що це?

1. Вуглець головний

Вуглець хоче бути найголовнішим. Ви думаєте, що знаєте про вуглецю все, але ні. Цей поганий хлопець здатний більше, ніж ви коли-небудь думали. Чи знаєте ви, що більша кількість сполук містить вуглець, ніж його не містить? Як щодо того, що 20% ваги живих організмів становить вуглець? Ще дивніше, що кожен атом вуглецю у вашому тілі колись був частиною частки вуглекислого газу атмосфері. Вуглець не тільки є практично суперелементом, а й четвертим за поширеністю елементом у всьому Всесвіті.

Якби Періодична таблиця була вечіркою, ви захотіли б опинитися на ній поряд з вуглецем. Здається, цей елемент справді вміє веселитися. Це також основний елемент алмазів, тому додайте трохи блиску до списку його дивовижних якостей.

Деякі цікаві факти з історії хімії
Відкриття галогенів
Відкриття фтору

Виділення газоподібного фтору з фторсодержащих речовин виявилося однією з найважчих експериментальних завдань. Фтор має виняткову реакційну здатність; причому часто його взаємодія з іншими речовинами відбувається із займанням та вибухом.

Першими жертвами фтору були два члени Ірландської Академії наук брати Георг та Томас Нокс. Томас Нокс помер від отруєння фтороводнем, а Георг став інвалідом. Наступною жертвою став бельгійський хімік П. Лайєт. Мученицьку смерть під час проведення дослідів із виділення фтору прийняв французький хімік Джером Ніклес. Отруїлися, надихавшись невеликою кількістю фтороводню, а також отримали серйозні опіки французькі хіміки Жозеф Гей-Люссак, Луї Тенар та англійський хімік Гемфрі Деві. При спробах виділити фтор за допомогою електролізу його сполук завдали шкоди своєму здоров'ю французький хімік Едмон Фремі та англійський електрохімік Георг Гор. Тільки 1886 року французькому хіміку Анрі Муассану порівняно безболісно вдалося отримати фтор. Муассан випадково виявив, що при електроліз суміші рідкого безводного HF і гідродифториду калію (KHF2) в платиновому посудині на аноді виділяється світло-жовтий газ зі специфічним різким запахом. Однак, коли Муассан доповідав Паризькій академії наук про своє відкриття, одне око вченого було закрите чорною пов'язкою:

Нобелівську премію з хімії було присуджено Муассану в 1906 р "у визнання великого обсягу досліджень - отримання елементу фтору та введення в лабораторну та промислову практику електричної печі, названої його ім'ям".

Відкриття хлору

Першовідкривачем хлору виявився шведський аптекар Карл Шееле, хімічна інтуїція якого була воістину вражаючою, за словами французького хіміка Жана Батіста Дюма, Шееле "не міг торкнутися якогось тіла без того, щоб зробити відкриття". У 32 роки він був удостоєний звання члена Стокгольмської академії наук, хоча був лише аптекарським помічником, в тому ж році він отримав місце керуючого аптекою, що належала вдові Маргаріті Соннеман, яка за два дні до смерті Шееле стала його дружиною.

Ось як описав Шееле свій досвід, виконаний у 1774 році: "Я помістив суміш чорної магнезії з мурієвою кислотою в реторту, до шийки якої приєднав міхур, позбавлений повітря, і поставив її на піщану лазню. Бульбашка наповнилася газом, що пофарбував його в жовтий колір: Газ мав жовто-зелений колір, пронизливий запах.

Сучасне позначення цієї реакції таке: MnO2 + 4HCl = Cl2 + MnCl2 + 2H2O.

1812 року французький хімік Гей-Люссак дав цьому газу сучасну назву - хлор, що в перекладі з грецької означає жовто-зелений.

Відкриття брому

Бром було відкрито двадцятичотирирічним лаборантом Антуаном-Жеромом Баларом. Балар вивчав маточні розсоли південних соляних боліт Франції. Під час одного з дослідів, коли він подіяв на розсіл хлором, він помітив появу дуже інтенсивного жовтого забарвлення, викликаного реакцією взаємодії броміду натрію, що міститься в розчині, з хлором. Через кілька років напруженої роботи Балар виділив необхідну кількість темно-бурої рідини, яку він назвав муридом. У Паризькій Академії наук Гей-Люссак і Тенар підтвердили відкриття Баларом нової простої речовини, але знайшли назву невдалою і запропонували своє - "бром", що в перекладі з грецької означало смердючий.

Згодом французький хімік Шарль Жерар, який не отримав кафедру хімії у Французькому коледжі, яку передали Балару, високо оцінивши відкриття ним брому, не зміг утриматися від різкого вигуку: "Це не Балар відкритий бром, а бром відкрив Балара!"

Відкриття йоду

У 1811 році французький хімік-технолог та фармацевт Бернар Куртуа відкрив йод. Друзі його розповідають цікаві подробиці цього відкриття. Куртуа мав улюблений кіт, який під час обіду сидів зазвичай на плечі свого господаря. Куртуа часто обідав у лабораторії. Одного дня під час обіду кіт, чогось злякавшись, стрибнув на підлогу, але потрапив на пляшки, що стояли біля лабораторного столу. В одній пляшці Куртуа приготував для досвіду суспензію золи водоростей (що містить йодид натрію) в етанолі, а в іншій була концентрована сірчана кислота. Пляшки розбилися і рідини змішалися. З підлоги стали підніматися клуби синьо-фіолетової пари, які осідали на навколишніх предметах у вигляді найдрібніших чорно-фіолетових кристаликів з металевим блиском та їдким запахом. Це був новий хімічний елемент йод.

(Факти взяті з наступних книг: М. Джуа. Історія хімії. 1975.; Б. Д. Степін, Л. Ю. Алікберова. Книга з хімії для домашнього читання. 1995. К. Манолов. Великі хіміки. (том 1, том 2), 1976.).