/
Текст
химия жизнь В ЭТОМ НОМЕРЕ: Технологи, внимание! Природа и химия Мальчик или девочка? На границе жизни Элемент № 55 Фантастика Искусство перегонки Наши консультации 03 X а а •з 2 х а ос с; > с о с I о X 3" > со X щ 7 £ 1966
У ' lit ^^**1: iiil v Член-корреспондент Академии наук СССР Георгий Николаевич Флеров вписывает в менделеевскую таблицу символ курчатовия — элемента № 104, недавно идентифицированного радиохимиками в Дубне. Подробности — в следующем номере нашего журнала
химия жизнь В НОМЕРЕ: ТРУДНО БЫТЬ ПЕРВЫМИ. Очерк О. Милюкова 3 НУЖНО, КАК ВОЗДУХ. Очерк В. Станцо 9 УДИВИТЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ. Рассказывает кандидат химических наук А. Ф. Пожарский 13 ЭЛЕМЕНТ № 55: ЦЕЗИЙ. Статья доктора химических наук Ф. М. Перельман 20 КАК ПОСТРОЕН КОКС. Рассказывает доктор технических наук К. П. М е д в е д е в 25 ЧЕЛОВЕК: ГЕНЕТИКА И ЭВОЛЮЦИЯ. Статья М. Д. Голубовского . . 28 МАЛЬЧИК ИЛИ ДЕВОЧКА! Перевод с французского 36 БОЛЕЗНИ И НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ. Статья В. Николаева 38 НАШИ КОНСУЛЬТАЦИИ 43 ХИМИЧЕСКАЯ КУХНЯ: ИСКУССТВО ПЕРЕГОНКИ. Рассказывает В. Леонтьев . 44 ЧТО ВЫ ЗНАЕТЕ И ЧЕГО НЕ ЗНАЕТЕ О ПЕРЕГОНКЕ 50 ЗАОЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ЧИТАТЕЛЕЙ НАШЕГО ЖУРНАЛА 51 НАШ КАЛЕНДАРЬ. ПЕРЕЧЕНЬ ЮБИЛЕЙНЫХ ДАТ. ПЕРВЫЙ АНАЛИЗ — очерк В. Азериикова. ИЗ ПЕРЕПИСКИ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА и К. А. ВИНКЛЕРА — заметки А. Макареия 52 ГАЗОВАЯ ГАСТРОНОМИЯ. Статья Г. Г о ш е в а 57 ЕЩЕ О ЦЕЗИИ 60 ТЕХНИЧЕСКАЯ ОШИБКА. Научно-фантастический рассказ Артура Кларка 63 НАУКА НА ЭКРАНЕ: НА ГРАНИЦЕ ЖИЗНИ. Рассказывает Л. Митрофанова 70 Клуб Юный химик. ЮНЫЙ ХИМИК В ПОХОДЕ. 2000 ШКОЛЬНИКОВ ТАТАРИИ СТАВЯТ АГРОХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ. ОПЫТЫ БЕЗ ВЗРЫВОВ. БИОХИМИЯ, ЗАНЯТИЕ ВТОРОЕ. ФОНТАН В КОЛБЕ. ХОТИТЕ ПОДГОТОВИТЬСЯ К ЭКЗАМЕНАМ ПОЛУЧШЕ! КНИЖНАЯ ПОЛКА ЮНОГО ХИМИКА. ЧАЙНВОРД — ЗНАКОМЫ ЛИ ВАМ ЭТИ ВЕЩЕСТВА! ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ ПРОШЛОГО НОМЕРА ... 71 Наш практикум: КАК ВЫТЯГИВАТЬ КАПИЛЛЯРЫ 84 УЧИТЕСЬ ПЕРЕВОДИТЬ. Английский — для химиков 87 Книжная полка. СУДЬБА ПОИСКА. И. Губерман 89 Страница садовода и огородника. ЗЕМЛЯНИКУ — К БУДУЩЕМУ ПЕРВОМАЮ. Советы агронома А. Новоселова 92 Уголок фотолюбителя. КАК СНЯТЬ ПРИВИДЕНИЕ. Советы оператора Б. Ф. Плужникова. . . . « 95 НАУЧНО - ПОПУЛЯРНЫЙ июль 1966 ЖУРНАЛ J^O 7 АКАДЕМИИ НАУК СССР год издания 2-й
I 111 X cC X X Э < X X о. ш X О Лисичанский химический комбинат. Завод капролактама. Колонны ректификации продуктов окисления циклогексана
О. МИЛЮКОВ, ТП1# ПИП I" I ITI специальный корреспондент ■ ■ Ж ШШ Щ Ж ^J ■ ■ ^_ Щ— ■ ■ |L «химии и жизни» IГ J JJL П U DDIID ПЕРВЫМИ О Лисичанском химкомбинате говорят и пишут, вероятно, чаще, чем о любом другом химическом предприятии страны. Не проходит месяца, чтобы на страницах хотя бы одной из центральных газет не появились информации из Северодонецка. Обычно они коротки и шумливы, пестрят всевозможными «досрочно», «перевыполнили», «с энтузиазмом» и т. п., но если очистить эти информации от газетных штампов, то все или почти все в них верно. Верно, что Лисичанский химический комбинат — одно из самых передовых предприятий отрасли. Верно, что многие виды продукции комбината ни в чем не уступают лучшим зарубежным образцам. Верно, что годовая экономия, полученная от внедрения в практику предложений изобретателей и рационализаторов комбината, выражается (в рублях) семизначной цифрой. Верно все то хорошее, что говорится и пишется о делах северодонецких химиков. Плохо только, что в рассказах о комбинате «трубы и литавры» часто создают впечатление беспроблемности и бесконфликтности. А ведь цехи и заводы этого комбината первыми осваивали промышленное производство многих важных химических продуктов, а первым всегда труднее, чем тем, кто идет по пятам. Комбинату есть чем гордиться, его работники— от аппаратчиков до директора — некопили большой опыт. Опыт разумного хозяйствования, опыт освоения новых процессов и новых мощностей, опыт ошибок, наконец, без которых не обходится ни одно серьезное депо. И дело не только в том, что впервые — это сложно. Почти каждое новое производство достается предприятию дорого. Дорого во всех смыслах этого слова. Предприятию-лидеру часто приходится на ходу отлаживать конструкции, технологию, что-то частично менять, что-то делать совсем заново, перестраивать, перекраивать, переделывать — и все это в масштабах громадного завода, в условиях крупнотоннажного выпуска и, что самое важное, в условиях, когда продукцию комбината с нетерпением ждет страна. Несмотря на все эти трудности, уже с 1958 года Лисичанский химический комбинат работает рентабельно, его ежегодная прибыль исчисляется десятками миллионов рублей. ее... А ВОПРОСЫ — ПОТОМ» Комбинат — это объединение нескольких заводов, каждый из которых вполне отвечает определению сскрупное современное предприятие». Объединены они не «волею судеб» и не волею случая, а, прежде всего, трезвым экономическим расчетом. V каждого из заводов есть свой план, свой директор, свои обязательства и свои трудности. Но все они взаимосвязаны, внешне— подъездными путями и эстакадами продуктопроводов, а внутренне — еще многим, что легко ускользает от постороннего взгляда, и особенно от взгляда человека, впервые оказавшегося здесь. Обстоятельно поговорить с директором комбината в его кабинете в принципе невозможно: у производства — своя жизнь. В перерывах между телефонными разговорами с Москвой и Киевом, приказами по селектору, чтением срочных бумаг и другими неотложными делами Виктор Федорович Гогин отвечал на мои вопросы настолько сжато, почти тезисами, что соста- 1* а
вить по этой беседе какое-то общее представление о комбинате мне вряд ли удалось бы. Очевидно, директор подумал о том же. «Знаете чтог — сказал онг — давайте поговорим под конец вашей командировки. Знакомьтесь с комбинатом, а вопросы — потом». НА МЕСТЕ ЛИСХИМСТРОЯ Лисичанский химический комбинат находится в городе Северодонецке. Город стоит на рекег которую путеводитель велит называть не Северным Донцом, а Северским, или Сиверским (от наименования восточнославянских племен северян или севрюковг переселившихся в XIII веке в верхнее течение Донца). Северодонецк стал городом недавно, в конце 50-х годов. Раньше это был район Лисичанска, что на том берегу реки, а еще раньше, когда комбинат только начинал строиться и на его месте было всего несколько палаток и бараков, он назывался поселком Лисхимстрой. Решение о строительстве Лисичанского химического комбината принял XI съезд компартии Украины в 1930 году. Главной продукцией комбината должны были стать минеральные удобрения. Считалось, что место для стройки выбрано удачно — рядом уголь, вода, рядом крупный город с развитой промышленностью. Расчеты эти были, во всяком случае с сегодняшней точки зрения, не совсем точны. Проектировщики не учли, что строят комбинат над водоносными пластами, снабжающими питьевой водой и город Лисичанск, и сам комбинат, а теперь — и вновь построенный Северодонецк, и близлежащие города и поселки. В 60-е годы это привело к тому, что комбинат уже не сможет расширяться — проблема ликвидации отходов и сейчас стоит донельзя остро, а новые производства и вовсе могут отравить источники (воду Северного Донца ниже Лисичанска пить нельзя уже давно). Лисичанск, который дал имя комбинату, — город старый, отметивший свое 250-летие. Здесь, в Лисичьем буераке, в 1712 г. впервые в Донбассе был найден каменный уголь; здесь же начались первые его разработки, и долгое время (почти 50 лет) он давал больше 80% всего угля Донбасса. В Лисичанске же зарождалась и химия Донбасса — там старейший завод «Донсода». История Лисичанского химического комбината началась еще до войны. Пустынный берег, где предполагали строить комбинат, в шутку называли Сахарой. В песчаные барханы этой Сахары первые строители пришли в 1935 году. Трудовой героизм тех лет хорошо известен, комбинат рос быстро. Правда, сейчас на комбинате не осталось ни одного цеха, построенного в те годы,— их уничтожила война. Так что история нынешнего комбината начинается на десять лет позже, но первый продукт, полученный здесь после войны, имел прямое отношение к сельскому хозяйству, как и планировалось еще в тридцатые годы. Аммиачную селитру здесь получили впервые в начале 1951 года. А уже в следующем году ее производство удвоилось. Потом почти каждый год вводились новые производства, осваивались новые виды продукции: аммиак, карбамид, азотная кислота, капролактам, ацетилен, аце- тальдегид, уксусная кислота... Самое характерное для комбината то, что многие из его крупнотоннажных производств были первыми в стране. Лисичанский комбинат — не просто очень большое химическое предприятие; это гигантская лаборатория, где испытываются процессы, зачастую шедшие раньше только в маленьких лабораторных установках, и сразу, по слишком уж большой необходимости, перенесенные на этот громадный испытательный полигон отечественной химии. Но как и от всякого предприятия, от него требуют продукцию, план, качество. ЛИСИЧАНСКИЙ КАПРОЛАКТАМ В науке нередко бывают эксперименты с отрицательным результатом, приводящие исследователей к печальному убеждению, что дальше здесь искать бесполезно. Некоторые из таких экспериментов бывают очень обидными — зачеркнуты годы труда, не оправдались надежды — но во всем этом есть не только печальное. Эксперимент с достоверным отрицательным результатом прибавляет и опыта, и знаний, а приобретенная ясность зачастую оправдывает все затраты. К промышленности этот тезис неприменим. Производственные неудачи — непо- 4
шедшие процессы, ^устанавливающиеся режимы, бездействующие или разрушенные аппараты — обходятся слишком дорого. Мало того, что при этом гибнут многие тонны сырья (а не граммы и килограммы, как в лаборатории). Омертвляется труд, вложенный в процесс и его аппараты сотнями людей. Л в некоторых случаях несвоевременный пуск нового производства больно ударяет ло смежным заводам и отраслям. Поэтому в промышленности «опытов с отрицательным исходом» не должно быть ни при каких обстоятельствах. Но они есть, и часто — это не просто неудачи, а расплата за ошибки и недоработки проектировщиков и исследователей. Одна из таких дорогих ошибок произошла на Лисичанском комбинате при освоении производства капролактама. Из капролактама делают капрон. (Вряд ли нужно подробно объяснять, что капрон— это не только чулки, но и рыболовные снасти, шинный корд, детали многих машин и станков и многое другое). Сейчас, когда у нас есть свой капролак- там, интерес к этому материалу не ослабевает, а когда его не было... Разрабатывались схемы, аппараты, во многих лабораториях ставились бесчисленные опыты. А над всем этим было «надо!», не только и не столько чье-то руководящее «надо!», надо было в первую очередь промышленности. Этим и объяснялся риск, на который пошли химики, решив строить в Се- веродонецке завод капролактама по схеме, которая даже в лабораториях была отработана не совсем. Риск казался оправданным: у схемы были очень весомые достоинства. Капролактам можно получать из фенола и анилина, а можно и из бензола. Бензол — дешевле. На него и сделали ставку ученые. Схема химических превращений выглядела доступной. Бензол обрабатывается водородом и превращается в циклогексан. Циклогексан нитруют азотной кислотой (отсюда общее название схемы — схема нитрования) и превращают в нитроцикпогексан. Не перечисляя последующих стадий, заметим, что их было немного, и каждая реакция неплохо шла в пробирках и колбах. В результате получался капролактам. Но не все реакции, идущие в пробирках, идут в крупных промышленных аппаратах так же хорошо. Процесс оксимирования (в нем участвуют шесть продуктов: водород, нитроцикпогексан, циклогексан, аммиак, конденсат и катализатор — медный порошок), который нормально шел в маленькой лабораторной установке, в заводском реакторе стал неустойчивым. Когда технологам удалось, наконец, стабилизировать этот процесс, возникла новая трудность: в реакторе образовывался медный шлам, катализатор смешивался с целевыми и побочными продуктами, и эти загрязнения переходили в конечный продукт. Попытки отделить их ни к чему не привели. И за два года завод дал всего несколько сот тонн капролактама, не отЕечающего требованиям даже не слишком жесткого стандарта 1946 года. Было у процесса и еще одно «но». Оно могпо прозвучать слишком громко — взрывами. Вместе с другими побочными продуктами в реакторах образовывалась пи- кркновдя кислота — вещество, отнюдь не безопасное. Еще один малоприятный факт: в процессе производства образовывалось столько кубовых остатков, что печи, где их сжигали, не выдерживали больше трех месяцев. И без того огромная сумма бесполезно затраченных средств росла из-за нескончаемых ремонтов печей. Дорого, ох как дорого обошлась лиси- чанцам схема, которая в лабораториях Государственного института азотной промышленности казалось удачной. Кончилось тем, что работы по этой схеме были признаны бесполезными и поэтому прекращены. Когда появились первые затруднения со схемой нитрования и первые сомнения в ее работоспособности, ученые начали разрабатывать другую схему. Азотная кислота была исключена из процесса, и в реакторах уже не могли образоваться взрывоопасные нитраты. В первом номере «Химии и жизни» за 1965 г. была напечатана статья «Капрон из бензола» — как раз об этой схеме, об исследовательских работах того же института— ГИАП. Хочу напомнить об одной верной мысли, высказанной в той статье, — мысли о трудностях исследователей, эмпирически подбирающих условия сложных химических реакций. Химикам из ГИАПа во многом приходилось идти на ощупь — не все поддается расчету в современной химии. И вот этот процесс перенесен на завод. Многократное увеличение массы реагирующих веществ, естественно, сказывается на
ходе процесса. Бывают случаи, когда от этого меняется не только его скорость, но и направление. Предусмотреть в лаборатории все возможные варианты удается редко. Завод капролактама в Северодонецке не стал приятным исключением из правила. Снова пришлось подбирать эмпирически большинство параметров, но уже в условиях промышленного производства; и если в лаборатории сделать это было нелегко, то теперь трудности увеличились во много раз. И исследователи, и конструкторы аппаратов чем только могли помогали заводским технологам, но главные трудности пришлось преодолевать км самим. Одной из общих находок стала двухста- дийная очистка циклогексана, которая во многом определила высокое качество лисичанского капролактама. Впрочем, не только циклогексан, но и все другие реагенты на этом производстве очищаются очень тщательно. Может быть поэтому получатели лисичанского капролактама довольны его качеством. Капролактам стал приносить комбинату значительную прибыль. ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ ПРЕДЪЯВЛЯЮТ СЧЕТ Все это не означает, что на заводе капролактама не осталось нерешенных проблем. Пожалуй, главная из них — разделение, использование и сбыт побочных продуктов. Только один из них — сульфат аммония имеет сейчас своего потребителя и покупателя. Другой — адилиновая кислота, которая, казалось бы, должна стать для завода чем- то средним между рогом изобилия и копями царя Соломона, приносит пока одни убытки. Горы ее лежат на складах и тем самым намного увеличивают себестоимость основного продукта — капролактама. Явление, казалось бы, парадоксальное. Любому человеку, имеющему хотя бы самое общее представление о химии высокомолекулярных соединений, известно, что адипиновая кислота — сырье для производства сложных эфиров, нейлона * и других полимеров. * См. «Химия и жизнь», 1966, № 5, очерк Г. Ма- каревича «Наша себацинка». Ценный продукт превращается в балласт потому, что качество его — низкое. Проект получения адипиновой кислоты в процессе производства капролактама был разработан тем же ГИАПом. Денег он «съел» немало, а высококачественную продукцию получить по нему никак не удается. Правда, одна из пар!ий лисичанской адипиновой кислоты, посланная на анализ во Владимирский институт синтетических смол, получила хороший отзыв. Но эта добрая «ласточка» не сделала весны. Пока же на заводе было с радостью встречено сообщение о том, что, может быть, комбинатовская ТЭЦ возьмет часть «адипинки» — котлы от накипи очищать... Конечно, котлы — вещь нужная, но очищать их ценнейшим сырьем для промышленности пластмасс — обидно. С остальными побочными продуктами дело обстоит еще хуже — их попросту выбрасывают, сливают в канализацию, сжигают, хотя среди них есть много ценных и нужных веществ, в частности, янтарная и валериановая кислоты. Был бы рациональный способ разделения, и комбинат, и государство получали бы прибыль от них, а пока все выходит наоборот — комбинат вынужден бросать на ветер ценные продукты. Вместо прибыли от них — одни убытки. И это характерно не только для завода капралактама Лисичанского химкомбината. Я не открою Америки, сказав, что в каждом или почти каждом институте есть так называемые спокойные, а в сущности, бесполезные темы. Время от времени их прикрывают, но проходит год, и они снова всплывают в планах научных исследований. А вот на решение нужной, хотя и очень сложной проблемы разделения побочных продуктов производства капролактама охотника пока не находится. А он очень нужен, этот охотник. И хорошо, если он окажется удачливым и, работая для Лисичанска, будет помнить что Лисичанский комбинат — это начало начал, что Лисичанский комбинат — завод-лаборатория, что из Лисичанска лучше, чем откуда бы то ни было, видны контуры будущих производств. Окончание в следующим номере 6
ТЕХНОЛОГИ, ВНИМАНИЕ! ФОСФОР ПРОТИВ ГОРЕНИЯ Было предпринято немало попыток сделать волокно из поливинилового спирта негорючим. Лучший результат дала обработка хлорокисью фосфора, но ее нужно проводить в органических растворителях. Водные растворы, конечно, намного удобнее. Веществом, способным придавать волокну негорючесть и в то же время растворимым в воде, оказался тетраметилолфосфоний- хлорид. Его зще раньше применяли для обработки целлюлозы. Волокна поливинилового спирта сначала погружают в раствор, придающий гидрофобные свойства, а затем уже обрабатывают тетраметилолфосфонийхлоридом. Когда содержание фосфора в полимере достигнет 2% г волокно перестает воспламеняться. Одновременно оно приобретает и другие ценные свойства — например, стойкость к кипящей воде и агрессивным средам. («Журнал прикладной химии», 1966, вып. 2) ИЗОТОПЫ В ПЕНЕ Радиоактивные изотопы все чаще применяются в современной технике, и проблеме очистки от них сточных вод посвящено немало работ. Советские исследователи провели опыты по извлечению осколочных рвдиоизотопов пеной. Такая технология очень похожа на пенную флотацию, применяемую в горном деле. В воду, которую нужно дезактивировать, добавляют носитель (обычно — неорганическую соль) и пенообразователь, а затем продувают воду воздухом. Радиоактивные изотопы всплывают вместе с пеной и удаляются. Для разных изотопов нужны разные носители. Например, иттрий-91 и церий-144 лучше всего извлекаются гидроокисями железа и алюминия A5—20 мг металла на литр воды). При этом вода очищается почти полностью. Пенная дезактивация гораздо эффективней фильтрования; ее можно использовать либо самостоятельно, либо в сочетании с уже применяемыми способами. («Гигиена и санитария», 1966, № 3) УКРОЩЕНИЕ ПОРОЛОНА Поролоновую подкладку приходится пришивать к ткани. А нельзя ли сделать «двойной» материал: с одной стороны — ткань, с другой — губка! Можно. Ведь поролон — это вспененный полиуретан, а полиуретаны отличаются высокой клейкостью. Вся беда, однако, в том, что при вспенивании полимер просачивается на обратную сторону ткани и делает ее негибкой и, главное, малопривлекательной. Чтобы избежать этого, пришлось ввести дополнительную операцию — смачивание. Лицевую сторону ткани заранее смачивают особыми водными растворами. Жидкий мономер наносят на изнанку ткани. Он пропитывает материал, но не проходит наружу. После предварительного вспенивания, но еще до окончательной полимеризации, материал протягивают через сушилку. Смачивающий агент испаряется, а пена полимеризуется, прочно соединяясь с текстильной основой. Получается ткань с готовой подкладкой. («Chemical and Engineering News», 1966, № 1) ПЕЧАТЬ НА ПЛЕНКЕ Упаковка из полимерных пленок удобна и красива. То, что она удобна, следует из свойств материала. Но красивой ее нужно сделать. На пленку наносят типографским способом рисунки и надписи. Чаще всего применяют двухцветную печать (вспомните молоко в пакетах). Трехцветная и четырехцветная печать увеличивает стоимость упаковки. Но из этого правила возможны исключения. Одна из английских фирм сконструировала машину, которая за один проход наносит на полимерную пленку четыре краски. Используются жидкие краски. Они пропускаются прямо через форму — каждая по своему каналу. Стоимость печати на такой машине невысока, особенно при полной автоматизации процесса. Стоит добавить, что таким способом можно наносить краску на двухслойные материалы, например на картон, покрытый полимером. («Rubber and Plastics Age», 1966, № 2) АЛЮМИНИЙ «ПОД БРОНЗУ» Известно немало способов защиты алюминия от коррозии, но поиски новых покрытий продолжаются. Очень заманчивым кажется процесс, названный «Аль- стан 70». Он пригоден для любых алюминиевых сплавов, и при этом не требуется корректировки состава электролита при переходе на новый сплав. Суть процесса состоит в следующем. Алюминиевые детали погружают в раствор станнатов и включают ток. Металл покрывается тонким слоем бронзы. Покрытие имеет высокую термоустойчивость и хорошо держится на поверхности детали. Таким способом можно нанести покрытие не только на алюминий. Детали, покрытые пленкой, которая содержит медь, хром и никель, сопротивляются коррозии не хуже, чем нержавеющая сталь. («Industrial and Engineering Chemistry», 1966, № 1) ТЕХНОЛОГИ, ВНИМАНИЕ!
Само название нашего журнала говорит о проблеме, которой до сих лор журнал не касался. Да, действительно, химия все шире вторгается в промышленность и быт. Ее применение в сельском хозяйстве помогает повышать урожаи, бороться с вредителями и болезнями растений. Без нее были бы немыслимы последние достижения науки о жизпи — биологии. Но у химизации есть и оборотная сторона—неуклонно возрастающее изменение жизненной среды на Земле под действием химических факторов. Все чаще в печати появляются тревожные сигналы о загрязнении химическими веществами полных и воздушных бассейнов, о попадании в пищу и в организм человека неосторожно применяемых ядохимикатов. Jice острее встает задача охраны здоровья человечества от возможных нежелательных последствий химизации, Б нашей стране эта задача — задача государственная. Наша природа находится под защитой закона, вопросы ее охраны систематически обсуждаются в печати, о них говорили делегаты XXIII съезда КПСС. Многочисленные научные учреждения изучают воздействие химических веществ на человека и природу, разрабатывают все более совершепные способы защиты жизненной среды от загрязнения. У пас есть все условия для того, чтобы развитие химии не угрожало здоровью людей. Но проблема пце далека от решения. Среди проектировщиков химических предприятий и работников промышленности еще нередко встречаются люди, безответственное отношение которых к охране природы чревато самыми серьезными последствиями. Да и органы контроля далеко не всегда используют предоставленные им обширные права в борьбе с нарушителями закона. В нашем журнале будут систематически публиковаться материалы в защиту природных богатств от губительного действия — не столько химии, сколько злоупотреблений ею. Мы надеемся, что эти материалы помогут читателям, и в первую очередь химикам, в нолпой мере осознать свою ответственность перед народом, понять всю важность мероприятий по охране природы, необходимость строго соблюдать па- учно обоснованные гигиенические правила, разрабатывать и применять прогрессивные .методы обезвреживания сточных вод и газовых выбросов. НУЖНО, КАК ВОЗДУХ Начну с литературной аналогии. С переполоха, поднявшегося в селе Гумнищи, когда пионер Родька Гуляев нашел на речном откосе старинную «чудотворную» икону. Нечто подобное описанному в повести В. Тендрякова произошло прошлой осенью в большом промышленном городе, столице Чечено- Ингушской АССР. И здесь главные события разыгрались на берегу реки. Только грозненский Родька (или Петька, или Алешка) не икону откопал, а выловил из мутной сунжинской воды маленькую рыбешку. Слух о чуде распространился по всему городу, но большинство атеистов в чудо не поверило... АНАЛИЗЫ НЕ ОБМАНЫВАЮТ Это только на картах Грозный выглядит городом, стоящим на берегу буйного Терека. В действительности, до Терека отсюда километров тридцать, а по X ГО »
городу петляет неширокий и не очень быстрый приток Терека — речка Сунжа. Я приехал в Грозный в те дни, когда в другом большом промышленном городе Верховный суд РСФСР разбирал дело о массовом истреблении волжской рыбы заводскими отходами. Не надо быть Шерлоком Холмсом, чтобы обнаружить, что и в Грозном охрана природных водоемов поставлена, мягко говоря, не лучшим образом. Для этого достаточно поселиться в центре города и не страдать насморком. Когда в разговоре с главным санитарным врачом республики В. С. Плиссом я заикнулся о судьбе сун- жинской рыбы, то услышал в ответ рассказ об осеннем «чуде», воспроизведенный выше, и еще одну знаменательную фразу: — Если б дело было только в рыбе, рыбы здесь никогда и не было, не рыба волнует нас — люди... За последние десять-лятнадцать лет сброс нефтепродуктов в Сунжу уменьшился в 10 раз, а загрязненность атмосферы — в 2-3 раза. Цифры, казалось бы, утешительные, прогресс налицо. А между тем, воздух в Грозном остается скверным, тяжелым, а вода в Сунже настолько грязной, что никто из взрослых грозненцев даже в самые жаркие дни не решается в ней искупаться. Несколько лет назад при республиканской и городской санитарно-эпидемических станциях были созданы лаборатории по изучению атмосферного воздуха. В прошлом году они собрали статистические данные о состоянии воздуха в городе Грозном. Пробы брали в разных местах, в разное время года и анализировали, определяли содержание в водухе тех или иных веществ. И вот что получили. По углеводородам (которые, как известно, действуют на нервную систему и дыхательные пути далеко не лучшим образом): общее число проб — 652, углеводородов не обнаружено — в 197 пробах, содержание в пределах нормы — в 185, выше нормы — в 210 пробах. Результаты сотен аналогичных анализов свидетельствовали о явном превышении санитарных норм по таким небезвредным веществам, как окислы азота, серная кислота, сероводород, фенол, ацетон, и очень часто (в 172 анализах из 541J — по лыли. Малоутешительными оказались и анализы сун- жинской воды. Минимальное содержание растворенного кислорода в воде, при котором возможна жизнь рыб и водорослей, — 4 миллиграмма на литр. Летом прошлого года сунжинская вода в черте города содержала всего 2,4 мг/л, а ниже Грозного и того ю меньше— 1,4 мгл. Может быть, вода этой реки вообще бедна кислородом? Совсем наоборот: в пробах, взятых в то же время выше города, оказалось 8,7 миллиграмма кислорода на литр — вдвое больше нормы. Кислород из сунжинской воды, побывавшей в Грозном, расходуется на окисление органических и неорганичексих продуктов, сбрасываемых в реку заводами. А идут почти все отходы нефтепереработки в Сунжу потому, что в городе до сих лор нет промышленной канализации, а локальные заводские системы очистки сточных вод маломощны. Статистика показывает, что и сейчас предприятия Заводского района Грозного ежедневно сбрасывают в реку примерно 17 тонн нефтепродуктов, 2,9 тонны бензола, 0,5 тонны фенола, и концентрации этих (и не только этих) веществ в воде в десятки, а то и в сотни, раз превышают предельно допустимые. Для примера приведу показатели по фенолу: в прошлом году примесь этого вещества в речной воде достигала 8 мгл при санитарной норме 0,001 мгл. Это в обычные дни, а ведь бывают еще и аварийные сбросы, когда, как говорят грозненцы, на Сунже начинается нефтехимический паводок. Какая уж тут жизнь — сплошная химия... И дело действительно не только в рыбе. По свидетельству документов санитарно-элидемической службы города и республики Сунжа продолжает оставаться «вторичным источником загрязнения атмосферы». В первичных источниках тоже нет недостатка. Это многочисленные трубы промышленных предприятий, факелы, сжигающие попутные газы, некоторые неудачно спроектированные установки, такие например, как установка для производства нефтяного кокса, нелепым небоскребом поднявшаяся в самом центре Заводского района. К тому же этот район расположен с наветренной стороны (так уж сложилось исторически], и сейчас, особенно летом, ветер непрерывно сносит на город колоть, дым и неуловленные отходы нефтепереработки. Не потому ли злые языки часто называют город не Грозным, а Грязным! И стоит ли после этого удивляться печальному, но неоспоримому факту: временами в Грозном трудно дышать. АНТРОПОГЕННАЯ НЕФТЬ Впрочем, повинны в этом не только заводские трубы и благовонная Сунжа. В Грозном есть еще один источник загрязнения. Имя ему — земля, зем-
ля, пропитанная нефтью и продуктами нефтепереработки. Грозненский нефтяной район — старый, уже в конце прошлого века он пользовался мировой известностью. Но каждые четыре из пяти нефтяных промыслов и перерабатывающих предприятий находились в руках иностранных капиталистов, которым было в высшей степени наплевать и на город, и на землю (исключая, конечно, нефтеносные пласты). Не отставали от пришлых коллег и русские предприниматели. Далеко не все продукты нефтепереработки имели в то время спрос и сбыт, и те из них, которые не приносили дохода, сливали в неглубокие шахты, которые лотом засыпались землей. Шахты эти, конечно, не цементировали, не «одевали в броню», и выброшенные нефтепродукты, естественно, мигрировали в грунт. Они могли уйти далеко от места захоронения — но только вширь, а не вглубь. На глубине нескольких метров (иногда — мельче, иногда — чуть глубже] путь им преграждали грунтовые воды. В результате еще до революции на территории нынешнего Заводского района города Грозного в почве скопились сотни тысяч тонн антропогенной нефти — нефти, образовавшейся в результате деятельности человека. Со временем эта цифра выросла еще больше за счет потерь, утечек, коррозии трубопроводов. По самым скромным подсчетам, в верхнем слое грозненской земли залегает сейчас от одного до двух миллионов тонн нефтепродуктов. Фактически появилось новое нефтяное месторождение! Месторождение не бог весть какое богатое, но лежащее буквально под ногами. Двадцать тысяч цистерн нефти (как минимум) сами по себе — достаточно лакомый кус, не говоря уже об оздоровлении города и окрестностей. Климат в этих краях сухой, жаркий — легкие фракции антропогенной нефти, испаряясь, еще больше загрязняют здешний воздух. ОТ НАМЕРЕНИЙ — К ДЕЛУ С загрязнением атмосферы бороться не легко. Однако у техники и технологии наших дней есть реальные способы оздоровления атмосферы. Знают ли о них в Грозном! Разумеется. Более того, в самом городе разработано немало интересных проектов, осуществление ноторых позволит значительно снизить загрязненность воздуха и реки. В институте Гилрогрознефть создан проект бездымных факелов. Здесь же разработан способ извлечения антропогенной нефти. Новые емкости для хранения нефтепродуктов, которые сейчас строятся в Грозном, конструктивно значительно отличаются от прежних. Их конструкция позволит свести к минимуму унос летучих в атмосферу. Запланирован комплекс биологической очистки сточных вод, строительство которого обойдется почти в 15 млн. рублей. Словом, нет недостатка в хороших идеях и проектах. И в решениях тоже. Только выполняются эти решения крайне медленно. Не секрет, что при возведении новых промышленных объектов в Грозненском нефтяном районе строительство очистных сооружений, как правило, значительно отстает от строительства производственных мощностей. И бывает, что новые производства начинают работу, в то время как очистные сооружения этих производств остаются недостроенными. Есть такой объективный показатель — освоение отпущенных средств. Из 350 тысяч рублей, отпущенных объединению Грознефтехимзаводы и тресту Грознефтехимстрой на строительство промышленной канализации, в прошлом году было израсходовано только 98 тысяч или 28%- И общая сумма не так уж велика, а освоенная — мала до смешного! Уже в этом году пришлось остановить производство, ежедневно сбрасывавшее в Сунжу до трех тонн серной кислоты. Но ведь всех цехов не остановишь, а серная кислота — не единственный и не глав- ный яд многострадальной реки. Все сделанное до сих лор не решает проблему. Пока еще из каждого миллиона ядовитых молекул, носящихся в грозненском воздухе, изымаются только единицы. Грозному необходима единая система промышленной канализации и биологической очистки сточных вод. Необходимо — и с технической, и с санитарно-гигиенической точки зрения — решить проблемы оборотного водоснабжения (промышленные воды должны совершать на предприятиях замкнутые циклы: использование — очистка — вторичное использование и т. д.). Нужно, наконец, — это относится не только к Грозному, а и ко всем городам и поселкам, где возводятся новые химические и нефтеперерабатывающие предприятия, — спрашивать со строителей за невыполнение планов подготовки очистных сооружений так же строго, как за несвоевременную сдачу промышленных объектов. Все это не ново. Все это записано в любой инструкции по промышленной санитарии. Но если бы эти инструкции выполнялись так же, как требования технологических регламентов! Если бы за отравленную реку наказывали так же, как за стопроцентный производственный брак! Если бы директора завода премировали за то, что на его предприятии самые здоровые условия труда, а в городе, где расположен завод, самый чистый воздух! Многим знаком печальный тезис: «Или химия — или рыба». А ведь его можно (и, пожалуй, должно!) 11
воспринимать и так: «Или химия — или жизнь». И тезис этот должно отвергать, в какой бы личине он не появлялся. Мы развиваем химию для того, чтобы людям лучше жилось. Что сказали бы про врача, который «одной рукой лечит, другой — калечит»! Почему же химии — «владычице», «преобразовательнице», «рогу изобилия» мы позволяем порой наносить непоправимый ущерб Природе и Человеку? Кое-кто непрочь отнести вопрос о взаимоотношениях Химии и Жизни к категории вечных. От косности это, и еще — от технической малограмотности. Современная техника может защитить все живое от вредностей химии. Нужно только считать этот вопрос таким же важным, как рост производства и освоение мощностей. Я встречался со многими руководителями нефтеперерабатывающих и химических предприятий Грозненского нефтяного района. Они выражали обеспокоенность состоянием Сунжи и атмосферы, одобрительно отзывались о проекте извлечения антропогенной нефти, показывали решения различных инстанций о мерах по ликвидации загрязненности воздушного бассейна и реки. Но ни один из моих собеседников так и не смог назвать конкретной даты, к которой эти благие решения будут выполнены полностью. Понимаю, что не все зависит от них. Но очень хочется, чтобы свое столетие * Грозный встретил в атмосфере чистого, ничем не отравленного воздуха. И чтобы ребятишки, плещущиеся в Сунже, вылезали ча берег без мазутных пятен на боках. * Основанная в 1818 г. крепость Грозная была преобразована в окружной город в 1870 г. В. СТАНЦО, специальный корреспондент «Химии и жизни» Грозный — Москва ТЕХНОЛОГИ, ВНИМАНИЕ! Я ОТ ПЛАСТМАССЫ —К КАУЧУКУ Специалисты по пластмассам давно знают эпихлоргидрин как незаменимое сырье для эпоксидных смол. Однако это соединение оказалось универсальным — недавно на его основе был синтезирован новый каучук. Ему дали название «Гидрин». Основное достоинство нового каучука — высокая стойкость к агрессивным жидкостям, озону, пламени. Некоторые сорта «Гид- рина» могут использоваться в авиации и на автомобилях — они не разрушаются маслом и сохраняют гибкость на морозе. («Industrial and Engineering Chemistry», 1966, № 1) КАК БЫСТРО СДЕЛАТЬ ТВОРОГ И на кухне, и на молочном заводе творог готовят почти одинаково — разница в основном в масштабах производства. Однако веками испытанный способ, как принято говорить, не лишен недостатков. Творог получается неоднородным — он состоит из маленьких комочков, и, что еще важнее, время сквашивания молока бактериями очень велико. Сквашивать молоко дпя творога можно и кислотами, но в этом случае нужно действовать очень осторожно. По одному из способов молоко смешивают с сухим мопоком, увеличивая содержание твердых веществ примерно до 15%. Затем молоко охлаждают до 4 С и вливают в него соляную кислоту — около 8 литров на тонну. После этого продукт пропускают через теплообменник и повышают температуру до 50°. Творог, выпавший в осадок, отделяют от сыворотки обычными приемами. Он получается однородным и устойчивым при хранении. («Allgemeine und praktische Chemie», 1966, № 2) ГРЕЙТЕ СКОЛЬКО УГОДНО Не нужно быть гурманом, чтобы отличить по вкусу с веже с варенные макароны от разогретых. Домашняя хозяйка варит лапшу или макароны и сразу подает их к столу. А как быть в кафе или столовых? Не варить же каждому посетителю его порцию в маленькой кастрюльке. Представители фирмы «Истмен Кодак» утверждеют, что утраченную свежесть макаронам возвращают моноглицериды некоторых жирных кислот. Разогретые макароны е добавкой этих веществ сохраняют вкусовые качества только что сваренных. Они остаются упругими и в то же время мягкими. Моноглицериды можно вводить и в консервы с макаронами и лапшой — ведь такие консервы всегда нужно подогревать. («Chemical and Engineering News», 1966, Kq 3) ТЕХНОЛОГИ, ВНИМАНИЕ! 12
УДИВИТЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ Кандидат химических наук А. Ф. ПОЖАРСКИЙ Знаменитое и часто цитируемое выражение Бертло «химия создала свой предмет» только наполовину справедливо по отношению к органической химии: несмотря на то, что химики-органики своими руками создали громадный мир искусственных органических веществ (его-то и имел в виду Бертло), сама природа уже дала им неисчерпаемый материал для исследований. Однако природа не наделила органиков таким разнообразием эффектных геометрических форм, как, скажем, минералогов, зоологов или ботаников. Конечно, можно восхищаться архитектурным ансамблем витамина В12, строго регулярным строением цепочек белковых молекул или молекул нуклеиновых кислот, однако никому не придет в голову назвать эти структуры изящными, как можно назвать изящными друзу кристаллов, скелет радиолярии или лепесток розы... Этот пробел в какой-то мере восполнили удивительные углеводороды, синтезированные в последнее время. Химику прошлого века структуры таких веществ показались бы просто невероятными; вместе с тем, по своей геометрии они могут соперничать с прекраснейшими творениями живой и неживой природы. АДАМАНТАН И К Среди множества разновидностей органических веществ, построенных только из атомов углерода и водорода, особое место занимают так называемые мостиковые угле- 13
водороды. Углеродные атомы, образующие кольцо, могут быть связаны друг с другом дополнительной цепочкой, как бы перебрасывающей между ними мостик. Если такой мостик связывает смежные атомы, то возникающую при этом бициклическую систему называют конденсированной. Если же соединены удаленные друг от друга атомы кольца, то структуру относят уже к мости- ковой. (Конечно, между строением мостико- вых и конденсированных соединений никакой принципиальной разницы нет — такое подразделение искусственно.) Примером тех и других может служить конденсированная углеводородная система I и изомерный ей мостиковый углеводород II: сн2 сн — сн2 сн2 ' сн3 I ММ | сн2 сн __ сн2 сн2 сн2 СИг ^СНа^ ^ СН ' В соединении II мостик имеет совсем простое строение. Легко, однако, представить себе, что архитектура мостика может быть и более сложной. Посмотрите, например, на структуру адамантана, одного из красивейших мостиковых углеводородов: История его рождения тесно связана с алмазом — об этом говорит и само его название. В начале нашего века была высказана гипотеза, что молекула циклогек- сана может существовать в двух формах: в форме «кресла» (III) и в форме «ванны» (IV): £Z& \=й Впоследствии было высказано предположение (оказавшееся правильным) о том, что кристаллическая решетка алмаза состоит из большого числа конденсированных цикло- гексановых «кресел»: Тогда же возникла идея: а что если получить углеводород, скелет которого точно бы копировал фрагмент алмазной решетки! Отвечающий одному из таких фрагментов (он обозначен контуром на рисунке V) гипотетический углеводород состава СкН]6 был условно назван «декатерпеном». Ко всеобщему удивлению в 1933 году чешский химик С. Ланда выделил этот углеводород из нефти {он содержится в ней в количестве всего 0,0004%). Новорожденный был тут же переименован в адамантан. В те годы не так-то просто было доказать структуру такого сложного, хотя и симметричного соединения. Единственно, что косвенно подтверждало его строение,— необычайно высокая для углеводорода температура плавления B69 С). Это было, пожалуй, одним из немногих в органической химии примеров того, как температура плавления послужила решающим фактором лри выборе структурной формулы вещества... Адамантаком сейчас никого не удивишь. Это уже не то экзотическое соединение, каким оно казалось лет 30 тому назад. Теперь настало время других оригинальных углеводородов. Многие, вероятно, помнят эмблему Московского конгресса (лето 1965 г.) Международного Союза теоретической и прикладной химии (ЮПАК); в ней слова JUPAC и MOSCOW были составлены из символов элементов периодической системы Д. И. Менделеева (Jr U, P, Acr Mo, Sc, О, W). Но не многие знают, что адамантан имеет отношение к эмблеме предыдущего. Лондонского конгресса ЮПАК, состоявшегося петом 1963 года. Организаторы Лондонского конгресса, пристроив к адамантану четыре «лишних» углеродных атома, получили скелет неизвестного мостикового углеводорода С14Н2о с эффектной структурой: и
Изображение этого соединения было выбрано в качестве эмблемы конгресса, а сам углеводород — назван конгресс а- ном. Формула конгрессана украшала титульные листы программ, рефератов и другой официальной литературы. Конгрессану, как и всякой эмблеме, нельзя отказать в красоте. Вместе с тем конгрессан стал и эмблемой-шуткой и эмблемой-задачей: ведь новый углеводород до этого не был известен химикам. Ученые приняли этот вызов, и спустя полтора года группа химиков из Принстонского университета синтезировала эмблему Лондонского конгресса ЮПАК. Глядя на структурную формулу конгрессана, даже специалисту трудно представить, с какой стороны подойти к его синтезу. Между тем конгрессан был получен довольно просто — путем каталитической изомеризации легко доступного димера норборнена. Однако эта простота — плод тридцатилетнего изучения химии адамантана. Лишь около десяти лет тому назад был найден эффективный химический метод получения адамантана, заключающийся в изомеризации тетрагидродициклопентадиена под действием хлористого алюминия: ходятся в энергетически выгодных формах «кресла». Конгрессан имеет высокую температуру плавления 236—237°С, что опять- таки свидетельствует о его симметрии и родстве с алмазом. У адамантана есть еще один родственник с необычной структурой и названием — тв истан: Твистан и адамантан — изомеры. У них один и тот же состав С[0Н[A. Однако если в конгрессане легко угадывается прообраз адамантана, то в случае твистана проведение такой параллели требует уже известного воображения. Не знаю, как к этому отнесутся любители твиста, но мне кажется, что американский химик Г. Уитлок, называя полученный им углеводород, определенно имел в виду одноименный танец. Конечно, трудно только ло рисунку представить себе строение твистана. Но вообразите, что адамантан вдруг пустился танцевать твист. Первое же движение... стоп! — и перед нами что-то очень напоминающее твистан: в самом деле три циклогексановых кольца твистана находятся в форме изогнутой ванны или лодки (twist-boat). В общем — химики шутят... Твистан замечателен не только своей структурой. Вызывает восхищение и синтез этого соединения: ^Ду 2>ch3so2ST^I4> iron' ~^X^? COOH ^CH9OS09CHq 4> Oh Ch2cooh Химики, синтезировавшие конгрессан, по их словам, «попытали счастья», и оно им улыбнулось: конгрессан удалось получить в результате принципиально аналогичной реакции. Как и адамантан, конгрессан имеет ап- мазоподобную структуру, то есть представляет собой фрагмент алмазной решетки. Как в алмазе, так и в обоих углеводородах длины всех С — С-связей равны 1,54 А, а валентные углы близки к стандартной величине 109° 28'. Шестичленные циклы, из которых построена молекула конгрессана, на- H2/Pt /-ГХ ',L,AIH4 JL ^ (CsHstgh ^^У ^)CH3SO^Ci/Д^у Г J ОН <CHj CrCh (CH2J0SO2CH3 i)NH2NH2 CH2JOS02CH9 # 15
ПРИЗМАНЫ Когда в середине прошлого столетия химики «ломали копья» вокруг строения бензола, Кекуле выдвинул свою знаменитую циклогексатриеновую структуру (Vl)r Дью- ар — хиноидную (VII), а Ладенбург предложил в качестве возможной формулы бензола структуру трехгранной призмы (VIII): О Ф Ш Были предложены и другие варианты строения бензола, но о них мы сейчас не будем говорить. Структура Кекуле была лучше других, но, строго говоря, и она не точна: бензол в обычном состоянии имеет строение правильного плоского шестиугольника с длиной сторон 1,40 Л и кратностью С—С-связей, равной не 1 и не 2 и даже не 1,5Г а чуть больше— 1,667. Но значит ли это, что не могут в принципе существовать соединения со структурами Дьюара или Ладенбурга! Конечно, нет! В 1963 году был получен «дьюаровский бензол» VII, а также синтезированы и его производные. «Бензол Ладенбурга» также не остался анахронизмом: первое производное этого насыщенного призматического углеводорода (п р и з м а н а, как его уже успели окрестить) недавно было получено. Это сделала в 1964 году в Брюсселе группа бельгийских химиков. Известно, что ацетилен в определенных условиях тримеризуется с образованием бензола: ЗСН ЕЕ: СН —> CyHg Л вот фотохимическая (то есть протекающая под действием световой энергии) тримеризация третично-бутилфторацетиле- на приводит к трем изомерным соединениям: t Т V с ♦ с ♦ 6 с с с F t F ♦ ft.c(CHB)B] Одно из этих соединений было идентифицировано как производное «дьюаровско- го бензола», другому была приписана структура еще одного валентного изомера бензола — «бензвалена», а третье соединение не имело двойных связей, причем данные разнообразных физико-химических исследований говорили в пользу того, что это производное призмана. Не беда, что сам призман еще не получен. История синтеза «дьюаровского бензола» также начиналась с его третично-бутил- замещенного. Впрочем, может оказаться и так, что призман будет мало устойчив: ведь «дьюаровский бензол» уже при хранении постепенно превращается в обычный бензол. Строго говоря, «бензол Ладенбурга» следует называть не призманом, а триприз- маном. Призмы-то могут быть и четырех-, и пяти-, и шестигранными: № & Ш Поэтому трипризман следует считать только первым членом семейства призма- нов. Следующий представитель этого ряда— квадрилризман — должен иметь форму куба. В учебнике органической химии Крама и Хэммонда, вышедшем в издательстве «Мир» в 1964 году, структура кубического углеводорода была изображена на обложке среди других вожделенных, но еще не полученных соединений. Сейчас этот углеводород, названный к у б а н о м, уже получен. История его синтеза коротка, но любопытна. В 1961 году американский химик Г. Фридман, изучая свойства неустойчивого тетрафенилциклобутадиена (IX), неожиданно получил необыкновенно высокоплавкий углеводород (с температурой плавления 430°), представляющий собой по данным анализа димер тетрафенилциклобутадиена. Теоретически новое вещество могло иметь одну из трех структур: • XX - t3b<(jL-JX4X Pt/4Ph Ph'phlPh Pb> <Pb Ph Ph Ph P* ix x X) кг* 16
Однако димер не реагировал с бромом и обладал по всем признакам насыщенным характером. Фридман решил, что он получил октафенилкубан (X) — первое производное неизвестного соединения. Как это обычно бывает, работа Фридмана дала толчок исследованиям по синтезу кубанов. Через несколько месяцев тот же углеводород был получен путем простой фотохимической тетрамеризации дифенил- ацетилена. В 1962 году появилось еще два сообщения о том, что он образуется в определенных условиях из дифенилацетилена и без фотоинициирования. И все же находились скептики. Например, П. Итон и Т. Коул из Чикагского университета в 1964 году писали, что загромождение молекулы восемью фенильными группами может препятствовать изучению свойств скелета соединения и пассивность «октафенилкубана» по отношению к брому еще не говорит об отсутствии двойных связей. Двойные связи в соединениях XI и XII могут быть тщательно «замаскированы». И опасения оправдались. В 1964 году скрупулезным анализом диффракции рентгеновских лучей, проходящих через кристалл «октафенилкубана», было показано, что загадочный углеводород все же имеет строение октафенилциклооктатетраена (XI). Бесславный конец! Нисколько! Зерно, брошенное Фридманом, дало свои всходы. Пусть открытие октафенилкубана и не состоялось, возможно, оно произойдет позднее. Важно другое — проблема кубана стала актуальной, и это не могло не дать результатов: штурм кубана уже нельзя было остановить. Упомянутые выше Итон и Коул находились на подступах к самому ку- бану. Сначала они осуществили красивый синтез кубандикарбоновой кислоты: Xill tfiy Л через несколько месяцев на базе того же исходного соединения еще более изящным путем получили и сам кубан — бесцветный кристаллический углеводород с температурой плавления 130—131°С. Синтез кубана еще раз показал, насколько быстро в наши дни всякая оригинальная идея в области органической химии находит реальное воплощение. Конечно, как и конгрессам кубан не мог возникнуть на пустом месте. Химики давно ходили вокруг да около этого углеводорода. Известный уже несколько лет продукт фотохимической диме- ризации дициклопентадиена — это почти кубан, но с двумя лишними атомами углерода в двух ребрах (XV) Задача сводилась, следовательно, к выносу двух лишних углеродных атомов за пределы цикла. В органической химии известно несколько методов сужения кольца. Так, по реакции Фаворского можно превратить циклические а-галоидкетоны в карбоновые кислоты, содержащие в кольце на один углеродный атом меньше: соон Цель обратных рассуждений приводит от кубандикарбоновой кислоты к дибром- кетону XIV, а от него — к а-бромциклопен- тадиенону XIII. Для синтеза кубана не хватало только искры — она появилась в виде ошибочного сообщения о синтезе «октафенилкубана»... Легко рассуждать о синтезе уже полученного вещества. Л каково первооткрывателям! Нередко к нужному веществу ведет одна-единственная, не нанесенная ни на какие карты тропка. Л когда она найдена, составлен генеральный план всего синтеза, не меньшая (а, пожалуй, большая) виртуозность и находчивость требуются для его выполнения. Исследователю нужны не только отличные руки, но и блестящее знание громадного числа экспериментальных методов, сотен органических реакций и тысяч их вариантов. Наконец, необходимо обладать развитым воображением и, как говорят шахматисты, умением «считать варианты». 2 «Хнмня н Жизнь» № 7 17
И, наконец, немало сил нужно потратить на тор чтобы доказать, что получено именно то соединение, к которому стремился... ПОЛИЭДРОНЫ — УГЛЕВОДОРОДЫ БУДУЩЕГО В основании органической химии лежит несколько важнейших принципов. Один из них — постулат о тетраэдрическом строении углеродного атома — гласит, что четыре валентности насыщенного углеродного атома направлены к вершинам правильного тетраэдра. В честь этого даже международный журнал химиков-органиков назван «Тетра- эдроном». Простейшая молекула тетраэдрического типа — метан: н СН4= yL н Но метан — это еще не тетраэдр. Чтобы получить настоящий тетраэдр, атомы водорода в метане надо соединить друг с другом. Поэтому настоящую тетраэдрическую структуру должен иметь углеводород состава С4Н4, названный тетраэдроном: 4> Тетраэдрон пока что не получен, это «соединение в себе». Так же как трипризман — родоначальник ряда призманов, тетраэд- гон — первый член семейства полиэдронов, объемных насыщенных углеводородов состава С^пИап. Кстати, кубан можно одновременно отнести и к призманам и к полиэдро- нам. Кубан — второй член ряда полиэдронов, причем название у него здесь другое — гексаэдрон. Сейчас в лаборатории лауреата Нобелевской премии Р. Вудворда ведутся работы по синтезу другого представителя этого ряда — додекаэдрона: 18 Эффектная структура высокосимметричного додекаэдрона (его состав С2оН2о) напоминает вымпел, доставленный на Луну первым Советским Лунником в сентябре 1959 года. ТОЛЬКО ЛИ ЭСТЕТИКА? Экспериментируя, химик-органик обычно не думает об утилизации результатов своей работы. Чаще всего синтез ставится либо с целью получить новое вещество для теоретических исследований, либо просто для удовлетворения извечного стремления созидать. Нет сомнения, что при синтезе и конгрес- сана, и твистана, и кубана чистое желание получить красивый, необыкновенный углеводород играло немалую роль. «Синтез ради синтеза будет продолжаться», — писал несколько лет тому назад Вудворд. Впрочем, эстетика помогает в решении и более материальных проблем. Как ни обольстительны геометрические формы твистана или кубана, у вдумчивого химика-органика они ассоциируются с вопросами: насколько углеводород устойчив, каковы в нем величины валентных углов, длины связей и главное — какова реакционная способность соединения. Мы с большим интересом ожидаем обещанных авторами кубана и конгрессана сообщений о реакционной способности этих г углеводородов. Производным кубана уже сейчас пророчат большое будущее как возможным лекарственным препаратам. Оказался же 1-аминоадамантан эффективным противовирусным средством! И, как знать, может быть, с помощью тонких методов органического синтеза (а не так, как это делают сейчас, — в условиях высоких температур и сверхвысоких давлений) в будущем удастся получить синтетический алмаз, создав и дегидрировав поли-
циклические углеводороды — высшие гомологи адамантана и конгрессана. Так эстетика в конце концов смыкается с практикой и экзотика перестает удивлять. Пройдет несколько лет, и все, о чем было рассказано в этой статье, станет совсем обычным, как это случилось с адамантаном. Но за каждым новым типом углеводородов простираются неизведанные области органической химии. Впереди — химия куба- на, химия конгрессана, химия призманов... Впереди — новые углеводороды. ЧТО ЧИТАТЬ ОБ УДИВИТЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДАХ: Об адамантане: R. Fort, P. Schleyer. views, 64, № 3, 277 A964). О конгрессане: С. С u p a s, P. Schleyer, Chemical Re- Journal of the American № 4, 917 A965). D. Trecker, Chemical Society, 87, О твистане: H. W h i 11 о с k. Journal of the American Chemical Society, 84, № 18, 3418 A962). О трипризмане: Chemical and Engineering News, 42, 38A964), О кубанах: P. E a t о n, Т. С о I e. Journal of the American Chemical Society, 86, № 5, 962 A964). P. E a t о n, T. Cole. Journal of the American Chemical Society, 86, 3157 A964). ••••••••• НОВОСТИ ОТОВСЮДУ КЕРАМИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО При всех своих неоспоримых преимуществах пластмассы, как правило, не теплостойки. А керамика, напротив, отличается высокой стойкостью к нагреву. Значит, увеличить термостойкость пластмассы можно, в принципе, керамическим наполнителем. Самый прочный наполнитель для пластмасс — волокнистый. Западногерманская фирма «Карборунд Верке» разработала технологию изготовления керамического волокна из расплава окисей алюминия и кремния. Средний диаметр волокна — всего два микрона. Оно сохраняет прочность почти до 1300С. Из этого волокна можно делать листы и плиты, и если пропитать их синтетической смолой, то получается теплостойкая пластмасса. Новое керамическое волокно можно использовать и в роли те- плоизолятора, например, для камер сгорания. СУХАЯ СМАЗКА Любой механизм с трущимися деталями приходится время от времени смазывать — жидкая смазка долго на детали не держится. Специалисты фирмы «Норт Америкен Авиэйшн» предложили загущать смазку очень мелко раздробленным стеклом. Такая сухая смазка наносится на деталь в виде суспензии и при термообработке в печи расплывается и прочно сцепляется с поверхностью. Новый смазочный материал, как полагают, найдет применение в космической технике. ПЛАСТИК МОЖЕТ ДЫШАТЬ Большинство заменителей кожи сравнимы с натуральной кожей во всем, кроме одного: они не пропускают воздух. И обувь из них, как бы красива ока ни была, все же негигиенична. В США освоено производство нового пластика «корфам», который может «дышать», как настоящая кожа. На каждый квадратный сантиметр корфама приходится свыше 150 тысяч мельчайших пор. Материал на одну треть легче кожи и не уступает ей и эластичности и износостойкости. Из него можно шить и клеить обувь на обычном оборудовании. Но поскольку корфам — пластик, его выгодней не сшивать, а сваривать. Уже выпущена обувь из нового заменителя кожи. НОВОСТИ ОТОВСЮДУ 2* 19
;цезий Доктор химических наук Ф. М. ПЕРЕЛЬМАН В Если бы химику пришлось писать био- В графию цезия, то она могла бы выглядеть В так: В «Открыт сравнительно недавно, в 1860 г., В в минеральных водах известных целебных В источников Шварцвальда (Баден-Баден В и др.). За короткий исторический срок про- В шел блистательный путь — от редкого, ни- В кому неведомого химического элемента до В стратегического металла. Принадлежит к В трудовой семье щелочных металлов, но в В жилах его течет голубая кровь последнего В в роде... Впрочем, это нисколько не мешает В ему общаться с другими элементами и, да- В же если они не столь знамениты, он охотно В вступает с ними в контакты и завязывает В прочные связи. В настоящее время работает В одновременно в нескольких отраслях: в В электронике и автоматике, в радиолокации В и кино, в атомных реакторах и на косми- В ческих кораблях...» В Если не принимать всерьез заносчиво- шутливого тона и некоторых явно литера- ^ турных преувеличений, то увидевшие в этом Щ£% жизнеописании «роман без вранья» не оши- 5 бутся. Не беспредметен разговор о «голу- н- бой крови» цезия — ведь впервые он был [Jj обнаружен по двум ярким линиям в синей ^ области спектра и латинское слово «caesi- {й us», от которого произошло его название, Л означает — небесно-голубой. Неоспоримо и утверждение о том, что цезий практически # последний в ряду щелочных металлов. ■ го Правда, еще Менделеев предусмотрительно оставил в своей таблице пустую клетку для «экацезия»,— который должен следовать в I группе за цезием, и этот элемент (франций) в 1939 г. был открыт. Однако франций существует лишь в виде быстро разлагающихся радиоактивных изотопов с периодами полураспада в несколько минут или секунд, или даже тысячных долей секунды. Наконец, правда и то, что цезий применяется в нескольких важнейших областях современной техники и науки. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ЦЕЗИЯ В ПРИРОДЕ И ЕГО ПРОИЗВОДСТВО В литературе нет точных данных о том, сколько цезия имеется на земном шаре. Известно лишь, что он относится к числу редчайших химических элементов. Полагают, что его содержание в земной коре во всяком случае в несколько сот раз меньше, чем рубидия, и составляет примерно 0,00007%. Цезий встречается в крайне рассеянном состоянии (порядка тысячных долей процента) во многих горных породах; ничтожные количества этого металла— около 10 jJ-г/л* — найдены также в морской воде. * 1 1*.г = 0,000 001 грамма
В более значительных концентрациях (до нескольких десятых процента) он содержится в некоторых калиевых и литиевых минералах, главным образом в лепидолите. Но особенно существенно то, что, в отличие от рубидия и большинства других редких элементов, цезий образует собственные минералы— поллуцит (или поллукс) и родицит. Родицит крайне редок, притом некоторые авторы причисляют его скорее к литиевым минералам, так как в его состав, который выражается формулой R2O • 2А1203 • ЗВ203| где R2O — сумма окислов щелочных металлов, входит обычно больше лития, чем цезия. Поллуциты также встречаются не часто, а их залежи маломощны, зато цезия они содержат не менее 20%, а иногда и до 35%. Наибольшее практическое значение приобрели поллуциты США (Южная Дакота и Мэн), Юго-Западной Африки, Швеции (Ва- рутреск) и Советского Союза (Казахстан и др.)- Поллуциты представляют собой алюмосиликаты, то есть сложные и весьма прочные соединения окиси цезия с окисью алюминия и кремнеземом — Cs2[Si4Al20i2] ■ Н2О. Поэтому, хотя цезия в них и много, извлечь его не так просто. Чтобы «вскрыть» этот минерал и перевести в растворимую форму ценные компоненты, его обрабатывают при нагревании концентрированными минеральными кислотами — плавиковой или соляной и серной. Затем необходимо освободиться от всех тяжелых и легких металлов и, что особенно трудно, от постоянных спутников цезия — щелочных металлов: калия и рубидия. Современные методы извлечения цезия из поллуцитов основаны на предварительном сплавлении концентратов с избытком извести и небольшими добавками плавикового шпата. Если вести процесс при 1200°С, то почти весь цезий возгоняется в виде окиси CS2O. Этот возгон, конечно, загрязнен примесью других щелочных металлов, но он растворим в минеральных кислотах, что упрощает дальнейшие операции. Из лепидолитов цезий извлекается вместе с рубидием попутно, как побочный продукт производства лития. Для этого лепидолиты предварительно сплавляют (или спекают) при температуре около 1000°С с гипсом или сульфатом калия и карбонатом бария. В этих условиях все щелочные металлы превращаются в легко растворимые соединения— их можно выщелачивать горячей водой. После выделения лития остается переработать полученные фильтраты, и здесь главная трудность — в освобождении цезия от рубидия и громадного избытка калия. После длительного процесса получают какую-либо соль цезия — хлорид, сульфат или карбонат. Но это еще только часть дела, так как цезиевую соль предстоит превратить в металлический цезий. Чтобы оценить сложность этого последнего этапа, достаточно указать, что первооткрывателю цезия — крупнейшему немецкому химику Р. Бунзену не удалось получить элемент № 55 в свободном состоянии. Все способы, пригодные для восстановления других металлов, в этом случае не дали желаемых результатов. Металлический цезий был впервые получен только через 20 лет, в 1882 г., шведским химиком К. Сеттербер- гом в процессе электролиза расплавленной смеси цианидов цезия и бария, взятых в отношении 4:1. Цианид бария добавлялся для снижения температуры плавления. Однако барий загрязнял конечный продукт, а работать с цианидами было трудно ввиду их крайней токсичности, да и выход цезия был весьма мал. Более рациональный способ был найден в 1890 г. известным русским химиком Н. Н. Бекетовым, который предложил восстанавливать гидроокись цезия металлическим магнием в токе водорода при повышенных температурах. Водород заполняет прибор и препятствует окислению цезия, который отгоняется в специальный приемник. Однако и в этом случае выход цезия не превышает 50% от теоретического. Наилучшее решение трудной задачи получения металлического цезия было найдено в 1911 г. французским химиком А. Гакш- пилем. Метод Гакшпиля до сих пор остается наиболее распространенным. Он состоит в восстановлении хлорида цезия металлическим кальцием в вакууме, причем реакция идет практически до конца по уравнению: 2CsCl + Ca — CaCI2 + 2Cs. Процесс ведут в специальном приборе (в лабораторных условиях — из кварца или тугоплавкого стекла), снабженном отростком. Если давление в приборе не превышает 0,001 мм рт. ст., то требуется нагрев не свыше 675°С. В этих условиях выделяющийся цезий испаряется и отгоняется в отросток; в то же время хлористый кальций пол- ^>1
ностью остается в реакторе, так как его температура плавления равна 773°С, и в условиях процесса (температура на 100° ниже) летучесть этой соли ничтожна. Повторная дистилляция в вакууме дает абсолютно чистый металлический цезий. К вакууму Схема прибора Гакшпиля для получения металлического цезия путем восстановления его хлорида. а — стеклянная трубка длиной 30—35 см; b — патрубок для сбора металлического цезия (по окончании процесса отпаивается); с — железная пробирка с исходными компонентами — смесью хлорида цезия и металлического кальция; d — электрическая печь (температура процесса 700—800е С, остаточное давление — 1—5 мм ртутного столба). В литературе описаны еще многие способы получения металлического цезия из его соединений, но, как правило, они не сулят особых преимуществ. Так, если заменить металлический кальций его карбидом, то температуру реакции приходится повысить до 800°С, и конечный продукт загрязняется дополнительными примесями. Можно разлагать азид цезия или восстанавливать цирконием его бихромат, но эти реакции взрывоопасны. Впрочем, при замене бихромата хроматом цезия процесс восстановления протекает спокойно, и, хотя выход не превышает 50%, отгоняется очень чистый металлический цезий. Этот способ применим для получения небольших количеств металла непосредственно в вакуумном приборе, для которого он предназначен. Мировое производство цезия крайне мало и измеряется, по-видимому, несколькими сотнями килограммов в год, а стоимость его весьма значительна: 0,4 доллара за 1 грамм солей и около 2 долларов за 1 грамм металла. СВОЙСТВА ЦЕЗИЯ Цезий — один из самых легкоплавких металлов, его температура плавления всего 28,5°С. У него блестящая металлическая поверхность бледно-золотистого цвета. Кипит он при 670°С при атмосферном давлении и при 330°С в вакууме. Легкоплавкость сочетается у цезия с большой легкостью. Хотя 55-й элемент периодической системы и обладает довольно значительным атомным весом A32,91), его плотность при 20°С составляет всего 1,87. Цезий во много раз легче своих соседей по Менделеевской таблице. Лантан, например, имеющий почти такой же атомный вес, по удельному превосходит цезий в шесть с лишним раз. Цезий всего вдвое тяжелее натрия, в то время как их атомные веса относятся как 1 : 6. По-видимому, причина этого явления кроется в своеобразной электронной структуре атомов цезия. Каждый его атом содержит 55 протонов, 78 нейтронов и 55 электронов, но это большое число электронов расположено относительно рыхло — ионный радиус цезия очень велик, он равен 1,65 А. Ионный радиус лантана, например, равен всего 1,28 А, хотя в состав его атома входят 57 протонов, 82 нейтрона и 57 электронов *. Самое замечательное свойство цезия — его исключительно высокая активность. По чувствительности к свету он превосходит все другие металлы. Цезиевый катод испускает поток электронов даже под действием инфракрасных лучей с длиной волны 0,80 микронов. Кроме того, максимальная электронная эмиссия, превосходящая нормальный фотоэлектрический эффект в сотни раз, наступает у цезия при освещении зеленым светом, между тем как у других светочувствительных металлов этот максимум проявляется лишь при воздействии фиолетовых или ультрафиолетовых лучей. Долгое время ученые надеялись найти радиоактивные изотопы цезия в природе, поскольку такие изотопы есть у рубидия и калия. Однако, в природном цезие не удалось обнаружить каких-либо иных изотопов, * Атомный радиус цезия равен 2,62 A. 22
кроме одного — вполне стабильного Cs133. Правда, искусственным путем получено 18 радиоактивных изотопов цезия с атомными массами от 126 до 144. В большинстве случаев они недолговечны: их периоды полураспада измеряются секундами и минутами, реже — несколькими часами или днями. Но три из них разлагаются не столь быстро; это Cs134, Cs137 и Cs135, с периодами полураспада соответственно в 2,07, 30 и 3 -106 лет. Все они образуются в атомных реакторах при распаде урана, тория и плутония, и их удаление из реакторов довольно затруднительно- Химическая активность цезия необычайна. Он очень быстро реагирует с кислородом и не только моментально воспламеняется на воздухе, но способен поглощать малейшие следы кислорода в условиях глубокого вакуума. Воду он бурно разлагает уже при обычной температуре, при этом выделяется много тепла, и вытесняемый из воды водород тут же воспламеняется. Цезий взаимодействует даже со льдом при —116°С. Поэтому его хранение требует большой предосторожности. Цезий взаимодействует и с углеродом. Только самая совершенная модификация углерода—алмаз в состоянии противостоять его «натиску». Жидкий расплавленный цезий и его пары разрыхляют сажу, древесный уголь и даже графит, внедряясь между атомами углерода и образуя своеобразные довольно прочные соединения золотисто-желтого цвета, которые в пределе отвечают составу CgCs. Они воспламеняются на воздухе, вытесняют водород из воды, а при нагревании разлагаются и отдают весь поглощенный цезий- Даже при обычной температуре реакции цезия с фтором, хлором и другими галогенами сопровождаются воспламенением, а с серой и фосфором — взрывом. При нагревании цезий соединяется с водородом, азотом и другими элементами, а при 300°С разрушает стекло и фарфор. Гидриды и дейтериды цезия легко воспламеняются на воздухе, а также в атмосфере фтора и хлора. Неустойчивы, а иногда огнеопасны и взрывчаты соединения цезия с азотом, бором, кремнием и германием, а также с окисью углерода. Галоидные соединения цезия и цезиевые соли большинства кислот, напротив, очень прочны и устойчивы. Активность исходного цезия проявляется в них разве только в хорошей растворимости подавляющего большинства солей. Кроме того, они легко превращаются в более сложные комплексные соединения. Сплавы и интерметаллические соединения цезия всегда сравнительно легкоплавки. У цезия имеется еще одно весьма важное свойство, тесно связанное с его электронной структурой. Дело в том, что он теряет свой единственный валентный электрон легче, чем любой другой металл: для этого необходима очень незначительная энергия — всего 3,89 электрон-вольта. Поэтому получение плазмы из цезия требует значительно меньших энергетических затрат, чем при использовании любого другого химического элемента. ГДЕ ПРИМЕНЯЕТСЯ ЦЕЗИИ! Не удивительно, что замечательные свойства цезия давно открыли ему доступ в различные сферы человеческой деятельности. Прежде всего он нашел применение в радиотехнике. Вакуумные фотоэлементы со сложным серебряно-цезиевым фотокатодом особенно ценны в радиолокации: они чувствительны не только к видимому свету, но и к невидимым инфракрасным лучам и, в отличие, например, от селеновых, работают без инерции. В телевидении и звуковом кино широко распространены вакуумные сурьмяно-цезиевые фотоэлементы; их чувствительность даже после 250 часов работы падает всего на 5—6%, они надежно работают в интервале температур от —30°С до +90°С. Из них составляются так называемые «многокаскадные» фотоэлементы: в этом случае под действием электронов, вызванных лучами света в одном из катодов, наступает вторичная эмиссия — электроны испускаются добавочными фотокатодами прибора. В результате общий электрический ток, возникающий в фотоэлементе, многократно усиливается. Усиление тока и повышение чувствительности достигается также в цезиевых фотоэлементах, заполненных инертным газом (аргоном или неоном). В оптике и электротехнике широко используются бромиды, иодиды и некоторые другие соли цезия. Если при изготовлении флуоресцирующих экранов для телевизоров и научной аппаратуры ввести между кристалликами сернистого цинка примерно 23
20% йодистого цезия, экраны будут лучше поглощать рентгеновские лучи и ярче светиться при облучении электронным пучком. На проходившей в прошлом году в Москве Международной химической выставке, в павильоне СССР демонстрировались сцин- тиляционные приборы с монокристаллами иодида цезия, активированного таллием. Эти приборы, предназначенные для регистрации тяжелых заряженных частиц, обладают наибольшей чувствительностью из всех приборов подобного назначения. Кристаллы бромистого и йодистого цезия прозрачны для инфракрасных лучей с длиной волны от 15 до 30 микронов (CsBr) и даже от 24 до 54 микронов (CsJ). Обычные призмы из хлористого натрия пропускают только лучи с длиной волны в 14 микронов, а из хлористого калия — в 25 микронов. Поэтому применение бромистого и йодистого цезия сделало возможным снятие спектров сложных молекул в более отдаленной инфракрасной области. Весьма чувствительны к свету соединения цезия с оловянной кислотой (ортостанна- ты) и с окисью циркония (метацирконаты). Изготовленные на их основе люминесцентные трубки при облучении ультрафиолетовыми лучами или электронами дают зеленую люминесценцию. Активность многих соединений цезия проявляется в их каталитической способности. Установлено, что при получении син- тола (синтетической нефти) из водяного газа и стирола из этилбензола, а также в некоторых других синтезах добавление в катализатор незначительных количеств окиси цезия вместо окиси калия повышает выход конечного продукта и улучшает общие условия процесса. Гидроокись цезия служит превосходным катализатором синтеза муравьиной кислоты. С этим катализатором реакция идет при ЗС0°С без высоких давлений. Выход конечного продукта очень высокий— 91,5%- Металлический цезий лучше, чем другие щелочные металлы, ускоряет реакцию гидрогенизации ароматических углеводородов. В целом же каталитические свойства цезия изучались мало, а его положительное действие оценивалось скорее качественно, чем количественно. Вероятно, это можно объяснить недостаточной актуальностью вопроса, поскольку на цезий имеется настоятельный спрос в ряде других весьма важных областей. К их числу, кроме уже упомянутых, относится медицина. Изотопом Cs137, который образуется во всех атомных реакторах (в среднем из 100 ядер урана — 6 ядер Cs137), заинтересовались специалисты в области рентгенотерапии. Cs137 разлагается сравнительно медленно, за год он теряет только 2,4% своей исходной активности, Cs137 оказался пригодным для лечения злокачественных опухолей. Он имеет определенные преимущества перед радиоактивным кобальтом (Со60), так как обладает более длительным периодом полураспада C0 лет против 5,27) и в четыре раза менее жестким гамма-излучением. Поэтому приборы на основе Cs137 более долговечны, а защита от излучения может быть менее громоздкой. Впрочем, эти преимущества становятся реальными лишь при условии абсолютной радиохимической чистоты Cs137 и отсутствия в нем примеси Cs134, который обладает более коротким периодом полураспада и более жестким гамма-излучением. Не только радиоактивный, но и стабильный металлический цезий приобретает все большее значение. Он служит для изготовления специальных выпрямителей, во многих отношениях превосходящих ртутные. В военном и военно-морском деле вакуумные лампы с парами цезия применяются для инфракрасной сигнализации и контроля. В США такого рода прибор, способный обнаружить в темноте всевозможные объекты, называется «снайперскопом». Но особенно большое внимание уделяется в последнее время цезиевой плазме, всестороннему изучению ее свойств и условий образования. Возможно, она станет «топливом» плазменных двигателей будущего. Кроме того, работы по исследованию цезиевой плазмы тесно связаны с проблемой управляемого термоядерного синтеза. Многие ученые считают, что целесообразно создавать цезиевую плазму, используя высокотемпературную тепловую энергию атомных реакторов, то есть непосредственно превращать эту тепловую энергию в электрическую. Таков далеко не полный перечень возможностей цезия. 24
КАК ПОСТРОЕН КОКС Кокс в огромных количествах применяется в доменном производстве как незаменимый восстановитель железной руды. Это так называемый металлургический кокс. Есть и другие виды кокса: литейный — для плавки металла в вагранках, нефтяной и пековый — для производства угольных электродов, применяемых при электролитическом получении алюминия. Изучению структуры различных видов кокса были посвящены работы многих исследователей, но лишь последние десятилетия принесли определенные успехи в решении этого вопроса. В ОСНОВЕ — УГЛЕРОД Учебники и энциклопедические словари утверждают, что кокс — это высокообуглероженное вещество — остаток, образующийся при нагревании различных топлив до высоких температур без доступа воздуха. (Высокообуглероженное вещество. Высокообуглероженное. Отвратительное, чуждое русскому языку слово! Но, к сожалению, общепринятый термин. Поэтому нам остается лишь пояснить его и постараться пореже им пользоваться). К этому классу относятся вещества, в элементарном составе которых доминирует углерод. Сюда входят бурые и каменные угли, полукокс и кокс, древесный уголь и сажа, антрацит и графит, алмаз и карбин \ Кокс — искусственное вещество — в природе он не встречается. ВЛИЯНИЕ ИНОРОДНЫХ АТОМОВ Высокообуглероженные вещества в основном состоят из углерода, но только алмаз представляет собой чистейший углерод. Уже в графите содержатся атомы водорода @,29%), в графитированной саже его 0,36%. А в обычной саже, кроме 0,75% водорода, присутствуют также сера @,1%), кислород и азот — 4,4%. Элементарный состав нефтяного и пе- кового кокса очень близок к составу сажи. Каменноугольные коксы отличаются от нефтяного, главным образом, содержанием серы — в донецком коксе 1,8% серы, в кузнецком — 0,45%. Сера — вредная примесь. Для того, чтобы предотвратить ее попадание в чугун, металлургам приходится расходовать больше щелочных добавок (флюсов). * См. статью Ю. С. Черкинского «Неорганические полимеры», «Химия и Жизнь», 1965, № 4. «Посторонние» атомы — кислорода, азота и серы, содержащиеся в коксах, оказывают влияние на их свойства и, в частности, на способность к структурным превращениям. Присутствие в коксе атомов кислорода, галоидов, серы, азота затрудняет процесс перестройки структуры кокса в структуру графита. (Заметим, что не все коксы могут превращаться в графит). А вот водород оказывается полезной «примесью». Прокаливание неграфитирующихся коксов в среде водорода (гидрогенизация) придает им способность к графитированию. ЧТО ГОВОРЯТ МЕТОДЫ ФИЗИКИ И ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ Даже невооруженным глазом видна пористая структура кокса — множество мелких канальцев, которые называют макропорами. Измельченные зерна кокса интенсивно поглощают пары воды, бензола, спирта, метан, азот и другие вещества. Благодаря этому свойству удалось обнаружить в веществе кокса массу пор молекулярных размеров о с входным диаметром менее 10 А. Почти половина объема любого куска кокса приходится на макро- и микропоры, остальное — твердое вещество кокса с удельным весом 1,95 г/см3. Угли, из которых получают металлургический кокс, а также нефтяные остатки и каменноугольный пек, практически не проводят электрического тока. Сопротивление этих веществ огромно — более 108 ом • см. Структурные превращения в ряду уголь— кокс — графит можно проследить по изменению электропроводности или обратной ей величины — электросопротивления. Уголь загрузили в стальной стаканчик, стенки которого служат электродом. Второй электрод — стальная спица, вставленная по оси стаканчика. Стаканчик поместили в электрическую печь и начали нагревать. При температуре 600С угольная масс а начала заметно проводить ток. Прекратили нагрев, и электропроводность угля исчезла. Стаканчик нагрели до 680°С, выдержали при этой температуре около 4 часов и охладили. Сопротивление сильно снизилось: оно стало меньше 10 ом • см и больше не повышается. Угопь превратился в токопроводящее вещество. По характеру проводимости кокс следует отнести к полупроводникам. Чем больше нагревать кокс — вплоть до его графитизации, тем меньше становится 25
его электрическое сопротивление. У графита же, напротив, с ростом температуры сопротивление не уменьшается, а растет. Причина проводимости графита та же, что и у металлов — наличие свободных вторичных электронов. Рис. 1. Структура графита Наиболее эффективным методом расшифровки структуры высокообуглероженных веществ, в том числе и различных коксов, оказался метод рентгено- структурного анализа. В 1924 г. была определена структура графита. Выяснилось, что графит — кристаллическое вещество, построенное из углеродных атомов, соединенных в шестиугольные кольца типа колец бензола. Эти шестиугольники, соединяясь между собой, образуют огромную плоскую сетку, а сетки — правильными рядами уложены одна над другой. Каждый атом углерода в плоскости шестиугольника связан с тремя соседними прочными ковалентными связями, а четвертый электрон образует между плоскостями более слабую металлическую связь. Через 11 лет была расшифрована структура сажи. В ней в отличие от графита, нет определенной ориентации слоев относительно друг друга. (Это хорошо Рис. 2. Схематическое изображение строения частицы сажи показывает сравнение рис. 1 и 2.) Структура сажи — характерный пример промежуточной формы вещества — между кристаллическим и аморфным состоянием. Характерная деталь: если графит очень тонко раздробить, то его рентгенограмма становится очень схожей с рентгенограммой сажи. В чем же состоят структурные особенности кокса! По данным рентгенографии углеродистое вещество кокса образовано «жестким» углеродным скелетом, в котором углеродные сетки циклически поли- меризованного углерода связаны по всем трем направлениям короткими боковыми цепями линейно полимеризованного углерода. На рис. 3 схематически изображена структура мельчайшей частички кокса. Сплошные штрихи изображают «сетки циклически полимеризованного углерода», совокупность таких сеток составляет Рис. 3. Схематическое изображение структуры частицы кокса «блок», а изогнутые скобы — это «линейно полиме- ризованный углерод», связывающий между собой сетки и блоки. ПЕРЕВОД ЯЗЫКА ФИЗИКОВ НА ЯЗЫК ХИМИЧЕСКИХ ЗНАКОВ Рентгенография не дает никаких сведений относительно химической природы «сетки циклически полимеризованного углерода». С помощью рентге- неструктурного анализа были определены лишь размеры и число шестиугольников в сетках. Но основываясь на этих данных, химики смогли подобрать для кокса повторяющуюся единицу химической структуры. Из множества ароматических веществ на эту роль была выбрана молекула трибензкоронена, в которой сконденсировано 10 бензольных колец. (Для углей эти функции выполняют молекулы типа тетрацена, пентацена, пирена, бензпирена; реже — других ароматических соединений.) №
Элементарная структурная единица макромолекулы угля в развернутом структурном виде изображается формулой, приведенной на рис. 4. Там же изображена соответствующая ем элементарная Рис. 4. Структурные единицы угля и кокса структурная единица кокса. Различие между ними не только в основной химической единице структуры, но и в химическом строении «мостиков» между сетками. Если в угле эти функции выполняют группы: — О — С = О; — О —; — S —; СН2 — и др., то «мостики» кокса часто имеют тройную связь, ими могут быть группы С = С — О, — С С — и другие. Таковы различия, а общее! Его находит химия высокомолекулярных соединений. Все высокоэбуглеро- женные вещества существуют только в форме полимеров, которые отличаются друг от друга величиной молекулярного веса и, как правило, строением макромолекулы. Алмаз — трехмерный пространственный полимер углерода, карбин — линейный полимер. Состав обоих веществ передается общей формулой [С]п, а отличия в их свойствах обусловлены разной природой и направленностью химических связей между углеродными атомами. Элементарные структурные единицы графита [С2еН]п—плоские, находятся одна н а А другой. Те же структурные единицы в графитовом волокне расположены рядом, одна возле другой. Угольное вещество — полимер на основе элементарных структурных единиц [С45Н3506]п, расположенных беспорядочно; углеродное волокно имеет в основе структурную единицу [С<(»Нг,0] п, но эти кирпичики поставлены в ряд, один возле другого. А вот в коксе снова никакого порядка в расположении структурных элементов [С44Н.4О] не наблюдается. Многие детали структуры кокса и других веществ, состоящих в основном из углерода, расшифрованы, но сказать, что об этих веществах известно, все еще нельзя. Исследования продолжаются, и с завершением каждого из них наши знания о структуре этих важнейших химических соединений становятся все шире и глубже. Доктор технических наук К. П. МЕДВЕДЕВ ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ! Во втором полугодии 1966 года журнал «Химия и жизнь» будет поступать в розничную продажу в еще более ограниченном количестве, чем в первом полугодии- Это объясняется тем, что число подписчиков растет, а общий тираж журнала на протяжении года может быть увеличен лишь незначительно. Чтобы получать журнал с гарантией, следует оформить подписку. Сделать это можно с любого месяца в любом почтовом отделении. Реда кци я 21
М. Д. ГОЛУБОВСКИЙг Институт цитологии и генетики Сибирского отделения АН СССР Рисунки В. СКОБЕЛЕВА ЧЕЛОВЕК: ГЕНЕТИКА И ЭВОЛЮЦИЯ «А любопытно, черт возьми, Что будет после нас с людьми? Что станется потом?,.» Вопрос этот, еще давно волновавший Н. Асеева, интересует, конечно, не только поэтов. Давайте и мы поговорим о том, как человек пришел к своему настоящему и какое его ожидает будущее. Но к закономерностям, которым подчинен человек на этом пути, мы будем подходить с точки зрения генетики. Понятие биологической эволюции человека, да и вообще эволюции жизни, для современной науки неотделимо от идеи естественного отбора. Что же такое «естественный отбор» на языке генетики? Каждый живой индивидуум, в том числе и каждый человек, — носитель определенного генотипа, определенной совокупности наследственных задатков, иначе говоря — определенного сочетания генов. С точки зрения генетики естественный отбор и состоит, прежде всего в том, что особи различного генотипа в разной степени передают свои наследственные особенности потомству— вносят неравный вклад в генный фонд следующего поколения. Одни погибают, вообще не оставляя потомства, другие оказываются менее плодовитыми, чем третьи. В результате в течение ряда поколений степень распространения тех или иных генов изменяется. Это составляет основу эволюционных изменений. Часто высказывается мнение, будто у человека, который сам создает условия своего существования, естественный отбор прекратился. На самом деле это не совсем так. Изменились лишь природа и интенсивность естественного отбора, но сам он в различных формах продолжается. Факторы естественного отбора, действующие у человека, можно условно разделить на внешние, связанные с условиями его существования, и внутренние, зависящие от характера его внутриутробного развития и от его наследственных качеств. Как мы покажем ниже, и те и другие факторы и сейчас продолжают действовать во всех человеческих обществах. ГОЛОД, БОЛЕЗНИ И ЧЕЛОВЕЧЕСКОЕ ОБЩЕСТВО Один из самых могучих внешних факторов отбора у человека — голод. По данным ЮНЕСКО, систематически голодает около 30% населения Земли, и среди них отбор действует в самых грубых формах. Инфекционные заболевания приобрели серьезное значение для эволюции человека сравнительно недавно. На заре своей истории человечество десятки тысяч лет существовало в виде отдельных групп людей — племен численностью в несколько десятков, самое большое — сотен человек. Они обитали на огромной территории и были изолированы друг от друга просторами лесов, степей и пустынь. В таких условиях любая инфекционная болезнь не была страшна для всего человеческого вида. Однако по мере того, как люди объединялись во все более и более крупные коллективы, по мере развития средств сообщения и усиления контактов людей из разных стран, инфекционные болезни становились мощным и постоянным фактором отбора. В Европе в XVIII—XIX веках половина детей умирала от заразных болезней, не дожив до 16 лет. Эпидемии чумы, оспы или холеры уносили до % населения отдельных стран. Армии несли от болезней большие потери, чем от ранений, а эпидемия гриппа после мировой войны 1914—1918 гг. унесла больше жизней, чем сама война. Народы, не выработавшие в ходе отбора устойчивости к той или иной болезни, при эпидемиях гибли почти поголовно: так вымерли от кори привычные к самым суровым условиям среды аборигены Огненной Земли. И голод и инфекционные заболевания, конечно, вызывают у человека отбор определенных генотипов. Но если у животных и растений эти факторы усиливают темп отбора, и выжившие оказываются наиболее приспособленными, то такая приспособленность совершенно не соответст- 28
вует критериям ценности личности в человеческом понимании. В результате голода или болезней нередко погибают слабые физически, но одаренные, талантливые люди. Надо ли доказывать, какой огромный урон человечеству нанесла смерть от туберкулеза Белинского, Добролюбова или Чехова? Социальный прогресс и развитие медицины замедляют или полностью снимают действие этих грубых внешних факторов отбора. В СССР, например, ликвидирована смертность от голода и многих инфекционных болезней. И если в 1913 г. в России из 1000 родившихся детей умирало, не дожив до года, 273, то сейчас зта цифра снижена до 29 (сведения за 1964 г.). ВНУТРЕННИЕ ВРАГИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА Если в ходе исторического прогресса роль голода и инфекционных болезней в эволюции снижается, то действие внутренних факторов естественного отбора остается весьма значительным. Вот некоторые цифры, свидетельствующие об их проявлении. Статистика показывает, что 12— 15% беременностей кончается выкидышем в период от 4 до 27 недель; при родах более чем в 2 % случаев рождаются мертвые дети. Около 2 — 3% рождающихся детей поражено различными наследственными заболеваниями. Одна из причин гибели плода — несовместимость по группам крови. Оказывается, что при браках женщин, имеющих кровь I группы, с мужчинами II, III или IV группы примерно 20% беременностей заканчивается выкидышем. Но гораздо большую роль в естественном отборе играют разнообразные хромосомные нарушения. В норме у человека 23 пары, т. е. 46 хромосом. Образующиеся в организме половые клетки — яйцеклетки и спермин — получают по одной хромосоме из каждой пары. Но иногда, в 2 — 3 случаях из тысячи, расхождения какой-либо из пар хромосом по той или иной причине не происходит, и половые клетки получают 22 или 24 хромосомы. При оплодотворении, когда такая ненормальная половая клетка сливается с нормальной, возникающий зародыш получает вместо 46 хромосом 45 или 47. Такие зародыши гибнут на ранних стадиях развития (спонтанные выкидыши) или же, если ребенок рождается живым, он страдает тяжелыми недугами: отстает в умственном и физическом развитии, у него наблюдаются расстройства половой системы и т. д. Так естественный отбор поддерживает постоянство числа хромосом. К тяжелым последствиям приводят и изменения структуры хромосом — нехватка отдельных их участков, транслокации (перемещение части одной хромосомы на другую). Например, при нехватке участка 21-й хромосомы развивается рак крови (лейкемия). Всего из-за хромосомных нарушений погибает на самых ранних стадиях развития 6—8% зародышей. Определенную роль в естественном отборе играют и мутации отдельных генов. У человека около 40—80 тысяч генов, из которых каждый дает мутации с частотой ЗХЮ за одно поколение. Таким образом, можно считать, что каждый из нас получает от родителей два новых гена. Помимо новых мутантных генов, человек несет в скрытом или, как говорят генетики, гетерозиготном состоянии (в одной хромосоме из двух, составляющих пару) гены, которые в гомозиготном состоянии (когда обе хромосомы из пары имеют одинаковый ген) вызывают заболевания или предрасположение к ним. Сейчас наследственных болезней насчитывается более тысячи. Особенно распространены наследственные заболевания центральной нервной системы (шизофрения, маниакально-депрессивный психоз, идиотия и др.), на которые приходится половина всех психических больных. Многие болезни обмена веществ также в существенной степени обусловлены наследственными факторами. Сахарным диабетом болеют 1—1,5% населения мира, т. е. десятки миллионов людей. О наследственной природе зтого заболевания свидетельствует то, что если диабетом болен один из однояйцевых близнецов, вероятность заболевания другого, как показывает статистика, составляет 60%. КУДА ВЕДЕТ ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР! Из приведенных примеров ясно, что естественный отбор в разных формах и с разной интенсивностью еще активен во всех человеческих обществах. К каким же эволюционным следствиям приводит естественный отбор у человека? Происходит ли благодаря ему дальнейшее приспособление человека к той среде, в которой он живет, повышение его интеллекта, его «человеческих» свойств? Прогрессивная биологическая эволюция человека, в результате которой он приобрел способность к прямохождению, абстрактному мышле- 29
Некоторые наследственные особенности передаются из поколения в поколение с удивительным постоянством. На рисунке вы видите портреты членов королевского дома Габсбургов. Их общая нию, речи, прекратилась по крайней мере 30 000 лет назад. Генетические и социальные предпосылки этого нетрудно понять. С появлением труда и больших сообществ людей прогресс общества не столько зависит от степени индивидуального развития отдельных личностей, сколько есть следствие социальных закономерностей, открытых Марксом. В современном обществе человек с высоким уровнем интеллекта имеет столько же шансов оставить потомство, как, например, человек умственно отсталый. А если наиболее одаренные вносят такой же вклад в генофонд следующего поколения, как и менее одаренные, то никакого генетического улучшения человечества в этом направлении не происходит. Условные же рефлексы и навыки, приобретенные в течение индивидуальной жизни, как известно, не наследуются. Таким образом, в настоящее время естественный отбор не вызывает прогрессивной эволюции. Основной результат его действия — лучшая биологическая адаптация человека к тем условиям, в которых он живет. Разнообразие морфологических и биохимических признаков человека и есть следствие такого отбора на приспособленность. Хорошо известный пример этого — черный цвет тела у африканских народов, защищающий от вредного воздействия богатого ультрафиолетом тропического солнца. Иногда биологическая приспособленность дается человечеству дорогой ценой. Люди, издавна зо
фИ>ДОШАНАШ . ЛЕОПОЛЬД I 160в-1657 * 1640-15 Филипп п ^ филипп 1527*1596 157* «1621 Карл >а м •1740 Филипп w 1605*1665 РИЯТбРЕЖ 1717°17*0 Карл н 1661-1700 черте — сильно выступающая вперед верхняя челюсть, знаменитая «верхняя губе Габсбургов». Этот дефект лица известен в медицине под названием прогнатии населяющие малярийные районы, устойчивы к малярии. Ряд генов, благодаря которым достигается эта устойчивость, находится в гетерозиготном состоянии, а в гомозиготе вызывает смертельную болезнь — анемию, так что от браков устойчивых к малярии людей гибнет четвертая часть потомства. Возможность существования людей как биологического вида в обширных малярийных районах мира (Африка, Азия, Средиземноморье) достигнута благодаря жертве части вида. Такая ситуация часто возникает в ходе отбора, который путем проб и ошибок приводит к любому «решению», позволяющему виду выжить как целое несмотря на гибель его части. ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР И СОВРЕМЕННАЯ МЕДИЦИНА Гибель части особей, зволюционно оправданная с точки зрения сохранения видов растений и животных, не может удовлетворить человечество. Это не соответствует нашим морально- этическим представлениям. «Отказывать в сочувствии даже по голосу рассудка нельзя без унижения благороднейших свойств нашей природы. Хирург может заглушить в себе сострадание во время операции, сознавая, что действует для пользы больного, но если бы мы намеренно оставляли без внимания слабых и беспомощных, то делали бы зто лишь в виду могущего произой- 31
ти отсюда добра в будущем, купленного ценой большого и верного зла в настоящем. Стало быть, мы должны безропотно переносить несомненно вредные последствия переживания и размножения слабых», — вот честная научная постановка вопроса, сделанная самим Дар- вином. Постепенное снижение интенсивности естественного отбора имеет определенные отрицательные генетические последствия для человека. Есть наследственные заболевания, которые вредны с любой точки зрения. Трудно отрицать нежелательность слабоумия, психических болезней или тяжелых физических ненормальностей, когда, например, вместо рук и ног у человека — короткие культи без кистей и ступней. Между тем зти признаки обусловлены действием генов, передаются из поколения в поколение и с ослаблением отбора накапливаются. Например, в Дании в 1927 г. на каждые 10 000 жителей было 12 больных диабетом, а в 1946 г. — 43. Оказывается, широкое применение инсулина резко снизило естественный отбор против диабетиков. С другой стороны, с развитием медицины снижается концентрация ряда вредных генов, которые давали людям возможность выжить в неблагоприятных условиях и потому поддерживались естественным отбором. Так, успешвая борьба с малярией вызывает уменьшение частоты распространения вредных генов, о которых говорилось выше. Успехи генетики и медицины дают возможность нейтрализовать и вредное действие некоторых мутантных генов. Существует ряд наследственных болезней, которые называют биохимическими, или молекулярными. Мутационное изменение одного участка нуклеиновой кислоты гена может привести к изменению активности того или иного фермента или прекращению его выработки в организме. Это, в свою очередь, нарушает определенные этапы обмена веществ и может вызвать тяжелые недуги. Например, при некоторых мутациях снижается активность фермента, превращающего глюкозо-6-фосфат в глюкозу, что проявляется уже в младенческом возрасте отставанием в развитии, слабоумием, судорогами. Такие болезни часто лечат специальной диетой, исключая из питания вещество, пути превращения которого в ходе обмена веществ блокированы. Например, при снижении активности одного из ферментов больной теряет способность использовать содержащуюся в молоке матери галактозу и превращать ее в глюкозу. Эта болезнь, получившая название галактоземии, сопровождается умственной отсталостью, резким истощением и может привести к смерти. При безмолочной же диете она никак не проявляетсн, и ребенок остается здоровым. К сожалению, нейтрализуя таким путем вредное действие мутации, мы не трогаем сам ген, и потомство больного получает его «в наследство». МОЖНО ЛИ БОРОТЬСЯ С ВРЕДНОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬЮ! С установлением законов генетики стало ясно, что человек может и должен сознательно предотвращать вредное действие патологической наследственности. Еще в конце прошлого века английский математик и биолог Ф. Гальтон предложил для этого термин «евгеника», то есть «улучшение генов». Однако любые практические меры, направленные на осуществление зтой благородной идеи, требуют точного знания наследственных факторов у человека, их проявления при взаимодействии с внешней средой. В конце XIX — начале XX века, когда знания генетики человека были далеко не достаточны, принимавшиеся «ранними евгенистами» решения оказывались односторонними или просто неверными. А расистские извращения в фашистской Германии, идеологи которой широко применяли незрелые евгенические идеи в своих человеконенавистнических целях, и вовсе дискредитировали евгенику, которая стала отождествляться с расистской теорией. Произошло то, что иногда случается с новыми научными направлениями, — вместе с водой выплеснули и младенца. Между тем на современном этапе развития науки о наследственности человека — медицинской генетики — становится ясно, что в основе евгеники лежит известное «рациональное зерно» и многие ее идеи и практические рекомендации заслуживают серьезного внимания. Меры, предлагаемые евгеникой, включают сейчас прежде всего медико-генетическую консультацию для вступающих в брак, направленную на ограничение рождаемости у лиц с наследственным предрасположением к очень трудно излечимым заболеваниям, а также у гетерозиготных носителей одинаковых наследственных дефектов. Поскольку некоторые люди с вредными наследственными аномалиями (например, слабо- 32
умные) не могут осознать опасность, грозящую их потомству, часть евгенистов предлагает в таких случаях применять стерилизацию — сравнительно простую и безопасную процедуру, которая, не сказываясь на проявлениях полового чувства, лишает человека способности к деторождению. В США в ряде штатов предусмотрена законом стерилизация слабоумных, эпилептиков, сумасшедших. Однако первоначальное увлечение «горячих» евгенистов идеями стерилизации и различных форм отбора сменилось трезвой оценкой их результатов, далеко не всегда удовлетворительных. Следует согласиться с мнением известных американских генетиков Джеймса Ни ля и Уильяма Шэлла, что «прежде чем захватить в свои руки бразды правления собственной генетической судьбой, человек должен обладать гораздо более обширными сведениями в антропогенети- ке, чем те, которыми он обладает сейчас». ГЕНЕТИКА И ИНТЕЛЛЕКТ Современное общество должно учитывать все данные, уже полученные генетикой человека, и прежде всего вывод о громадном наследственном разнообразии людей. Оно проявляется не только в физических качествах, но и в темпераменте, способностях, степени умственной одаренности. Изучение генетики зтих свойств, характера их проявления в разных условиях внешней среды позволит научно обосновать методику обучения в школе, подскажет пути решения многих социальных проблем, включая, например, и такие, как профилактика преступности. Вот некоторые факты. Количество второгодников в школах Советского Союза обладает определенной устойчивостью из года в год и составляет примерно 4% всех учащихся, или в абсолютных цифрах — 1800 тысяч детей. Часть из них остается на второй год по случайным причинам (семейные условия, болезнь и т. д.). Но половина второгодников, по данным Института дефектологии Академии педагогических наук РСФСР, имеет умственные и психические недостатки, которые затрудняют их обучение в средней школе. Для этих детей необходимы специальные школы, со специальными методами, задачами и уровнем обучения, — так совершенно правильно ставит вопрос вице-президент этой академии профессор А. И. Маркушевич. К сожалению, еще бытует неверное с научной точки зрения представление о потенциальном равенстве способностей всех детей. Демократичный на первый взгляд принцип «равного образования для всех» не учитывает того, что по- разному одаренные ученики при действительно равных возможностях получили бы образование разного уровня и с разной скоростью. С зтой точки зрения унификация образования (единые программы, требования и пр.) неправильна. Ведь и основной принцип коммунизма подразумевает в своей основе разные способности людей и соответственно — различное их место в общественной деятельности и труде. Нет сомнения в том, что увеличение числа талантливых и одаренных людей полезно обществу. А так как зти свойства потенциально определяются генетически, то общество должно быть заинтересовано в увеличении концентрации этих наследственных факторов. В этом смысле благоприятно, что у людей с крайними степенями умственной отсталости, психических расстройств и т. д. наблюдается пониженная плодовитость. С другой стороны, статистические данные показывают, что в большинстве случаев люди, профессия которых требует высокого уровня интеллекта, создают семьи меньших размеров и в более позднем возрасте, чем занимающиеся менее квалифицированным трудом. Эти и подобные им факты надо изучать с генетико-социальных позиций, ибо они существенно влияют на генофонд нашего вида — Homo sapiens. «Собственное наследственное вещество человечества есть его самое ценное невосстановимое достояние», — сказал крупнейший американский генетик, лауреат Нобелевской премии Дж. Мел- лер. Понимая зто, все генетики активно выступают против ядерных испытаний, ибо незаметное для нас самих повышение фона радиации вызывает мутации генов и грозит тяжелыми наследственными болезнями миллионам людей в следующих поколениях. Вот почему генетики думают над тем, чтобы не терять ценных сочетаний наследственных фат:торов, которыми обладают талантливые и одаренные люди. Говоря генетическим языком, в нерегулируемых скрещиваниях эти сочетания распадаются. Что же делать? Было выдвинуто предложение хранить наследственное вещество великих личностей в виде замороженных половых клеток, чтобы если не мы, то наши потомки смогли воспользоваться содержащейся в нем генетической информацией. Независимо от того, будет ли воплощено в жизнь это предложение, оно может служить примером нового подхода к проблемам генетики человека, диктуемого достижениями современной науки. 3 «Химия и Жизнь» № 7 33
СОЗНАТЕЛЬНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ! Успехи современной генетики привели к тому, что задача управления наследственностью, изменения природы живых существ перестала быть фантастикой и превратилась в насущную проблему современной биологии. Рано или поздно человек овладеет своей наследственностью и сумеет направлять собственную эволюцию. В каких же направлениях может развиваться сознательная эволюция человека? Первый путь — «лечение» генов, борьба с мутациями и возвращение их к нормальному состоянию. Только на этом пути откроются перспективы искоренения наследственных болезней. Тогда, вероятно, будет окончательно побежден и враг человека № 1 — рак, который хотя и не является болезнью, передающейся по наследству, но есть болезнь генетическая, в основе которой лежат мутации клеток организма. Второй путь сознательной эволюции человека — изменение «нормы» человека, которая далеко не совершенна и полна дисгармоний. О дисгармониях природы человека полвека назад писал еще И. И. Мечников. Эти дисгармонии — следствие того, что естественная эволюция, идущая на уровне вида, всегда стремилась сохранить вид как целое, не обращая внимания на несовершенство или гибель отдельных его представителей. Кроме того, эволюция разных органов внутри одного организма шла неравномерно: одни успевали измениться в соответствии с общим направлением эволюции вида, другие запаздывали. Примером подобных дисгармоний могут служить существование у человека волосков на коже, которые теперь не выполняют никакой функции и косвенно вредны для здоровья, поскольку в основания их нередко попадают болезнетворные микробы; дифференциация зубов на резцы, клыки и коренные, которая при современном характере пищи человека оказалась излишней. Существенная дисгармония, возникшая уже в результате социальной эволюции человека, — формирование половых органов и полового влечения на много лет раньше, чем происходит становление личности человека. В первобытные времена половые сношения проходили рано и беспорядочно, и зто было целесообразно, так как вызывалось условиями жестокой борьбы вида за существование. С появлением семьи, государства, с развитием общества возраст вступления в брак отдалился на 8—10 лет. Социальная эволюция изменила жизнь человека, но биологическая природа его осталась неизменной... Таких диалектических противоречий возникает все больше и больше. Например, стремительный и неровный темп современной городской жизни (к которому человек биологически плохо приспособлен) вызывает заболевания, к которым в других условиях имеется только наследственное предрасположение, не вызывающее болезнь. Это одна из причин повышения числа психических больных во многих странах. Норма человека, созданная слепыми силами естественной эволюции, уже сейчас не удовлетворяет нас. В будущем это противоречие станет еще глубже. Разве захочет человек будущего мириться с необходимостью ежедневного восьмичасового сна или со сравнительно коротким сроком жизни? Единственное надежное средство преодоления подобных противоречий и освобождения от различных биологических несовершенств и дисгармоний состоит в сознательном генетическом конструировании себя не по «образу и подобию божию», а в соответствии с идеалом и целями общества. Можно предположить, что следствием направленной эволюции, на путь которой неизбежно встанет человек, будет глубоко идущее изменение его облика. Закономерности наследования таланта и одаренности до сих пор остаются неизвестными. На рисунке изображено родословное древо семьи знаменитого композитора Иоганна Себастьяна Баха на протяжении шести поколений. Квадратами изображены мужчины, кружками — женщины. 1 — исключительный талант, 2 — заметная музыкальная одаренность, 3 — отсутствие музыкальных способностей, 4 — способности к музыке неизвестны. Дети И. С. Баха E) и его первой жены |6) были значительно более одаренными, чем его дети от второй жены |7). Как видите, обнаружить какую-то закономерность передачи по наследству таланта, на первый взгляд, просто невозможно... 34
МАЛЬЧИК ИЛИ ДЕВОЧКА? КАКОЙ ПОЛ СЛАБЫЙ? Соотношение полов обычно выражают числом мужчин, приходящихся на 100 женщин. Как показывает статистика, при рождении это соотношение всегда в пользу мужчин. В среднем оно во всех странах составляет примерно 105. Многие данные указывают на то, что при внутриутробном развитии погибают главным образом мальчики, так что в момент зачатия число мальчиков еще больше превышает число девочек, чем при рождении. Предполагают, что соотношение полов при зачатии (первичное соотношение) составляет 120. Большая жизнеспособность девочек проявляется и после рождения: в первые годы жизни умирает 161 мальчик на 131 девочку. Поэтому число женщин, которых рождается меньше, чем мужчин, начинает приближаться к числу мужчин, а впоследствии и значительно превосходит его. Если подсчитать число женщин, приходящихся на 100 мужчин в разных возрастных группах, то окажется, что в зрелом возрасте на 100 мужчин приходится 115 женщин, а в старости — уже 200. Чем объясняется эта биологическая «слабость» мужского пола? Одно из возможных объяснений этого опирается на генетические факторы. Мужчина является носителем пары хромосом XY, а женщина — пары XX. Из этого следует, что У женщины все гены половой хромосомы представлены «в двух экземплярах». У мужчины же в двух экземплярах имеются лишь те немногие гены, которые содержатся и в 36
Х-хромосоме, и в Y-хромосоме. Большинство же генов представлено лишь в одном экземпляре на хромосоме X. С другой стороны, известно, что часть генов может подвергнуться мутациям, в результате чего нередко появляются нежелательные свойства — от серьезных дефектов, приводящих к гибели, до небольших повреждений, которые могут лишь ослабить организм. Какое же влияние может оказать на тот и другой пол присутствие одного из мутант- ных генов? Если этот ген находится в одной из Х-хромосом женщины, то есть много шансов, что другая Х-хромосома несет соответствующий нормальный ген, который способен нейтрализовать действие первого. Однако у мужчины эта вероятность гораздо меньше: в его Y-хромосоме аналогичного нормального гена может не оказаться. Все нежелательные мутации в этом случае неизбежно нанесут ущерб организму или вызовут его ослабление. Именно по зтой причине некоторые наследственные дефекты и болезни, которые зависят от генов, находящихся в хромосоме X, проявляются у мужчин гораздо чаще, чем у женщин. Так, например, дальтонизм в странах Европы встречается у 4% мужчин, а у женщин гораздо реже. Таким образом, биологическую слабость мужского пола можно было бы объяснить вредными мутациями генов, находящихся в половых хромосомах. Некоторые биологи считают также, что необходимо учитывать и различное действие на зародышей обоих полов гормонов, вырабатываемых половыми железами. У млекопитающих особь мужского пола развивается в организме противоположного пола. Нельзя ли предположить в связи с этим, что она испытывает вредное влияние материнских гормонов, последствия которого будут ощущаться всю жизнь? «СЕМЬИ ДЕВОЧЕК» И «СЕМЬИ МАЛЬЧИКОВ» Часто задают вопрос — не предрасположены ли некоторые супружеские пары к рождению только мальчиков или только девочек? На этот вопрос в настоящее время нельзя дать категорического ответа. Очень возможно, что в большом числе семей родители имеют почти равные шансы производить на свет мальчиков и девочек. Даже в исключительных случаях, когда в одной семье последовательно рождалось по десять девочек или мальчиков, можно предположить, что это было простой случайностью. Тем не менее были описаны случаи, когда такое объяснение трудно применимо. Вот один из них. В первом поколении этой семьи было 6 сестер и ни одного брата. Все сестры были замужем; их потомство, представлявшее собой второе поколение, также состояло полностью из девочек. У старшей сестры было 8 дочерей, у второй — 2, у третьей — 2, у четвертой — 4, у пятой — 2, у шестой — 9. Таким образом, всего за два поколения родилось 33 девочки. Третье поколение — потомство восьми двоюродных сестер второго поколения (старшая осталась незамужем) — тоже состояло исключительно из девочек: у второй сестры было 12 дочерей, у третьей — 9, у четвертой — 5, у пятой — 4, у шестой — 3, у седьмой — 2, у восьмой — 2, у девятой — 2, всего — 39. За три поколения — 72 дочери из 72 возможных! Вероятно, эта тенденция была обусловлена какими-то наследственными особенностями матерей. Однако как же совместить это с тем, что нам известно о механизме определения пола? Несомненно, можно предположить, что у женщин зтой семьи зародышевые клетки вследствие их анормального строения могли быть оплодотворены лишь сперматозоидами с Х-хромосомой. Однако это — гипотеза, которая не может быть подтверждена ни одним фактом, поскольку нам не известен ни один случай подобного «избирательного оплодотворения)». Можно также предположить с некоторой степенью вероятности, что у женщин, рождавших только девочек, какие-то продукты их организма оказывают губительное действие на сперматозоиды с Y-хромосомой. Возможно, наконец, что в период беременности выделяемые ими гормоны оказывались вредными для мужских эмбрионов. Можно также привести пример «семьи мальчиков». В зтой семье за десять поколений родилось лишь дг^е девочки на 33 мальчика. Из этих двух девочек одна была гермафродитом, так что определить ее пол при рождении затруднялись; что же касается второй, то она умерла в двухлетнем возрасте. Эта «семья мальчиков» была значительно менее плодовитой, чем «семья девочек». Никакого удовлетворительного объяснения передачи от 37
отца к сыну этой способности к рождению мальчиков пока нет. Л ВСЕ-ТАКИ: МАЛЬЧИК ИЛИ ДЕВОЧКА! Проблема предсказания пола будущего ребенка волнует человека с глубокой древности. Как всегда, предрассудки, суеверия и вымыслы здесь опережали науку. Разнообразные способы предсказания пола будущего младенца встречаются еще в древнеегипетских папирусах. По утверждению Гиппократа, мальчик начинает двигаться в теле матери на третьем месяце беременности, а девочка — на четвертом. В наше время пытались распознать пол плода по частоте биения его сердца, путем рентгеновского исследования, а также по некоторым изменениям в организме матери: более или менее выраженной «маске», постоянной тошноте, изменению цвета радужной оболочки глаза и др. Однако в последнее время начали появляться и другие работы в этом направлении. Известно, например, что эмбрион выделяет половые гормоны. Они должны попадать в организм матери, и, следовательно, можно предположить, что их удастся обнаружить в крови, слюне или моче матери. Один из первых основанных на этом методов состоял в следующем. Мочу беременной женщины вводили молодому кролику- самцу, у которого спустя два дня удаляли яички. Если развивался плод женского пола, то яички оказывались увеличенными, переполненными кровью. Если же женщина была беременна мальчиком, то яички не претерпевали никаких изменений. По утверждениям авторов, метод позволял правильно предсказывать пол ребенка в 80—90% случаев. Однако другие экспериментаторы получали менее благоприятные результаты, и этот способ не нашел практического применения. Более широкое распространение получил другой метод. Он довольно прост и быстро дает результаты. У беременной берут небольшое количество слюны и воздействуют на нее определенным реактивом — производным фенолгидразина. Если женщина беременна мальчиком, то слюна приобретает коричневую окраску, если же она беременна девочкой, слюна остается бесцветной. Положительная реакция в этом случае вызывается присутствием полового гормона, который, начиная с шестого месяца развития плода, переходит из плода в кровь матери, а оттуда в слюну. По данным авторов, из 225 случаев положительной реакции в 218 родились мальчики, а из 151 случая отрицательной реакции в 148 родились девочки. Однако ценность и этого метода подвергается сильным сомнениям. При повторении подобных опытов предсказание оказалось правильным лишь в 89 случаях из 176, то есть было близким к статистическому результату простого угадывания... И проблема предсказания пола ребенка пока остается нерешенной... Из книги Ж. Ростана и А. Тетри «Жизнь» Перевод с французского К. МАССАЕВА БОЛЕЗНИ Сейчас известно около 1500 болезней, связанных с наследственностью. О том, насколько часто они встречаются, можно судить хотя бы по таким цифрам. Шизофренией сейчас болен приблизительно один человек из тысячи, хроническим маниакально - депрессивным психозом — один из полутора тысяч. В некоторых странах до 0,5 % всех новорожденных имеют различные дефекты центральной нервной системы. Выживает из них примерно 40%. Во Франции различными наследственными болезнями головного » мозга страдают почти 50 тысяч человек. Половина случаев слепоты — также результат наследственных заболеваний. Насчитывается более 100 генетических аномалий кожи, около 700 наследственных нарушений обмена веществ, которые сказываются на высшей нервной деятельности и нередко приводят к психической деградации личности. В последнее время появились данные, которые свидетельствуют о значении наследственности в развитии злокачественных новообразований и сердечно-сосудистых болезней. Так, если и отец и мать больны гипертонией, то у детей она проявляется в 50% случаев, а если болен только один из родителей — в 40%- Однако эти сведения нуждаются в проверке. НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ И РОДСТВЕННЫЕ БРАКИ Еще в глубокой древности была подмечева связь между родственными браками и на- 38
II НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ В. НИКОЛАЕВ, врач В ядре каждой нормальной клетки человеческого тела 46 хромосом, образующих 23 пары. На микрофото (в центре) показано их естественное расположение в ядре, а вокруг те же хромосомы рассортированы «по порядку номеров». 22 пары хромосом одинаковы у мужчин и у женщин; 23-я пара у женщин состоит из двух одинаковых хромосом (их обозначают XX), a Y мужчины — из одной хромосомы X и одной хромосомы Y (она меньшего размера). На фотографиях изображен мужской хромосомный набор 39
следованием некоторых аномалий и заболеваний (дальтонизма, пониженной свертываемости крови — гемофилии и др.)- Не случайно в древних законах некоторых народов запрещались родственные браки. Так было, например, в Индии. У древних евреев было запрещено вступать в брак с родственниками больных эпилепсией и гемофилией. Вред родственных браков был доказан и более поздвими ваблюдениями. Близкородственные браки, как правило, дают потомство, часто страдающее различными аномалиями развития: врожденными вывихами тазобедренного сустава, детским параличом, болезнью Дауна, глухотой и слепотой. Количество мертворождений и гибели детей в раннем аозрасте при таких браках почти в два раза больше, чем при неродственных. ХРОМОСОМНАЯ АЛГЕБРА Увидеть собственные хромосомы (под микроскопом, конечно) может каждый. Для этого достаточно пожертвовать кубическим миллиметром своей кожи или несколькими граммами крови. После соответствующей лабораторной обработки в поле зрения микроскопа будут хорошо видны окрашенные продолговатые тельца. Это и есть хромосомы. В ядрах клеток тела хромосомы расположены попарно, но в беспорядке. Однако каждая пара хромосом имеет свои особенности, и их можно рассортировать «по порядку номеров», как вы видите на фотографии, помещенной на стр. 39. Самые крупные — хромосомы 1-й пары: они имеют размер 10 микрон; самые мелкие — хромосомы 22-й пары B,6 микрона). На фото изображен хромосомный набор мужчины: об этом свидетельствует 23-я пара, состоящая из разных половых хромосом — XY. У женщин в состав зтой пары входят две одинаковые хромосомы — XX. Все это было установлево каких-нибудь десять лет назад, а классифицированы хромосомы были впервые лишь в 1960 году. Развитие исследований в этом направлении неожиданно позволило раскрыть причину ряда тяжелых заболеваний, долгое время представлявшихся совершенно загадочными. Оказалось, что состав 23-й пары хромосом определяется случайным сочетанием хромосом родителей. Образующиеся в организме женщины яйцеклетки получают в норме по одной Х-хромосоме, а после оплодотворения сперм нем, несущим или Х- или Y-хромосому, развивается зародыш с хромосомной формулой XX (девочка) или XY (мальчик). Но иногда, в случае яерасхождения хромосом 23-ей пары, образуются яйцеклетки с двумя половыми хромосомами (XX) или вообще без них @). Тогда при оплодотворении могут получиться ядра с четырьмя ненормальными комбинациями половых хромосом: XXY, XXX, ХО и YO. Из таких ненормальных зародышей развиваются организмы, пораженные тяжелыми наследственными заболеваниями. Впервые это было установлено, когда у мужчины с давно известным заболеванием, носящим название синдрома Клайнфельтера (его признаки: у м - стзенная отсталость, бесплодие, высокий рост и непропорционально длинные конечности), обнаружили ненормальную хромосомную формулу XXY. Это и оказалось единственной причиной болезни, встречающейся примерно у одного из 400 рождающихся детей мужского пола. Постепенно были обнаружены и остальные ненормальные сочетания половых хромосом. Комбинация Х0 была найдена у женщин, страдающих так называемым синдромом Шере- Y) ft |Л А7Г В Л **——м- ~Д-&——■->-*—тг MA-fr- д-д Хромосомный набор человека с явно выраженными нарушениями умственного развития (синдром Клайнфельтера). Причина заболевания — лишняя Х-хромосома. У этого больного вдобавок оказалась еще одна лишняя хромосома в 21-й паре 40
шевского-Тернера (низкорос- лость, бесплодие, замедленное половое развитие, умственная отсталость). Частота этого заболевания — 1 на 2500 рождающихся девочек. Сочетание XXX встречается в одном случае на 800 и приводит к развитию женщин, во многих случаях обладающих пониженным интеллектом. До сих пор не удалось обнаружить лишь сочетание Y0. Вероятно, оно дает нежизнеспособные зародыши, по гибающие еще в эмбриональной стадии развития. Нерасхождение может затронуть и любую из остальных 22 пар хромосом — так называемых аутосом. Первое такое нарушение было замечено в 1959 году у больных с полным клиническим идиотизмом — синдромом Дауна. Такие больные составляют большинство в психиатрических лечебницах. Оказалось, что у них «лишняя» хромосома, соответствующая хромосомам 21-ой пары, так называемая трисомия по 21-й хромосоме. Поскольку у человека 22 пары аутосом и нерасхождение может произойти в каждой из них, это дает по меньшей мере 22 разных заболевания. Вот некоторые из них. При трисомии по 13-й хромосоме рождаются дети с недоразвитыми глазами; по 17-й — у новорожденных отсутствует шея, рот и уши имеют неправильную форму, ненормальное сердце; по 18-й — недоразвитая мускулатура, челюсти, неправильно расположены пальцы. Трисомия по 22-й хромосоме приводит к появлению признаков шизофрении. Обычно подобные нарушения оказываются гораздо более опасными, чем связанные с половыми хромосомами: пораженные ими дети редко доживают до года. КРОВЬ ОТ КРОВИ... Сейчас известно более 50 наследственных болезней крови. Одна из наиболее распространенных — гемолитическая желтуха новорожденных, которая развивается примерно в одном случае из 150. Разработать методы лечения и профилактики этого тяжелого заболевания специалисты смогли лишь сравнительно недавно, когда было открыто новое свойство крови — так называемый резус-фактор. Биохимические методы исследования позволили установить, что причина гемолитической желтухи — антигенная несовместимость крови матери и плода. Примерно у 85% населения кровь резус-положительна: в се эритроцитах содержится определенный антиген, которого нет в крови остальных 15% людей (их считают резус-отрицательными). При браке мужчины, имеющего резус-положительный фактор, с женщиной, в крови которой этого фактора нет, ребенок может унаследовать от отца антиген и оказаться резус- положительным. Так как система кровообращения у плода и у матери общая, антиген проникает в кровь матери и, как всякий чуждый белок, вызывает образование в ее организме антител. Они попадают в организм ребенка и вызывают у него агглютинацию (склеивание) эритроцитов. В результате ребенок может погибнуть до рождения или вскоре после него. Если при первой беременности организм матери обычно ве успевает активно прореагировать на резус-фактор, то при повторных родах вероятность тяжелых последствий резко возрастает. Исследование крови на резус- фактор у всех без исключения женщин позволит вовремя узнать, что ребенку угрожает гемолитическая желтуха и подготовиться к ее лечению единственным радикальным способом — путем полной замены крови ребенка. Другая наследственная бо* лезнь крови — гемофилия, при которой нарушается нормальное свертывание крови, поражаются капилляры. Это приводит к часто повторяющимся, трудно останавливаемым кровотечениям. Иследованиями последних лет установлено, что причина гемофилии — мутация одного из генов, которая существенно изменяет биосинтез участвующих в свертывании крови белков. КОГДА НАРУШАЕТСЯ ОБМЕН Многие наследственные болезни обмена веществ связаны с нарушениями синтеза белка. Это, например, фенилкетонурия, вызывающая умственную отсталость. Причина ее — нарушение работы одного из генов, регулирующих выработку в печени фермента фенилалашш- оксидазы. При нормальном ходе обмена веществ этот фермент превращает одну из аминокислот — фенилаланин в другую — тирозин. Когда же фермента нехватает, фенилаланин превращается не в тирозин, а в фенил- пировиноградную кислоту, которая организму не нужна. Единственный пока способ лечения этой болезни — ограничение количества фенилаланина в пище и добавление туда тирозина. Другая наследственная болезнь обмена веществ — аль- каптонурия — была известна еще 300 лет назад. При ней в организме больного накапливается большое количество гомо- гентизиновой B,5-диоксифенил- уксусной) кислоты — промежу- 41
АЛЬБЕРТ САКС-КОБУРГСКИЙ ВИКТОРИЯ . КОРОЛЕВА АНГЛИЙСКАЯ РИДРЮГШ 6" D С # D ВИКТОРИЯ ЛЮДОВИКК АЛИСА ЛЕОПОЛЬД ГЕРЦОГ АВГУСТА БЕАТРИСА ГЕНРИХ ГЕССЕНСКИЙ АЛЬБАНСКИЙ деВАЛЬДАК де БАТГБНБЕРг А Г^ I ГЕНРЩ: ИРЕНА ФРИШКАЛЖА. НИКОЛАЙ АЛИСА АЛЕКСАНДР ЛЕ(НЮЛЬ9 МОРИС ВИКТОРИЯ АЛЬРОНСМ прусский ' - — ~~" — ■ /•ГЕсешские т ** •/I П АНгЛ &ТЕШт /Ае-БЯГВДБЕРТ>/'ЕВГЕЩЯ КОрОЛЬ ИСПАНС I ль ВЛАДИМИР ПРУССК. ГЕНРИХ пруодс. великий князь рупвбхг АЛЕКСЕЙ .дсТЕКАЕЛОН АЛЬФОНС ИСПАНСКИЙ ГОНЗАГО ИСПАНСКИЙ Гемофилия отличается от многих других заболеваний тем, что ею болеют практически только мужчины, но передают ее по наследству только женщины. Это хорошо видно, если посмотреть на генеалогическое древо потомков английской королевы Виктории, которая сама была носительницей гемофилии (на рисунке такие носители обозначены заштрихованными кружками). Черными квадратами показаны потомки Виктории, страдавшие гемофилией. (Правда, гемофилией могут болеть и женщины, когда у них и отец — гемофилик и мать — носительница гена, обусловливающего это заболевание, но такое сочетание встречается исключительно редко) точного продукта расщепления тирозина и фенилаланина. Причина болезни — наследственное нарушение, приводящее к отсутствию ферментативной системы, которая в здоровом организме разрывает бензольное кольцо гомогентизиновой кислоты и расщепляет ее до углекислого газа и воды. У больных алькаптонурией в организме происходит усиленное образование пигмента меланина, окрашивающего в коричнево-черный цвет глазные белки, ногти и хрящи. Нормальная пигментация может измениться и в результате наследственного нарушения аминокислотного обмена — отсутствия фермента тирозина- зы, необходимого для превращения тирозина в другие соединения. При этом в организме образуется недостаточное количество пигментов, что приводит к альбинизму. Нередко этому заболеванию сопутствуют такие врожденные аномалии развития, как глухота, нарушение интеллекта. Большое число наследственных болезней связано с нарушениями углеводного обмена. Наиболее распространенное среди них — диабет, при котором в результате недостаточного выделения поджелудочной железой фермента инсулина нарушается нормальное превращение сахара в организме и повышается его содержание в крови и моче. Наследственный характер сахарного диабета подтверждается многочисленными данными» Существуют семьи, в которых этой болезни были подвержены целые поколения. По некоторым сведениям, во всем мире насчитывается более 20 млн. диабетиков. Из наследственных заболеваний, связанных с нарушением жирового обмена, известна болезнь Гоше, поражающая кроветворные ткани организма (печень, селезенку) и вызывающая отложение в клетках экм- роподобных веществ — цере- брозидов. В здоровом организме цереброзиды в значительном количестве встречаются только в мозгу, где они составляют 8—10% всех липидов; в печени и селезенке они обычно отсутствуют. При болезни Гоше кожа лица приобретает коричневую окраску, а на ногах появляются серые или коричневые 42
пятна. Отмечается также ослабление костей — позвонков, голени, бедра, что становится причиной частых переломов. Встречаются и наследственные нарушения минерального обмена, например, так называемый идиопатический гемохро- матоз, при котором в печени, сердце, эндокринных железах и других органах появляются ненормальные отложения железосодержащего пигмента гемоси- дерина. Это заболевание сопровождается пигментацией кожи, тяжелыми поражениями печени, диабетом. Сейчас в изучении, лечении и профилактике наследственных заболеваний на помощь врачу приходят биохимики и генетики. Можно не сомневаться, что по мере углубления наших знаний о законах наследования болезней возможности их предупреждения и лечения будут расширяться. НАШИ КОНСУЛЬТАЦИИ Читатель В. Леонов (Орловская область] спрашивает нас, как правильно объяснить образование межатомной связи в молекуле сернистого газа S02. Каждому из атомов, входящих в состав молекулы сернистого ангидрида, нехватает двух электронов для достройки электронной оболочки до устойчивого октета. Поэтому структурную формулу этого вещества следовало бы записать так: 9 т :о: :S ^6: Однако при этом окажется, что атомы кислорода в молекуле сернистого ангидрида неравноценны, в то время как точно установлено, что между ними нет никакого различия. Как тут быть? Дело в том, что атомы в молекуле вовсе не обязательно должны быть связаны целым числом связей. Связь может быть «промежуточной» между одинарной и двойной (или двойной и тройной); это так называемые гибридные связи. Ясно, что для молекулы сернистого ангидрида может быть принят «полуторный» тип связи. При этом каждый атом будет иметь устойчивую восьмиэлектронную оболочку (так что правило октетов выполнится) и, в то же время, атомы кислорода будут вполне равноценными. Читательница Вычужанина (Удмуртская АССР| спрашивает нас, как определить валентность фосфора в соединении Н3Р03 — фосфористой кислоте. Для начала попытаемся представить себе все возможные структурные формулы фосфористой кислоты, помня при этом, что фосфор не проявляет валентности более пяти, а цепочек —О—О— в этой кислоте нет. Оказывается, таких формул может быть только две: з,ОН нсм\ он 8* , Н о=рюн он В первом случае фосфор положительно трехвалентен (Н1+3Р3+02~ ), причем электрическая валентность и структурная валентность (то есть валентность, определяемая по числу связей в структурной формуле) совпадают. Вторая формула выглядит, на первый взгляд, немного необычно: в ней атом водорода непосредственно соединен с атомом фосфора, а не через атом кислорода, причем электровалентность фосфора равна трем, а структурная валентность — пяти. Как установить, какая из этих формул справедлива? Для этого надо получить соли фосфористой кислоты и исследовать их состав. И оказалось, что верна именно вторая формула! Только два атома водорода из трех, входящих в молекулу фосфористой кислоты, могут замещаться на металл; при диссоциации этой кислоты образуется неизменный остаток НРО2" • в ней присутствует связь Р—Н, обнаруженная спектральными методами. Интересно, что фосфорноватистая кислота (Н3РО2) содержит даже два атома водорода, непосредственно связанных с атомом фосфора. 43
В. ЛЕОНТЬЕВ ИСКУССТВО ПЕРЕГОНКИ ОС X X >» ОС < и ш з- X I ЗЕМНАЯ СЛУЖБА СОЗВЕЗДИЯ ДЕВЫ «...Теперь я перехожу к искусству. Я начну с перегонки, изобретения последнего времени, поразительного дела, хвала которому выше сил человеческих; не той перегонки, которой пользуются невежественные и неумелые люди,— они применяют ее, но только портят и разрушают добро; но той перегонки, которую выполняют искусные мастера... Внимай, любящий учение и желающий раскрыть секреты природы, проникнуть в них! Невежде никогда не познать искусства перегонки!..» Так писал один известный итальянский алхимик в 1589 году. Даже современный химик-органик и то прекрасно знает, что означают роковые слова «испортить добро». Сколько раз бывает: реакция прошла отлично, нужное вещество получено, надо только выделить его из сложной смеси побочных продуктов. Но вот началась перегонка и... вместе с ней оборвалось радостное ожидание ученого. Незначительная ошибка, допущенная в этом процессе, привела к тому, что вещество разложилось и итог многодневных усилий безвозвратно погиб. Стоит ли поэтому удивляться, что во времена алхимиков перегонка почиталась одной из самых сложных и загадочных операций? Кстати, и обозначалась она довольно своеобразно — знаком созвездия Девы. Но в те далекие времена перегонка служила не только тайным целям алхимиков. С ее помощью изготовлялись крепкие спиртные напитки, эфирные масла, различные «медицинские воды». Впоследствии, начиная главным образом с XIX века, ее стали все шире применять для вполне конкретных нужд развивающейся химической науки и промышленности. 44 Но, хотя перегонка и стала практичным и эффективным методом выделения и очистки веществ, еще долгое время закономерности, лежащие в ее основе, оставались загадкой. Понимание сущности этого процесса стало возможным только в результате развития основных представлений физической химии: молекулярно-кинетической теории, химической термодинамики, теории растворов. ПОЧЕМУ ЖЕ ПРОИСХОДИТ РАЗДЕЛЕНИЕ! Представим, что у нас имеется однородная жидкая смесь двух веществ. Нагреем эту смесь до кипения и зададимся простым вопросом: какой состав будет иметь образовавшийся пар? Будет ли он в точности соответствовать по составу исходной смеси, или окажется отличным от нее? Ответ на этот вопрос дал в конце прошлого века русский ученый Н. Д. Коновалов. Он установил, что пар, образовавшийся в результате кипения смеси двух жидких продуктов, обогащается тем веществом, которое имеет меньшую температуру кипения. ТРИ СПОСОБА ПЕРЕГОНКИ Самой обычной формой проведения процесса является простая перегонка. В ди- стилляционный куб (рис. 1) помещают исходную смесь, нагревают ее до кипения, образовавшийся пар конденсирует в холодильнике и конденсат собирают в приемнике. Согласно закону Коновалова, дистиллят будет содержать легкокипящего продукта больше, чем исходная смесь. (Разумеется, перегонка не должна вестись «досуха», то есть до полного испарения всей исходной смеси).
Однако простой перегонкой невозможно решить большинство практических задач. Если разница в температурах кипения веществ невелика (меньше нескольких десятков градусов), то простая перегонка приведет лишь к небольшому изменению состава смеси. Больших успехов можно достичь, повторяя простую перегонку несколько раз. Однако эффективность многократной перегонки даже при большом числе отдельных циклов также далеко не всегда оказывается достаточной для разделения встречающихся на практике сложных смесей жидких продуктов; к тому же, этот процесс нельзя вести непрерывно. Но существует еще одна модификация метода перегонки, которая называется ректификацией. Для того, чтобы понять принцип ректификации, необходимо ввести представление о фазовом равновесии. Представим себе, что мы нагрели до кипения смесь двух веществ, помещенную в колбу с «обратным» холодильником. («Обратным» такой холодильник называется потому, что в нем пар конденсируется и конденсат стекает обратно в колбу). В этом случае состав пара не Рис. 1. Широко применяемый в лабораториях прибор для простой перегонки. Исходную смесь заливают в круглодонную колбу из жаростойкого стекла Пары нагретой до кипения жидкости попадают в холодильник, охлаждаемый проточной водой, где они конденсируются. Образовавшийся дистиллят стекает в приемник 45
Вход охлаждающей воды жижи \>>>>>>j?H ' ' Г////// ♦ ♦ЖИЖ ЯШИ \т;тг>>-7>\ л Вхол греюшегс пгц>а будет меняться с течением времени: говорят, что паровая фаза находится в равновесии с жидкой фазой. Но что произойдет, если в течение опыта мы изменим состав жидкости? Например, добавим к ней некоторое количество легко- кипящего вещества? В этом случае из жидкости в пар перейдет дополнительное количество легкокипящего продукта, а из пара в жидкость — низкокипящего вещества. Равновесие установится вновь. Но это будет уже новое равновесие, соответствующее новым составам жидкости и пара. Это же явление произойдет и в том случае, если изменить состав пара. Подобный процесс, осуществляемый непрерывно, и лежит в основе ректификации— современного «искусства перегонки». от завода ДО ЛАБОРАТОРИИ Человеку, впервые попавшему на химический завод, сразу же бросается в глаза обилие огромных стальных башен, устремленных в небо (см., например, фотографию на стр. 2). Это и есть ректификационные колонны. В них за толщей металла, и совершается таинство перегонки. Наиболее распространенный тип ректификационных колонн изображен на рис. 2. По высоте колонны расположен ряд так называемых ректификационных тарелок. Образовавшийся в кипятильнике пар проходит последовательно (снизу вверх) через все тарелки, достигает холодильника и там конденсируется, причем часть дистиллята воз- Рис. 2. Ректификационная колонна. Пары, образовавшиеся при кипении смеси в испарителе A), поднимаясь снизу вверх, проходят последовательно ряд контактных устройств — ректификационных тарелок B), где осуществляется их взаимодействие со стекающей вниз флегмой. После этого пары конденсируются в дефлегматоре-конденсаторе C); образовавшийся дистиллят частично возвращается в колонну в виде флегмы, а частично отбирается в виде готового продукта. Взаимодействие между паром и жидкостью на каждой тарелке осуществляется посредством барботажа. При входе на тарелку пар попадает под барботажный колпачок D) и через его прорези — в слой жидкости. В результате этого из пара в жидкость переходит тяжелокипящии компонент, а из жидкости в пар — легкокипящий. Флегма стекает с тарелки на тарелку через специальное переливное устройство E)
вращается в колонну — это так называемая флегма. Флегма стекает вниз, с тарелки на тарелку; при этом между ней и паром происходит процесс многократного обмена веществами: низкокипящее — переходит в пар, высококипящее — в флегму. В результате флегма, стекающая в кип ятильник, содержит минимальное количество низкокипяще- го вещества, а пар, уходящий с верхней тарелки колонны, содержит минимальное количество высококипящего продукта. Следует заметить, что на каждой из тарелок состав флегмы разный. Поэтому исходную смесь подают только на одну из тарелок колонны, называемую питательной; ее выбирают по высоте таким образом, чтобы состав исходной смеси был примерно равен составу флегмы, стекающей с этой тарелки. В случае, если смесь содержит больше двух продуктов, приходится последовательно включать несколько ректификационных колонн. Их число равно числу веществ, содержащихся в смеси, минус единица. На рис. 3, например, представлена схема разделения продуктов коксования. В их состав входит бензол, толуол, ксилолы и тяжело- кипящая смола. На первой колонне отгоняется бензол, а продукт из нижней части колонны передается на вторую колонну, где отделяется толуол; на третьей колонне отгоняется ксилол. Кубовый отход третьей колонны представляет собой смолу, идущую на последующую переработку. В лабораторных условиях, когда возникает необходимость разделить вещества при помощи перегонки, также пользуются ректификационными колоннами. Только поскольку они маленькие, их и называют уменьшительно — колонками. Если в промышленности стремятся, главным образом, к созданию мощных, высокопроизводительных колонн, то у конструкторов лабораторных колонок цели совсем иные. Для того, чтобы получить достаточно четкое разделение многокомпонентной смеси на составляющие вещества, лабораторная колонка должна иметь минимальный «захват» жидкости, не иметь застойных зон. В этом случае при проведении периодической ректификации наблюдается лишь незначительное «размазывание» отбираемых фракций, удается получать разделяемые продукты с высокой степенью чистоты. Наи- Р и с. 3. Принципиальная схема ректификации жидких продуктов коксования угля. Разделение осуществляется с помощью трех соединенных последовательно ректификационных колонн A —3); легкокипящие продукты конденсируются в дефлегматорах-конденсаторах D), а тяжелокипящие фракции испаряются в испарителях E) более совершенны лабораторные колонки с вращающимся ротором. Их эффективность достигает 100 и более ступеней разделения (рис. 4). ЕЩЕ ДВА СПОСОБА ПЕРЕГОНКИ Вообразим, что нам удалось перенести работающую ректификационную колонну на одну из высочайших вершин мира, скажем на Эверест. Что произойдет в этом случае? Сохранятся ли все закономерности процесса ректификации, о которых мы только что говорили? Оказывается, сохранятся. Разница будет заключаться лишь в том, что температура, необходимая для процесса, станет существенно ниже: ведь с подъемом в горы атмосферное давление падает, а вместе с ним снижается и температура кипения. Очевидно, что в таких условиях целесообразно вести ректификацию веществ, имеющих высокие температуры кипения, особенно, если эти вещества разлагаются при сильном нагревании. Конечно, никто не станет строить перегонную установку на вершине горы. Задачу создания «горного климата» решают гораздо проще: ректификационную колонну присоединяют к вакуумной установке. На прак- 47
тике при вакуумной ректификации остаточное давление в колонне снижают до одного миллиметра ртутного столба. Ректификацию в вакууме успешно применяют не только для разделения термически нестойких высококипящих продуктов. В целом ряде случаев оказывается, что для ректификации в вакууме достаточно применить аппарат с меньшей разделяющей способностью, чем для разделения той же смеси ректификацией при атмосферном давлении. Но и этим не ограничивается число известных в настоящее время разновидностей метода перегонки. Иногда ректификацию проводят не в вакууме, а при повышенном давлении. Нетрудно догадаться, что это нужно в тех случаях, когда температура кипения разделяемой смеси слишком низка. Например, так разделяют смеси газов: эту смесь сжимают до определенного давления, охлаждают до температуры, при которой происходит конденсация, и тогда разделяют на ректификационной колонне, работающей также под давлением. Типичный пример ректификации под давлением — это разделение воздуха на кислород и азот (рис. 5). При атмосферном давлении азот кипит при температуре минус 196°С, а кислород — минус 183°С. Воздух сжижают и под давлением подают на агрегат, состоящий из двух ректификационных колонн. На первой из них в виде дистиллята получают азот, а на второй — кислород; в дальнейшем из кислорода (также ректификацией) извлекают аргон, криптон и ксенон. Ректификацию под давлением успешно применяют и для разделения газов, получаемых при переработке нефти. Рис. 4. Лабораторная колонка с вращающимся ротором. В стеклянном корпусе с рубашкой A) вращается ротор, изготовленный из стальной проволоки, в которой зажаты пластинки из фторопласта B). Смесь испаряется в стеклянном кубе C); поднимающиеся вверх пары взаимодействуют со стекающей вниз флегмой, размазываемой интенсивно вращающимся ротором по внутренней стенке колонки» Пары конденсируются в холодильнике D), а образовавшийся дистиллят стекает в распределительную воронку E), в которую впаяны постоянные магнитики. В обмотку электромагнита, расположенного вблизи распределительной воронки F), периодически подается электрический ток. Когда ток включен, дистиллят поступает в отбор G). Когда ток выключен, дистиллят подается на орошение колонки в виде флегмы
НЕМНОГО О БУДУЩЕМ Для современной химической промышленности характерен переход на все более мощные агрегаты. Этим достигается повышение экономичности процессов, облегчаются условия автоматизации, снижаются затраты человеческого труда на единицу выпускаемой продукции. В этих условиях к устройству ректификационных колонн предъявляются новые требования. Уже сейчас известны уникальные колонны диаметром до 8 метров; изготовление и монтаж таких колонн вызывают серьезные затруднения. Поэтому инженерная мысль работает в направлении создания колонн, работающих при высоких скоростях паров и больших нагрузках по жидкости. Уже сейчас успешно внедрены в СССР ректификационные колонны со специальной насадкой, разработанные группой сотрудников под руководством академика Н. М. Жаворонкова. Их производительность в 2,5—3 раза выше, чем у обычных колонн того же диаметра. В то же время для разделения все более сложных смесей органических продуктов требуются колонны исключительно высокой разделяющей способности. Их создание — это вторая серьезная задача, стоящая перед специалистами в области ректификации, знатоками искусства перегонки, призванного решать разнообразные задачи химии сегодняшнего и завтрашнего дня. Рис. 5. Ректификационная колонна для разделения воздуха. Сжатый и охлажденный до состояния насыщения воздух поступает в змеевик A), где происходит его конденсация. За счет выделяющегося при этом тепла жидкость в испарителе кипит. Сжиженный воздух поступает через редукционный вентиль B) на питательную тарелку нижней колонны, стекает вниз и, взаимодействуя с парами, поднимающимися из испарителя, обогащается кислородом. Жидкость в испарителе C), содержащая обычно 40 — 60 процентов кислорода, подается через редукционный вентиль D) на питательную тарелку верхней колонны. Пары, поднимающиеся вверх по нижней колонне, конденсируются в трубках испарителя-конденсатора E), а конденсат, содержащий 94—96 процентов азота, подается на орошение верхней колонны через редукционный вентиль F). Образовавшиеся при редукции пары отбираются как продукционный азот; жидкость, стекающая по тарелкам верхней колонны, насыщается кислородом. Она кипит в результате того, что в испарителе-конденсаторе при конденсации паров выделяется тепло. Необходимый перепад температур возникает из-за того, что верхняя колонна работает под давлением 1,4 —1,5 атмосферы, а нижняя — под давлением 5 — 6 атмосфер 4 «Химия и Жизнь» № 7
ЧТО ВЫ ЗНАЕТЕ И ЧЕГО НЕ ЗНАЕТЕ О ПЕРЕГОНКЕ Определить температуру кипения жидкости не так уж сложно: для этого достаточно во время перегонки измерить температуру паров. А как быть, если исследуемого вещества так мало, что его практически невозможно перегнать? В этом случае пользуются остроумным методом, который по имени своего изобретателя получил название метода Коновалова. Суть его состоит в следующем. В узенькую стеклянную трубочку помещают капельку жидкости. Затем депают очень тонкий капилляр, запаянный с одного конца. Этот капилляр опускают открытым концом в жидкость, трубочку прикрепляют к шарику термометра и всю систему медленно и равномерно нагревают. Когда жидкость закипает, из отверстия капилляра начинает выходить цепочка крохотных пузырьков; если теперь дать жидкости медленно охлаждаться, то как раз при температуре кипения цепочка пузырьков внезапно оборвется. Температура кипения раствора зависит от молекулярной концентрации растворенного вещества. (Молекулярная концентрация характеризует число молекул растворенного вещества, содержащееся в данном объеме раствора). Поэтому если известно, сколько граммов вещества растворено в данном количестве растворителя, а также насколько температура кипения раствора повысилась по сравнению с температурой кипения чистого растворителя, то можно рассчитать вес грамм-мопекупы растворенного вещества. Этот метод определения молекулярного веса называется эбупиоскопиче- с к и м. Чем выше температура, тем выше и давление насыщенного пара, находящегося в равновесии с жидкой фазой; когда это давление становится равным атмосферному, испарение может идти не только с поверхности жидкости, но и по всему ее объему. Это и есть кипение. 50 Естественно поэтому, что когда атмосферное давление изменяется, меняется и температура кипения вещества. Попробуйте ответить на такой, казалось бы, простой вопрос: до какой температуры можно нагреть раствор сопи, который закипает, скажем, при температуре 110 С, если через него пропускать пар, нагретый до 100е С! Вероятнее всего, вы скажете: конечно, только до 100 С' Неправильно. В этом случае равновесие определяется не как обычно, равенством температур, а равенством давлений насыщенного пара чистой воды и раствора сопи. А как мы уже знаем, кипение наступает при давлении насыщенного пара, равном атмосферному; поэтому раствор сопи нагреется до кипения, то есть до 110°С. Правда, если продолжать пропускать пар, то раствор постепенно будет разбавляться водой и его температура снизится до «законной» величины 100 С. Приготовим растворы двух разных веществ в одном и том же растворителе и поместим их в открытых стаканчиках под один стеклянный коппак. Если при этом окажется, что молекулярные концентрации этих растворов разные, то пар, насыщенный по отношению к одному раствору, будет пересыщенным (или ненасыщенным] по отношению к другому раствору. Поэтому растворитель из раствора с меньшей молекулярной концентрацией будет переноситься в раствор с большей молекулярной концентрацией до тех пор, пока молекулярные концентрации этих растворов не уравняются. Если молекулярный вес одного из веществ известен, то по количеству перенесенного растворителя можно судить о молекулярном весе другого вещества. Это — так называемая изотермическая перегонка, то есть перегонка, происходящая без перепада температур. Естественно, что методом изотермической перегонки (так же, как и эбулиоскопи- ческим методом| можно определять только молекулярные веса неэлектролитов. Если вещество диссоциирует в растворе, то число содержащихся в растворе частиц будет превышать число растворенных молекул и результат измерения молекулярного веса окажется неверным. Давление насыщенного пара смеси двух веществ равно сумме давлений насыщенных паров каждого из компонентов. Естественно поэтому, что такая смесь кипит при более низкой температуре, чем каждое из составляющих ее веществ. Благодаря этому оказывается возможным перегонять вещества, разлагающиеся в чистом виде при < температуре кипения. Чаще всего в качестве второго компонента используют воду. Поэтому такая разновидность перегонки называется перегонкой с паром. Еспи атмосферное давление понизить до тысячных долей миллиметра ртутного столба, то длина свободного пробега мопекуп пара будет измеряться величиной порядка сантиметров и десятков сантиметров. Поэтому перегонку можно вести довольно необычным образом. Испаритель и холодильник помещают рядом, на таком расстоянии, чтобы оно не превышало длины свободного пробега молекул. В процессе перегонки кипения не происходит: вещество как бы «исчезает» из нагревателя и «появляется» в холодильнике. Это — так называемая молекулярная перегон- к а. Каждый, кто когда-нибудь сталкивался с перегонкой, знает, сколько неприятностей доставляют так называемые «толчки»: жидкость в колбе мгновенно вскипает и перебрасывается в приемник. Это происходит потому, что любая очень чистая жидкость способна «перегреваться» — нагреваться выше температуры кипе-
ЗАОЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ЧИТАТЕЛЕЙ НАШЕГО ЖУРНАЛА ния. Тогда достаточно, например, легкого сотрясения, чтобы она сразу же бурно вскипела. Поэтому в колбу для перегонки обычно помещают кусочек пемзы [или другого пористого материала). В процессе перегонки из его пор выделяются микроскопические пузырьки воздуха, которые служат зародышами для образования пузырьков пара. При этом жидкость перемешивается и не перегревается. Химики придумали немало хитроумных приборов для перегонки. Один из них нашел последнее время широкое распространение в лабораторной практике — это так называемый пленочный испаритель. Пленочный испаритель работает так: колба, из которой испаряется жидкость, ставится наклонно и вращается вокруг своей оси. При этом жидкость увлекается стенками, покрывая их тонкой пленкой, и эта пленка быстро испаряется. При правильно подобранных условиях жидкость в пленочном испарителе не кипит, но перегонка идет, причем, очень быстро. Такой испаритель чаще всего используют для перегонки в вакууме. В некоторых случаях оказывается, что насыщенный пар смеси двух (ипи нескольких) веществ имеет точно такой же состав, как и жидкая фаза. Это так называемые азеотропные смеси. Разделить такую смесь можно двумя способами: связывая один из компонентов химическим путем или добавляя новое вещество, образующее другую азео- тропную смесь с одним из компонентов. Например, в промышленности безводный этиловый спирт готовят следующим образом: к обычной азеотропной смеси спирта и воды прибавляют бензол и начинают перегонку. Вначале отгоняется азеотропная смесь бензола и воды, затем — азеотропная смесь спирта и бензола и, наконец, перегоняется чистый безводный спирт. В январском номере журнала за этот год были напечатаны пять вопросов к нашим читателям. Редакция рассчитывала, что ответы на них позволят тем, кто делает журнал, лучше представить себе состав и интересы тех, для кого журнал делается. К 20 мая мы получили 131 ответ. Многие ответы далеко выходят за рамки чисто справочных документов и представляют собой как бы развернутые выступления на читательской конференции. Материалы этой заочной конференции не только важны для редакции, но, нам кажется, интересны для всех читателей. Поэтому редакция решила познакомить вас с этими материалами, хотя мы отчетливо понимали, что публикуемые ниже статистические данные отнюдь не полны. 1. ВАШ ВОЗРАСТ? «Пишет вам Алексей Филатов. Я живу в поселке Советском у города Воркуты и учусь в пятом классе. Пятого марта мне исполнится уже 11 лет». Так начинается письмо самого юного участника читательской конференции. А старше всех оказался учитель из Белоруссии П. Супраненок — ему 76 лет. Если судить о всех читателях по присланным ответам (здесь и далее мы должны принять это допущение, хотя известно, например, что люди разного возраста с разной степенью активности откликаются на вопросы редакций), то ровно половина всех читателей находится в диапазоне, ограниченном с одной стороны шестнадцатью, а с другой — тридцатью годами. Третью часть составляют читатели в возрасте от 30 до 50 лет. Старше 50 лет —15% читателей, в том числе старше 10 лет —3%. Таким образом, любви к науке, и в частности, к химии, «все возрасты покорны». Но, как показывает статистика,— не в равной степени. 2. В А Ш Е ОБРАЗОВАНИЕ! Этот вопрос оказался почти излишним. Почему зто так — видно из ответов на следующий» третий вопрос. 3. В А Ш А СПЕЦИАЛЬНОСТЬ! Сначала — сухие цифры (в процентах): Студенты вузов, учащиеся техникумов и школьники старших классов 34 Школьные учителя, профессора и преподаватели вузов и техникумов 42 Инженеры 14 Рабочие 7 Медики 1 Остальные читатели ... Z Итак, больше трех четвертей всех читателей журнала учатся или у чат. Следующую большую группу участников заочной конференции составили инженеры-производственники (химики и не химики). 4. КАКИЕ РАЗДЕЛЫ ЖУРНАЛА БОЛЬШЕ ВСЕГО ИНТЕРЕСУЮТ ВАС! Если анализ ответов на предыдущие вопросы трудностей не вызывает, то свести воедино мнения по этому пункту, естественно, значительно сложнее. Перечислим, прежде всего, те разделы, которые заинтересовали подавляющее большинство читателей и не вызвали (разделы в целом, а не отдельные статьи) ни одного неодобрительного высказывания. (Окончание на стр. 90] 4* 51
открывает новый раздел НАШ КАЛЕНДАРЬ В ответах на вопросы анкеты, помещенной в № 1 нашего журнала за 1966 г., учителя химии просили печатать материалы об истории открытий, о жизни ученых и юбилейных датах. Преподавательница химии московской школы рабочей молодежи В. Б. Ростова пишет: «Хотелось бы, чтобы в каждом номере журнала помещался Календарь знаменательных дат химических открытий и страницы из жизни выдающихся химиков». Преподавательница химии в средней школе А. В. Угольнова из Ульяновска просит пспещать на страницах журнала материалы для п^о^едения химических вечеров и кружков юных химиков. Об этом же пишут учителя Е. Н. Соловьева из Мурманска, Л. М. Сазонова из Краснодара, П. Супраненок из Витебской области. В ответ на пожелания преподавателей мы открываем новый раздел «Наш Календарь» списком открытий, годовщины которых отмечаются в 1966 г., и перечнем юбилейных дат, связанных со второй половиной 1966 г. (более полный список этих дат напечатан в журнале «Химия в школе», 1966, № 1). Публикации «Нашего календаря» можно будет использовать для подготовки сообщений и докладов по истории химии в школьных химических кружках. 1766. Английский физик Генри Кавендиш впервые исспедовап свойства выделенного им водорода. Полученный газ он назвал «горючим веществом». 1816. Английский врач Уильям Праут выдвинул гипотезу, говорящую о том, что атомные веса химических элементов представляют собой числа, кратные атомному весу водорода. 1826. Русские метаплурги-химики П. Г. Соболевский и В. В. Любарский разработали мокрый способ получения ковкой платины. 1866. Французский химик Марселен Бертло синтезировал бензол из ацетилена. 1886. Немецкий химик Кпеменс Винклер открыл элемент германий, за 15 лет до этого предсказанный Д. И. Менделеевым. 1866. Американский химик-технолог Чарльз Мартин Хопп разработал электролитический способ получения алюминия. 1891. Швейцарский химик Альфред Вернер опубликовал работу «Новая теория сродства и валентности», где впервые были высказаны основные положения координационной теории строения неорганических соединений. 1906. Русский химик М. С. Цвет опубликовал работу, в которой было доказано, что, еспрекк существовавшему тогда мнению, в хлорофилле содержится не один, а два пигмента. 1926. Начало исследований советского химика академика С. В. Лебедева по промышленному способу получения синтетического (бутадиенового) каучука. 1941. Группа американских ученых во главе с Гленом Сиборгом получила из урановой руды плутоний. 1766. 6 сентября родился основоположник теории химической атомистики английский ученый Джон Дальтон. 1791. 22 сентября родился английский ученый, создатель учения об электромагнитном попе, автор известных законов электролиза Майкл Фар ад ей. 1841. 20 июня родился выдающийся русский химик-органик Александр Михайлович Зайцев. £886. 26 октября родился один из организаторов производства пластмасс в СССР советский химик-технолог Григорий Семенович Петров, 52
e^ *W/ €ZM€Z*,t€te 22 сентября 1966 года исполнится 175 лет со дня рождения Майкла Фарадея. Этого ученого не надо представлять читателям: его имя не отделимо от истории науки; он принадлежит к создателям ее основ. Спросите любого; кем был Фарадей? Вам ответят: физиком. И это правда. Но точно так же будет правдой и другой ответ: Фарадей был химиком. Именно Майклу Фарад ею принадлежит честь открытия основных законов электролиза; его исследования легли в фундамент электрохимии. Но есть у Фарадея-химика одна работа, о которой знают далеко не все: он был первым, кто исследовал состав натурального каучука. Современную физику нельзя себе представить без Майкла Фарадея — ученого, открывшего электромагнитную индукцию. Но из 54 лет его научной деятельности по меньшей мере 15 лет приходятся на химию. Фарадей помогал своему учителю Гемфри Дэви в создании безопасной шахтерской лампы, он проделал анализ известняка, исследовал сплавы стали, многочисленные газы и их превращение в жидкости. Он открыл бензол. Обо всех этих его работах можно прочесть в учебниках, в энциклопедиях, в книгах о жизни Фарадея. В 1824 году Фарадей был избран членом Лондонского Королевского общества — английской академии наук. Это чрезвычайно упрочило положение Фарадея. Если раньше он выбирал темы исследований по собственному усмотрению или по совету своих учителей — Дэви и профессора Брэнда, то теперь к нему начинают обращаться с просьбами об оказании помощи самые разные лица и фирмы. Его привлекают как консультанта для выяснения сложных научных и технических задач. Сейчас это называется связью науки с практикой; тогда, наверное, это называлось как-то по-другому, а может быть, вообще никак не называлось. Фарадей не отказывался от подобных предложений, хотя добиться успеха ему удавалось далеко не всегда. Например, занимаясь целых шесть лет новыми сплавами стали, он так и не получил существенных результатов. Но все равно очень гордился этой работой и с удовольствием одаривал своих друзей бритвами, сделанными из нового сплава. Когда именно Фарадей впервые столкнулся с каучуком — неизвестно, но можно предполагать, что зто произошло в том же 1824 году. В то время еще никто не исследовал сок гевеи, но интерес к нему промышленников уже пробудился. В 1823 году Чарльз Макинтош, предприимчивый мелкий промышленник из Глазго, взял патент на производство ткани для дождевиков. Фарадей не был модником и вряд ли тут же купил себе новый плащ только из желания идти в ногу со временем, но английский климат мог быстро познакомить с этим товаром даже самого закоренелого консерватора. Но такого знакомства с каучуком было, конечно, мало, чтобы вызвать научный интерес Фарадея. Дел у него и так было более чем достаточно. Очевидно, путь его величества Случая был на этот раз кружным. В 1824 году Фарадея, только что избранного в Королевское общество, посетили руководители одной лондонской фирмы и попросили вэять на себя труд разрешить стоявшую перед ними серьезную проблему. Лондон в то время усиленно переводили на газовое освещение. Это новшество вызвало по-началу большой переполох* Волновались не только торговцы маслом г* фитилями, усматривая в газовой горелке «палача масляной лампы». Даже весьма просвещенные люди с опаской встретили нововведение. Писатель Вальтер Скотт язвительно сообщал, что отныне Лондон будет освещаться по ночам «угольным дымом». Знаменитый химик Гемфри Дэви, шеф Фарадея, спрашивал у изобретателей нового способа освещения: а где вы собираетесь хранить ваш газ? Уж не псд куполом ли собора Святого Павла? Дэви имел основания для такой шутки. Газопроводов тогда не было; газ развозили по горо- 5S
ду в железных баллонах и устанавливали их в подвалах домов. Но — странная вещь — во время перевозки с газом что-то происходило. Он уже не светил так ярко. Фирма не могла разобраться сама в этом таинственном деле и обратилась к Майклу Фарадею, автору известных научных работ с газами, только что опубликованных в Лондоне. Несмотря на скептическое отношение своего руководителя к газовому освещению, Фар ад ей заинтересовался задачей и взялся за исследование. Довольно быстро он обнаружил, что в состав светильного газа входят частицы, усиливающие его свечение, которые во время перевозки осаждаются и образуют прозрачную летучую маслянистую жидкость. Исследовав эту жидкость, Фарадей нашел, что в ней растворено новое неизвестное вещество. Начиная исследование, он, разумеется, не предполагал, что сделает открытие. И открыв новое вещество, отнесся к этому довольно спокойно. И уж во всяком случае никак не предполагал, что это открытие станет важным событием в истории ХИМИИ. Фарадей отнесся к нему так, как относятся к случайной находке. Он кратко сообщил о новом веществе 16 июня 1825 года Королевскому обществу, а потом напечатал статью в журнале, предоставив остальное другим исследователям. Только позже, уже к концу жизни Фарадея стало понятным значение этого «случайного» открытия. Вещество, найденное Фарадеем, занимает важнейшее место в органической химии. Это — бензол. Но вернемся к каучуку. Известно, что знакомство Макинтоша с каучуком началось именно со светильного газа. Он купил большое количество сольвент-нафта (отхода разложения угля) и, размышляя, как его использовать, решил попробовать растворить в нем каучук. Лондонская фирма газового освещения была связана с Макинтошем. И можно предположить, что именно в этой фирме Фарадей встретился с самим Макинтошем или с его помощником Хэнкоком. Может быть, благодаря этому он и познакомился с новым удивительным материалом. Видимо, внимание Фарадея обратили на то, что состав каучука неизвестен, хотя это вещество уже почти сто лет интересует очень многих людей. II Фарадею, только что разрешившему загадку светильного газа, неловко было отказаться от нового предложения. Он согласился исследовать каучук... Конечно это объяснение — лишь одна из возможных версий. Может быть, Фарадей сам активно заинтересовался каучуком и попросил прислать ему на исследование образец. Но так или иначе — анализ был сделан. И о результатах работы было напечатано сообщение — там, где Фарадей всегда публиковал свои работы, — в журнале Королевского института в 21 томе за 1826 год. В то время статьи не лежали в редакциях научных журналов по году — их было не так уж много. Так что, по-видимому, анализ был сделан в том же году. Вот этот анализ каучукового сока, полученного из южной части Мексики: каучука — 31,70%г воска и горьких веществ — 7,13%; веществ, растворимых в воде, но не растворимых в спирте — 2,90%; растворимого белка — 1,90%; воды, уксусной кислоты и соли — 56,37%. В этой же статье Фарадей писал, что само каучуковое вещество — это, несомненно, углеводород; оно состоит всего из двух элементов — углерода »* водорода. Элементарный анализ углеводорода, сделанный Фарадеем, показал, что в нем примерно на 5 атомов углерода приходится около 8 атомов водорода. Состав вещества был определен приблизительно потому, что в то время еще не существовало способа получения химически чистого каучука из природного продукта. Когда позже этот способ был найден, оказалось, что Фарадей совершенно прав: формула найденного им углеводорода соответствовала эмпирической формуле С5Н8. И каучук, благодаря исследованию Фарадея, из «таинственного» превратился во вполне определенное химическое вещество с определенной химической формулой. Конечно, было бы неправильно преувеличивать роль Фарадея в открытии строения и свойств каучука. Впоследствии еще не один ученый внес свою лепту в его изучение. Анализ Фарадея не был, как теперь ясно исследователям, абсолютно точным — но он был первым. И как ни кратковременна была встреча Фарадея с каучуком, она оставила в истории последнего несомненный след. Фарадей не знал, что за углеводород он получил: вещество с такой формулой в то время не было известно. Он даже его никак не назвал. Но и того, что он сделал, достаточно. Ибо с этого момента каучук заинтересовал нетолько предпринимателей, но и химиков всех стран. Результаты этого известны; даже перечисление их не входит в задачу этой заметки. Она напоминает только о том, что первое слово в исследовании каучука было сказано в 1826 году великим мужем науки Майклом Фарадеем. В. АЗЕРНИКОВ 54
£Уз ?г?Л В 1966 году исполняется 80 лет важного открытия. В 1886 году немецкий химик Клеменс Александр Винклер открыл германий, новый элемент, существование которого еще за 15 лет до этого было предсказано Дмитрием Ивановичем Менделеевым. Научные интересы Винклера были разносторонни. Он известен многими трудами по неорганической и аналитической химии. Главные из них: исследование соединений индия A865 г.), изучение соединений германия A886—1887 гг.), а также гидридов бора и щелочноземельных металлов A890— 1893 гг.), определение атомных весов кобальта и никеля A893 г.), разработка контактного способа получения серной кислоты, химические исследования индустриальных газов. Кроме того, Винклер — автор нескольких учебников, активный участник общественной жизни своего времени. Винклера и Менделеева объединяли общие научные интересы и одинаковое отношение ко многим проблемам. В музее Д. И. Менделеева в Ленинграде хранится несколько писем, из которых явствует, как высока была этика этих двух выдающихся химиков, какие искренние и принципиальные отношения объединяли их в течение многих лет. Д. И. Менделеев и К. Винклер. Берлин, 1900 г. h/). с/. ©//lc//ce.feeot7 В феврале 1866 года, вскоре после сделанного им открытия, Винклер пишет Менделееву: «Милостивый государь! Позвольте мне препроводить Вам при сем отдельный оттиск сообщения, согласно которому я обнаружил в найденном здешнем серебряном минерале новый элемент германий. Первоначально я был того мнения, что этот элемент заполняет имеющийся в столь чрезвычайно остроумно составленной Вами периодической системе пробел между сурьмой и висмутом, т. е. что он, следовательно, представляет собой Вашу экасурьму; однако все указывает на то, что здесь мы имеем дело с предсказанным Вами экакремнием. Я надеюсь вскоре иметь возможность сообщить Вам подробности относительно нового, чрезвычайно интересного тела; сегодня я ограничусь тем, что уведомлю Вас об этом новом торжестве Bauiero гениального исследования и засвидетельствую Вам свое высочайшее почтение. Клеменс Винклер 26 февраля 1886 г.» 7 марта 1886 г. Менделеев сообщил об этом письме на заседании Отделения химии Русского физико-химического общества. А в апрельском номере журнала Общества была помещена статья Винклера «Германий, новый металлоид». Статья была пэслана в русский журнал раньше, чем в немецкий. 55
Два тома из библиотеки Д. И. Менделеева, где напечатаны работы «укрепителей периодического законам. Менделеев высоко оценил этот шаг немецкого ученого. Он писал: «Многие важные научные труды, громадное научное значение нового открытия и братское отношение к русской научной корпорации, которые отличают профессора Винклера от многих других его соотече- ств енников, с луж ат мотивом настоящего ходатайства (речь идет о награждении Винклера русским орденом. — А. М.)... Он извещает наше Химическое общество, он высылает сюда образцы того редкого саксонского минерала — аргиродита, — в котором нашел германий, и он пишет, еще не опубликовав в своей стране, известие о том, что его германий тождествен с предсказанным в России эка- силицием, что являет небывалые знаки того взаимного научного братства, которые должны скреплять представителей научных сил всего мира». До 1886 г. Винклер был известен главным образом своими работами по аналитической химии. Открытие германия изменило область его научных интересов. Отчасти поэтому, отчасти под влиянием Д. И. Менделеева он предпринимает теперь серию исследований, непосредственно связанных с развитием периодического закона и изучением природы химических элементов. В эти годы характерны его исследования реакций восстановления окислов металлов водородом, изучение гидридов бора и щелочно-земельных металлов, опровержение открытия гно- мия. Он становится убежденным и последовательным сторонником Менделеева, одним из энергичных — по выражению Дмитрия Ивановича «укрепителей периодического закона». Менделееву довелось поддержать Винклера и в трудный для него момент. Вскоре после опубликования работ о вновь открытом элементе, Винклер подвергся нападкам со стороны некоторых, главным образом французских ученых. Его обвинили... в шовинизме. В названии «германий» некоторые захотели увидеть проявление националистических настроений, свойственных определенным кругам немецкого общества. Для ученого-гуманиста, лишенного национальных предрассудов, но искренне гордящегося достижениями науки своей страны, это было тяжкое обвинение... Поэтому особенно большую радость доставила Винклеру поддержка Менделеева, специально написавшего ему в свя- Список трудов К. Винклера, составленный Д. И. Менделеевым зи с этими событиями 21 апреля 1887 г. О содержании письма Менделеева можно судить по ответу Винклера. «Милостивый государь! Вы, по всей вероятности, не представляете себе ту исключительную радость, которую Вы мне доставили Вашим любезным благожелательным письмом от 21 апреля. Содержание его и то, что Вы согласны с наименованием германия, очень меня успокоило, так как меня бы угнетало Ваше несогласие с выбором названия...». Поблагодарив Менделеева за присланную фотографию, Винклер продолжает: «Она будет для меня дорогой памятью о создателе периодической системы, содействовать осуществлению гениальных предвидений которого даровала мне судьба». Менделеев несколько раз встречался с Винклером и до конца дней (Винклер умер в 1904 г.) сохранилось это научное содружество. Л. МАКЛРЕНЯ 5G
ГАЗОВАЯ ГАСТРОНОМИЯ Человек, живущий на Земпе, редко вспоминает о том, что находится под постоянным действием ее притяжения,— разве когда споткнется и упадет. Точно так же не задумывается он и о том, что живет и работает в газовой среде. Ведь воздух — это целый набор разнообразных газов. Их больше десятка. Порою газы из среды, в кото- л рой происходят те или иные процессы, превращаются в активного их участника. Действие газов бывает вредным, а бывает и полезным. Газы не только необходимы нам для жизни, но и помогают транспортировать продукты, сушить их, перемешивать, охлаждать и замораживать... Газы издавна стали полноправными и уважаемыми работниками пищевой промышленности. ЖИР ПЛЮС ВОДОРОД Давно уже пищевикам не дает покоя мысль найти достойный заменитель сливочному маслу. Чтобы мало чем отличался по вкусу, внешнему виду, питательности, но был дешевле. Претворить это намерение в жизнь оказалось непросто. Твердых природных жиров очень мало. Природа в избытке снабжает нас лишь жидкими жирами — это, в основном, растительные маспа. Л они отличаются от сливочного маспа не только своим физическим состоянием, но и химическим составом. В жидких жирах, в составляющих их молекулах жирных киспот, меньше водорода,— такие соединения носят название ненасыщенных. Значит, чтобы превратить растительное маспо в твердый жир, нужно насытить жирные кислоты водородом. Но это легче сказать, чем сделать. При обычных условиях водород не вступает в реакцию с растительным маслом — ведет себя по отношению к жирам инертно. Побороть это «равнодушие» помогает катализатор — металлический никель, осажденный на «инфузорной» земпе, во много раз повышающий способность веществ реагировать друг с другом. Это делается так. В огромный герметически закрывающийся сосуд — автоклав загружают очищенное — рафинированное растительное масло, добавляют никелевый катализатор и, нагрев до 200°, снизу пропускают водород. Он пузырьками проходит через всю топщу горячего масла и, соединяясь с ненасыщенными жирными кислотами, постепенно — за три-четыре часа превращает его в твердый жир — так называемый растительный саломас. Его подвергают очистке на специальных фильтрпрессах и получают полуфабрикат дпя изготовления маргарина или комбижира. Эти продукты на 40, а то и на все 100 процентов состоят из саломаса. Температура плавления маргарина невысока — 31—34° С, даже ниже, чем у сливочного маспа. Это облегчает его усвоение: попав в пищеварительный тракт человека, он тут же плавится. Правда, пока еще даже лучшие сорта маргарина отличаются от сливочного масла по своей физической структуре, но это — дело поправимое. Пути к решению этой проблемы уже намечены *. Так самый легкий из газов, из- давно широко применявшийся в технике, еще раз подтвердил свое значение. ВЕЗДЕСУЩАЯ УГЛЕКИСЛОТА Вам, конечно, приходилось пить газировку. В холодной воде растворено меньше полпроцента углекислого газа, а как вкусно! Газ слегка покапывает язык, придает воде свежесть, она быстро утоляет жажду. Углекислый газ улучшает пищеварение, подавляет болезнетворные бактерии в кишечнике. Промышленность выпускает огромное количество напитков, насыщенных углекислым газом. Это десятки газированных фруктовых вод, столовые и лечебные минеральные воды. «А квас, а пиво, а шампанское?» — скажете вы. Да, и они тоже. Но углекислый газ в этих напитках — «свой», его не приходится добавлять ни в пиво, ни в шампанское, ни в квас. Он образуется при брожении, когда под * Подробнее об этом рассказано в статье К. В. Попковой «Чемпион среди маргаринов» в № 11 нашего журнала за 1965 год. ~ Ред, 57
действием дрожжей сахар превращается в спирт. Чтобы в пиве и игристых винах осталось побольше растворенного углекислого газа, их после главного бурного брожения еще долго выдерживают в герметически закрытых резервуарах или бутылках при низкой температуре. В это время идет медленное дображи- вание, и образующаяся углекислота успевает раствориться. Человек неискушенный скажет: «А почему не насытить то же шампанское газом из баллона, чтобы не возиться!» Нет, такая «рационализация» не пойдет на пользу. Только газ естественного брожения даст игристое вино: в процессе брожения он соединяется со спиртом, образуя углекислые эфиры. Поэтому газ не сразу, а понемногу выделяется из вина, налитого в бокап. Услугами углекислоты пользуются и пекари. Это благодаря ей поднимается тесто. И когда тесто уже разделали на куски, его сразу в печь не сажают, а дают углекислому газу еще поработать, чтобы караваи стали еще пышнее. В США добавляют в тесто во время замеса сухой лед (твердую углекислоту). Из нее образуется строго определенное количество углекислоты, и буханки получаются одинаковой формы. Не могут пищевики обойтись без углекислого газа и при получении сахара. Когда сахар извлекают из свеклы, в раствор переходят и другие вещества, например, красящие и белковые, от которых надо избавиться. Их осаждают известью (она образует нерастворимые соединения с солями, органическими кисготами, красящими веществами, тяжелыми металлами, а белки свертывает). Но при этом вместе с «неса- харами» в осадок увлекается и часть сахара, соединившегося с окисью кальция и образовавшего нерастворимые сахараты. Надо вернуть этот сахар в раствор. Для этого через раствор с осадком пропускают углекислоту. Сахараты разрушаются: углекислота вступает в соединение с окисью кальция, образуя углекислый кальций СаСо3, а сахар освобождается и снова переходит в раствор. Мы уже говорили о том, что растворенный в газированной воде углекислый газ подавляет деятельность бактерий. А почему бы не использовать шире и это его свойство? Например, дпя хранения пищевых продуктов! Была проделана большая исследовательская работа, чтобы выяснить, как продукты поведут себе в атмосфере углекислого газа. Оказалось, что углекислота растворяется в мясе — в его мускульной ткани и жире. Плесневые грибы и бактерии — главные виновники порчи мяса — начинают чувствовать себя плохо, их жизнедеятельность подавляется. Незначительный кисловатый привкус, который приобретает при этом мясо, потом довольно быстро исчезает: соединения, которые образует с ним углекислота, непрочны. Обычно охлажденное мясо можно хранить при температуре около 0° недели две-три. А угле- кислотная атмосфера при той же температуре удлиняет срок хранения в два-три раза. К сожалению, углекислый газ бессилен против ферментов, содержащихся в сыром мясе. А эти ферменты тоже способны испортить мясо, хоть и намного медленнее, чем микробы. Предоставленные самим себе, они разлагают белковые вещества. Поэтому в атмосфере углекислого газа проще хранить продукты, в которых эти ферменты разрушены тепловой обработкой: они не выдерживают нагревания выше 70°. В камере с углекислотой такие продукты можно хранить при комнатной температуре A8—20 С| несколько суток вместо обычных 12 часов. Правда, нельзя сказать, что такой способ хранения уже вошел у нас в практику. Но он вызывает все больший интерес у специалистов. ЦАРСТВО АЗОТА «Азот» по-гречески значит: «не поддерживающий жизни». Но именно неспособность поддерживать жизнь и химическая инертность (относительная, конечно] оказались важными достоинствами этого газа для пищевиков-технологов. Известно, что жирам противопоказан кислород воздуха: он их окисляет. И это сопровождается появлением очень неприятного вкуса и запаха. Жиры прогоркают — становятся непригодными в пищу. Вот почему очищенные пищевые маспа хранят теперь в атмосфере азота. Он предохраняет от порчи богатые жиром рыбную и соевую муку, майонез, жареный картофель — чипсы. С помощью этого газа можно взбивать сливочное масло и маргарин — они в полтора раза увеличиваются в объеме и лучше мажутся. Воздух же дпя этого не годится, и все по той же причине. Незаменим азот для сушки. Если сушить продукты в его атмосфере, они приобретают более тонкую структуру, белок не утрачивает естественных качеств и не свертывается, лучше сохраняются витамины. С помощью азота очень хорошо сушить цельное молоко. Воздух и здесь не годится — он снижает качество порошка. Приходится депать так: сначала молоко сгущают в вакууме, а затем, на решающем этапе, подают азот, которым вспенивают молоко. Образовавшуюся пену наносят на движущуюся ленту, которая проходит через камеру вакуум-сушилки. Порошок получается высокого качества, прекрасно восста- 58
надпивающийся и сохраняющий почти все натуральные свойства молока. В последнее время все шире применяется сублимационная сушка в вакууме *. И здесь не обошлось без азота. Когда сушка закончена, вакуум рано или поздно нужно нарушить, и вот тут-то в камеру подают не воздух, а азот — до атмосферного давления. Азот помогает сохранить и тонкий ароматический букет выдержанного вина. Образование этого букета — результат сложных, еще не полностью разгаданных процессов. Известно, что до определенного этапа кислород воздуха играет здесь положитель- ^ ную роль: вина даже подвергают специальной аэрации. Но наступает момент, когда воздух становится для вина вреден. Тогда — по новой технологии — в трубопроводы и емкости для вина подают азот. Он вытесняет воздух и создает над вином защитный газовый слой. Кроме инертности, у азота есть еще одно очень полезное свойство: температура жидкого азота при атмосферном давлении — 196С. Замораживание при такой низкой температуре происходит очень быстро, и в продукте практически не успевают образоваться крупные кристаллы льда. А те, что все-таки образуются, похожи на мельчайшие игопочки. Они не нарушают структуры тканей замораживаемого продукта — будь то мясо ипи томаты. •' Подробно об этом способе консервирования продуктов уже рассказывалось в нашем журнале, в статье Э. И. Каухчешвили «Сублимация» A965, № 7 — 8]. Ред. Современные методы получения жидкого азота настолько дешевы, что замораживаемый продукт непосредственно логружают в него или опрыскивают им — с потерями газа можно не считаться. Но этим методам замораживания еще трудно пробиться в холодильную технику. У них есть могущественные конкуренты — аммиак и фреон, которые используются почти во всех компрессионных системах охлаждения. Аммиак далеко не так удобен, как азот: кипит при температуре всего —33,4СС. И погружать в него продукты никак нельзя: он ядовит. Да еще и взрывоопасен. Спасает его одно — дешевизна. Немногим лучше фреон. Правда, он не ядовит и не опасен для продуктов, но кипит при — 29,8 С и крайне текуч — проникает даже сквозь поры металлов. К тому же он вызывает растворение резины. А вот вода в нем не растворяется, отчего происходят неприятные вещи: попадет случайно влага в холодильную систему, замерзнет в узком сечении,— и аппарат выходит из строя. В общем, тоже газ неудобный и дорогой. Поэтому с такой надеждой ждут пищевики широкого внедрения азота. Ну, а если можно замораживать в азоте, то почему нельзя в нем хранить и перевозить продукты! За рубежом уже применяют азотные авторефрижераторы для перевозки мороженых продуктов. Они прекрасно обходятся без компрессоров, испарителей и другого громоздкого оборудования обычных холодильных установок. Азот позволяет за пять минут снизить температуру в кузове авторефрижератора до —195°С. И лучше используется емкость кузова: не надо оставлять места для циркуляции воздуха. ГАЗОВЫЙ РАССОЛ Знаете, почему колбасный фарш не темнеет! В него обычно добавляют ничтожные количества |0,03%J солей — нитритов и селитры. Гемоглобин, содержащийся в фарше, образует с этими азотистыми веществами лрочное соединение стойкого вишнево-красного цвета. За рубежом лредложено заменить соли окислами азота — так называемым «газовым рассолом». В машину, где идет шприцевание (набивка] колбасного фарша в оболочку, подается газ. В машине фарш все время перемешивается, и газ почти мгновенно воупает в соединение с гемоглобином. Дешево и удобно. ВОЗДУШНЫЕ ФЛЮИДЫ Воздух помогает замораживать! Недавно появился новый способ быстрого замораживания — с «флюидизацией» воздухом. Воздух сильной струей перемешивает содержимое морозильной камеры. На поверхности зерен или частичек продукта образуется тонкий слой льда, который не дает им смерзаться. В результате они свободно скользят друг по другу и по транспортерной ленте. Замораживание происходит примерно в пять раз быстрее. Так можно замораживать зеленый горошек, кукурузу в зернах, нарезанный картофель. 59
ЕЩЕ О ЦЕЗИИ НАХОДКА НА ЭЛЬБЕ Цезиевый минерал поллуцит был открыт за шесть лет до открытия цезия. Его нашли в 1854 г. на о. Эльба. Разумеется, никто тогда не подозревал, что минерал содержит новый элемент — в ходе анализа весь заключенный в нем цезий посчитали за калий. КАК ХРАНЯТ ЧИСТЫЙ ЦЕЗИЙ Как сохранить металлический цезий в чистом виде! Лучше всего, как это ни парадоксально, «загрязнить» его сразу же после получения. Например,— сплавить с каким-либо другим металлом — свинцом, оловом, цинком или серебром. Такие сплавы не так ре- акционноспособны, как цезий, и хранить их более удобко. Зато при нагревании они легко разлагаются, и как только цезий понадобится, его можно отогнать из сплава в вакууме. КАКОГО ОН ЦВЕТА На этот простой вопрос не так-то легко ответить. Обычно считается, что цезий имеет золотисто-желтый или золотисто-розовый оттенок. Однако некоторые авторы полагают, что розовато- золотистая побежалость появляется на блестящей поверхности этого металла в результате образования некоторых его соединений: дело в том, что цезий легко поглощает ничтожные следы кислорода, которые остаются даже в сильно вакуумированных сосудах. Чтобы предотвратить малейшее окисление, рекомендуется следующий изящный и простой метод: хлорид цезия восстанавливают в вакуумном приборе, снабженном двумя отростками, которые соединены между собой. Цезий конденсируется в первом из них. По окончании процесса сдвоенный отросток отпаивают и оставляют на несколько месяцев. За этот срок цезий успевает поглотить весь оставшийся там кислород, после чего его отгоняют из первого отростка во второй, который отделяют от первого. В таком виде цезий долго сохраняет свой первородный серебристый блеск. чяг НОВОСТИ ОТОВСЮДУ ТИТАН ПОДНИМАЕТСЯ В НЕБО Давно прошло время, когда звуковой барьер представг~п непреодолимую преграду длл авиации. Сейчас во многих странах мира уже разрабатываются сверхзвуковые транспортные и пассажирские самолеты. Но при сверхзвуковых скоростях отдельные части машины могут разогреваться до огромных температур. Испытания показывают, например, что при скорости, втрое превышающей скорость звука, температура наружной обшивки фюзеляжа достигает 215СС, а передней кромки крыла — превышает 250°С. Перед авиаконструкторами возникает проблема конструкционного материала, способного выдержать такие температуры, не теряя своих свойств, Американская фирма «Локхид эйркрафт корпорейшн», ведущая разработку сверхзвукового транспортного самолета «1.-2000», остановила свой выбор на титане. Кроме жаростойкости, он обладает и другими ценными качествами, в том числе высокой удельной прочностью, превышающей прочность нержавеющей стали. Под действием кислорода воздуха на поверхности титана образуется пленка окислов, прекрасно защищающая его от коррозии. Для обшивки самолета «1-2000» предполагается использовать сплавы титана с алюминием и ванадием. Одна из возникающих в связи с этим трудностей — проблема крепления титановых деталей. До сих пор листы чистого титана можно было закреплять только с помощью клепки, болтов или точечной сварки. Однако инженеры фирмы получили хорошие результаты, применив вольфрамовую сварку в атмосфере инертного газа. МУСОР, ПРЕВРАЩЕННЫЙ В УДОБРЕНИЕ По сообщениям зарубежной печати, американские фирмы разработали новый холодный способ уничтожения хозяйственного мусора и производственных отходов. Обработка отходов по этому способу происходит по замкнутому циклу, без выделения дыма или какого-либо запаха, и обходится сравнительно недорого. Сущность способа состоит в том, что после сортировки и измельчения отходов к ним добавляется вода, и образующаяся масса в течение нескольких суток подвергается брожению под действием своих собственных бактерий, плесени и дрожжей. При этом ее температура поднимается до 70°С; этого достаточно, чтобы погибли болезнетворные микробы и семена сорняков. В ходе процесса выделяются только углекислый газ и я водяные пары. Конечный продукт, объем которого составляет примерно 0,2 объема обрабатываемой массы, содержит азот, фосфор, калий и другие минеральные соли и представляет собой прекрасное удобрение, не уступающее торфяной подстилке и даже навозу. ПОДТВЕРДИТСЯ ЛИ ОТКРЫТИЕ! Большой интерес в научном мире вызвали сообщения об экспериментах д-ра Аллана Джей- кобсона из Калифорнийского университета (США]. Как писала зарубежная печать, ему удалось осуществить «передачу памяти», вводя необученным крысам РНК, извлеченную из мозга обученных животных. Однвко сотрудники того же Калифорнийского университета М. Лэттжес, Т. Джонсон, С. Бэк, Дж. Холланд и Дж. Мак-Гоу, проверявшие выводы д-ра Джейкобсо- на, не получили таких убедительных результатов. В поставленных ими контрольных экспериментах также делались попытки передать от одних крыс другим условные рефлексы на электрический удар, холодные обливания и отсутствие воды путем введения необученным животным РНК из мозга обученных. Были испробованы два вида крыс, применялись различ- 60
ные способы извлечения РНК, а наблюдения за животными велись дольше, чем в опытах Джейкоб- сона. Но в этих опытах существенного различия в поведении крыс, которым вводилась РНК, и контрольных животных обнаружить не удалось. Больше того, применение меченной радиоактивной РНК показало, что при введении в кровь она даже не попадает в мозг, а задерживается естественным защитным барьером, предохраняющим нервную систему животных от проникновения посторонних веществ. И даже когда РНК вводилась прямо в мозговые полости крыс, это не давало ожидаемого эффекта. Таким образом, результаты опытов д-ра Джейкобсона были поставлены под сомнение. «ЖИВАЯ» МОЛЕКУЛА В ПРОБИРКЕ Попытки ученых синтезировать различные вещества, характерные для живого организма, не прекращаются. Не так давно в пробирке был получен гормон инсулин — белок, играющий важную роль в обмене веществ человека. А теперь ученые из Университета штата Иллинойс (США) С. Слигел- мэн и И. Харуна с сотрудниками сообщили, что им удалось синтезировать биологически активную РНК одного из вирусов, содержащую всю нужную генетическую информацию и способную к самовоспроизведению — репликации. Это стало возможным благодаря открытию в клетках, зараженных вирусом специального фермента — релликазы, который осуществляет репликацию РНК. Подобный фермент был впервые выделен из живых клеток еще около 10 лет назад. С его помощью еще тогда удалось синтезировать из отдельных нуклеотидов молекулы РНК. Но хотя эта РНК по своим химическим и физическим свойствам была близка к естественной, она оказалась лишенной биологической активности. Фермент жег выделенный Спигелмэном и Харуной из клеток, зараженных так называемым Q-бета-вирусом, способен синтезировать «настоящую» РНК, по биологическому действию не отличающуюся от натуральной РНК этого вируса. Если к смеси химически чистых составных частей РНК (нуклеозидтрифосфатов) с солями магния добавить этот фермент и — в качестве образца-матрицы — небольшое количество естественной РНК Q-бета-вируса, в пробирке начинает синтезироваться точно такая же РНК. Если ее ввести в клетку, то произойдет то же самое, что и при заражении клетки «настоящим» вирусом. сопи, можно объяснить временным существованием соединения, служащего переходным между моногидратной и безводной формой соли. В этом соединении никель становится пятивалентным (вместо двухвалентного во всех остальных соединениях], и каждые два его иона связаны с молекулой воды. Так как это соединение неустойчиво и стремится стабилизироваться, оно и проявляет необычную активность. Как показывают исследования, такое высокоактивное состояние может быть достигнуто не только путем нагревания, но и под действием гамма-облучения соли. ПОЧЕМУ КАТАЛИЗАТОР КАТАЛИЗИРУЕТ! Один из наиболее распространенных в химической промышленности катализаторов — сернокислый никепь jNiS04 7H2OJ, обладающий высокой каталитической активностью и в то же время достаточно удобный в обращении (в отличие, например, от сернокислого алюминия, который еще активнее, ио сильно поглощает воду, превращаясь в клейкую массу]. По сообщениям зарубежной прессы, сотрудникам Университета Хоккайдо (Япония] во главе с д-ром Т. Такесита удалось раскрыть механизм каталитического действия сернокислого никеля. Ученые пришли к выводу, что оно объясняется наличием у иона никеля незаполненной электронной орбиты. С этим связано и необычное поведение этой соли. Ее кислые свойства крайне слабы при комнатной температуре и резко усиливаются при нагревании до 350°С, а при дальнейшем нагревании снова ослабевают. Параллельно с этим соль теряет кристаллизационную воду и при 400е С становится безводной. Японские исследователи считают, что высокую активность, наблюдающуюся непосредственно перед полным обезвоживанием ЛАБОРАТОРИЯ ОСЬМИНОГА Сотрудники Кембриджского университета (Англия] во главе с М. Дж. Уэллсом провели интересные исследования способности осьминога «чувствовать» химический состав предметов, прикасаясь к ним своими присосками, — так называемого «хемотактильного чувства». Эта способность оказалась неожиданно острой. Награждая осьминога рыбой, а в качестве наказания используя электрический удар, исследователи обучили животное различать пористые предметы, пропитанные морской водой с различным содержанием хлористого калия — от 0 до 0,1 М (около 7,4 г на литр]. Оказалось также, что осьминог может различать разные кислоты: например, уксусная кислота при той же концентрации водородных ионов кажется ему более кислой, чем соляная или серная. Исследователи высказывают предположение, что эта чувствительность связана с недавно обнаруженными структурами, пронизывающими присоски осьминога и выходящими на их поверхность, В каждом присоске их насчитывается более 10 000. Строение их напоминает устройство вкусовых рецепторов у позвоночных. НОВОСТИ ОТОВСЮДУ • • • • • • • •
I I < ас < e eoe ЛЕВ ^
Что такое научная фантастика! Один из видов художественной литературы? Или некий гибрид ее с наукой! Что в ней главное: люди с их характерами или лежащие в ее основе научные идеи и гипотезы! И та и другая точка зрения имеет своих сторонников,— причем вовсе не всегда первой из них придерживаются литераторы, а второй — ученые. Некоторое время назад один из советских писателей-фантастов разослал всем своим коллегам и редакциям, имеющим дело с научной фантастикой, созданную им подробную классификационную таблицу научных идей, разрабатываемых в фантастических произведениях (например, машина времени в разных вариантах, или, скажем, гибель планеты при ядерной катастрофе и т. п.]. В таблице было отмечено, какие из идей уже использованы фантастами. По мысли автора, эта таблица должна была помочь писателям избежать «повторения пройденного» и, следовательно, напрасной траты сил и времени. А редактор, заглянув в нее, мог легко и просто определить: бросить полученную рукопись в корзину или печатать ее... Но можно ли свести научно-фантастическое произведение к положенной в его основу научной гипотезе! Мы предлагаем нашим читателям самим ответить на этот вопрос, прочитав рассказ английского ученого Артура Кларка «Техническая ошибка» (который мы печатаем здесь с сокращениями] и сравнив его с недавно опубликованным в нашем журнале |№ 3 и 4) рассказом Михаила Владимирова «Остров Пуа-Ту- Тахи». ТЕХНИЧЕСКАЯ ОШИБКА АРТУР КЛАРК Рисунок Б. АЛИМОВА Это был один из тех несчастных случаев, в которых никого нельзя винить. Ричард Нелсон в десятый раз спустился в генераторный колодец, чтобы снять показания термометра и удостовериться, что невообразимый холод жидкого гелия не просачивается сквозь изоляцию первого в мире генератора, использующего сверхпроводимость. Витки огромного статора купались в гелиевой ванне, и сопротивление многих миль провода упало до такой величины, что никакие приборы не могли его измерить. Все в порядке, можно спокойно опускать в колодец ротор. Сейчас его тысячетонный цилиндр висел в пятидесяти футах над головой Нелсона, словно баба исполинского копра. Не только инженер — все работники электростанции облегченно вздохнут, когда ротор ляжет на подшипники и будет соединен с валом турбины. Нелсон сунул в карман записную книжку и направился к лестнице. Он успел дойти до центра колодца — и здесь встретил свой рок. За последний час, по мере того, как материк окутывали сумерки, нагрузка на энергетическую сеть неуклонно росла. Вдоль автомагистралей ожили нескончаемые шеренги фонарей. В городах зажглись миллионы ламп; домашние хозяйки, готовя ужин, включили электропечи. И стрелки мегаваттметров на станции поползли вверх по шкалам. Все это было в порядке вещей. Но вот в тысяче миль от станции к крупнейшему в полушарии аэропорту подобрался туман. Самолеты отлично садились по приборам даже при нулевой видимости, но все-таки без тумана было лучше. И заработали мощные рассеиватели, излучая в ночь около тысячи мегаватт. G3
Стрелки снова подскочили, и дежурный инженер приказал пустить запасные генераторы. Скорей бы установили эту новую махину, тогда не будет больше этих тревожных часов. Он еще надеялся справиться с нагрузкой, но полчаса спустя метеобюро предупредило по радио о заморозках. И не прошло шестидесяти секунд, как в домах загорелись миллионы электрических каминов. Стрелки перевалили через красную черту и продолжали идти вверх. Раздался треск — сработали три выключателя; мощные струи гелия погасили вольтовы дуги. Но четвертый выключатель отказал. Толстые медные шипы медленно наливались вишневым накалом. Воздух наполнился запахом горящей изоляции, расплавленный металл тяжелыми каплями падал на бетонные плиты пола. Еще мгновение — и контакты вырвались из зажимов. Вспыхнули и погасли зеленые дуги горящей меди — ток прервался. Освободившиеся концы исполинских пружин обрушились на провода, ведущие к новому генератору, и за долю секунды приварились к ним. Из-за индуктивности катушек ток достиг максимума не сразу. Несколько секунд он нарастал, словно волна, а потом в обмотках забушевали силы, превосходящие все, что знала до сих пор знергетика: на пути тока не было никакого сопротивления. В тот самый миг, когда Нелсон достиг центра колодца, где-то сработали дублирующие аварийные выключатели, и ток, которого не должно было быть, опять прервался. Все кончилось. Когда загорелось аварийное освещение, помощник Нелсона уже стоял у края роторного колодца, не сомневаясь, что случилась беда. — Эй, Дик! — крикнул он. — Ты кончил? Пойдем, узнаем, что стряслось. Ответа не последовало. Помощник перегнулся через поручни. В тени ротора почти ничего не было видно. Сперва ему показалось, что колодец пуст, — но ведь зтого не может быть, он сам видел, как Нелсон спустился туда несколько минут назад. Помощник позвал еще раз. — Эй! Дик, ты цел? Опять никакого ответа. Встревоженный помощник начал спускаться в колодец. Он был на полпути, когда услышал странный звук, точно где-то очень далеко лопнул воздушный шарик. И тут он увидел Нелсона: инженер лежал на лесах в середине колодца. Лежал неподвижно, в какой-то неестественной позе. Отворилась дверь, и главный физик Ральф Хьюз поднял глаза от заваленного бумагами стола. Мало-помалу все входило в свою колею после ночного бедствия. К счастью, его отдела оно почти не коснулось: генератор не пострадал. — Здравствуйте, док, — встретил он вошедшего. — Что привело вас сюда? Как наш пациент? Доктор Сзндерсон кивнул. — Через день-два выйдет из больницы. Но я хочу поговорить о нем с вами. Мне кажется, зто по вашей части, Ральф. Я в этом плохо разбираюсь. Мы не знаем, что с ним случилось. Он теперь пришел в себя, и как будто никаких последствий, если не считать одного. — Ну, говорите! Не томите! — Я оставил Нелсона, когда увидел, что ему ничто не грозит — его не ударило током, изоляция была в порядке. А через час мне позвонила старшая сестра и сказала, что Нелсон хочет срочно со мной поговорить. Когда я пришел в палату ©н сидел в постели и озадаченно рассматривал газету. Я спросил, в чем дела «Со мной что-то случилось», — говорит. «Конечно, — говорю, — но страшного ничего нет. Через два дня вы уже будете работать». Он покачал головой. «Нет, наверно, у меня что-нибудь с глазами», И показывает мне газету. «Как будто я вижу ее в зеркале. Могу прочесть каждое слово в отдельности, по буквам. У вас нет зеркальца? Я хочу сделать опыт».
Я дал ему зеркальце. Он поднес его к газете и, глядя на отражение, стал читать вслух, с нормальной скоростью. Я не удивился: этому фокусу любой может научиться, так наборщики читают свои литеры. «Ну, доктор, что вы на это скажете?». Я не знал, как ответить, чтобы не раздражать его, и перевел разговор на другую тему. А когда хотел уходить, Нелсон говорит: «Да, чуть не забыл. Наверно, я упал на правую руку. Поглядите, доктор, запястье сильно болит, как от растяжения». «Давайте посмотрим», — говорю я и хочу посмотреть его правую руку. «Нет, вот зта рука», — говорит Нелсон и поднимает левую. Я держусь своей линии, не спорю. «Как хотите. Но ведь вы сказали — правая?». Нелсон опешил. «Ну да, — говорит, — зто и есть правая рука. Может быть, глаза и чудят, но тут-то все ясно. Вот обручальное кольцо, если не верите. Оно у меня уже пять лет не снимается». Тут уже я опешил. Потому что он поднял левую руку, и на ней было кольцо. И он сказал правду, кольцо сидело так крепко, что без ножовки не снять. Тогда я спрашиваю: «У вас есть какие-нибудь приметные шрамы?». «Нет, — отвечает, — не помню никаких». «А пломбы в зубах?». «Есть несколько». Мы молча глядели друг на друга, пока сестра ходила за зубной карточкой Нелсона. Но еще до того, как она вернулась, меня осенило. Я попросил Нелсона показать все, что было у него в карманах. Вот. Доктор Сэндерсон достал несколько монет и книжку в кожаном переплете. Хьюз взял ее из рук врача и раскрыл наудачу. А в следующую секунду Ральфу Хьюзу показалось, что пошатнулись все устои его мира. Он не мог прочесть ни слова в записной книжке Нелсона. Текст был перевернут задом наперед, точно в зеркале. Хьюз встал с кресла и несколько раз быстро прошелся по кабинету, Сэндерсон сидел, молча глядя на него. — Вы хотите, чтобы я поверил, что с Нелсоном каким-то образом произошло поперечное обращение, правое поменялось местами с левым, и наоборот? — Я ничего не хочу. Я только изложил факты. Если вы можете сделать другой вывод, буду рад его услышать. Позвольте добавить, что я проверил зубы Нелсона. Все пломбы переместились. Объясните и это, если можете. Кстати, вот эти монеты тоже очень интересны. Хьюз взял их в руку. Один шиллинг, новая крона несколько пенсов и полупенсов. Он принял бы их без колебаний у любого кассира. Он никогда не задумывался, в какую сторону смотрит на монетах голова королевы. Но надписи! Хьюз живо представил себе недоумение Монетного двора, если зти странные монеты когда-нибудь к ним попадут. Как и с книжкой — поперечное обращение. Голос доктора Сэндерсона прервал его размышления. — Я попросил Нелсона никому об этом не говорить. Я напишу подробный доклад — он вызовет переполох, когда будет напечатан. Но нам надо знать, как это могло случиться. Вы конструктор нового генератора, поэтому я пришел к вам. Доктор Хьюз словно не слышал его. Впервые в жизни он всерьез задумался над разницей между левым и правым. Доктор Сэндерсон продержал Нелсона в больнице несколько дней. Если не считать обращения, Нелсон был вполне нормален. Многому он заново учился и, привыкнув, быстро преуспевал. Вероятно, теперь его до конца жизни будут считать левшой. Но ведь зто не помеха. Доктор Сзндерсон не сомневался, что Хьюз, как всегда, найдет ответ. Но физик был вовсе не так уж уверен в себе. В отличие от Сзндерсона он понимал: есть только один путь, чтобы объект мог превратиться в свое зеркальное отображение. Но как доказать столь фантастическую теорию? Расчеты позволяли судить о величине тока в обмотках в те несколько секунд, когда была замкнута цепь. Правда, цифры были приблизительные. Если бы 5 «Химия и Жизнь» j № 7 05
можно было повторить опыт, чтобы получить точные данные! Он представил себе, как взглянет на него главный инженер, если он скажет: — Вы не возражаете — я сегодня вечером выберу минутку и замкну накоротко генераторы один—десять? Нет, зто, конечно, отпадает. Хорошо, что сохранилась действующая модель. Опыты на ней дадут какое-то представление о поле в центре генератора. Почти месяц Хьюз бился над расчетами и блуждал в таких областях физики, которые после университета тщательно обходил. Мало-помалу в его голове складывалась теория; до окончательной формулировки далеко, но путь был ясен. Еще месяц, и все будет готово. Он почти не думал о генераторе, которому посвятил целый год. Когда генератор прошел последние испытания и влил свои миллионы киловатт в энергосистему, он как-то рассеянно принял поздравления коллег. Наверно, его поведение выглядело немного странным, но ведь его давно считали оригиналом. А через две недели к нему опять пришел доктор Сэндерсон. — Нел сон снова в больнице, — хмуро сообщил врач. — А что с ним? — удивленно спросил Хьюз. — Умирает от голода. — От голода? Что вы хотите зтим сказать? Доктор Сэндерсон пододвинул стул к столу Хьюза и сел. — Сначала казалось, что все идет нормально. Я не сомневался, что он будет здоров. Потом замечаю — теряет в весе. Стали появляться и другие симптомы. Начал жаловаться — слабость, голова устает. Все признаки авитаминоза. Я прописал концентрированные витамины, но они не помогли. На лице Хьюза отразилось недоумение, потом досада. — Но причем тут я, черт возьми, вы же врач! — Совершенно верно, но мне нужна поддержка. Я всего-навсего безвестный лекарь, никто не станет слушать мою теорию, пока не будет поздно. А Нелсон умирает, и мне кажется, я знаю — почему... Сэр Роберт поначалу упирался, но доктор Хьюз, как всегда, настоял на своем. И теперь члены совета директоров входили в конференц-зал, ворча и всячески выражая свое неудовольствие по поводу экстренного заседания. Доктор Хьюз был не очень высокого мнения о совете директоров. Спору нет, они могут счесть его сумасшедшим, но ведь за ним числятся кое-какие заслуги. Сумасшедший ли, нет ли, он стоит не одну тысячу фунтов. Только что кончил говорить сзр Роберт. Хьюз — не в первый раз — спросил себя: как может этот на вид такой робкий старик править огромной финансовой империей? — А теперь, джентльмены, слово доктору Хьюзу. Он вам все, кхм, объяснит. Я попросил его не вдаваться в технические тонкости. Доктор Хьюз... Физик начал докладывать. Записная книжка Нелсона вызвала удивленные возгласы, а перевернутые монеты были приняты как редкостные диковинки. Хьюз с радостью отметил, что слушатели заинтересовались. Он глубоко вдохнул и приступил к той части доклада, которой больше всего опасался. — Итак, джентльмены, вы слышали, что было с Нелсоном, но сейчас я расскажу вам еще более поразительную вещь. Прошу слушать меня очень внимательно. Он взял со стола листок бумаги, сложил его по диагонали и разорвал вдоль сгиба. — Вы видите два одинаковых прямоугольных треугольника. Я кладу их на стол, вот так. — Он положил треугольники гипотенузами друг к другу, так что вся фигура напоминала бумажного змея. — В таком положении каждый треугольник — зеркальное отображение другого. Пока оба треугольника лежат на
столе, я могу сколько угодно перемещать их по его поверхности, и никогда один не совместится точно с другим. Несмотря на одинаковые размеры, они, как перчатки, не взаимозаменяемы. Он подождал, чтобы слушатели лучше усвоили сказанное. — Но если я возьму один треугольник, подниму его и переверну в воздухе, а потом снова положу, зто уже не зеркальные отображения: они полностью совместимы — вот так. Возможно, это выглядит очень упрощенно, но из упрощенного примера мы можем сделать важный вывод. Треугольники на столе были плоскими предметами, они существовали, так сказать, в двух измерениях. Чтобы превратить любой из них в свое собственное зеркальное отображение, я должен был егс поднять и перевернуть. В третьем измерении! Вам ясен ход моей мысли? Он обвел глазами стол. Один или два директора медленно кивнули, соображая. — Точно так же, чтобы превратить обладающее массой трехмерное тело, в том числе человека, в его зеркальное отображение, нужно перевернуть его в четвертом измерении. Повторяю — в четвертом измерении. Стояла напряженная тишина. Кто-то кашлянул, но кашель был нервным» а не скептическим. — Четырехмерная геометрия, как вам известно (вряд ли им зто известно!),— еще до Эйнштейна стала одним из главных орудий математики. Но до сих пор она оставалась математической выдумкой, не подкрепленной ничем реальным в физическом мире. И вот оказывается, что ток невиданной силы, до миллионов ампер, который мгновенно возник в обмотках нашего генератора, так или иначе создал на долю секунды четырехмерное пространство, достаточно большое, чтобы в нем уместился человек. Я сделал кое-какие расчеты, они показывают, что было генерировано гиперпространство с длиной стороны в десять футов. Нелсон находился в зтом пространстве. При внезапном коллапсе поля, когда была разорвана цепь, пространство перевернулось, и произошло обращение Неле она. Я прошу вас принять зту теорию, так как нет другого объяснения, которое охватывало бы все факты. Вот мои расчеты. Он помахал перед слушателями листками бумаги, так что директора могли видеть внушительные шеренги уравнений. Этот прием, как всегда, помог; было видно, что все удовлетворены. Не поддавался один Макферсон, секретарь совета. Он получил кое-какое техническое образование, следил за научно-популярной литературой и при каждом удобном случае щеголял своими знаниями. — Вы говорите, что Нелсон перевернут в четвертом измерении, но ведь, если не ошибаюсь, Эйнштейн показал, что четвертое измерение — это время. Хьюз мысленно застонал. Он так и знал, что последует какая-нибудь нелепость. — Я подразумевал еще одно пространственное измерение, — терпеливо объяснил он. — Другими словами, измерение или направление, которые находятся под прямыми углами к нашим обычным трем. Назовите это четвертым измерением, если хотите. С некоторыми оговорками можно и время назвать измерением. Так как мы обычно считаем наше пространство трехмерным, мы привыкли называть время четвертым измерением. Но зто чисто условно. Поскольку я прошу вас допустить четыре пространственных измерения, назовем время пятым измерением. — Пять измерений! Силы небесные! — не выдержал кто-то. Доктор Хьюз не мог упустить такой случай. — В физике сплошь и рядом говорят о пространствах с миллионами измерений, — спокойно сказал он. Все онемели. Никто не был склонен спорить, даже Макферсон. — Теперь перейду ко второй части моего доклада, — продолжал доктор Хьюз. — Через несколько недель после обращения Нелсона мы заметили, что с ним происходит что-то неладное. Он нормально усваивал пищу, и все-таки ему явно чего-то недоставало. 67
Свойства важных питательных веществ, в том числе витаминов, зависят от пространственного расположения их атомов. Другими словами» джентльмены, стереоизомеры веществ, необходимых для организма, могут быть совершенно для него бесполезны, несмотря на то, что химическая формула у них одна и та же. Теперь вам ясно, почему обращение Нелсона — куда более серьезное дело, чем мы сперва думали. Если бы требовалось только заново научить его читать, все было бы очень просто. Но он буквально умирает от голода среди изобилия, потому что усвоить некоторые молекулы пищи для него так же невозможно, как для нас надеть левый ботинок на правую ногу. Доктор Сзндерсон провел опыт, который подтверждает его гипотезу. С очень большим трудом он добыл стерео- изомеры нескольких витаминов. И Нелсону сразу стало лучше. Хьюз остановился и достал кое-какие бумаги. Полезно дать совету время опомниться, прежде чем наносить удар. Все было бы очень забавно, если бы на карте не стояла человеческая жизнь. Удар будет нанесен в самое чувствительное место... — Вы, конечно, понимаете, джентльмены: так как Нелсон получил, если можно так выразиться, производственную травму, компания обязана оплатить ему лечение и все, что понадобится. Как его лечить, мы теперь знаем. Но производить нужные стереоизомеры почти так же сложно, как добывать радий, даже в некоторых случаях труднее. Доктор Сэндерсон сообщил мне, что питание Нелсона будет стоить больше пяти тысяч фунтов стерлингов в день. Полминуты царила тишина, потом вее заговорили разом. Сэр Роберт долго стучал по столу, прежде чем восстановился порядок. Начался военный совет. Три часа спустя вконец измотанный Хьюз вышел из конференц-зала и отправился искать доктора Сзндерсона. Врач был в своем кабинете; он извелся, ожидая ответа. — Ну> что постановили? — спросил он. — Как я и опасался. Требуют, чтобы я подверг Нелсона повторному обращению. — Вы можете зто сделать? — Честно говоря, не знаю. Я могу только постараться возможно точнее воспроизвести все обстоятельства аварии. Сэр Роберт должен переговорить с Нел- соном. Надеется уговорить его, чтобы он рискнул. Если опыт кончится неудачно, семью Нелсона обеспечат. С минуту оба молчали. Потом заговорил доктор Сэндерсон. — Теперь вы понимаете, какие решения то и дело приходится принимать хирургам? Хьюз кивнул. — Ничего себе дилемма, а? Вполне здоровый человек, но сохранить ему жизнь стоит два миллиона в год. Придется Нелсону рискнуть. Польше половины огромного помещения занимал исполинский цилиндр ротора, вынутый из колодца и подвешенный в тридцати футах над лоснящимся пластиковым полом. Кучка людей, терпеливо ожидая, молча стояла на краю темного колодца. Лабиринт проводов тянулся к приборам. Доктор Хьюз не знал, когда лучше замкнуть цепь: то ли при максимальном напряжении, то ли при нулевом, или же в какой-нибудь промежуточной точке синусоиды. И он выбрал самое простое и надежное решение. Цепь включится при нулевом напряжении, а прервется, когда сработают выключатели. Через десять минут остановятся на ночь последние крупные предприятия обслуживаемого района. Прогноз погоды благоприятный, неожиданных нагрузок не должао быть до утра. К тому времени ротор будет на месте и генератор в работе. Времени будет в обрез, каждая секунда на счету.
Вошел Нелсон, сопровождаемый сэром Робертом и доктором Сэндерсоном; он был очень бледен. Будто на казнь идет, подумал Хьюэ, но тут же постарался отогнать эту неуместную мысль. Раздался спокойный голос сэра Роберта: — Мы готовы, доктор Хьюз. Нелсон уже спустился в колодец и, как ему было сказано, стоял точно посередине; внизу белым пятном вырисовывалось его поднятое кверху лицо. Доктор Хьюэ ободряюще помахал ему рукой, повернулся и пошел к приборам. Что-то тихонько щелкнуло в релейной коробке. А через долю секунды все здание словно содрогнулось: с треском включились могучие рубильники. Свет потускнел, почти совсем пропал... Но тут сработали автоматические выключатели. Лампы снова вспыхнули, стрелки мегаватт метров откачнулись назад. Приборы выдержали. А Нелсон? Сэр Роберт, несмотря на свои шестьдесят лет, уже подбежал к генератору. Он стоял на краю колодца и смотрел вниз. Хьюэ медленно подошел к нему; в душе его назревало тягостное предчувствие. Мысленно он уже видел скрюченную на дне ямы фигуру Нелсона и глядящие вверх мертвые глаза... Ничто не потрясает так, как полная неожиданность. Подходя к генератору, доктор Хьюэ ожидал чего угодно. Чего угодно, только не этого... Он не ждал, что колодец окажется пуст. Потом он тщетно пытался вспомнить, что происходило в следующие минуты. Закипела работа, зал заполнили техники, чтобы установить на место ротор. Словно издалека доносился голос сэра Роберта, он твердил снова и снова: — Мы сделали все, что могли, все, что могли. Наверно, Хьюэ что-то отвечал, но все было как в тумане. Рано утром, еще до зари, доктор Хьюэ пробудился от беспокойного сна. Несколько минут он сжимал ладонями голову; сознание начало проясняться. Хьюз знал, что с ним происходит: уже не раз его среди ночи вдруг осеняло решение какой-нибудь упрямой задачи. Сейчас в моэаике, которая сама складывалась в его мозгу, не хватало только одного кусочка. Но вот и он стал на место! Что говорил помощник Нелсона? Тогда это показалось Хьюзу несущественным, и он не обратил на это внимания. Но теперь... «К огда я посмотрел в колодец, там как будто* никого не было, и я стал спускаться по трапу вни э...». Как можно быть таким болваном! Ведь старина Макферсон был прав, во всяком случае, отчасти! Поле обернуло Нелсона в четвертом пространственном измерении, но сверх того произошло еще смещение во времени. В первый раз оно измерялось какими-то секундами. Но сейчас, как ни тщательно он все подготовил, условия сложились иначе. Столько неизвестных факторов — ведь его теория больше, чем наполовину, состояла иэ догадок. Нелсона не было в колодце, когда кончился опыт. Но он там будет! Доктор Хьюэ весь облился холодным потом. Генератор снова работает! Он представил себе тысячетонный ротор. Что будет, если какое-то тело вдруг материализуется в занятом им пространстве? Он соскочил с кровати и схватил телефонную трубку. Нельзя терять ни секунды, надо сейчас же поднять ротор! Что-то осторожно схватило фундамент дома и покачало его — так засыпающий ребенок трясет свою погремушку. В стенах, как по волшебству, возникла сеть трещин. Лампы замигали, вспыхнули ярко-ярко и погасли. Доктор Хьюз отдернул занавеску. Гора заслоняла электростанцию, но ее сразу можно было найти по гигантскому столбу обломков, который медленно вздымался кверху в бледных лучах рассвета. Сокращенный перевод с английского Л. ЖДАНОВА 09
I Л. МИТРОФАНОВА НА ГРАНИЦЕ ЖИЗНИ ш X < О. ас < х < ас < X Из научно-популярных фильмов можно составить своеобразную энциклопедию. С начала века и по сегодняшний день «разумный» или «просветительный» кинематограф рассказывает широкому кругу зрителей о самом интересном и новом в науке. Недавно Киевская студия научно-популярных фильмов выпустила фильм «На границе жизни», сразу же завоевавший признание зрителей. Авторы фильма — сценарист И. Васильков и режиссер П. Зиновьев — старейшие деятели научного кино. «Герой» картины — вирус, увеличенный в 500 000 раз. Но содержание фильма шире, чем рассказ о вирусологии. Фильм — о том, как гуманные цели, борьба за жизнь человека сплачивают, объединяют ученых разных стран. На экране — сигнал бедствия — гибнут дети. Беду принес вирус полиомиелита- Так нас вводят в круг вопросов, о которых расскажет фильм. Рассказ ведется от лица ученого, и мы становимся свидетелями его размышлений, надежд и поражений. «Я всегда волнуюсь, проявляя новую фотопленку, побывавшую на границе жизни. Какую тайну природы скрывает она? Происхождение жизни, наследственность, долголетие, победу над болезнями?» — звучит голос с экрана. С давних пор опустошающие эпидемии несли гибель людям, растениям, животным. Перед нами — фотографии, документальные кадры страшной пандемии гриппа 1918 года — ее жертвы исчислялись мил- 70 лионами. Мы видим, что стоил таежный энцефалит в 1937 году. Кинофильм посвящается первооткрывателю вируса — Дмитрию Иосифовичу Ивановскому. В конце прошлого века, выясняя причину гибели табачных плантаций на Украине, Ивановский обнаружил возбудителя болезни — настолько малого, что он проходил через фильтр. Ивановский назвал его фильтрующимся вирусом табачной мозаики. Фильм воспроизводит опыт ученого. В 1935 году американский ученый Уэн- делл Стенли впервые сумел выделить вирус в кристаллической форме. Мы видим Стенли в его сегодняшней лаборатории. Ученый вспоминает о своей старой работе. И перед нами возникают хрупкие, белые кристаллы вируса, как бы впервые увиденные глазами Стенли. Шаг за шагом мы следим за развитием вирусологии. Развитие микроскопической техники позволяет получать все большие и большие увеличения и, наконец, в поле электронного микроскопа — отдельный вирус. Развитие современной биологии дало возможность изучить механизм действия вируса. Фотографии, мультипликация, специальная киносъемка доступно и интересно рассказывают об этом. Изученный, видимый враг — не так страшен— против него можно обороняться. Созданию оружия для борьбы с вирусом — вакцины — посвящена последняя часть фильма. Советская вакцина против полиомиелита спасла жизнь, вернула здоровье миллионам детей в разных странах. Борьба с вирусом продолжается.
ВИРУСЫ ПОД ЭЛЕКТРОННЫМ МИКРОСКОПОМ (Кадры из фильма «На границе жизн и»] 1. Бактерия, атакуемая фагами. Увеличение в 30 000 раз 2. Вирус табачной мозаики. Увеличение в 60 000 раз 3. Частицы аденовируса. Уаеличение в 350 000 раз
КЛУБ и,нь,й ХИМИК ЮНЫЙ ХИМИК В ПОХОДЕ Летние каникулы — пора туризма. Многие из вас, возвратясь из похода, принесут с собой образцы минералов. Но что это за минералы! Какие элементы они содержат! Ведь не всякий минерал можно узнать «в лицо». Можно, конечно, провести анализ находок а школьном химическом кабинете. Но мы предлагаем энтузиастам взять с собой в поход химическую лабораторию в миниатюре. Она займет совсем немного места. Эта лаборатория позволит вам сразу же узнать, какие элементы входят в состав неопознанного минерала. Существует походная лаборатория П. И. Воскресенского. Она удобна и легка (асего 900 г), но достать ее трудно. Наша лаборатория тоже уместится в маленьком ящичке. Все ее оборудование — это 2—3 ступки для растирания материалов, несколько стеклянных палочек, совочек для реактивов, пипетки, рулончик фильтровальной бумаги и медная пластинка. И, разумеется, набор реактивов в маленьких пробирках с хорошо подогнанными пробками. Какие это реактивы, вы узнаете из описаний реакций. Обязательно позаботьтесь о том, чтобы в вашей «микролаборатории» в пути ничего не разбилось! Все реакции, которые здесь описаны, проводятся при обычной температуре, и спиртовая горелка нам не понадобится. Итак: КАК ОБНАРУЖИТЬ В МИНЕРАЛЕ... ...ЖЕЛЕЗО Трехвалентное железо можно опознать ло реакции с ферроцианидом калия K4[Fe|CNN]. При растирании с этим реактивом кристалликов минерала, содержащего железо, появляется интенсивная синяя окраска — образуется берлинская лазурь: 2Fc2(S04hH 3KJFe(CNNl-Fe4[Fe(CN)r]3 4 6K2S04. синий ...КОБАЛЬТ Открытию кобальта в минералах часто мешают сопутствующие элементы, чаще всего — железо. Его действие приходится «маскировать» — переводить железо в комплексные соединения. Вот как можно обнаружить кобальт с помощью роданистого аммония NH4SCN. Берут несколько кристалликоа исследуемого минерала и расти- П
ЕЗ |гают в ступке. К порошку прибавляют два-три кристаллика роданистого аммония и вновь растирают. Если в образце содержатся сульфаты железа, то смесь приобретает сроваво-красную окраску. Образовалось роданистое железо Fe(SCNK: Fe2(SOjK + 6NH4SCN = 2Fe(SCNb + 3(NH4JS04 красный (Значит, попутно мы нашли в минерале железо). Затем к красной смеси прибавляют 2—3 кристаллика тиосульфата натрия Na2S203 и опять растирают. Трехвалентное железо восстанавливается до двухвалентного, и прежняя окраска исчезает. Если в минерале есть кобальт, появляется голубая окраска комплексной кобальтовой соли: CoS04 + 4NH4SCN = (NH4J [Co (SCNL] + (NH4JS04. голубой Стоит обработать полученную смесь двумя-тремя каплями воды, как голубой цает сменяется слабо-розовым, характерным для ионов кобальта. ...НИКЕЛЬ Проще асего обнаружить никель можно реакцией Л. А. Чугаева сдиметилгли- о к с и м о м СН3 — С - NOW I СН3 — С = NOH. Реакцию проводят непосредственно на поверхности минерала. На крупинки минерала кладут кристаллик диметилглиоксима и кристаллик углекислого аммония (NH4J2C03 и затем расгирают. (Без углекислого аммония реакции может помешать железо). Образуется алый диметилглиоксимин никеля: 2 СНя-С = \ОН CH3-C=NO 0N = C-CH + NiS04 = Ni CH, - fc = NOH CH3 - С -NOH HON = С - CH3 алый | H2fe04. Если не удастся достать диметилглиоксим, то можно использовать только углекислый аммоний. При растирании минерала с ним смесь окрашивается в голубой цвет, усиливающийся при добаалении капли воды. Окраска обусловливается образованием никельаммиачной комплексной соли: NiS04 Ч 2 (NH4JC03 - [NMNH3)J S04 + 2Н20 -* 2C02. голубой ...МЕДЬ И а этом случае можно воспользоваться углекислым аммонием. Его берут в три раза больше, чем минерала, и растирают смесь. Происходит образование комплексной соли [CulNH3l4]S04. имеющей синий цвет. Другой способ - реакция с солью Мора. К нескольким крупинкам минерала добавляют примерно равное количество твердой соли Мора |NH4J2Fe|S04J - 6Н20 и растирают. Затем добавляют столько роданистого калия KSCN, сколько образовалось смеси, и еще раз растирают. Появляется темно-красная окраска. Сущность реакции сводится к тому, что на первой стадии образуется роданид меди Cu|SCNb Он восстанавливается до роданида закисной меди CuSCN, и при этом окисляет Fe^ в соли Мора до Fe^. Трехаалентное железо реагирует с избытком роданида. Образуется красный роданид железа. 7»
...МАРГАНЕЦ Марганец «выдает себя» при реакции с нитратом серебра. Два-три кристаллика минерала кладут в фарфоровую кюветку, добавляют к ним столько же кристалликов нитрата серебра AgN03 и растирают смесь. Добавляют одну каплю раствора аммиака (нашатырного спирта). Появление черной окраски говорит о присутствии а минерале марганца. Вот что при этом происходит. Соли марганца под действием щелочи образуют гидрат закиси марганца Мп(ОНJ. Он окисляется на воздухе в присутствии ионов серебра до марганцоватистой кислоты Н2Мп03. А серебро восстанавливается до металла и выделяется в виде черного порошка. Суммарную реакцию можно записать так: MnS04 + 2AgN03 + 4NH4OH 2Ag +- H2Mn03 -\ (NHtJS04 + 2NH4N03 + H20. черный ...СЕРЕБРО Предлагаем два способа обнаружения серебра в минералах. Первый — реакция с железосинеродистым калием. При растирании минерала с этим реактивом образуется кирпично-красное железосинеродистое серебро (если, конечно, в минерале присутствует серебро]: 3AgN03 + К3 [Fe (CN)C] = Ag3 [Fe(CN)c] + 3KN08. кирпич но-красный Второй способ — реакция со щелочами. Она проводится так же, как и предыдущая. Только вместо железо синеродистого калия берется твердый едкий натр или е д- к о е кали (обращаться с острожиостью!]. Образовавшаяся окись серебра Ag20 окрашивает массу в черный цвет: 2AgN03 -h 2NaOH = Ag20 -} 2NaN03 H20. черный ...РТУТЬ Обнаружить ртуть в минерале помогает медная пластинка. Она должна быть хорошо очищена. На нее кладут несколько крупинок исследуемого минерала и кристаллики нитрата аммония и бисульфата калия. Крупинки растирают кусочком фильтровальной бумаги. Если в минерале есть ртуть, то на медной пластинке появляется черное пятно. После полировки фильтровальной бумагой возникает металлический блеск. Это — ртутное зеркало. Медь вытеснила ртуть из ее соли. Если вы захотите узнать о более совершенных способах обнаружения элементов в минералах — обратитесь к книге П. И. Воскресенского («Аналитические реакции между твердыми веществами и полевой химический анализ» или к книге И. М. Исаева «Качественный анализ руд и минералов методом растирания порошков». Устав клуба состоит всего из двух пунктов. Пункт первый. Членом клуба может быть каждый школьник. Пункт второй. Ответы на вопросы викторины клуба Юный химик нужно высылать в редакцию до выхода в свет следующего номера журнала (потому что в этом следующем номере ответы будут уже опубликованы). Десять школьников, которые пришлют лучшие ответы в течение года, будут премированы подпиской на наш журнал на следующий год. ВНИМАНИЮ НОВИЧКОВ! га
2000 ШКОЛЬНИКОВ ТАТАРИИ СТАВЯТ АГРОХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ "Г*" # ^ fc Два года в Татарии проводится массовый агрохимический эксперимент. Его цель — выявить потребности сельскохозяйственных культур, растущих в различных природных зонах, в азотных, фосфорных и калийных удобрениях. Руководят экспериментом Республиканская сельскохозяйственная опытная станция и Институт усовершенствования учителей. Л проводят его сельские школьники с помощью своих преподавателей. Об этом массовом опыте, в котором участвует свыше 2 000 школьников, рассказывают кандидат биологических наук Ф. X. Шакиров и агроном В. В. Цедрик. В ноябре 1963 года в Казани собрался слет бригадиров ученических производственных бригад. На нем и было решено — провести во всех сельских школах республики полевые опыты с удобрениями. Были составлены и разосланы в школы подробные методики эксперимента, министерства просвещения и сельского хозяйства ТЛССР издали необходимые распоряжения, научные работники побыаапи в школах и проверили готовность к опытам. Наступила весна 1964 года. В ста с лишним сельских школах старшеклассники развешивали удобрения в разноцветные пакеты: один цвет — для азотных удобрений, другой — для фосфорных, третий — для калийных. В каждом пакете — ровно столько удобрений, скольио нужно для одной делянки. Как только стаял снег, преподаватели и школьники вместе с агрономами вышли на поля, выбрали подходящие участки и тщательно разбили делянки. В опыте было 8 вариантов, и каждый повторялся три раза. Поэтому для одной культуры школе нужны были 24 делянки, каждая размером около 200 м2. Разноцветные пакеты сначала разложили по всем делянкам — по одному, по два или по три пакета. Оставили и контрольные, неудобренные делянки. Проверили по схеме, все ли верно разложено, а затем аккуратно рассеяли содержимое пакетов по делянкам. Важно, чтобы удобрение легло равномерно и ветер не сносил бы его на соседнюю делянку — иначе опыт не удастся. Когда начался сев, школьникам пришлось побегать. Как подойдут трактора к экспериментальному участку, нужно быстро снять колышек-отметку на углу делянки, пройдет трактор — опять поставить на то же место. Если ошибешься — придется снова перемерять все поле. Появились всходы. Школьники расчистили узенькие дорожки по границам делянок. Теперь пришла пора наблюдений. Разница в росте растений часто бросалась в глаза. Вот неудобренные делянки: они почти с первых дней — во всем отстающие. Некоторые из удобренных тоже недалеко от них ушли. Значит, этот вид удобрений не действует. Л зато другие растения — ровные, темно-зеленые, радуют глаз. 74
Бывали и неудачи. У одних тля съела горох — пропал опыт. У других — была такая сушь, что никакой пользы от удобрений не обнаружили. Урожай убирали вручную, аккуратно. Заранее отделили метровые полоски вдоль границ каждой делянки. Это — «защитки». В таких местах корни растений с соседних делянок переплетаются, а потоки дождевой воды могут смыть удобрения с одной делянки на другую. Поэтому защитки в счет не идут. Остальной урожай с каждой делянки уложили в мешки и вывезли с полей. Потом обмолотили и взвесили. Теперь можно делать выводы. Еще до внесения удобрений с каждого участка были взяты пробы почвы. Образцы высылали на опытную станцию для анализа. Л осенью в каждой школе писали отчет — какой урожай получили с разных делянок. По этим материалам работники опытной станции и Института усовершенствования учителей делают выводы, где выгоднее применять то или иное удобрение. Л своему хозяйству школа сама сообщает результаты, и, конечно, агрономы их используют. Провели эксперимент в 1964 году и убедились, что его нужно продолжать. Результаты превзошли все ожидания. Вот, например, к какому выводу пришли ученики Байсаровской школы Лктанышского района. Если их колхоз «Кзыл Сюнь» применит удобрения в соответствии с результатами опыта, то 1 Ц тукоа даст дополнительных 3 ц яровой пшеницы. Это значит, что каждый затраченный рубль принесет больше 22 рублей дохода. В этом колхозе ставятся опыты с пшеницей, картофелем, сахарной свеклой и кукурузой. Во многих колхозах планы опытов ученических производственных бригад обсуждало правление. Результаты экспериментов часто приводятся в агрономических отчетах хозяйств и районных управлений сельского хозяйства. Не только Байсаровская школа ежегодно проводит опыты с несколькими культурами, закрепив их за разными звеньями. Кар- галинская школа Чистопольского района, Атнинск^я и Субаш-Атынская Арского района, Старо-Тиганская Алексеевского района и многие другие образцово ставят сложные эксперименты. Осенью этого года в Татарии будут уже трехлетние данные по эффективности удобрений. Тогда мы сможем увереннее планировать распределение удобрений по районам и предсказывать обьем дополнительной продукции. Сейчас проводятся анализы почв всех пахотных земель страны. Их можно эффективно использовать лишь в сопоставлении с результатами полевых опытов с растениями. Поэтому массовые школьные агрохимические эксперименты по единой методике нужно поставить ао всех областях. Опыт организации такой работы есть в Татарской АССР, и его можно
широко использовать, внося в каждом случае поправки на местные условия. Эксперимент проводился по классической «восьмерной схеме». Азот, фосфор и калий вносили на делянки во всех возможных сочетаниях — N, Р, К, NPr NK, PK, NPKr а одну делянку оставляли неудобренной. На разных почвах и в различных местностях результаты опытов будут неодинаковы. Поэтому эксперименты по этой схеме всегда интересуют практиков и ученых. Отзывчивость растений на внесение удобрений мы выражали в баллах: 0 — прибавка урожая отсутствует, иногда бывает снижение; 1 — прибавка урожая не превышает 10%; 2 — прибавка урожая от 10 до 20%; 3 — прибавка урожая от 20 до 30%; 4 — прибавка урожая от 30 до 40%; 5 — прибавка урожая свыше 40%. Данные, полученные за два года, показаны в таблице. Массовый агрохимический эксперимент, поставленный школами, показал, что во все районы республики нужно завозить все три вида удобрений, но в разных количествах. С окончательными заключениями спешить еще рано — погода в 1964 и 1965 годах была в Татарии неблагоприятной для сельского хозяйства. Средние цифры прибавок — это по существу минимум того, что могут дать удобрения при правильном применении. Скоро школьники соберут новый урожай с опытных делянок. Эксперимент продолжается... Природные районы Татарской АССР Предкам ье Предволжье Западное Закамье Северо-восточное Закамье Юго-восточное Закамье Татарская АССР в целом Год 1964 1965 1964 1965 1964 1965 1964 1965 1964 1965 1964 1965 1 П шеница Отзывчивость в баллах N 2,6 2,8 1.4 1,9 2,8 1,9 2,8 1,2 2,0 3,3 Р 2,8 2,8 1,8 2,8 1,7 2,2 1,7 0,8 3,2 3,7 К 2,4 1,5 1,2 2,9 0,8 1,6 0,8 2,6 1,8 1,7 Прибавка урожая, 1 5,4 4,2 2,6 8,0 8,1 7,6 8,3 5,5 9,4 4,4 6,5 6,5 Ка ртофель Отзывчивость в баллах N 2,6 1,8 1,7 2,3 0,7 3,1 2,0 1,5 1,0 0,7 Р 1,7 2,3 1,7 3,3 1,5 3,1 1,7 3,5 1,3 3,0 К 1,9 2,5 2,0 3,7 0,3 2,7 0,8 2,5 1,7 3,2 Прибавка урожая, ц/га 68 56 55 52 29 57 74 45 47 40 55 48 Сахарная свекла Отзывчивость в баллах N 4,0 2,5 1,0 3,0 1,0 2,7 1,3 3,2 1,0 Р 3,0 1,5 2,3 2,0 4,0 3,7 2,1 3,2 2,0 К 4,5 1,0 1,3 1,0 3,0 | 3,3 2,1 3,7 4,0 ■ ибавка ожая, а Q.O.J- 108 1 28 16 56 77 156 108 66 62 83 78 Редакция полностью присоединяется к мнению авторов статьи, что школьные агрохимические эксперименты по единой методике нужно поставить во всех областях и республиках страны. Это принесет двойную пользу: школьники помогут агрономам правильнее распределить удобрения, а сами в то же время еще глубже изучат химию — и не по учебникам, а на деле. «Химия и жизнь» обращается к ученикам и преподавателям сельских школ, к агрономам и научным работникам: напишите нам, ставятся ли в вашей области, крае, республике массовые агрохимические эксперименты, как они организованы, какие получены результаты. Ждем ваших сообщений! ВНИМАНИЕ, ПОПРАВКА! В шесгом номере журнала на сгр. 12 в реакции цианирования по вине типографии пропущен один из реагентов — кислород. Правильно реакция записывается так: 4Аи 4 8KCN t 2Н,0 | 02 - 4К [Au( CNJ] -р 4КОН. 76
ОПЫТЫ БЕЗ ВЗРЫВОВ БИОХИМИЯ ЗАНЯТИЕ ВТОРОЕ На первом занятии («Химия и жизнь», № 5) мы рассматривали свойства ферментов, ускоряющих окислительные процессы в тканях растений. Вам предлагалось самим сделать выводы из опытов. Проверьте, насколько ваши выводы правильны. Вывод первый. Перекись водорода может постепенно окислять гидрохинон и без добавления сока капусты. Во флаконах 5 и 6 медленно появляется розовая окраска. Значит, фермент не обязателен для реакции. Как и все катализаторы химических реакций, ферменты лишь ускоряют начавшуюся реакцию во много раз. Вы заметили, конечно, как быстро появилась * окраска во флаконе 4. Однако пероксидазы не могут ускорить реакцию гидрохинона с кислородом воздуха (окраска во флаконе 3 отсутствует или появляется очень медленно). Вывод второй. Фермент может быть легко выведен из строя (инактивирован) даже кратковременным кипячением. Во флаконе 2 окраски практически нет. Фермент имеет белковую природу и «свертывается» при нагревании — во флаконах 1 и 2 появились белковые хлопья. Вывод третий. Во флаконе 3 окраска не появилась. Значит, в капустном соке содержатся только пероксидазы, ускоряющие окисление гидрохинона лишь в присутствии перекиси водорода. Но в опытах с картофельными кпубнями и яблоком окраска в этом случае появляется, и особенно быстро — при встряхивании флакона: раствор обогащается кислородом воздуха. В картофеле и яблоке имеются оксидазы (конкретнее — фенолоксидаза), окисляющие гидрохинон кислородом. (Именно поэтому и темнеют на воздухе разрезанные клубни картофеля и яблоки. Ведь они содержат вещества, родственные гидрохинону.) Оксидазы тоже теряют активность при нагревании. Вспомните, темнеют ли отваренные клубни картофеля! Вывод четвертый. В картофеле и яблоке есть и пероксидазы — при добавлении перекиси водорода во флакон 4 окраска появляется скорее. А в мясистых чешуях пука оксидазы нет. Они не темнеют на воздухе даже с гидрохиноном. Кстати, вы обратили внимание на то, что окислительные ферменты особенно активны в готовящихся к росту или растущих органах растений — в донце луковицы и ее корешках, в ростках клубней картофеля! В таких органах обмен веществ идет наиболее интенсивно. Ребенок тоже потребляет в несколько раз больше кислорода на килограмм своего веса, чем взрослый. Итак, мы выяснили, что не всякие условия среды благоприятны для действия ферментов. Если сильный нагрев инактивирует ферменты, тог может быть, им легче работать при низкой температуре! Влиянию температуры на активность ферментов мы и посвятим ВТОРОЕ ЗАНЯТИЕ. Лабораторное оборудование: 6 чистых флакончиков из-под пенициллина или стрептомицина; 4 стеклянные или металлические банки емкостью около 1 л; терка для овощей; блюдце или тарелка; термометр от 0° до 70—80° С; глазная пипетка. Материалы и реактивы: марля или белая ткань — кусок 10 смХЮ см; лед или снег (примерно 1 кг]; теплая ( + 40° С] и горячая ( + 60° С] вода [по 1 л]; капустная кочерыжка; 0,5 г гидрохинона; 6 мл перекиси водорода; стакан дистиллированной или кипяченой воды. Кочерыжку натрите на теркег отожмите сок через марлю или ткань и разбавьте его водой в 20 раз. Флакончики пронумеруйте. Во флакончики 1, 2, Зг 4 налейте по 1 мл разбавленного капустного сока и добавьте гидрохинон (на кончике ножа). Во флакончики 5 и 6 вместо сока налейте по 1 мл воды и тоже насыпьте гидрохинон. Затем флакончики поставьте в банки: флакон 1 — в банку со снегом или льдом; флакон 1 — в банку с теплой водой ( + 40° С); флакон 3 — в банку с горячей водой D-60° С]; флакон 4 — оставьте на стопе при комнатной температуре; флакон 5 — в банку z кипящей аодой; флакон 6 — оставьте при комнатной температуре. t 77
Через 5 минут после начала опыта во все флаконы, начиная с более холодных, налейте по 5 капель перекиси водорода. Смесь осторожно взболтайте и заметьте время начала реакции. Еще через 5 минут выньте флаконы из банок и запишите результаты опыта в виде таблицы. (Таблицу составьте сами по образцу прошлого занятия). Когда таблица заполнена, можно заняться анализом полученных данных. Попробуйте ответить на такие вопросы. Ускоряется ли реакция окисления при ФОНТАН В КОЛБЕ «Подобное растворяется подобным» — эту старую истину подтверждает несложный опыт растворения аммиака в воде, который можно поставить весьма эффектно. Аммиак в домашних условиях проще всего получить нагреванием его водного раствора — нашатырного спирта. Колбу с нашатырным спиртом закройте пробкой, в которую вставлена отводная трубка, и нагревайте в горячей воде. Другой конец трубки введите в другую колбу, перевернутую вверх дном, так как аммиак легче воздуха. Когда аммиак вытеснит воздух из колбы, закройте колбу заранее заготовленной ловышении температуры без добавления фермента! Можно ли сказать, что ферменты лучше действуют при охлаждении! Какая температура наиболее благоприятна (как говорят — оптимальна) для действия пероксидаз! Почему пищевые продукты дольше сохраняются в холодильнике! Для чего кипятят молоко! Почему теплокровные животные — млекопитающие и птицы — наиболее развитые и жизнеспособные животные на Земле! пробкой, в которую вставлена стеклянная трубка с отогнутым концом, наподобие пипетки. Трубка должна быть обращена острием в сосуд и не доходить до дна копбы на несколько сантиметров. Чтобы газ не уходил через трубку, на ее свободный конец следует надеть кусок резинового шланга и зажать его. Теперь все готово для опыта. Установите колбу вверх дном на какой- нибудь подставке, а конец резинового шланга опустите в стакан с водой, как показано на рисунке. Отпустите зажим, и вначале вода начнет медленно подниматься вверх по трубочке. Но затем внезапно, подобно фонтану, вода начнет бить внутри колбы мощной струей. Это происходит потому, что аммиак растворяется в воде, и давление в колбе резко падает. Будьте терпеливы — иногда от начала опыта до появления фонтана проходит минут пять. Опыт можно сделать еще эффектней, если добавить к воде немного фенолфталеина (он продается в аптеке). Тогда из бесцветной трубочки будет извергаться струя, окрашенная в малиновый цвет. Можно поступить иначе: воду слегка подкислить (хотя бы уксусной кислотой) и прибавить лакмус- цвет раствора станет красным. Но как только вода вырвется из трубки, она мгновенно окрасится в синий цвет. Это происходит потому, что аммиак быстро нейтрализует кислоту, а его избыток создает щелочную среду и, естественно, вызывает изменение окраски лакмуса. 78
ХОТИТЕ ПОДГОТОВИТЬСЯ К ЭКЗАМЕНАМ ПОЛУЧШЕ? Сейчас время вступительных экзаменов в вузы и техникумы. Преподаватели требуют от абитуриентов глубокого знания всего материала по химии за среднюю школу. На этот раз и наши задачи не содержат никаких хитростей. Они просто обобщают пройденный в школе материап. Решить пюбую из них можно, зная соответствующие разделы программы. Задачи составлены доцентом Ленинградского педагогического института имени Л. И. Герцена В. П. Гаркуновым. Задача 1. В сосуд, содержащий 50 г 16%-ного раствора сернокислой меди, всыпали 2 г стружек магния. Подсчитайте процентную концентрацию продукта реакции в растворе. Задача 2. В плотно закрытом сосуде с перегородкой находятся раздельно 50 мл раствора сернокислого железа (закисного) и 100 мл раствора едкого натра. Перегородку удалили, и растворы полностью прореагировали. Через некоторое время обнаружилось, что объем воздуха в сосуде уменьшился на 0,224 п (условия нормаль* ные]. Какие реакции произошли в сосуде! Определите нормальные концентрации исходных растворов. Задача 3. 1 п смеси окиси углерода и углекислого газа с относительной плотностью по водороду 16 пропустили через 56 г 1%-нОГО раствора едкого кали. Какая соль и в каком количестве получилась в результате реакции! Задача 4. Пары этилового спирта разложили над нагретой окисью алюминия. Образовавшийся газ пропускали через 250 мп 0,4 М раствора брома до тех пор, пока окраска брома полностью не исчезла. Какой объем газа (условия нормальные] прореагировал с бромной водой! Какое количество продукта реакции при этом получилось! Задача 5. Пропустив пары метилового спирта над нагретой окисью меди, получили газ. Его растворили в воде. Образовалось 260 г раствора. Его концентрация равна 23,1%. Какой объем газа (условия нормальные] растворился в воде! Сколько было взято метилового спирта! (ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ НА СТР. 81] КНИЖНАЯ ПО.ША ЮНОГО XIIVilli;А Дорогие друзья! Многие из вас увлекаются наукой, торопятся узнать об открытиях, которые только что родились. Прочитав одну книгу об органической химии или бионике, хотят найти вторую и третью «о Этот раздел ведет редактор Дома Детской Книги Г. И. Патын- ская. том же». «Книжная полка юного химика» поможет вам легко находить нужные книги. Мы будем помещать короткие заметки о книгах и библиографические списки вышедшей литературы. В этом номере мы расскажем о трех книгах, выпущенных в 1965 году издательством «Детская литература». Пожалуй, самая увлекательная из них «ТРЕТИЙ ТРИУМВИРАТ» И. Миронова — о бионике. «Как это устроено!» — первый вопрос, который задает молодая наука. «Как это повторить!» — главная задача, которую она решает. В книге множество интересных рассказов о жизни животных, описание остроумных инженер- 79
пых находок, сделанных с помощью бионики; есть даже «послесловие против книги». Дельфины и летучие мыши, электрические рыбы и птицы, назойливые мухи и беспощадная саранча, лягушки и студенистые медузы, человеческий мозг и папы паука — таков диапазон интересов бионики. И обо всем этом автор сумел рассказать весело, остроумно и глубоко. Вторая книга «ТАЙНИКИ ЖИЗНИ» М. Ивина — о сложном мире живой клетки. М. Ивин написал книгу о самых сокровенных механизмах клетки, о победах и поражениях биологии, о том, к чему приведет окончательная разгадка тайн клетки. В рассказах о клетке много увлекательных событий из истории науки, много приключений, увиденных прямо на лабораторном стопе. Вот что пишет М. Ивин о микробах: «Как вы думаете, кто больше весит — все животные нашей планеты или все микробы! Оказывается, что общий вес протоплазмы микробов Земли во много раз больше веса протоплазмы всех животных, населяющих планету». Последняя из книг, которую мы представляем сегодня, — «БИОГРАФИЯ ВЕЛИКОЙ ВОЛШЕБНИЦЫ» Бориса Ильина. «Великой волшебницей» называют органическую химию. В первой части книги вы найдете веселые и грустные истории об алхимиках, их победах и заблуждениях. Смешно выглядят в наши дни рецепты алхимиков, в которых они советуют «зеленому льву проглотить собственный хвост» и пройти множество других невероятных превращений. Но самая интересная часть книги посвящена, пожалуй, не алхимии, а Бутлерову, Зинину, Клаусу — блестящей плеяде ученых Казанского университета времен Лобачевского. Ученик 10 класса из города Донецка Сергей Лапшин написал о книге Б. Ильина: «Б. Ильин пишет так красочно, наглядно и интересно, что, читая, как будто присутствуешь при этих событиях, живешь в том мире, о котором рассказывается в книге». ЗНАКОМЫ ЛИ ВАМ ЭТИ ВЕЩЕСТВА? 1. CaS04 0,5Н2О 2. С„Н1205Н20 3. СН3С0СН3 5. N02 /\ \/ 6. AgN03 7. РЪ304 8. NaOH 9. Mg3Si4Ou-H20 10. CaC03MgC03 11. SiC 12. H2C—CH2—CHa NX) С—СН2—NH 13. NH2CONH2 SO
ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ ПРОШЛОГО НОМЕРА ВИКТОРИНА ТО ПЛАВАЕТ, ТО ТОНЕТ... В этой задаче было три вопроса. Ответ на них — один. Азот кипит при —196°, кислород — при —183°. Значит, из жидкого воздуха быстрее испаряется азот, и содержание кислорода увеличивается. Но жидкий азот легче воды, а жидкий кислород — тяжелее. Поэтому жидкий воздух, богатый кислородом, идет ко дну. А окраска жидкого воздуха изменяется потому, что кислород при низких температурах имеет голубой цвет в отличие от бесцветного азота. СВАДЬБА «КРАСНОГО ЛЬВА» Зная особое пристрастие алхимиков к соединениям ртути, можно предположить, что в «Фаусте» описано получение сулемы. «Красный пев» — это скорее всего красная окись ртути HgO, а «прекрасная лилия» — соляная кислота. Вот как можно записать реакцию: HgO п 2HCl^HgCl2 i H20. Но Гете пишет, что полученное вещество применяли как лекарство, а сулема сильнейший яд! Впрочем, следующие строки все объясняют: «И стали мы лечить — удвоились мученья: Больные гибли все без исключенья...» САМЫЙ КОРОТКИЙ ВОПРОС В обычных растворителях водород либо совсем не растворяется, либо растворяется в ничтожных количествах. Зато очень хорошо он растворим в некоторых расплавленных металлах — железе, никеле, палладии. ЧТО ЭТО ТАКОЕ! 1. Структура сплава олова с висмутом — еще одно подтверждение симметрии в микромире. 2. Так выглядят кристаллы светочувствительного бромистого серебра, если смотреть на них через микроскоп во время проявления фотопленки. ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ (см. стр. 79) К ЗАДАЧЕ 1 Так как раствор имеет концентрацию 16%, то в 50 г раствора содержится 8 г сернокислой меди и 42 г воды. Выясним, полностью ли прореагировали реактивы CuS04 -f Mg = MgS04 + Си 160 г 24 г CuS04 — Mg 8 г х = ■ 8-24 160 = 1,2 г. В реакцию с 8 г сернокислой меди вступает лишь 1,2 г магния. Магний был взят с избытком |2 г), и поэтому сернокислая медь прореагировала полностью. б «Химия и Жизнь» t Hs 7 81
Теперь подсчитаем, сколько сернокислого магния получится из 8 г сернокислой меди: 160 г 120 г CuS04 — MgS04 8 г у 120-8 ^ = ~160~= 6 г' Раствор сернокислого магния весит 42 + 6 = 48 г. Наконец, находим процентную концентрацию раствора: 48 г раствора содержат 6 г MgS04 100 г раствора содержат z rMgS04 6-100 z = —^- = 12,5 г. Значит, концентрация раствора— 12,5%. К ЗАДАЧЕ 2 Прежде всего выясним, какие процессы протекали в закрытом сосуде FeS04 + 2NaOH = Fe@HJ + Na2S04 4Fe(OHK + 02 ] 2H20 = 4Fe(OHK. Так как объемы исходных веществ известны, то, узнав их количество в грамм-эквивалентах, можно подсчитать нормальность исходных растворов. По объему кислорода, потребовавшегося для окисления гндрата закиси железа, найдем количество Fe(OHJ 360 г 22,4 л 4Fe(OHJ - 02 х 0,224 л 360-0,224 х= 2^4~~ ^ 3'6 г' Затем найдем, сколько FeS04 и NaOH необходимо для получения 3,6 г Fe|OH]2 152 г 80 г 90 г FeS04 — 2NaOH — Fe(OHJ у z 3,6 г у = 15^3«6 = 6,08 г FeS04; = 80-3,6 = 3 2 Na0H< 90 Выразим эти величины в грамм-эквивалентах: ■-6'08 ■ = 0,08 г-экв FeS04; 76 bL = 0,08 г-экв NaOH. 40 Найдем нормальность растворов: 0,08 т 1000 = 1 6; XNi — 50 ' ' N2 = °'08 . 1000 = 0,8. 100 К ЗАДАЧЕ 3 Окись углерода — несолеобразующий окисел, поэтому в реакцию со щелочью вступает только углекислый газ. Определим количество углекислого газа в смеси.
Средний молекулярный вес смеси М = 2- 16 = 32. Объемную долю С02 (М = 44) в смеси примем за х; тогда объемная доля СО (М = 28| будет A—х]. Молекулярный вес смеси определится так: 44х-|-28|1— xj = 32. Отсюда х = 0,25. Объем смеси—1 п. Значит, углекислого газа в смеси содержится 0,25 л, а окиси углерода — 0,75 п. 56 Едкого кали в растворе содержится =0,56 г. 100 Но при реакции мог образоваться и карбонат, и бикарбонат калия. Нужно проверить оба варианта. J. 2КОН -f COo = К2СОд + Н20 112 г 22,4 л 2КОН — С02 0,56 г х Ж = 22,4-0,56 2 ат 112 2. КОН |-СО, = КНСОз 56 г " 22,4 л КОН — С02 0,56 г у у = 0,56-22,4 =0<224д> 56 Для образования кислой соли нужно вдвое больше угпекиспого газа. Но через раствор было пропущено 0,25 п угпекиспого газа — он был взят в избытке. Значит получилась кислая соль. Молекулярный вес КНС03 — 100. Из 56 г КОН получается 100 г КНС03, значит из 0,56 г щелочи получится 1 г бикарбоната калия. К ЗАДАЧЕ 4 При пропускании паров этилового спирта над нагретой окисью алюминия получается этилен: С2Н5ОН -^U с2Н4 1 НаО. Этилен при взаимодействии с бромом образует дибромэтан: С2Н4 -f Вг2 = СаН4Вг2. Рассчитаем, какое количество брома содержится в 250 мл 0,4 М раствора. В 1000 мл — 0,4 г-м Вг2 В 250 мл — 0,1 г-м Вг2. Так как 1 г-м брома поглощает 22,4 п этилена, то 0,1 г-м поглотит 2,24 п. Так как молекулярный вес С2Н4Вг2 — 188, то, очевидно, при реакции этилена с 0,1 г-м брома образовалось 18,8 г дибромэтана. К ЗАДАЧЕ 5 Газ, полученный при пропускании паров метилового спирта над нагретой окисью меди, — формальдегид. СН3ОН -f СиО = СН20 + Си + Н20. Определим количество формальдегида, содержащегося в 260 г 23,1%-ного рас- ~ * 260-23,1 _А твора. Оно будет равно =60 г. Молекулярный вес формальдегида — 30, следовательно, образовалось 22,4.2=44,8 л газообразного С Н20. Теперь узнаем количество окислившегося метилового спирта: 30 Г 32 Г fin 49 СН20 - СН3ОН х = 60'32 = 64 г. 60 г х 30 83
КАК ВЫТЯГИВАТЬ КАПИЛЛЯРЫ Для того чтобы сделать капилляр, надо взять не очень широкую трубочку (миллиметров шесть—восемь в диаметре) и нагреть ее середину точно так, как мы рассказывали в прошлый раз. Но теперь, как только вы заметите, что стекло размягчилось, надо сразу же согласованными движениями рук вынуть трубочку из пламени (не прекращая, однако, ни на секунду вращать ее все в том же направлении и все с той же скоростью) и начать спокойно тянуть ее концы в разные стороны. Размягченная середина трубочки вытянется при этом в тонкий капилляр. Выполняя эту операцию, начинающие стеклодувы делают, как правило, одну из следующих ошибок. Первая ошибка состоит в том, что трубочку начинают растягивать, не вынимая ее из пламени горелки. При этом трубочка немедленно переплавляется посередине и никакого капилляра, разумеется, не получается. Вторая ошибка совершается в том случае, когда трубочку неправильно нагревают: например, ее держат слишком близко к соплу горелки. При этом средняя часть трубочки находится в холодной восстановительной зоне, а ее участки, расположенные чуть правее и левее — в очень горячей зоне полного сгорания. Поэтому как следует размягченными оказываются сразу два участка, разделенные перемычкой сравнительно холодного стекла. Естественно, что при растягивании вместо ровного капилляра получится капилляр с большим или меньшим утолщением посередине. Третью ошибку начинающие стеклодувы делают так: вынув трубочку из пламени горелки, вдруг перестают ее вращать. При этом «плечики» — участки трубки, в которых она переходит в капилляр,— получаются несимметричными. А как мы увидим, очень важно уметь делать ровные плечики — такие, чтобы ось трубки в точности совпадала с осью капилляра. И, наконец, последняя — четвертая — ошибка заключается в том, что начинающий стеклодув еще не знает, как долго нагретое стекло будет находится в рабочем состоянии после того, как вынул его из пламени горелки *. Поэтому, растягивая трубку, он или медлит и не успевает вытянуть капилляр, или же лихорадочно торопится * «Чувство температуры» достигается только большим опытом. Температура стекла при этом определяется не «на глаз» и не «наощупь», а по времени, которое прошло с момента прекращения нагревания. Для обычного стекла время, необходимое для затвердевания, колеблется в зависимости от степени нагрева приблизительно от 4 до 8 секунд. 84:
i« вместо капилляра получает причудливо изогнутую стеклянную нить. Кстати, регулируя скорость растягивания, можно получать капилляры различного диаметра — от довольно широкой трубочки до тончайшего волоска. Трудно, конечно, дать точную рекомендацию, но оптимальная скорость растягивания — такая, чтобы получился не слишком широкий, но и не слишком узкий капилляр (разумеется, при условии, что мы имеем дело с обычным стеклом, нагретым точно до рабочей температуры) — составляет около десяти сантиметров в секунду. Следует иметь в виду: ПОСЛЕ ТОГО КАК ВЫ КОНЧИЛИ ВЫТЯГИВАТЬ КАПИЛЛЯР, ЕГО НЕЛЬЗЯ СРАЗУ ЖЕ КЛАСТЬ НА СТОЛ. Надо продолжать вращать трубочку еще некоторое время, слегка растягивая ее, до тех пор, пока все стекло (особенно в области плечиков) совсем не затвердеет. Это общее правило: ВСