Как там у вас, на Бета-Лире?

Приведенное определение позволяет сразу и решительно освободиться от ига воды в теории кислот и оснований. В самом деле, ведь способностью к самодиссоциации обладает множество жидкостей (строго говоря — все жидкости). Вот хотя бы многократно поминавшийся здесь жидкий аммиак. Он самодиссоциирует по уравнению: 2NH₃ = NH₄^– + NH₂⁺.

И из этого простенького уравнения следуют очень важные следствия. Кислотами в жидком аммиаке будут те соединения, которые способны отщеплять тот же катион, что и сам аммиак. Таким образом, хлористый аммоний NH₄Cl («нашатырь») в жидком аммиаке — не соль, как в воде, а самая что ни на есть кислота. Раствор же амида калия KNH₂ в этом растворителе — основание. И, наконец, вода, растворенная в жидком аммиаке, — самая настоящая соль. К этой теории следует привыкнуть, а привыкнув, каждый признает, что она совершенно строгая, логичная и красивая, а главное, романтичная, потому что дает широкий простор для предположений о различных неводных формах жизни — ведь и в неводных растворителях реакции должны протекать по тем же законам, что и в воде. Правда, эти предположения должны основываться на достаточно хорошем знании законов химии. Иначе…

Иначе можно засомневаться в правильности наблюдений даже такого высокоученого и высокоправдивого автора, как бесстрашный космопутешественник Ийона Тихий, который, посетив планету Огненную, где жизнь построена не на воде, а на жидком аммиаке, отметил, что тамошние жители интересуются видами на урожай нашатыря (публикация проф. А. С. Тарантоги. См. сборник произведений Станислава Лема, изд-во «Молодая гвардия», М., 1965, с. 118). Почтенный капитан Тихий, несомненно, что-то напутал. Мы убедились, нашатырь в жидком аммиаке — это то же, что соляная кислота у нас на Земле. Поэтому он никак не может произрастать, а его могут только производить. По-видимому, Ийона Тихий попал на производственное совещание, где шла речь о перевыполнении плана производства кислоты, а киберпереводчик у космопроходца, как обычно, барахлил.

Теперь вернемся к цитате, с которой начинался этот раздел о кислотах и основаниях. Представим себе, быть может, и не очень привычный для непосвященного, но, в общем, совершенно законный растворитель… расплавленный хлористый калий КCl (температура плавления которого 776 градусов, что никак не может служить препятствием для экспериментов с таким растворителем). В соответствии с введенным только что определением любое соединение, имеющее тот же катион, что и растворитель, то есть катион калия К⁺, будет в расплавленном хлористом калии кислотой. Есть ли что-либо удивительное и противоречивое в том, что едкое кали KOH в расплавленном KCl — кислота? А обладающий тем же анионом, что и растворитель, НCl есть в КCl основание. Ну, а вода здесь снова выступает в роли соли. Так что ровным счетом ничего необычного в приведенной цитате нет. Конечно, следовало бы сказать с самого начала, что речь идет не о водных растворах, а о растворе в расплавленном хлористом калии, но ведь тогда было бы не так интересно читать. Не так интересно да и не очень понятно без тех разъяснений, которые следовали за цитатой.

Если бы храбрый Ийона Тихий во время своего путешествия на планету Огненную догадался захватить в обратную дорогу огненский учебник химии, то, перелистывая его во время длительного возвращения на Землю, капитан с удивлением обнаружил бы, что в учебнике начисто отсутствует раздел, посвященный основаниям, но зато глава, описывающая кислоты, занимает большую часть учебника.

Герои одного из рассказов И. Ефремова встречаются с разумными существами, постоянная обитель которых — фторидная планета. На этой планете жизнь основана на растворах не в воде, а в жидком фтористом водороде. Так вот, если бы земляне вздумали втолковать фторидцам, что такое кислота, то они встретились бы с полным непониманием. Фторидцы хорошо знакомы с основаниями, но кислоты для них — экзотика, о которой не упоминают и самые подробные энциклопедии фторидной планеты.

Не надо торопиться бросать упрек огнянам в невнимании к одному из важнейших классов соединений — к основаниям. Точно так же нельзя заподозрить фторидцев в пренебрежении к кислотам. Известно, что молекула аммиака жадно притягивает к себе протон — куда энергичнее, чем вода. Поэтому соединения, которые в воде даже и не помышляют быть кислотами, в жидком аммиаке становятся ими. Фтористый водород, напротив, так и стремится навязать кому-либо свой протон, то есть заставляет растворенное вещество выступить в роли основания.

Быть основанием в аммиаке может лишь такое соединение, которое тянет к себе протон более энергично, чем аммиак. А таких соединений известно химикам очень немного, меньше, чем хороших теноров в Большом театре. Поэтому число кислот в жидком аммиаке намного больше числа кислот в воде, зато оснований в нем практически не существует.

Точно так же в жидком фтористом водороде в избытке будут присутствовать основания, но кислот там, можно сказать, не будет вовсе.

Теперь читатель ничуть не удивится, узнав, что в огненском учебнике химии начисто отсутствует и понятие «кислотно-основное взаимодействие». Да, осуществить кислотно-основное взаимодействие в растворителе, в котором все растворенные соединения — кислоты, невозможно.

Автор может добавить, что попытка провести кислотно-основную реакцию в жидком фтористом водороде, где имеются только основания, но почти нет кислот, так же имела бы мало шансов на успех.

Спрашивается: возможны ли разнообразные реакции в сильноосновном либо сильнокислом растворителях? Вопрос не из тех, на которые следует давать ответ. Итак, сформулировано очередное условие, предъявляемое к среде, в которой возможно образование живого вещества.

Оказывается, такой растворитель не должен быть очень кислым или очень основным. Но, с другой стороны, растворитель должен обладать достаточной химической активностью, ибо, как мы видели, коль скоро нет взаимодействия растворенного вещества с растворителем — нет кислот и оснований. Соединения, которые одинаково охотно взаимодействуют и с кислотами и с основаниями, называются амфотерными. Вот и найдено достаточно точное определение того свойства, которым должен обладать «жизненный растворитель»: амфотерность.

Это требование резко сужает круг возможных «жизненных растворителей». Настолько резко, что мажорное определение «множество», которым мы хвалились выше, отмечая количество всевозможных жидкостей, сводится к минорному «небольшое число».

Ушат воды

Теперь можно перейти ко второму из тех основных условий, которым должен удовлетворять «жизненный растворитель». Условие это на первый взгляд (ох, уж эти первые взгляды!) несложно: растворитель должен растворять. Подозрительно смахивает на каламбур. Но тем не менее утверждение серьезно — серьезнее некуда.

Растворимость… Не любят химики эту проблему. Да и как любить, когда ни с какой стороны к ней не подступиться. Ведь, говоря честно, химики и сегодня точно не знают, почему, например, сернокислый магний превосходно растворяется в воде, а сернокислый барий, который по многим химическим свойствам походит на сернокислый магний, можно сказать, не растворяется вовсе.

Что ни говорите, а обидно. Обидно, потому что химия объясняет нынче проблемы, казалось бы, куда более сложные.

Вряд ли стоит пересказывать во всех перипетиях историю сражения химии с проблемой растворимости — и потому, что это пусть и интересная, но для предмета этой книги побочная тема, и потому, что химики такие же люди, как все, и, следовательно, не очень любят распространяться о своих неудачах.

Впрочем, не стоит считать, что дело здесь обстоит совсем безнадежно. Сегодня химик может с большой определенностью, не заглядывая в таблицы растворимости, предсказать, что, например, углеводород гексан будет отлично растворяться в углеводороде бензоле, а хлористое серебро — в расплавленном хлористом калии (знакомый уже нам растворитель!).