Лев Григорьевич Власов Дмитрий Николаевич Трифонов

Лев Григорьевич Власов Дмитрий Николаевич Трифонов

Занимательно о химии

 

Эврика – 1968

 

 

Лев Григорьевич Власов

Дмитрий Николаевич Трифонов

Занимательно о химии

 

 

 

 

 

Вместо предисловия

Дошла до нас старая как мир легенда… Один восточный владыка, просвещенный и мудрый, пожелал узнать все о народах, населяющих землю. Позвал он приближенных и объявил им: – Повелеваю написать мне историю всех народов. И рассказать в ней, как жили они раньше, как живут теперь. Чем они…

Обитатели Большого дома

 

 

 

 

 

Периодическая система с птичьего полета

Но и предварительное знакомство с предметом или явлением, так сказать взгляд с птичьего полета, нередко бывает полезным. Периодическую систему элементов Дмитрия Ивановича Менделеева никак не назовешь… Первый взгляд на него схватывает многое. Поначалу рождается удивление. Словно среди типовых крупноблочных строений вы…

Как астрономы оказали химикам медвежью услугу

Чьи это слова? Да уж скорее всего они принадлежат кому‑то из несметного легиона исследователей или просто любителей, кто ставил своей задачей… Так вот, взятая в кавычки фраза написана самим Дмитрием Ивановичем… Почему же заблуждался автор периодического закона?

Двуликий элемент

Учитель: – В какой группе периодической системы стоит водород? Ученик:

Сколько на земле водородов?

В почетный список попали в 1932 году Мэрфи, Юри и Брикведе. Раньше думали, что на Земле существует только один водород. С атомным весом… Изотопами называются такие разновидности атомов, у которых одинаковый заряд, но разные атомные веса. Или…

Химия = физика + математика!

Что бы вы сказали про строителей, которые сперва построили здание, а уж когда подвели под крышу, дали проектировщикам задание: рассчитать, правильно ли все построено?

Это скорее эпизод из сказки о государстве, где все делалось наоборот…

Но именно такая судьба постигла периодическую систему элементов. Большой дом сначала был возведен, химические элементы расселены каждый в своей квартире. Химики взяли таблицу Менделеева на вооружение. А почему свойства элементов периодически повторяются, этого они долгое время обосновать не могли.

Объяснение дали физики. Они рассчитали конструкцию здания менделеевской системы на прочность. И выяснилась удивительная вещь: оно построено совершенно правильно. В соответствии со всеми законами «химической механики». Так что остается преклоняться перед поистине гениальной интуицией Менделеева, интуицией и глубочайшим знанием химии.

Физики начали с того, что решили подробно разобраться в строении атома.

Его сердце – ядро. Вокруг крутятся электроны. Их столько, сколько положительных зарядов в ядре. Скажем, у водорода – один, у калия – девятнадцать, у урана – девяносто два… Как кружатся? Хаотически, подобно рою ночных бабочек, вьющихся вокруг лампочки? Или в каком‑то определенном порядке?

Чтобы это выяснить, ученым пришлось призвать на помощь новые физические теории и разработать новые математические методы. И вот что оказалось: электроны движутся вокруг ядра по определенным оболочкам, подобно планетам вокруг Солнца.

– Сколько электронов помещается на каждой оболочке? Сколько угодно или же ограниченное число? – спрашивали химики.

– Строго ограниченное! – отвечали физики. – Все электронные оболочки обладают конечной емкостью.

У физиков свои символы – обозначения электронных оболочек. Латинские буквы – K, L, M, N, O, P, Q. Так называют оболочки в порядке их удаления от ядра.

Физика вкупе с математикой подробно расписала, сколько электронов содержится в каждой из них.

В К‑оболочке может быть 2 электрона, никак не больше. Первый из них появляется в атоме водорода, второй в атоме гелия. Потому‑то первый период менделеевской таблицы состоит всего из двух элементов.

Значительно больше, а именно 8 электронов, способна вместить L‑оболочка. Первый принадлежащий ей электрон мы обнаруживаем у атома лития, а последний – в атоме неона. Элементы от лития до неона образуют второй период системы Дмитрия Ивановича Менделеева.

А сколько электронов в следующих оболочках? В М‑оболочке – 18, в N – 32, в О – 50, в Р – 72 и так далее.

Если два элемента имеют одинаково устроенные внешние электронные оболочки, то и свойства этих элементов подобны. Скажем, литий и натрий содержат на внешней оболочке по одному электрону. Поэтому они помещаются в одну и ту же группу периодической системы, в первую. Видите: номер группы равен числу валентных электронов у атомов входящих в нее элементов.

И вот вывод: одинаковое строение внешних электронных оболочек периодически повторяется. Потому периодически повторяются и свойства химических элементов.

 

 

Еще немного математики

Вот один из примеров подобного несоответствия. Только в первых двух периодах менделеевской таблицы соблюдается равенство: элементов в каждом из этих… Дальше картина усложняется. Посчитайте, сколько элементов в следующих периодах. В третьем – 8, в четвертом – 18, в пятом – 18, в шестом – 32, в…

Как химики встретились с неожиданным

Вспомните: погиб последний марсианин, земная жизнь начала входить в обычную колею, и оправившиеся от потрясений ученые кинулись исследовать… После нескольких неудачных экспериментов, кончавшихся страшными взрывами,… Однако когда великий фантаст дописывал последние строки своего произведения, химики были абсолютно уверены, что аргон…

Разгадка, которая не принесла утешения

Факты в конце концов убедили Менделеева в ошибке, и он признал правоту Рамзая. Все учебники мира называют теперь английского ученого… …Двадцать лет томился в застенках Шлиссельбургской крепости народоволец… Когда Морозов вышел на свободу, инертные газы были уже открыты и нашли свое место в таблице элементов…

В поисках «сумасшедшей» идеи, или как инертные газы перестали быть инертными

– Нет, должны пересечься! – заявил в середине прошлого столетия русский ученый Николай Лобачевский. И родилась новая геометрия – неэвклидова. – Бред и фантазия! – так реагировали на нее на первых порах многие сильные научного мира сего.

