Известно, что скорость химической реакции пропорциональна концентрации реагентов: чем она выше, тем чаще сталкиваются молекулы и тем быстрее идет реакция. Аналогично частота дорожно-транспортных происшествий при прочих равных условиях пропорциональна концентрации автомобилей на дорогах, которая неуклонно увеличивается. Соответственно растет и число аварий. Самые опасные происходят при лобовом столкновении. Даже если скорость каждого автомобиля не превышает 60 км/ч, суммарная скорость получается такой, что почти не оставляет шансов для находящихся в автомобиле. Можно ли в таких случаях защитить водителя и пассажиров или хотя бы спасти их жизни (о судьбе автомобиля говорить в таких случаях не приходится)? Одно из самых простых и надежных изобретений – ремни безопасности, которые спасли множество жизней. Но если скорость машины при лобовом столкновении велика, не спасают и они – ремень задерживает туловище, а голова по инерции продолжает движение вперед, что приводит к повреждению, нередко смертельному, шейного отдела позвоночника. И тут на помощь автомобилистам пришла химия. В 80-х гг. ХХ века химики ведущих автомобильных корпораций разработали новый способ защиты автомобилистов – подушку безопасности.

По определению, пигменты (от лат. pigmentum – «краска») – это тонкоизмельченные порошкообразные красящие вещества, которые, в отличие от красителей, не растворяются ни в воде, ни в органических растворителях. Пигменты бывают природные (как правило, неорганические) и синтетические. Первым пигментом, который использовал человек, была сажа. Сажа в большем или меньшем количестве появляется везде, где горит огонь, поэтому неудивительно, что сажу начали использовать в декоративных целях примерно 20 тысяч лет назад, вскоре после изобретения способов добывать огонь. Сажу и теперь производят в огромных количествах и используют как наполнитель резины, пластмассы, для изготовления типографских красок. Сажа исключительно устойчива к внешним воздействиям; до сих пор сохранились рисунки человека каменного века, выполненные сажей на стенах пещер. Вероятно, самая знаменитая из них – пещера Ласко во Франции. Ее случайно обнаружили в 1940 г. мальчики под упавшим после бури деревом. На стенах пещеры с помощью сажи, а также красновато-коричневых природных пигментов изображено множество животных: быки, лошади, олени, бараны, медведи, зубры. Теперь в этой пещере – прекрасно оборудованный музей.

Казалось бы, все, что касается игрушек для маленьких детей, уже изобретено и ничего принципиально нового создать невозможно. Однако это не так. Возьмем, например, игры, развивающие способность писать, а также создавать простые рисунки. Техническое задание таково: рисунок должен быть четким, легко стираться, а сама игрушка должна быть безопасной, причем – что немаловажно – безопасной именно для детей. В продаже можно встретить такую конструкцию. В герметичной коробке под пластмассовым прозрачным экраном помещен тонкий алюминиевый порошок (алюминиевая пудра). При встряхивании экран электризуется, и на него налипает слой порошка. С помощью помещенного в коробку штифта и двухкоординатного механизма, управляемого двумя ручками, можно нарисовать довольно сложные фигуры, «процарапывая» слой алюминия, то есть удаляя порошок острием штифта. Встряхивание коробки приводит игрушку в исходное состояние. К ее очевидным недостаткам относится невозможность оторвать штифт от экрана, то есть прервать линию (поэтому буквы и цифры нарисовать практически нельзя), а также сложность создания кривых: каждая ручка по отдельности позволяет проводить линию либо вправо-влево, либо вверх-вниз.

Странный вопрос: самого разного! Но ведь само слово «чернила» подразумевает, что они должны быть черными! Действительно, раньше, когда не было ни шариковых ручек, ни синтетических красителей, писали в основном черными чернилами. Как их делали? На нижних сторонах дубовых листьев обычно к концу лета часто встречаются мягкие круглые орешки-галлы. Иногда их бывает так много, что листья тяжело свисают вниз. Сначала галлы зеленые, потом краснеют и выглядят как маленькие яблочки, прилипшие к листу. Самому дубу галлы ни к чему – они образуются на листьях дуба от укуса крохотной мушки – орехотворки. Самка мушки, откладывая яйца, ранит дубовый лист, вызывая образование на нем патологических наростов. Развивающиеся личинки находят внутри этих наростов надежную защиту. Когда орешки-галлы созреют, из них выводятся маленькие крылатые насекомые с четырьмя прозрачными клетчатыми крылышками. Галлы интересны тем, что содержат дубящее вещество – танин. Танин есть и в чае, и дубовой коре, но там его в несколько раз меньше. Еще в древности галлы называли чернильными орешками, потому что их использовали для получения чернил.

Многие газы, используемые в лаборатории, медицине, промышленности, хранят в стальных баллонах. Чтобы в баллон вошло как можно больше вещества, газы закачивают в них под очень высоким давлением. Еще лучше, если газ удается сделать жидким – тогда его в баллон войдет намного больше. Известно, что вещества в жидком состоянии занимают значительно меньший объем, чем в газообразном (при равной массе). Например, 1 кг жидкого пропана С₃Н₈ (при комнатной температуре он сжижается уже при небольшом давлении) занимает объем около 2 л, тогда как объем 1 кг газообразного пропана (при той же температуре и атмосферном давлении) – более 500 л. Однако некоторые газы сжижаются только при очень низких температурах, а при комнатной температуре они не превращаются в жидкость даже при самых высоких давлениях. Когда-то такие газы называли постоянными. Этих газов не так уж много; к ним относятся водород, азот, аргон, водород, гелий, кислород, неон, фтор, оксид азота, оксид углерода (угарный газ), метан и некоторые другие.

Ограниченность запасов нефти на планете, неоднократно разражавшиеся «бензиновые кризисы» уже давно поставили перед учеными задачу найти замену традиционному топливу для автомобилей. Первые электромобили появились чуть ли не одновременно с бензиновыми, однако до сих пор подавляющее число водителей заливают в баки своих машин бензин или солярку, намного реже можно встретить автомобили, работающие на газе, а вот электромобилей, вся энергия для которых запасена в аккумуляторах, на улицах до сих пор не видно. Почему так? Все решает экономика: бензин с необыкновенной легкостью побеждает аккумуляторы по количеству энергии, запасенной на единицу массы. Теплота сгорания бензина – около 40 000 кДж/кг (примерно такая же, как у природных горючих газов), т. е. в 1 кг жидкого топлива «содержится» более 10 киловатт-часов энергии, тогда как в аккумуляторах – обычно не более 0,2 кВт-ч на 1 кг их массы; 50-кратное превосходство бензина преодолеть исключительно трудно. Тем не менее появляются все новые, иногда довольно неожиданные предложения. Например, заменить бензин… алюминием!

Дерево в основном состоит из целлюлозы; длинные полимерные цепи молекул целлюлозы (каждая содержит от 2500 до 3100 элементарных звеньев) закручены в спираль, жесткость которой обеспечивают внутримолекулярные водородные связи между гидроксильными группами –ОН. Водородные связи (их еще называют водородными мостиками) скрепляют между собой также соседние цепи целлюлозных молекул. Одна водородная связь довольно слаба по сравнению с другими химическими связями. Но так как мономерных звеньев (глюкозных остатков) в молекуле целлюлозы несколько тысяч, то и водородные связи, образуемые одной длинной молекулой, также исчисляются тысячами. Именно поэтому древесина такая жесткая и прочная. Однако водородные связи, скрепляющие целлюлозные цепи, можно разрушить, например, паром при высокой температуре. Тогда древесина становится гибкой. Именно так загибают, например, концы у деревянных лыж.

