Книга по химии для домашнего чтения

В 1836 г. русский физик и электротехник Борис Семенович Якоби (1801–1874) проводил обычный электролиз водного раствора сульфата меди CuSO₄ и на одном из медных электродов увидел образовавшееся тонкое медное покрытие:

[Cu(H₂O)₄]²⁺ + 2е^- = Cu↓ + 4Н₂O.

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

9.14. НЕОЖИДАННЫЙ ВЗРЫВ

Однажды на химическом складе обнаружили две забытые бутыли диизопропилового эфира — бесцветной жидкости (CH₃)₂CHOCH(CH₃)₂ с температурой кипения 68°C. К удивлению химиков, на дне бутылей оказалась кристаллическая масса, похожая на камфару. Кристаллы выглядели вполне безобидно. Один из химиков вылил жидкость в раковину и попытался растворить кристаллический осадок водой, но это ему не удалось. Тогда бутыли, которые не удалось вымыть, отвезли на городскую свалку без всяких предосторожностей. А там кто-то кинул в них камнем. Последовал сильнейший взрыв, по мощности равный взрыву нитроглицерина (см. 9.10). Впоследствии выяснилось, что в эфире в результате медленного окисления образуются полимерные пероксидные соединения — сильные окислители, огнеопасные и взрывчатые вещества.

9.15. ИСКУССТВЕННАЯ КРОВЬ

Химик Уильям-Менсфилд Кларк (1884–1964) из Медицинского колледжа штата Алабама (США), решив утопить пойманную крысу, погрузил ее с головой в первый попавшийся ему на глаза стакан с силиконовым маслом, стоявший на лабораторном столе. К его удивлению, крыса не захлебнулась, а дышала жидкостью почти 6 часов. Оказалось, что силиконовое масло было насыщено кислородом для какого-то опыта. Это наблюдение послужило началом работ по созданию «дыхательной жидкости» и искусственной крови. Силиконовое масло — жидкий кремнийорганический полимер, способный растворять и удерживать до 20% кислорода. В воздухе, как известно, содержится 21% кислорода. Поэтому силиконовое масло и обеспечивало некоторое время жизнедеятельность крысы. Еще большее количество кислорода (более 1 л на каждый литр жидкости) поглощает перфтордекалин C₁₀F₁₈, применяемый в качестве искусственной крови.

9.16. ТОЖЕ КЛАТРАТ

В 1811 г. английский химик Дэви (см. 2.44) пропускал газообразный хлор через воду, охлажденную до 0ºC, для очистки его от примеси хлороводорода. Уже тогда было известно, что растворимость HCl в воде резко возрастает с понижением температуры. Дэви с удивлением увидел в сосуде желто-зеленые кристаллы. Природу кристаллов он установить так и не смог. Только в нашем веке было доказано, что кристаллы, полученные Дэви, имеют состав Сl₂∙(7+x)Н₂O и являются нестехиометрическими соединениями включения, или клатратами (см. 5.11, 5.12; 9.3). В клатратах молекулы воды образуют своеобразные клетки, замкнутые со всех сторон и включающие молекулы хлора. Случайное наблюдение Дэви положило начало химии клатратов, имеющих разнообразное практическое применение.

9.17. ФЕРРОЦЕН

На нефтеперерабатывающих заводах давно замечали образование красного кристаллического налета в железных трубопроводах, когда по ним при высокой температуре пропускали продукты перегонки нефти, содержащие циклопентадиен C₅H₆. Инженеры лишь досадовали на необходимость дополнительной очистки трубопроводов. Один из наиболее любознательных инженеров проанализировал красные кристаллы и установил, что они представляют собой новое химическое соединение [Fe(C₅H₅)₂], которому дали тривиальное название ферроцен, химическое же название этого вещества — бис-циклопентадиенилжелезо(II). Стала понятной и причина коррозии железных труб на заводе. Ее вызывала реакция

2С₅Н₆ + Fe = [Fe(C₅H₅)₂] + H₂↑.

9.18. ФТОРОПЛАСТ

Первый полимерный материал, содержащий фтор, известный у нас под названием фторопласт, а в США — тефлон, был получен случайно. Однажды в лаборатории американского химика Р. Планкетта в 1938 г. из баллона, наполненного тетрафторэтиленом CF₂CF₂, перестал поступать газ. Планкетт открыл кран полностью, прочистил отверстие проволокой, но газ не выходил. Тогда он встряхнул баллон и почувствовал, что внутри его вместо газа находится какое-то твердое вещество. Баллон был вскрыт, и из него высыпался белый порошок. Это был полимер — политетрафторэтилен, получивший название тефлон. В баллоне прошла реакция полимеризации

n(CF₂CF₂) = (—CF₂—CF₂—CF₂—)_n.

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

9.19. МОЧЕВИНА

В 1828 г. немецкий химик Вёлер (см. 2.18) пытался получить кристаллы цианата аммония NH₄NCO. Он пропустил аммиак через водный раствор циановой кислоты HNCO в соответствии с реакцией

HNCO + NH₃ = NH₄NCO.

Полученный раствор Вёлер выпарил до образования бесцветных кристаллов. Каково же было его удивление, когда анализ кристаллов показал, что им получен не цианат аммония, а хорошо известная мочевина (NH₂)₂CO, называемая теперь карбамидом (см. 6.5). Мочевину до Вёлера получали только из человеческой мочи. Взрослый человек ежедневно выделяет, с мочой около 20 г мочевины. Вёлеру никто из химиков того времени не поверил, что органическое вещество можно получить вне живого организма. Считалось, что органические вещества могут образовываться только в живом организме под воздействием «жизненной силы». Когда Вёлер сообщил шведскому химику Берцелиусу (см. 2.19) о своем синтезе, то получил от него следующий ответ: «…Тот, кто положил начало своему бессмертию в моче, имеет все основания завершить свой путь вознесения на небеса при помощи того же предмета…»

Синтез Вёлера открыл широкую дорогу получению многочисленных органических веществ из неорганических. Много позднее было установлено, что при нагревании или при растворении в воде цианат аммония превращается в мочевину (см. 8.5):

NH₄NCO ↔ (NH₂)₂CO.

9.20. ЦИНКАЛЬ

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