Новое несоответствие? Как с ним справиться?

– В таблице Менделеева должно быть лишь семь групп элементов – ни более и ни менее! – Как так? – удивились видавшие виды ученые. – А очень просто! Ведь в числе «семь» сокрыт великий смысл! Семь цветов радуги, семь нот в музыкальной гамме…

Философский камень» Геннинга Брандта

Но и он не устоял перед соблазном попытаться сразу стать богачом. Дело было за малым: найти пресловутый «философский камень», который, по верованиям… …Шли годы. Все реже вспоминали торговые люди имя Брандта, и когда вспоминали,… В один прекрасный вечер бывшему купцу улыбнулась фортуна. На дне реторты осело какое‑то вещество, белое как…

Запах свежести, или пример того, как количество переходит в качество

Легко дышится после грозы. Прозрачный воздух словно напоен свежестью.

Это не только поэтический образ. При грозовых разрядах образуется в атмосфере газ озон. Он‑то и делает воздух чище.

Озон – тот же кислород. Только молекула кислорода содержит два атома элемента, а в молекуле озона их три. О₂ и О₃ – казалось бы, атомом кислорода меньше, атомом больше, какая разница?

Разница огромная: озон и кислород совершенно непохожие вещества.

Без кислорода нет жизни. Напротив, озон в больших концентрациях способен убить все живое. Он, после фтора, сильнейший окислитель. Соединяясь с органическими веществами, озон моментально разрушает их. Все металлы, кроме золота и платины, под действием озона быстро превращаются в окислы.

Он двулик! Убийца живого, озон в то же время во многом способствует существованию жизни на Земле.

Этот парадокс легко объяснить. Солнечное излучение неоднородно. В его состав входят так называемые ультрафиолетовые лучи. Если бы все они достигали земной поверхности, жизнь на ней стала бы невозможной. Ибо эти лучи, несущие огромную энергию, смертоносны для живых организмов.

 

 

К счастью, до поверхности Земли добирается лишь малая доля солнечного ультрафиолета. Большая же часть теряет свою силу в атмосфере на высоте 20–30 километров. На этом рубеже в воздушном одеяле планеты содержится много озона. Он‑то и поглощает ультрафиолетовые лучи. (Кстати, одна из современных теорий происхождения жизни на Земле приурочивает появление первых организмов ко времени формирования озонового слоя в атмосфере.)

Но людям необходим озон и на Земле. И в больших количествах.

Им – и в первую очередь химикам – крайне нужны тысячи и тысячи тонн озона.

Изумительную окислительную способность озона с удовольствием взяла бы на вооружение химическая промышленность.

Озону поклонились бы и нефтяники. Нефть многих месторождений содержит серу. Сернистые нефти доставляют много хлопот, хотя бы тем, что быстро разрушают аппаратуру, например котельные топки на электростанциях. С помощью озона было бы легко обессеривать такие нефти. А за счет этой серы производство серной кислоты удалось бы удвоить, если не утроить.

Мы пьем хлорированную водопроводную воду. Она безвредна, но ее вкус – это отнюдь не вкус родниковой воды. В питьевой воде, обработанной озоном, погибнут все болезнетворные микробы. И не будет досадного привкуса.

Озон может обновлять старые автомобильные шины, отбеливать ткани, целлюлозу, пряжу. Он многое может. И потому ученые и инженеры работают над созданием мощных промышленных озонаторов.

Вот он какой, озон! O₃ ничуть не менее важен, чем O₂.

Философская мысль давно сформулировала принцип диалектики: переход количества в качество. Пример кислорода и озона – один из самых ярких примеров проявления диалектики в химии.

Ученым известна еще и молекула из четырех атомов кислорода, O₄. Правда, этот «квартет» крайне неустойчив и о его свойствах еще почти ничего не знают.

 

 

Проще простого, удивительнее удивительного…

Шла до войны на экранах кинотеатров веселая комедия «Волга‑Волга». И был в ней неунывающий водовоз, который распевал, подстегивая ленивых лошадей:

 

Потому что без воды –

И ни туды и ни сюды…

 

Зрители улыбались, песенка даже вошла в поговорку.

А если хотите, в этой непритязательной напевке скрыт, как говорят философы, глубочайший подтекст.

Ибо вода для жизни – это вещество номер один. H₂O. Атом кислорода плюс два атома водорода. Едва ли не первая химическая формула, которую узнает каждый. Попробуем себе представить, какой вид имела бы наша планета, исчезни с нее внезапно вода.

…Мрачные зияющие «глазницы» морских и океанских впадин, покрытых толстым слоем солей, некогда растворенных в воде. Пересохшие русла рек, навек замолкнувшие родники. Горные породы, рассыпавшиеся в прах: ведь в их состав входило большое количество воды. Ни кустика, ни цветочка, ни единого живого существа на мертвой Земле. И над ней безоблачное небо жуткого, необычного цвета.

Казалось бы, простейшее соединение, а без воды никакая жизнь – ни разумная, ни неразумная – невозможна.

Давайте разберемся – почему?

Прежде всего вода самое что ни на есть удивительное химическое соединение на свете.

Когда Цельсий изобрел свой термометр, он положил в основу устройства две величины, или две константы: температуру кипения воды и температуру ее замерзания. Первую посчитал равной 100 градусам, вторую – нулю. И разделил промежуток между этими крайними точками на 100 частей. Так появился на свет первый прибор для измерения температуры.

 

 

Но что бы подумал Цельсий, если бы знал: на деле‑то вода должна замерзать отнюдь не при нуле градусов, а кипеть не при ста?

Современные ученые установили: вода в этом случае выступает в роли великого обманщика. Она самое аномальное соединение на земном шаре.

Вот что говорят ученые: вода должна закипать при температуре на 180 градусов более низкой. При минус 80 градусах. Во всяком случае, закипать при подобной антарктической температуре предписывают ей правила распорядка, царящие в периодической системе.

Свойства элементов, входящих в ту или иную группу периодической системы, изменяются довольно закономерно, когда мы переходим от легких элементов к тяжелым. Скажем, температуры кипения. Свойства соединений меняются тоже не бог весть как. Они зависят от положения элементов, из которых построены молекулы, в таблице Менделеева. В том числе и свойства водородных соединений, гидридов элементов, входящих в одну и ту же группу.

Воду можно назвать гидридом кислорода. Кислород – член шестой группы. Здесь располагаются сера, селен, теллур, полоний. Молекулы их гидридов устроены одинаково с молекулой воды: H₂S, H₂Se, H₂Te, H₂Рo. Для каждого из них известны температуры кипения, они довольно правильно изменяются при переходе от серы к ее более тяжелым собратьям. И вот что оказывается: температура кипения воды из этого ряда весьма резко выпадает. Она гораздо выше, чем ей положено. Вода словно не желает считаться с правилами поведения, что установлены для таблицы Менделеева. На 180 градусов откладывает она процесс своего перехода в парообразное состояние. И это первая удивительная аномалия воды.

Вторая связана с ее замерзанием. Статут периодической системы предписывает: вода должна затвердевать при температуре 100 градусов ниже нуля. Вода это требование жестоко нарушает и превращается в лед при нуле градусов.

И вот к какому любопытному выводу приводит это своеволие воды: на Земле ее жидкое и твердое состояние является ненормальным. «По штату» ей следовало бы пребывать лишь в виде пара. Вообразите себе мир, где свойства воды подчинялись бы строгим закономерностям периодической системы. Для фантастов этот уникальный факт – весьма благодатная почва для написания увлекательных романов и повестей. Для нас же с вами, как и для ученых, лишнее подтверждение, что менделеевская таблица куда более сложное сооружение, чем может показаться на первый взгляд. И характеры ее обитателей очень уж напоминают характеры живых людей, их просто нельзя ограничить определенными рамками. У нашей воды характер своевольный…

Но почему?

Потому, что молекулы воды устроены особенным образом и благодаря этому обладают необычайно сильной способностью притягиваться друг к другу. Тщетно мы стали бы искать в стакане воды молекулы‑одиночки. Они образуют группы, которые ученые называют ассоциациями. И формулу воды правильнее было бы записать (H₂O)_n, где n – обозначает число молекул в ассоциации.

Разрываются эти ассоциативные связи между молекулами воды с очень большим трудом. Потому она и плавится и кипит при гораздо более высоких температурах, чем следовало бы ожидать.

 

 

«Лед неокрепший на речке студеной…»

В 1913 году печальное известие облетело весь мир. Погиб, столкнувшись с айсбергом, гигантский океанский лайнер «Титаник». По‑разному объясняли эксперты причины катастрофы. Сошлись на том, что в тумане капитан не разглядел огромную плавающую ледяную гору и, налетев на нее, корабль окончил свое земное существование.

Если мы посмотрим на это прискорбное событие глазами химика, то придем к весьма неожиданному выводу: «Титаник» пал жертвой еще одной аномалии воды.

Устрашающие ледяные глыбы – айсберги плавают, подобно пробке, на поверхности воды. Глыбы в десятки тысяч тонн.

И все потому, что лед легче воды.

Попробуйте расплавить любой металл и в расплав бросить кусок того же металла: он моментально утонет. В твердом состоянии любое вещество имеет большую плотность, чем в жидком. Лед и вода – удивительное исключение из этого правила. Не будь этого исключения, все водоемы средних широт быстро промерзли бы до дна: все живое бы тут погибло.

Вспомните некрасовские стихи:

 

Лед неокрепший на речке студеной,

Словно как тающий сахар лежит…

 

Стукнут сильные морозы, лед окрепнет. Потянется по реке зимняя дорога. Но под толстым слоем льда, как и прежде, будет струиться вода. Река не промерзнет до дна.

Лед, твердое состояние воды, – вещество исключительно своеобразное. Существует несколько видов льдов. В природе известен один, тот, что плавится при нуле градусов. Ученые в лабораториях, применяя высокие давления, получили еще шесть ледяных разновидностей. Самый сказочный из них (лед VII), найденный при давлении больше 21 700 атмосфер, можно было бы назвать раскаленным льдом. Он плавится при температуре 192 градуса выше нуля, при давлении в 32 тысячи атмосфер.

Казалось, что может быть обыденнее картины таяния льда. Но какие удивительные вещи при этом происходят!

Любое твердое вещество после плавления начинает расширяться. Вода же, получающаяся при таянии льда, ведет себя совсем иначе: она сжимается и лишь затем, если температура продолжает повышаться, начинает расширяться. Это происходит опять‑таки из‑за сильной способности молекул воды взаимно притягиваться. При четырех градусах выше нуля такая способность проявляется особенно резко. А потому при этой температуре вода обладает наибольшей плотностью; потому наши реки, пруды и озера даже при самых жестоких холодах не промерзают до дна.

Вы радуетесь приходу весны, восхищаетесь прекрасными деньками золотой осени. Радостная весенняя капель и багряный убор лесов…

Опять же аномальное свойство воды!

Чтобы растаял лед, нужно много тепла. Несравненно больше, чем для плавления любого другого вещества, взятого в таком же количестве.

Когда вода замерзает, это тепло снова выделяется. Лед и снег, отдавая тепло обратно, подогревают землю и воздух. Они смягчают резкий переход к суровой зиме и позволяют осени воцариться на несколько недель. Весной же таяние льда задерживает наступление знойных дней.

 

 

Сколько вод на земле?

Но могут быть и «смешанные» воды, когда в состав молекул входит, скажем, атом протия и атом дейтерия или атом дейтерия и атом трития. Тогда список… Но и кислород, входящий в состав воды, также представляет собой смесь трех… Если мы учтем эти разновидности кислорода, количество возможных вод увеличится еще на 12. Черпнув кружку воды из озера…

Сосулькины секреты

Из детской ручонки сосулька моментально перекочевывает в рот. Неужели вкусно? Но ребенок не на шутку огорчится, если его лишить этого… Забавная ребячья прихоть? Нет, дело куда серьезнее. В одной лаборатории поили цыплят. Одной группе наливали в блюдечко обычную воду, другой – талую, с плавающими…

Почему «две большие разницы»?

И этим самым словечком «почему» мы сейчас воспользуемся. Почему, например, неметаллы не разбросаны по разным этажам и секциям Большого… Когда два элемента (нам сейчас безразлично каких) вступают друг с другом в химическое взаимодействие, наружные…

Некоторая несуразица

Мы вовсе не хотим прослыть пессимистами. Но тем не менее с уверенностью заявляем: с такими ионами кислорода и фтора химии не придется иметь дела. … Этим элементам совсем невыгодно сразу сбрасывать такое большое количество… В «Правилах распорядка Большого дома» есть один важный пункт: высшая положительная валентность элемента равна номеру…

Об оригинальности в архитектуре

Вряд ли вам встречалось что‑нибудь подобное. А вот Большой дом как раз такое любопытное строение. Одну из его секций… Эта секция – восьмая группа периодической системы. Входящие в нее элементы располагаются по три. Притом не на каждом…

Четырнадцать близнецов

Нет ли здесь недоразумения? Ведь и сам Менделеев и многие другие ученые рассуждали так: каждому элементу свойственно одно, вполне определенное место… А в этом случае в одну клетку втиснулись целых полтора десятка ее обитателей,… Нельзя ли попробовать рассортировать их по другим группам?

Мир металлов и его парадоксы

Например, какого цвета различные металлы? Металлурги знай себе твердят: есть черные, есть цветные. К черным относят… Грубое это деление, и сами металлы категорически выступают против такой уравниловки.

Необычные соединения

Историки науки не могут ответить с полной определенностью. Мы рискнем сделать собственное предположение. Первым веществом, которое люди приготовляли, заранее зная, что они хотят получить, было… соединение двух металлов –…

Первый кибернетик в химии

Но есть в распоряжении химиков одна совершенно необычная «кибернетическая» машина. Она была изобретена около ста лет назад, когда и само слово… Эта удивительная машина – периодическая система элементов. Она позволила ученым делать то, на что ранее не отваживались даже самые дерзкие из исследователей. Периодическая…

Кибернетическая машина» застопорилась

А дело открытия новых элементов вдруг застопорилось. В периодической системе было еще несколько «пробелов», которые предстояло заполнить. Им… Но что же это за странные элементы, которые никак не хотели вселяться в… Незнакомец первый. Элемент седьмой группы. Его порядковый номер 43. Расположен в таблице между марганцем и рением. И…

Как один элемент превратить в другой

Чтобы превратить один элемент в другой, нужно перестроить ядра его атомов. Нужно изменить заряд ядра. Химики, проводя химические процессы, используют высокую температуру и большое… Тысячами градусов и сотнями тысяч атмосфер атомное ядро перестроить не удается. Превратить один элемент в другой таким…

Смерть и бессмертие в мире элементов

Оказалось, что возраст иных минералов превышает четыре с половиной миллиарда лет. Они так же стары, как и сама планета Земля. Но ведь минералы – это… Не кажется ли вам нелепой сама постановка вопроса: может ли элемент умереть?…  

Справедливо ли поступила природа?

В периодической системе все элементы обладают полнейшим равноправием. Каждый занимает свое определенное место. Когда же речь заходит о земных… Легкие элементы таблицы Менделеева, во всяком случае первые три десятка ее… Пока Земля существует, на ней произошел кое‑какой «переучет» запасов элементов. Исчезло немало урана и тория…

Тропою ложных солнц

Выяснилось вскоре, что «первооткрыватель» космия и неокосмия просто‑напросто посмеялся над этой эпидемией открытий. Его заметка была…  

Где твое место, уран?

Аналогичным образом сложилась и судьба урана. Но разве Менделеев не решил вопрос о его месте окончательно, раз и… В течение десятилетий никто не оспаривал положения урана в шестой группе периодической системы. Как самого тяжелого…

Маленькие истории из области археологии

А век‑то этот, он наступил раньше, чем первобытный металлург в примитивной домне добыл первые килограммы железа. К такому выводу пришли… Первые куски железа, которыми воспользовались наши предки, в самом прямом… А в железных рудах Земли они встречаются далеко не всегда.

Уран и его профессии

И добывают теперь уран в больших количествах: более сорока тысяч тонн за год во всем мире. Ядерной энергетике этого пока вполне хватает. Но вот парадокс: непосредственно («по назначению») используется не более 5…  

Недостроенное здание?

Химики и физики давно уже спорят: имеет ли таблица Менделеева логический конец? Или, проще говоря, какой порядковый номер должен иметь самый… Лет сорок назад на страницах специальных серьезных статей и книг по физике… Чем же оно примечательно?