Проблемы защиты окружающей среды от вредного воздействия промышленного производства волновали людей задолго до того, как появилась наука экология. Решались эти проблемы по-разному. Но то, что случилось в середине XIX века в США, видимо, не имеет аналогов. В 1859 г. профессор химии Гарвардского университета Эбен Хорсфорд и текстильный промышленник из города Провиденса (штат Род-Айленд) Джордж Уилсон организовали в Сиконке (штат Массачусетс) химическое предприятие. Среди его основных продуктов были удобрения и изобретенный Хорсфордом пекарский порошок, который взрыхлял тесто при выпечке. С самого начала у нового производства возникли проблемы с законодательством штата, регулировавшим допустимые пределы загрязнения воздуха. Местные жители предъявили владельцам судебный иск, мотивируя его значительными выбросами вредных веществ в атмосферу. В 1861 г. владельцы химического завода решили эту проблему самым необычным способом: им удалось добиться изменения границы между двумя соседними штатами – Массачусетсом и Род-Айлендом! При этом западная часть Сиконка, где располагался завод, отошла к Род-Айленду; в результате этот штат приобрел очень важное для своей экономики предприятие. В то же время законы Род-Айленда были не такими строгими, как в Массачусетсе, так что трубы завода могли теперь дымить на вполне законном основании…

С еще одной, причем довольно неожиданной, экологической проблемой столкнулся сотрудник Центра научного образования Кейптаунского университета (ЮАР) П.Э.Спаро. Одна из задач Центра состоит в помощи местным школам, которым требуется избавиться от старых химикатов. Такая работа может быть связано с серьезной опасностью; например, в некоторых давно хранящихся реактивах (диэтиловом эфире и др.) могут накапливаться взрывчатые вещества. Непросто утилизовать также запасы калия и других очень активных щелочных металлов. В данном случае опасность была связана не со взрывом, а с отравлением, но Спаро нашел остроумный выход из положения. Что же произошло?

Сотрудники Центра были несколько ошеломлены, когда получили для утилизации наполовину заполненную алюминиевую канистру с жидким сернистым газом. Как следовало из этикетки, она и содержала первоначально 500 г вещества. Ее металлическая завинчивающаяся крышка сильно проржавела и «примерзла» к канистре намертво. Было такое ощущение, что им подсунули для обезвреживания настоящую бомбу!

В 1989 г. химик из Ленинграда (ныне Санкт-Петербург) Н. А. Петрова, открыв консервы с дальневосточной треской, обнаружила на рыбьих костях странные комочки. Под сильной лупой эти комочки оказались твердыми прозрачными кристалликами. Испытания показали, что это минерал струвит – двойной фосфат магния и аммония, содержащий кристаллизационную воду: NH₄MgPO₄ · 6H₂O. Минерал был назван в честь русского дипломата Генриха Струве (1772–1851).

В природе струвит встречается редко, но вещество этого состава хорошо известно химикам-аналитикам. Осаждение двойного фосфата аммония – магния используют как качественную реакцию на фосфат-анионы или на катионы магния. Реакцию проводят в слабощелочной среде, при которой фосфаты находятся в растворе в виде гидрофосфата: MgCl₂ + Na₂HPO₄ + NH₄OH + 5H₂O = = NH₄MgPO₄ · 6H₂O + 2NaCl.

Самородное золото, вероятно, было первым металлом, с которым познакомился человек. С древнейших времен блеск золота сопоставлялся с блеском солнца, на латыни – sol; отсюда и русское название этого металла. Английское gold, немецкое Gold, голландское goud, шведское и датское guld (отсюда, кстати, гульдены) в европейских языках связаны с индоевропейским корнем ghel и даже с греческим богом солнца Гелиосом. Латинское название золота aurum означает «желтое» и родственно с Авророй (Aurora) – утренней зарей. Яркий желтый цвет ассоциируется с золотом и в поэтических произведениях: «В багрец и золото одетые леса…» (А. С. Пушкин).

Мало кому известно, что существование этого элемента предсказал в 1870 г. Д. И. Менделеев, а в 1889 г. он уточнил свойства не известного тогда элемента с порядковым номером 84. Менделеев назвал его двителлуром (на санскрите – «второй теллур») и предположил, что атомная масса нового элемента будет близка к 212. Конечно, Менделеев не мог предвидеть, что этот элемент окажется неустойчивым: в те времена вера в возможность превращения элементов считалась алхимическим пережитком.

Полоний – первый радиоактивный элемент, открытый в 1898 г. супругами Кюри. Когда Мария Склодовская-Кюри обнаружила сильную радиоактивность некоторых минералов, она начала поиски элемента, ответственного за это свойство. Мария тестировала на радиацию одно вещество за другим – все, которые она только могла достать, одолжить в химических лабораториях, выпросить в минералогических музеях (она не только аккуратно возвратила образцы владельцам, но и выразила им благодарность в своей публикации). Из веществ, не содержащих уран, активность проявили только соединения тория. Когда оказалось, что сильную активность проявляет урановая смоляная руда (в основном это оксид U₃O₈), Мария Кюри, которая была прекрасным химиком, решила выделить из этого соединения источник радиации.

Для полония известно 35 изотопов, включая 8 ядерных изомеров (эти изомеры отличаются строением ядра и имеют разные периоды полураспада) с массовыми числами от 192 до 218. Все они радиоактивны с периодами полураспада (t_1/2) от 3×10^–7 секунды для ²¹²Ро до 102 лет для ²⁰⁹Ро. Семь изотопов полония с массовыми числами от 210 до 218 встречаются в природе в очень малых количествах как члены радиоактивных рядов тория, урана – радия, и урана – актиния.

Кларк полония (среднее содержание в земной коре) составляет ничтожную величину: 2 · 10^–14 %. Образуется полоний в результате радиоактивного распада долгоживущих радиоактивных элементов – тория и урана, являясь промежуточным членом длинных цепочек распада (они называются также радиоактивными рядами).

Полоний при попадании в организм считается одним из самых ядовитых веществ: для ²¹⁰Ро предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе составляет количество, при котором в 1 м³ распадается не более одного его атома в секунду. Это соответствует содержанию полония 6 · 10^–14 г на 1 м³ воздуха. Полоний при вдыхании почти в 170 млн раз токсичнее синильной кислоты! То есть при гипотетическом распылении в воздухе 1 г полония ПДК будет превышена в 10 000 км³ воздуха – в слое атмосферы высотой 100 м и площадью 100 тыс. км², что намного больше площади Московской области!

Полоний (речь идет только о его изотопе ²¹⁰Ро) можно получить из природных источников или синтезировать. Первый способ малопродуктивен, но когда-то он был единственным. При переработке урановых руд 90% полония остается в отвалах, из которых его очень трудно извлечь. Поэтому используют другой метод: выделяют из руды предыдущие члены радиоактивного ряда и ждут, пока в них в результате распада накопится достаточно полония.

Полоний – один из самых опасных радиоэлементов. Эксперименты с ним требуют соблюдения строжайших мер безопасности. Исследователь должен быть надежно защищен от попадания даже малейших следов этого элемента в дыхательные пути, в пищеварительный тракт. Недопустим также контакт полония или его химических соединений с кожей. Несмотря на все эти трудности, были изучены как физические, так и химические свойства полония и его соединений. Полоний – мягкий серебристо-серый металл, похожий на свинец, с температурой плавления 254 °С. Это тяжелый металл, его плотность близка к 9,5 г/см3 – почти как у серебра. Плотность полония подсчитана не непосредственным измерением, а путем рентгенографического определения параметров кристаллической решетки. Это – следствие высокой радиоактивности, которая не позволяет получать значительные количества компактного металла. Известно, что препараты радия (t1/2 = 1600 лет) у Марии Кюри светились в темноте. Что уж говорить о полонии-210! Он не только светится, но и очень сильно нагревается за счет поглощения собственных α-частиц, несущих огромную энергию. Ведь при равных массах полоний в тысячи раз активнее радия. Кусочек полония размером с наперсток выделяет около 2 кВт тепловой энергии.

Учитель: Я опускаю золотую монету в азотную кислоту – растворится ли она?

Ученик: Конечно нет, господин учитель! Ведь если бы она растворилась, вы бы ее ни за что туда не опустили!

Старый анекдот

Сегодняшний учитель химии редко имеет возможность продемонстрировать устойчивость золотой монеты к азотной кислоте: в последний раз такие монеты («николаевские десятки») выпускались в нашей стране в массовое обращение в 1911 г. Правда, в 1923 г. были отчеканены золотые червонцы (на них изображен крестьянин-сеятель), но их использовали в основном для расчета с заграницей. Копии таких монет (так называемые новоделы) чеканились у нас также в 1975–1981 гг.

Этот странный на первый взгляд вопрос когда-то не вызывал недоумения: монета стоила столько, сколько стоил металл, из которого она изготовлена. Так, если в золотой «царской» десятке с портретом Николая II, чеканившейся в 1898–1911 гг. и весившей 8,6 г, было 7,74 г чистого золота, то такое количество золота и стоило тогда 10 рублей. Соответственно серебряные монеты «вмещали» в себя меньше денег, медные – еще меньше. Поэтому из серебра 900-й пробы чеканили (с 1886 г.) только рубли, полтинники и полуполтинники (25 копеек), из низкопробного серебра 500-й пробы – монеты достоинством от 5 до 20 копеек (такие монеты из серебра 900-й пробы были бы слишком маленькими), а из меди – монеты достоинством 1/4, 1/2, 2, 3 и 5 копеек. И если положить рядом крошечный серебряный пятачок и огромный по сравнению с ней медный пятак (обе монеты чеканились с 1867 г.), сразу видна разница между стоимостью серебра и меди. Аналогично за небольшую золотую монету нужно было выложить 10 рублевых общей массой 200 г!

Сейчас номинал монеты (то, что на ней написано) не связан напрямую с ценой металла. Хотя если цена металла превышает номинал, становится невыгодной их чеканка. Понятно, что все страны стараются, чтобы металл, из которого чеканят монеты для обращения, был по возможности дешевле. Ведь монеты сейчас чеканят миллионами и даже миллиардами. Например, юбилейная американская 25-центовая монета, посвященная вхождению в США Виргинии (она отчеканена в 2000 году), имела тираж более полутора миллиардов! Конечно, стремление использовать для монет как можно более дешевые металлы не относится к юбилейным и памятным монетам, которые предназначены для коллекционеров, а не для хождения по магазинам. Так, рыночная цена современных серебряных монет номиналом 1, 2 и 3 рубля может превышать этот номинал во много сотен раз.

Монеты, как старые, вышедшие из употребления, так и находящиеся в обращении, могут служить прекрасной иллюстрацией законов химии. Можно провести такой забавный опыт: слегка соскоблить надфилем краешек современного американского цента и положить его в разбавленную соляную или серную кислоту. В течение нескольких дней кислота будет все дальше и дальше проникать в монету, постепенно выедая ее цинковое нутро и не затрагивая оболочку, пока не останется легкий медный чехольчик. Точное взвешивание поможет определить толщину медного по крытия (конечно, для этого нужно измерить его площадь, что не так сложно).

Химия и химики, к сожалению, очень редко попадают на монеты – в отличие, например, от почтовых марок: их на химическую тематику выпущено много сотен, и изданы специальные альбомы и книги, посвященные химии в филателии. Непосредственно химии посвящена единственная в мире монета, отчеканенная в Сан-Марино (500 лир, 1998 г.) – уникальный случай в нумизматике. На ней изображен традиционный символ химии – реторта (хотя химики уже давно ретортами не пользуются). Необычен также показанный на монете способ подогрева реторты открытым пламенем – видимо, с помощью невидимой зажигалки.

Юный химик купил набор для домашних экспериментов. Его особенно заинтересовал опыт, который назывался «Получаем пирофорные металлы». Из описания он узнал, что «металлы, полученные разложением солей органических кислот… имеют очень большую поверхность, а потому очень реакционноспособны. В частности, они быстро реагируют с кислородом воздуха. Поскольку реакция с кислородом воздуха сопровождается разогреванием, такие металлы называются пирофорными (в переводе с греческого – несущими огонь)». Правда, юный химик не понял, при чем тут огонь, если реакция просто идет с разогреванием. Например, реакция щелочи и кислоты сопровождается очень сильным разогреванием, но никто эти вещества пирофорными не называет.

Из пяти отпущенных человеку органов чувств вкус – далеко не самый важный. Со зрением человек получает до 90 % информации. По слуху («гремит где-то: гроза приближается»), по запаху («что-то гарью пахнет!») он может определить опасность, хотя, конечно, до собачьего слуха и нюха человеку далеко. Малыши путем осязания быстро узнают опасность прикосновения к горячим предметам. А вот без вкусовых ощущений прожить, наверное, можно; конечно, любители поесть – гурманы с этим не согласятся.

Разнообразие вкусов огромно; их, вероятно, не меньше, чем различных цветов (художники различают тысячи оттенков цветовой гаммы). И так же, как белый свет можно «разложить» на составные части, так и любой вкус является комбинацией сладкого, соленого, кислого и горького (некоторые исследователи прибавляют к этим основным четырем еще жгучий, пряный и холодящий вкусы). Но чтобы почувствовать все богатства вкусовых ощущений, необходимо сочетание вкуса и запаха. Это особенно заметно, когда у человека сильный насморк: при исключении обоняния самая вкусная еда и лучшие напитки утрачивают для человека всю свою прелесть.

Чувствительность языка неодинакова к «разным вкусам». На первом месте чаще всего стоят вещества горькие. Это именно тот случай, когда ложка дегтя портит бочку меда. Действительно, вкус таких горьких веществ, как хинин и стрихнин, отчетливо воспринимается при разведении 1 : 100 000 и более (это примерно чайная ложка вещества, разведенная в полутонне воды!). Хинин – белое кристаллическое вещество, впервые выделенное из коры южноамериканского хинного дерева. Оно используется как одно из самых эффективных средств против малярии. В очень малых количествах хинин добавляют к некоторым горчащим напиткам типа тоника, которые хорошо утоляют жажду. Обнаружить хинин в тонике можно не только по вкусу, но и по яркому светло-голубому свечению напитка под лучами ультрафиолетовой лампы. Когда хинин используют в качестве лекарства, порошок этого нестерпимо горького вещества обычно заключают в капсулы из желатина. Человек глотает капсулу, не ощущая никакого вкуса; потом в пищеварительном тракте желатин растворяется, и лекарство попадает в кровь. Однако описаны случаи, когда после приема хинина в капсулах, исключающих непосредственный контакт лекарства с языком, люди жаловались на горький вкус во рту. Объясняли это удивительное явление тем, что, попав в кровь, хинин возбуждал вкусовые нервы «изнутри языка».

Из сладких веществ, несомненно, самое известное – обыкновенный пищевой сахар (сахароза). В настоящее время две трети мировой продукции сахара (более 60 млн т) – это тростниковый сахар, тогда как на долю сахарной свеклы приходится примерно 35 млн т. Рафинированная, 99,9%-ная сахароза – одно из самых многотоннажных чистых органических соединений, выпускаемых промышленностью. А суммарный годовой урожай сахарного тростника, приближающийся к миллиарду тонн (!), значительно превышает урожай любой другой сельскохозяйственной культуры.

Сахарозу используют как стандарт сладости при сравнении различных сладких веществ, которых тоже известно множество. Обычно поступают так: готовят сладкий раствор известной концентрации, а затем разбавляют его водой до тех пор, пока не перестанет чувствоваться сладковатый привкус. Одного человека для таких испытаний, вообще говоря, недостаточно – ведь вкусовая чувствительность у разных людей может быть неодинаковой, поэтому получают усредненные данные, полученные членами специальной комиссии экспертов.

Ученые давно пытаются выяснить «химию вкуса»: как именно передается вкусовое ощущение, почему данное вещество обладает именно этим вкусом, а не другим. Однако до создания стройной теории вкусовых ощущений пока еще, видимо, далеко. Ведь такая теория должна не только предсказывать вкус конкретного вещества, но и служить руководством к синтезу новых химических соединений с заранее заданным вкусом. Пока же существуют лишь частные теории, позволяющие с большим или меньшим успехом объяснять отдельные опытные данные. В соответствии с самой распространенной теорией, вкус данного вещества связан с определенным пространственным расположением атомов в его молекуле. Эта структура должна соответствовать структуре белкового вещества – вкусового рецептора, который находится в специализированной вкусовой клетке. Это похоже на то, как ключ подходит к замку.

Пришло как-то в редакцию одного научно-популярного журнала письмо от Маши В. В нем она рассказала, как поступала в медицинскую академию. На экзамене ей дали решать такую задачу. Смешали бром с толуолом, масса реагентов известна, требуется определить массу продуктов реакции. Маша записала уравнение реакции образования бромтолуола: С₆Н₅СН₃ + Br₂ = С₆Н₄ВrСН₃ + НВr и провела по нему расчет. Экзаменатор сказала, что задача решена неверно, так как продуктом реакции является не бромтолуол, а 2,4,6-трибромтолуол С₆Н₂Вr₃СН₃ – аналогично образованию тринитротолуола в известной реакции нитрования толуола. В результате Маша в вуз не поступила… В письме Маша спрашивала, права ли экзаменатор. И как правильно решить эту задачу? Вопрос этот оказался не таким простым, как можно было подумать вначале. И прежде чем ответить Маше, консультант редакции провел небольшое расследование.

В учебниках химии при изложении темы «Кислоты» в том или ином виде упоминается так называемый вытеснительный ряд металлов, составление которого часто приписывается Беке́тову.

Например, в самом распространенном некогда учебнике для 8-го класса Г. Е. Рудзитиса и Ф. Г. Фельдмана (с 1989 по 1995 г. он был издан общим тиражом 8,3 млн экземпляров), говорится следующее. На опыте легко убедиться, что магний быстро реагирует с кислотами (на примере соляной кислоты), несколько медленнее – цинк, еще медленнее – железо, а медь с соляной кислотой не реагирует. «Аналогичные опыты были проделаны русским ученым Н. Н. Бекетовым, – пишут далее авторы учебника. – На основе опытов он составил вытеснительный ряд металлов: K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au. В этом ряду все металлы, стоящие до водорода, способны вытеснять его из кислот». Сообщается также, что Бекетов – «основоположник физической химии.

Явления, наблюдающиеся при горении свечи, таковы, что нет ни одного закона природы, который при этом не был бы так или иначе затронут.

Майкл Фарадей. История свечи

Этот рассказ посвящен «экспериментальному расследованию». Главное в химии – эксперимент. В лабораториях всего мира поставили и продолжают ставить миллионы разнообразных экспериментов, однако крайне редко профессиональный исследователь делает это так, как некоторые юные химики: а вдруг получится что-нибудь интересное? Чаще всего у исследователя есть четко сформулированная гипотеза, которую он стремится либо подтвердить, либо опровергнуть экспериментально. Но вот опыт закончен, результат получен. Если с гипотезой он не согласуется, значит, она неверна (конечно, если эксперимент поставлен грамотно и он несколько раз воспроизводится). А если согласуется? Значит ли это, что гипотеза верна и ее пора переводить в категорию теории? Начинающий исследователь порой так и считает, но опытный с выводами не спешит, а прежде крепко думает, нельзя ли объяснить полученный результат как-нибудь иначе.

Рассмотрим еще одно ошибочное объяснение эксперимента, в котором тоже происходит нагрев газов. Это объяснение проникло и в популярные статьи по химии, и даже в вузовские учебники. Так, в ряде зарубежных учебников по общей химии описывается красивый эксперимент, суть которого мы проиллюстрируем цитатой из учебника Ноэла Уэйта «Химическая кинетика». «Метод релаксации. Метод Эйгена, за который автор был удостоен в 1967 г. Нобелевской премии по химии, называют релаксационным методом. Реагирующая система достигает состояния равновесия при определенных условиях. Эти условия (температура, давление, электрическое поле) затем быстро нарушают – быстрее, чем смещается равновесие. Система снова приходит в равновесие, но теперь уже при новых условиях; это называют „релаксировать к новому положению равновесия”. Пока происходит релаксация, следят за изменение какого-то свойства системы…

Чтобы продемонстрировать на уроке химии свойства этилена, его надо сначала получить. Обычно его синтезируют действием концентрированной серной кислоты на этиловый спирт. При нагревании смеси в присутствии катализатора (оксида алюминия) происходит дегидратация этанола: СН₃–СН₂–ОН → СН₂=СН₂ + Н₂О. Иметь дело с концентрированной серной кислотой, да еще горячей, всегда неприятно. Нельзя ли получить этилен как-нибудь еще?

В пособиях по органической химии можно найти способ получения стирола деполимеризацией полистирола при его нагревании. Опыт очень прост: положил в пробирку с газоотводной трубкой кусочки полистирола (от сломанной авторучки, пустой прозрачной баночки из-под таблеток), нагрел – и, пожалуйста, из холодильника уже закапал стирол. А стирол (фенилэтилен С₆Н₅– СН=СН₂), как и другие непредельные соединения-мономеры, обладает высокой реакционной способностью, с ним можно провести самые разнообразные реакции.

В начале 1990-х гг. на киностудии Центрнаучфильм снимался научно-популярный фильм о золоте. Автор сценария и оператор Е. Г. Покровский в поиске интересных сюжетов побывал в Алмазном фонде в Московском Кремле. Там его внимание привлек находящийся в витрине шар из золота. Сотрудник фонда сказал, что шар этот весит два пуда и сделан он по заказу Д. И. Менделеева. Однако с какой целью изготовлен шар, он сказать не мог. Пришлось кинооператору обращаться за помощью к химику, который провел небольшое расследование. И вот что выяснилось.

Трудности синтеза новых лекарств во многом связаны с тем, что нет однозначной зависимости между химическим строением лекарственного средства и его биологическим действием. Иногда малейшие изменения структуры молекулы приводят к полному исчезновению или сильному изменению биологической активности. И наоборот, нередко почти одинаковая активность наблюдается у веществ совершенно разной химической природы. Например, если в молекуле морфина – сильного наркотика заменить один из атомов водорода в группе ОН на метильную группу CН₃, то получится сравнительно безвредное вещество кодеин.

Все знают, что в названии «витамин С» буква «С» читается как русская «ц», и только малограмотный человек может сказать «витамин эс». Видимо, по аналогии название некогда распространенного антибиотика грамицидина С также произносят «грамицидин це». Однако это неверно: буква «С» в этом названии должна произноситься как «эс». История появления этого лекарственного средства, а также других антибиотиков интересна и драматична. Когда говорят «антибиотик», чаще всего вспоминают пенициллин. Его открытие в середине ХХ в. знаменовало собой новую эпоху в борьбе с болезнетворными микроорганизмами. Пенициллин и другие антибиотики спасли от неминуемой смерти миллионы людей. Однако мало кто знает, что история антибиотиков по сути намного древнее. Еще в Библии было описано применение грибов и плесени для обработки инфицированных ран.