Популярная библиотека химических элементов. Книга первая. Водород — палладий

ПОЧЕМУ БЫЛ ВОЗМОЖЕН ЗНАМЕНИТЫЙ ДВЕНАДЦАТИДНЕВНЫЙ ОПЫТ. Известно, что природу горения Лавуазье открыл после своего знаменитого двенадцатидневного опыта, в котором он длительное время нагревал в запаянной реторте навеску ртути, а позже — образовавшуюся окись ртути.

Ртуть — металл «полублагородный». При умеренном нагревании она, подобно обычным металлам, соединяется с кислородом.

Но при нагревании выше 450°С окись ртути, подобно окислам благородных металлов, распадается на ртуть и кислород. Кстати, ртуть — единственный из металлов, известных в XVIII в., способный присоединить кислород или, наоборот, отщеплять его от себя — в зависимости от изменения температуры. Возможно, что, если бы Лавуазье работал не с ртутью, а с другим веществом, флогистонная теория могла бы просуществовать еще несколько лет.

ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ. Природный кислород состоит из трех изотопов с массовыми числами 16, 17 и 18. Преобладает самый легкий изотоп ¹⁶O: на каждые 3150 атомов этого изотопа приходится лишь пять атомов ¹⁸O и один атом ¹⁷O. Это не значит, конечно, что тяжелые изотопы кислорода бесполезны.

С помощью стабильной «метки» — атомов тяжелого кислорода ¹⁸O — удалось выяснить «происхождение» кислорода, выделяемого растениями в процессе фотосинтеза. Раньше считалось, что это кислород, высвобождаемый из молекул углекислого газа, а не воды.

Опыты с метками показали обратное: растения связывают кислород углекислого газа, а в атмосферу возвращается кислород из воды.

ЗАГАДКА ЭФФЕКТА ДОЛА. Говорят, «Париж — всегда Париж», как бы ни менялся со временем его облик. Точно так же кислород — всегда кислород, независимо от того, каким способом и из каких источников он получен. Но в 1936 г. элемент № 8 задал ученым всего мира очередную загадку: американский химик Малколм Дол обнаружил, что изотопный состав атмосферного кислорода и кислорода, полученного при электролизе воды, — неодинаков. «Водный» кислород тяжелее воздушного, содержание в нем тяжелого изотопа ¹⁸O примерно на 3% больше (если за 100% считать количество кнслорода-18 в воде, то в кислороде воздуха его 103%).

Как же так? Доказано, что атмосферный кислород — продукт фотосинтеза, причем получается он именно из воды, в процессе дегидрогенизации. На построение сложных органических молекул растение использует углекислый газ и отщепленный от воды водород, а освободившийся кислород уходит в атмосферу. Откуда же берутся три «лишних» процента?

Ответить на этот вопрос пытались и сам Дол, и многие ученые других стран. Но окончательный ответ так и не был получен, а первооткрыватель удивительного эффекта вскоре вообще оставил проблемы фотосинтеза и занялся полимерами.

Еще перед войной исследованием изотопного состава кислорода разного происхождения занялись два советских ученых —

A. П. Виноградов (впоследствии академик) и Р. В. Тейс. Они выяснили, что кислород морской воды легче кислорода воздуха, а тот в свою очередь легче кислорода углекислоты. В этой же работе впервые была установлена тождественность водного и фотосинтетического кислорода (по изотопному составу). Но на вопрос о трех лишних процентах ответа не было.

К исследованиям, прерванным Великой Отечественной войной, Виноградов и Тейс вернулись лишь в 1946—1947 гг. и, казалось, сумели вскоре объяснить эффект Дола. Их расчеты и опыты показали, что легкий изотоп кислорода ¹⁶O вступает в реакции немного легче, чем тяжелый, и потому атмосфера постепенно обогащается изотопом ¹⁸O. Трехпроцентный избыток соответствует точке равновесия. Главные создатели эффекта Дола — водоросли и микрофлора мирового океана, которые, кстати, регенерируют большую часть атмосферного кислорода.

Объяснение, найденное советскими учеными, казалось наиболее правдоподобным. К тому же оно подтверждалось опытами. Но спустя несколько лет их сотрудник доктор биологических наук

B. М. Кутюрин показал, что эффект Дола нельзя объяснить только теми процессами, о которых писали Виноградов и Тейс. Для того чтобы, как говорят бухгалтеры, свести баланс, нужно найти еще какие-то неведомые пока процессы.

ГОРНАЯ БОЛЕЗНЬ. Помните, как волновались тренеры при подготовке к Олимпиаде в Мехико? Газеты пестрели словами «акклиматизация», «условия высокогорья» и т. д. Человеку, впервые попавшему в горы, действительно на высоте «не хватает воздуха». Точнее — кислорода. А почему? Ведь относительная концентрация этого элемента в земной атмосфере с высотой практически не меняется. Но на высоте парциальное давление кислорода, как и общее давление, понижено. Причина «горной болезни» в том, что в разреженном воздухе кровь не успевает насытиться кислородом, и — наступает кислородное голодание. Люди, постоянно живущие в горных районах, кислородной недостаточностью от высоты не страдают. Их организм приспособился к горным условиям: интенсивнее протекают процессы кровообращения, организм вырабатывает больше гемоглобина. Тем самым недостаточное парциальное давление кислорода в воздухе компенсируется.

ИЗ КНИГИ ИЗВЕСТНОГО ЛЕТЧИКА. При полетах на большой высоте пилотам приходилось и приходится пользоваться кислородными аппаратами. Известный летчик Г. Ф. Байдуков упоминает об этом в книге о перелете (вместе с В. П. Чкаловым и А. В. Беляковым) через Северный полюс в Америку: «Успокоившись, что полюс не прозеваю, я ушел на бак, чтобы подкачать масло. Масло начало густеть, и это намного усложнило операцию перекачки. Выполняя эту физическую процедуру на высоте 4200 м, я почувствовал учащение пульса и решил воспользоваться кислородом. Омоложение в буквальном смысле — вот действие кислорода после трудов праведных. Дыхание стало ровным, пульс вошел в норму, и я уснул».

ОШИБКА ПОЭТЕССЫ. В одном из сочинений известной поэтессы Веры Инбер есть такие слова: «Подобно тому, как кислород и азот, соединяясь, составляют воздух, необходимый для жизни, — точно так же мысль и чувство… образуют воздух, которым дышит поэзия». Не верьте поэтессе. Во втором утверждении она, возможно, и права, а вот первое не выдерживает никакой критики: в воздухе кислород не соединен, а смешан с азотом и другими газами. Это и позволяет разделять их чисто физическими методами.

ПРИВЕРЕДЛИВЫЙ КАРП. Джозеф Пристли, открывший кислород, считал, что этот газ в воде не растворяется. К счастью, это не так. Иначе рыбы не могли бы жить в воде. Характерно, что для разных пород рыб нужно разное количество кислорода. Наименее требователен карась, который спокойно живет в заросших прудах, где почти весь растворенный в воде кислород расходуется на окисление органических веществ. Из прудовых рыб самый привередливый в этом смысле — карп. Ему нужно, чтобы концентрация кислорода в воде была не меньше 4 мг/л. Еще больше кислорода требуется рыбам, обитающим в реках, особенно горных, например форели.

ЛЕЧЕБНЫЕ ЦЕНТРЫ ГБО. Уже несколько лет, с 1967 г., в нашей стране действуют Центры гипербарической оксигенизации. При повышенном давлении увеличивается содержание кислорода в крови. В барокамерах проводят сложные хирургические операции, лечат некоторые формы сердечной недостаточности, повреждений мозга, почек и печени, мягких и костных тканей, газовую гангрену, столбняк, иногда даже принимают роды. И во всех этих случаях нередко именно кислород оказывается решающим спасительным средством.

Фтор

Самый активный, самый электроотрицательный самый реакционноспособный, самый агрессивный элемент, самый-самый неметалл. Самый, самый, самый… Это слово или его синонимы нам придется повторять очень часто.

Ведь речь идет о фторе.

На полюсе периодической системы

Фтор — элемент из семейства галогенов, в которое входят также хлор, бром, йод и искусственно полученный радиоактивный астат. Фтору свойственны все особенности собратьев по подгруппе, однако он подобен человеку без чувства меры: все увеличено до крайности, до предела. Это объясняется прежде всего положением элемента № 9 в периодической системе и его электронной структурой. Его место в таблице Менделеева — «полюс неметаллических свойств», правый верхний угол. Атомная модель фтора: заряд ядра 9+, два электрона расположены на внутренней оболочке, семь — на внешней. Каждый атом всегда стремится к устойчивому состоянию. Для этого ему нужно заполнить внешний электронный слой. Атом фтора в этом смысле — не исключение. Захвачен восьмой электрон, и цель достигнута — образован ион фтора с «насыщенной» внешней оболочкой.