Гимн современным алхимикам

Современных «ядерных» алхимиков с почтением цитируют и награждают Нобелевскими премиями. Те верили слишком во многое, не ведали, что творят. Их «теорией» были… Эти не верят ни в бога, ни в черта. Они верят в силу человеческого разума и бесконечную изобретательность рук…

На краю Ойкумены

Он научится управлять радиоактивностью. Неустойчивые элементы сумеет сделать устойчивыми. И наоборот, заставит распадаться самые что ни на есть… Эту гипотезу пока не взяли на вооружение авторы научно‑фантастических… Но мы убеждены, что когда‑нибудь эти пути будут найдены. Пусть самым неведомым способом. Таким же неведомым, как…

Святцы» элементов

Звездные каталоги насчитывают сотни тысяч «окрещенных» небесных светил. Но не думайте, что для всех придуманы звучные имена вроде «Бетельгейзе» или… Химических элементов несравненно меньше, чем звезд. Но и здесь за названиями… Важно было придумать название, которое хоть что‑то говорило о свойствах элемента. Это, если хотите, деловые…

Змея, кусающая свой хвост

 

 

 

 

 

Душа химической науки

Лишь ничтожная доля земной материи предстает в виде элементарных веществ: благородные газы, платиновые металлы, углерод в различных формах – вот,… Возможно, в очень отдаленные времена тот сгусток космической материи, из… Эволюция земного шара и жизни на нем во многом обязана химии.

Молнии и черепахи

А что такое взрыв? Самая обыкновенная химическая реакция, сопровождающаяся выделением большого количества газов. Пример моментально протекающего… Взрыв – все‑таки своего рода крайность. Большинство реакций проходят в…  

Чудесный барьер

Не успели мы смешать водород с кислородом, как моментально появились пары воды. Едва железная пластинка пришла в соприкосновение с воздухом, как тут… Все до единой химические реакции в мире стали протекать с завидной скоростью.… На Земле исчезли металлы – они окислились. Сложные органические вещества, в том числе и те, что входят в состав живой…

Змея, кусающая свой хвост

Оказывается, нечто подобное есть и у химии. Это змея, кусающая свой хвост. У древних народов существовал культ всевозможных мистических знаков, смысл… Мистика мистикой, а в «химическую змею» вложено вполне определенное содержание. Она символизирует обратимую химическую…

Как «черепаха» становится «молнией», и наоборот

Произошло необычное. Сосуд наполнился туманом – водяными парами. Температура осталась неизменной, давление таким, как было, а реакция взаимодействия… Удивительное на этом не кончилось. Платиновая проволочка, моментально… Ученый отнюдь не был иллюзионистом, из тех, что изобретают хитроумные фокусы, очаровывая любопытную публику. Он был…

Цепные реакции

Моментально происходит взрыв. (Если кто надумает проделать подобный опыт, то категорически обязательно упрятать колбу под колпак из толстой… Почему же смесь хлора и водорода взрывается под действием яркого света? Здесь происходит цепная реакция. Если бы нагрели колбу градусов до семисот, она тоже бы взорвалась: хлор и водород…

Как химия подружилась с электричеством

Сначала он изготовлял небольшие металлические диски. Много десятков дисков – медных и цинковых. Потом принялся вырезать кружочки из губки и… Человек прикоснулся мокрыми пальцами к основанию своего оригинального… Так в 1800 году знаменитый итальянский физик Алессандро Вольта изобрел гальванический элемент – химический источник…

И как с ним бороться

Как древнейшим металлургам удалось выплавить чистое железо – полнейшая загадка. Кое‑кто из горячих умов утверждал, что не человеческих рук это… Но если лишить колонну загадочного ореола ее происхождения, остается… И не только одна чистота здесь существенна. Важно, чтобы поверхность металлической детали была обработана тщательно.…

Светящаяся струя

Да и химия довольствовалась ими в течение многих столетий. И лишь в последнее десятилетие она стала иметь дело с четвертым состоянием вещества. С… Плазма, если хотите, тоже газ. Но газ необычный. В ее состав входят не только… Как ни парадоксально на первый взгляд, во вселенной плазма – хозяин положения. Вещество Солнца и звезд, газов…

Солнце в роли химика

Скажи мне, Бекланд, – спросил Стивенсон, – что приводит в движение этот поезд? – Рука машиниста, который управляет одним из твоих чудных локомотивов? – Нет.

Два варианта химических пут

В существовании атомов не сомневались многие ученые даже самой седой старины. Но как они, эти атомы, связаны друг с другом в веществе? На сей счет философская мысль либо хранила молчание, либо пускалась в плавание по морю фантазии.

Знаменитый французский естествоиспытатель Декарт, например, так представлял себе связь между атомами. У одних атомов существуют выступы наподобие крючков; другие – наделены петельками. Крючочек цепляется за петельку, два атома объединяются.

Пока люди не знали толком, как устроен атом, все их представления о связи атомов, о химической связи оставались беспочвенными. Отыскать истину ученым помог электрон. Однако не сразу. Открыли электрон в 1895 году, а попытки объяснить с его помощью химическую связь сделали лет эдак двадцать спустя. Когда разобрались, как именно электроны распределяются вокруг атомного ядра.

Не все атомные электроны в химической связи участвуют. Только те, что расположены во внешней или на крайний случай во внешней и предшествующей ей оболочках.

Допустим, встречаются два атома – натрия и фтора. У первого снаружи крутится один электрон, у второго – семь. Встречаются и моментально образуют прочнейшую молекулу фтористого натрия. А каким образом? Благодаря перераспределению электронов.

Натриевый атом легко расстается с наружным электроном. При этом он становится положительно заряженным ионом, и у него обнажается предыдущая электронная оболочка. Она содержит восемь электронов, и вырвать их из этого октета очень и очень непросто.

Атом фтора, напротив, с готовностью берет дополнительный электрон на внешнюю свою оболочку; тем самым она тоже становится восьмиэлектронной. И одновременно на сцене появляется отрицательно заряженный ион фтора.

Положительное притягивается к отрицательному. Электрические силы прочно стягивают противоположно заряженные ионы натрия и фтора. Между ними возникает химическая связь. Ее называют ионной. Это один из главных видов химической связи.

А вот второй.

Почему, скажем, существует такое соединение, как молекулы фтора F₂? Ведь атомы фтора не могут сбрасывать электроны с внешней оболочки. Разнородно заряженных ионов здесь не получается.

Химическая связь между атомами фтора осуществляется с помощью пары электронов. Каждый из атомов выделяет по одному электрону в совместное пользование. И получается, что у первого атома на внешней оболочке появляется как бы восемь электронов и у второго тоже. Такую связь именуют ковалентной. Большая часть известных химических соединений получается с помощью химической связи первого или второго типа.

 

 

Химия и излучение

Не только световыми лучами ограничивается интерес химиков. Ведь есть еще рентгеновские и радиоактивные излучения. Они несут огромную энергию. Так,… Разве могли химики оставить их без внимания? И вот в энциклопедиях и учебниках, специальных книгах и статьях, в популярных брошюрах и очерках появляется новый…

Самая длинная реакция

Среди побед, которыми могут похвастаться химики‑органики, величайшая – это, бесспорно, синтез молекулы белка. Притом белка первостепенной… Речь идет о химическом синтезе инсулина – гормона, управляющего обменом… Даже специалистам‑химикам еще неясны некоторые детали строения этой белковой молекулы. Инсулин – это поистине…

Химический музей

 

 

 

 

 

Вопрос без ответа

Нам известно самое простое химическое соединение: молекула водорода; Проще и быть не может. Ведь водород – самый первый, самый легкий представитель… А самое сложное? Тут всякая определённость исчезает. Химии знакомы поистине… Зато мы сравнительно точно можем подсчитать, сколько химических соединений известно. Но число, которое мы получим…

Причина многообразия и ее следствия

Самая короткая цепь содержит два углеродных атома, Например, молекула углеводорода этана насчитывает два звена в цепочке: Н3С–СН3. Самая длинная?… Ничего подобного мы не встретим у других элементов. Только кремний может… Словом, по способности к «цепеобразованию» углерод вне всякой конкуренции.

Химические кольца

Рассказывали, что Ньютон предавался однажды раздумью в своем саду. К ногам его вдруг упало яблоко. Это навело гениального физика на мысль о законе… Говорили, что Менделеев увидел периодическую систему во сне. Так что ему… Словом, об открытиях и их авторах измышлялось всякое.

Третья возможность

Три лица углерода – алмаз, графит и сажа. Они весьма не похожи друг на друга: «король твердости» алмаз, мягкие шелушащиеся чешуйки графита и…  

Кое‑что о комплексных соединениях

Это Дмитрий Иванович Менделеев, открывший периодический закон и периодическую систему элементов. Александр Михайлович Бутлеров, создавший теорию строения органических… Третий – немецкий химик Альфред Вернер. Его открытие умещается всего в два слова: «координационная теория». Оно –…

Сюрприз простого соединения

А поэтому мы не будем расписывать в подробностях, что нужно делать фотографу. Он, например, хорошо знает, что иногда фотографии покрываются бурыми пятнами.… По‑научному это значит: пластинку или фотобумагу недостаточно держали в фиксирующем растворе.

Чего не знал Гемфри Дэви

Он был не только талантливым ученым, но и весьма удачливым исследователем. За какую бы проблему ни брался Дэви, он почти всегда успешно ее разрешал.… Среди его работ есть небольшое исследование. В нем сообщается о приготовлении… Дэви тщательно изучил свойства этого вещества. Но так и не узнал, что получил соединение совершенно нового типа.…

Или нечто совсем удивительное

Ну что ж: цепь так цепь. Кого этим удивишь? В словаре химика‑органика понятие «цепь» употребляется едва ли не чаще прочих терминов. Однако цепь цепи рознь. Мы с вами уже имели возможность убедиться, что всякие… Но вдумайтесь: цепь в органических соединениях – понятие образное, но не очень‑то строгое. Ведь в обиходе под…

Похвальное слово жидкости Кадэ

В своей лаборатории он провел (нам неведомо – зачем) вот какой химический опыт. Кадэ нагрел уксуснокислую соль калия с окисью мышьяка. Что при этом… Это была черная густая жидкость. Она дымилась на воздухе. Легко воспламенялась. И в довершение всего обладала…

Повесть о ТЭСе

Так что ж в конце концов такое это загадочное ТЭС? Химик скажет: металлоорганическое соединение углеводорода этана с металлическим свинцом. Отнимите… ТЭС – это тяжелая жидкость чуть зеленоватого цвета, с еле уловимым запахом… Сердце автомобиля или самолета – двигатель внутреннего сгорания. Принцип его работы прост. В цилиндре сжимается смесь…

Необычные бутерброды

В 1951 году вмешался в дело (как это не раз бывало в истории науки) Его Величество Случай. Английский химик Паусон дал задание своему студенту Кили.…  

Странные причуды угарного газа

…Так было или не совсем так, но в 1916 году на одном немецком химическом заводе произошло событие малоинтересное. Понадобился кому‑то… Оказалось, что жидкость эта – известное, но очень редкое химическое соединение… (Кстати, о судьбах научных открытий. Пентакарбонил железа в один и тот же день – 15 июня 1891 года – получили двое…

Красное и зеленое

Они – это гемоглобин и хлорофилл. Красный цвет крови, зеленая окраска растений – их рук дело. Эти два вещества держат ключи ко всему живому на… «Стержень» гемоглобина – атом железа. Кровь разных животных содержит различные… Гемоглобин переносит кислород от органов дыхания к тканям организма.

