Читать книгу Удивительные истории о веществах самых разных - Бахыт Кенжеев - Страница 3

Увы, некоторые химические элементы тоже склонны к нетрадиционной ориентации, в последнее время занимающей умы многих наших соотечественников. Действительно, Господь (как считает один из авторов) или Природа (как считает другой автор) создавали элементы для того, чтобы они плодились и размножались, то есть вступали в связь с другими элементами, образуя все разнообразие химических веществ. У людей два пола, у элементов – куда больше, но разница тут непринципиальна.

Возьмем, например, кислород. Его задача (согласно Богу или, если угодно, Природе) – соединяться с другими элементами, отбирая у них электроны. Вот что об этом пишут умные люди.

Сильный окислитель взаимодействует практически со всеми элементами, образуя оксиды. Степень окисления –2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры (это и есть горение). Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:

Окисляет соединения, которые содержат элементы с немаксимальной степенью окисления:

Окисляет большинство органических соединений:

Кислород реагирует непосредственно (при нормальных условиях, при нагревании и/или в присутствии катализаторов) со всеми простыми веществами, кроме золота и инертных газов (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон); реакции с галогенами происходят под воздействием электрического разряда или ультрафиолета. Косвенным путем получены оксиды золота и тяжелых инертных газов (ксенон, радон). Во всех двухэлементных соединениях кислорода с другими элементами он играет роль окислителя, кроме соединений с фтором.

Результатом является здоровое потомство окислов, живущее уже собственной жизнью и вступающее в реакцию с другими веществами, обеспечивая, таким образом, химическое (по аналогии с биологическим) разнообразие на нашей планете, да и во Вселенной заодно.

Однако огромная часть атомов кислорода отлынивает от выполнения своего исконного предназначения и соединяется попросту друг с другом в молекулы О₂, теряя на этот противоестественный союз значительную часть своего окислительного потенциала. Но и этим безобразием дело не ограничивается. Под влиянием ионизирующего излучения некоторые представители атомов кислорода окончательно теряют стыд и соединяются по трое в молекулы озона О₃. Остается только развести руками и поговорить о свойствах этого вещества и его роли в нашей жизни.

Впервые озон обнаружил в 1785 году голландский физик и ботаник Мартин ван Марум по характерному запаху и окислительным свойствам, которые приобретает воздух после пропускания через него электрических искр, а также по способности окислять ртуть при обычной температуре, вследствие чего она теряет свой блеск и начинает прилипать к стеклу. Все мы знаем, что воздух после грозы (то есть пропускания через него электрических разрядов) начинает «пахнуть озоном», то есть кажется более свежим. Вот как расхваливает озон в своих стихах 1989 года, посвященных Семену Кирсанову, поэт Давид Самойлов:

Поэтам дозволяется многое, но справедливости ради отметим, что озон, эта аллотропная модификация кислорода, чрезвычайно агрессивен, поскольку легко распадается на обычную молекулу О₂ и атомарный кислород, способный окислить едва ли не любое вещество. Органику он разрушает напрочь, металлы (за исключением золота, платины и иридия) превращает в окиси, сульфиды – в сульфаты, серу – в серную кислоту, и так далее.

Озон образуется во многих процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода, например при разложении перекисей, окислении фосфора и т. п. В промышленности его получают из воздуха или кислорода в озонаторах действием электрического разряда. Сжижается O₃ легче, чем O₂, и потому их несложно разделить.

Полезен ли озон для человека? Прямо скажем, что компот или свиная отбивная действуют на наш организм гораздо благотворнее. Высокая окисляющая способность озона и образование во многих реакциях с его участием свободных радикалов кислорода делают его крайне ядовитым. Говорят даже, что при долгом нахождении в среде с повышенной концентрацией этого газа он может стать причиной мужского бесплодия. В России озон относится к вредным веществам первого, самого высокого класса опасности.

Впрочем, человечество ухитрилось и ему найти применение. В качестве окислителя он используется для стерилизации медицинских инструментов, в химическом синтезе, для отбеливания бумаги и очистки масел. В качестве непревзойденного обеззараживающего средства – для очистки воздуха, помещений и одежды, а главное – водопроводной воды, представляя собой прекрасную замену хлору (от озона в воде не остается неприятного привкуса). В Европе подобную обработку проходит 95 процентов водопроводной воды; есть станции озонирования и в России, например в Москве и Нижнем Новгороде. Кроме того, озоном обрабатываются многие марки родниковой воды в бутылках (что, пожалуй, и лишнее, поскольку в такой воде микробов быть не должно с самого начала).

Да, несправедливо будет не упомянуть об озонотерапии, когда больных – в частности, онкологических – заставляют дышать озоном, вводят его в суставы и в подкожную клетчатку в чистом виде, а в кровеносное русло – смешивая с физиологическим раствором и/или кровью пациента. Думается, что толченый рог носорога и печень тигра все‐таки полезнее, а услуги хорошего шамана, которые, во всяком случае, вам не повредят, обойдутся значительно дешевле.

А теперь перейдем к главной роли озона в качестве спасителя жизни на нашей планете. Дело в том, что в верхних слоях атмосферы под действием солнечного излучения образуется и поддерживается озоновый слой. Значительная часть ультрафиолета при этом поглощается, не достигает земли и, соответственно, не истребляет птиц, белочек, людей и прочих крокодилов, которые в противном случае вымерли бы еще пару миллиардов лет назад, а может быть, и вовсе бы не зародились.