Все в одном

Такое предположение поначалу показалось фантастическим. Но взор аналитической химии с каждым годом становился все острее. Методы анализа позволяли… Действительно, интересно: в камне, поднятом на берегу реки, мы находим кремний… Наивно было бы думать, что в найденном камне все элементы входят в состав какого‑то одного соединения. Отнюдь…

Самый необычный атом, самая необычная химия

И живет он ничтожное мгновение – меньше одной десятимиллионной доли секунды. Однако про него нельзя сказать, что он радиоактивен. Ps расшифровывается как позитроний. Его устройство чрезвычайно просто. Возьмите атом водорода, наипростейший атом химического элемента. Один электрон вращается вокруг…

Еще раз про алмаз

Химики давно размышляли о другом. Нельзя ли графит превратить в алмаз? Ведь и тот и другой – это углерод. Дело оставалось за малым: найти…  

Неизвестное под ногами

Так ли уж хорошо знаем мы нашу грешную планету? К сожалению, очень мало. Мы плохо осведомлены о том, как устроен земной шар внутри, из каких веществ… Здесь еще полным‑полно всяких гипотез, и ни одной из них нельзя отдать… Правда, буровые скважины достигли уже семикилометровой глубины! И уже начат штурм глубин еще более внушительных. В…

Когда одно и то же вовсе не одно и то же

Электронное окружение ядра – конструкция довольно прочная. Она может потерять несколько электронов, и тогда атом становится ионом. Этот процесс… Она может лишиться многих электронов, может, наконец, растерять их все, так… Но вот задачка другого рода. Общее число электронов не меняется, иным становится их расположение. Они по‑другому…

Ее глазами

 

 

 

 

 

Слово о пользе анализа

И век двадцатый – нагляднейший тому пример. Химия ныне «существо» многорукое. Не всякий академик сразу, за один присест, перечислит все ее отрасли.… Но есть нечто, без чего любая химическая «рука» повисла бы безжизненной… Это нечто – химический анализ.

Чтобы порох был хорошим

Приготовить черный порох не ахти как трудно: нужно смешать в определенных пропорциях серу, селитру, древесный мелко истолченный уголь. Причем все… А как его оценить, это качество? Хороша ли, плоха ли селитра – пороходелы определяли на вкус.

Как был открыт германий

  «Милостивый государь! Разрешите мне при сем передать Вам оттиск сообщения, из которого следует, что мной обнаружен новый элемент „германий“.…

Свет и цвет

Красиво небо во время салюта. Желтыми, зелеными, красными огнями расцвечивается оно под грохот орудийных залпов. Традиция отмечать праздники… Немногим больше ста лет назад немецкий химик Кирхгоф обратил внимание, что… Кирхгоф быстро сообразил, что окрашивание пламени в определенный цвет солями различных металлов дает возможность…

Химический анализ… Солнца

Прошло затмение, страсти успокоились. А 25 июля 1868 года Парижская академия наук получила сразу два письма: одно – с берегов далекой Индии от…  

Волны и вещество

– Какого цвета, скажем, раствор нитрата ниодима? – Розовый, – ответит химик. – А в какой цвет окрасится раствор трехвалентного железа, если к нему прилить роданида калия?

И всего лишь ртутная капля

Один‑единственный раз Нобелевской премии было удостоено открытие в области химического анализа. Его сделал в 1922 году Ярослав Гейровский,… Теперь во всем мире публикуется ежегодно больше тысячи статей, посвященных… Вот его суть, так сказать, «на пальцах». Стеклянный стакан с раствором, в котором требуется определить концентрацию…

Химическая призма

Он был ботаником, и звали его Михаил Семенович Цвет. Ботаник Цвет интересовался хлорофиллом. Уже известным нам красящим веществом… Но профессор Цвет был знаком и с некоторыми приемами химии. В частности, он знал, что существуют некоторые вещества…

Как открыли прометий

Потом ученые доказали: шестьдесят первого элемента просто нет на Земле. Не по какой‑то странной прихоти природы, лишившей периодическую… В конце концов в 1945 году его получили искусственно. Так сказать, в процессе… Физики‑теоретики после долгих раздумий подписались бы под этим сообщением. Химикам же нужно было «пощупать»,…

Ароматы земляничной поляны

А чем она пахнет, земляника? Признайтесь, вы никогда об этом не задумывались. Вы лишь с наслаждением вдыхали ароматы соснового леса, запахи нагретой… Но оказывается, запах – сложнейшая штука. Есть целая наука о запахах. Ученые… Несомненно, запах вещества связан со строением его молекул. Но как именно? Вот этого‑то еще до конца и не знают.…

Смерть Наполеона: легенда и действительность

Версия эта утвердилась прочно, но все‑таки… ей верили немногие. И были на то основания. Многие приближенные великого императора до конца дней своих утверждали:… Да и сам Бонапарт за неделю до кончины, диктуя текст завещания, сказал: «Меня убила английская олигархия и ее наемный…

Анализ радиоактивационный

Есть у мышьяка и еще одна особенность. Он, как говорят, элемент‑одиночка. Многие другие представляют собой смесь двух, трех, а то и более… Мышьяк же одинок. В его ядрах содержится 33 протона и 42 нейтрона, и такая… Но если в это ядро каким‑нибудь способом добавить лишний нейтрон, от былой устойчивости не останется и следа.…

Как взвесить невесомое?

500 микрограммов плутония – и не более – было в руках американских ученых в 1942 году. Но на этом поистине невесомом количестве они сумели изучить… Но ведь в ходе всевозможных химических операций химикам многократно…  

Химия единичных атомов

Потом «критерий малости» не раз пересматривался. В 1937 году итальянские ученые Перье и Сегре неплохо изучили свойства только что искусственно… Опыт пошел впрок. Работая с трансуранами, химики начисто забыли, что есть… Наконец дошла очередь до сто первого элемента, которому дали название менделеевий, в честь великого русского химика. …

Есть ли предел?

Однако здесь пойдет речь не совсем об этом. Еще в начале 40‑х годов нашего века, каких‑нибудь двадцать пять лет назад, химики могли… Требования к анализу примесей будут неуклонно повышаться. Известный советский…  

Число, поражающее воображение

Она называется числом Авогадро, по имени знаменитого итальянского ученого, который ввел эту константу в употребление. Число Авогадро обозначает… Напомним, что грамм‑атомом называется количество элемента, численно… И во всех случаях атомов будет ровно столько, чему равно число Авогадро.

Опять про алмаз

Алмаз отделанный, отшлифованный превращается в бриллиант, и нет ему равных среди драгоценных камней. Особо ценятся у ювелиров голубые алмазы. Они встречаются в природе безумно… Но бог с ними, с бриллиантовыми украшениями. Пусть будет побольше алмазов обычных, чтобы не приходилось дрожать над…

Бесконечные молекулы

Сейчас резину и изделия из нее получают на сотнях заводов и фабрик. А несколько десятилетий назад во всем мире для изготовления резины пользовались… Много полезных вещей можно сделать из каучука, да жаль, что добыча его очень… Здесь‑то и пришла на помощь людям химия. Прежде всего химики задались вопросом: а почему каучук так эластичен?…

Алмазное сердце и шкура носорога

Возьмем самый простейший из углеводородов, метан СН4. Что получится, если атомы водорода в метане заместить на атомы кислорода? Углекислый газ CO2.… На этот вопрос еще три десятка лет назад мало кто мог ответить что‑либо… По своим физическим свойствам фтороуглероды – почти полные аналоги углеводородов. Но на этом их общие свойства и…

Союз углерода и кремния

   

Удивительные сита

Во‑первых, как и многие пластмассы, они нерастворимы в воде и органических растворителях. А во‑вторых, в них входят так называемые… Ион водорода в них может замещаться каким‑нибудь металлом. Так… Эти своеобразные соединения получили название ионообменников. Те из них, что способны взаимодействовать с катионами…

Химические клешни

А что делать, если есть ценный химический элемент в смеси с огромным количеством тех, что не представляют для вас какой‑либо ценности? Или… Такое случается нередко. Примесь гафния в цирконии, который используется в…  

Химия в белом халате

В средние века окреп союз химии и медицины. Химия тогда еще не заслужила права именоваться наукой. Ее воззрения были слишком туманны, а ее силы… Но, барахтаясь в сетях мистики, химия училась излечивать людей от тяжких… Среди «аптекарей» Парацельс был одним из самых выдающихся. Список его лекарств включал ртутные и серные мази (кстати,…

Чудо из плесени

Слово это – «антибиотики». Но еще раньше, чем со словом «антибиотики», человек познакомился со словом… Уже в средние века было известно о лечебном действии некоторых видов плесеней. Правда, представления средневековых…

Микроэлементы – витамины растений

На заре биохимии на такие пустяки внимания не обращали. Подумаешь, какие‑то там сотые или тысячные доли процента. Такие количества тогда и… Техника и методы анализов совершенствовались, и ученые находили все большее и… Но кое‑что сегодня уже известно. Например, что в различных организмах присутствуют такие элементы, как кобальт,…

Что едят растения и при чем тут химия?

Растения, казалось, были куда более неприхотливыми. И в знойной пустыне и в полярной тундре уживались травы и кустарники. Пусть чахлые, пусть… Что‑то было потребно для их развития. Но что? Это загадочное… А ясности не было.

Маленькая аналогия, или как химики накормили растения калием

…Издавна были известны Стассфуртские соляные залежи в Германии. Они содержали многие соли, главным образом калия и натрия. Соль натрия, поваренная… Тут и помогла химия. Она нашла простой метод очистки калиевых солей от магния.… Вскоре после этого во многих странах были созданы заводы по выработке калийных удобрений. А теперь во многих странах…

Для чего нужен фосфор?

Каждый год урожаи всего мира уносят с полей около 10 миллионов тонн фосфорной кислоты. Для чего же нужен фосфор растениям? Ведь он не входит ни в… Фотосинтез – это не просто синтез углеводов из углекислоты и воды, который… Поглощение растением углекислоты из воздуха происходит с помощью фосфорных соединений. Неорганические фосфаты…

Химическая война

Много ли вреда причиняет, например, обычный овод? Оказывается, это зловредное создание приносит убыток, только в нашей стране исчисляемый миллионами… Что такое «цид» в переводе на русский язык? Это значит – убивающий. И вот… До второй мировой войны широко применялись в основном неорганические ядохимикаты. Различных грызунов и насекомых,…

Помощники земледельца

Для начинающих это довольно интересная операция. Но примерно лет через десять‑пятнадцать она до того надоест, что иногда хочется отрастить… А возьмите, например, траву. На железнодорожном полотне она недопустима. И… А нельзя ли придумать какой‑нибудь химический способ «бритья»? Оказывается, можно.

Обслуживают призраки

Это теперь. Сто лет назад такой дар показался бы исключительно щедрым. Его действительно преподнесли английские химики. И не кому‑нибудь, а… Видите, как все в мире относительно. В прошлом столетии не знали дешевого… Многие элементы периодической системы и поныне стоят недешево. И это часто ограничивает их применение. Но мы уверены,…

Несколько слов в оправдание

В ином деле самое трудное – вовремя остановиться. Но остановиться все‑таки надо. Даже если на кончике пера повис очередной… Но это, как говорится, присказка. А в заключение мы хотим сказать следующее.

Содержание

Вместо предисловия … 3

 

Обитатели большого дома

Как астрономы оказали химикам медвежью услугу … 12 Двуликий элемент … 14 Самый первый, самый удивительный … 18

Змея, кусающая свой хвост

Молнии и черепахи … 105 Чудесный барьер … 107 Змея, кусающая свой хвост … 103

Химический музей

Причина многообразия и ее следствия … 134 Химические кольца … 137 Третья возможность … 139

Ее глазами

Чтобы порох был хорошим … 174 Как был открыт германий … 176 Свет и цвет … 178

Дмитрий Николаевич Трифонов и Лев Григорьевич Власов

Они родились в 1932 году, вместе учились на химическом факультете Московского университета, а в 1963 году оба стали кандидатами наук. Только… Книжечка «Рожденные заново», выпущенная издательством «Знание» в 1962 году, –…