Все бы хорошо, но (как и в случае пресловутого глобального потепления) алчное человечество роет само себе могилу, способствуя разрушению этого волшебного слоя. Так, по крайней мере, думает большинство ученых (к которым авторы не относятся). В докладе Всемирной метеорологической организации (ВМО) за 2012 год отмечено, что озоновый слой над Арктическим регионом уменьшается почти каждую зиму, но в предыдущие годы слой становился тоньше не более чем на 30 процентов, а за зиму 2010 – 2011 годов снижение составило рекордные 40 процентов. Авторы доклада обвиняют в этом, во‐первых, используемые в быту химические соединения и, во‐вторых, необычайно низкие зимние температуры в стратосфере.

Так называемая «озоновая дыра», то есть область с пониженной на 30 процентов и более концентрацией озона, регулярно образуется над Антарктидой именно из‐за ежегодно низких температур в стратосфере над этим континентом. При этом образуются облака из мелких кристаллов льда, на поверхности которых осаждаются химические вещества земного происхождения, которые и вступают в реакцию с озоном. В Арктике ситуация иная, здесь стратосферная температура может вообще не упасть до тех –80^ºС, при которых образуется дыра. И в отдельные годы уменьшения озонового слоя над Арктикой вообще не происходит.

Впервые образование «озоновой дыры» было зафиксировано над Антарктидой в 1985 году английской экспедицией. Вскоре нашли и «виновника» распада озона. Большинство образующихся в результате человеческой деятельности веществ не в состоянии добраться до стратосферы и разлагаются еще в нижних слоях атмосферы. И только чрезвычайно инертные соединения углерода с хлором и фтором – фреоны достигают озонового слоя и подвергаются воздействию этого высокоактивного окислителя. Фреонов нам не жалко, а вот озон в результате таких реакций превращается в обычный кислород О₂, не задерживающий вредный ультрафиолет.

Главными механизмами распада озона являются азотный, кислородный, водородный и галогеновый. Эти реакции представляют собой каталитические циклы, поэтому их также называют соответствующими циклами.

Кислородный цикл (механизм Чэпмена):

Азотный цикл (NO_x):

Водородный цикл (HO_x):

Хлорный цикл (ClO_x):

Паника поднялась, когда выяснилось, что в хлорном цикле могут участвовать упомянутые фреоны, созданные человеком для нужд холодильной промышленности и для употребления в аэрозолях. Изучение химии этих соединений проводилось еще с начала 70‐х годов прошлого века, а после сообщений об «озоновой дыре» химики довольно быстро разобрались в особенностях реакции фреонов с озоном, названной циклом Молина. За эту работу в 1995 году трое ученых получили Нобелевскую премию – несомненно, под влиянием озоновой истерии, поскольку сама‐то работа ничего выдающегося с научной точки зрения не представляет.

Еще до признания заслуг этих ученых в 1989 году почти 200 стран-членов ООН подписали Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, и взяли на себя обязательство сначала сократить, а потом и вовсе отказаться от употребления фреонов, обвиненных в общемировом геноциде. И со временем производство этих веществ во многих странах было действительно свернуто. Например, в России аэрозольные баллончики с дезодорантами или краской теперь заполняют крайне пожароопасными бутаном и пропаном, а в холодильниках используют фторуглероды.

Последнее очень важно, поскольку оказалось, что виноваты не сами фреоны, а содержащийся в них хлор. Соединения же углерода только с фтором (фторуглероды) безвредны. Но когда это выяснилось, сразу же возник вопрос: а являются ли пресловутые фреоны единственным источником хлора? Ответ был известен давным-давно: при извержении лишь одного среднего вулкана, которые происходят каждый год, выделяется во много раз большее количество хлора, чем можно набрызгать из всех баллончиков всего мира.

Речь не идет о том, чтобы Нобелевскую премию у знаменитой троицы отобрать. Следует всего лишь прекратить озоновую истерию. Кому может повредить ультрафиолет в безлюдных Арктике и Антарктике? И при чем тут несчастные аэрозоли? Дыра то образуется, то пропадает, так было уже десятки раз, и никому особенно навредить не может. Кстати, в докладе ВМО за 2014 год уже констатируется стабилизация размеров озоновой дыры – правда, это отрадное событие объяснено именно сокращением выпуска фреонов.

Авторы этой книги в данном вопросе, как вы поняли, занимают ретроградную позицию, полагая, что фреоны не более виновны в истончении озонового слоя, чем пукающие метаном коровы – в антропогенном глобальном потеплении (а это одна из официальных причин, объясняющих данное печальное явление). Всякий раз, когда совестливые ученые призывают остановить гибель нашей планеты, вызванную глобальным потеплением, нам вспоминается знаменитая картина Брейгеля «Охотники на снегу»: не только шедевр живописи, но и свидетельство того, что во Фландрии XVII века стояли настоящие русские зимы – с сугробами и замерзающими прудами. К началу XX века эти суровые зимы сошли на нет, причем промышленная революция (равно как и невоспитанные коровы) не играла в этом решительно никакой роли, поскольку ее масштабы в то время были слишком скромны.

Впрочем, мы ни на чем не настаиваем. Пускай читатель придет к выводу самостоятельно. Что до озона, то и ему (точнее, озоновому слою, который – о, поэтическая вольность! – размещен поэтом не в стратосфере, а прямо у поверхности земли) нашлось место в российской поэзии, например, в поэме Андрея Вознесенского «Оза», в свое время весьма и весьма впечатлившей публику 60‐х годов прошлого века. Вот соответствующий отрывок: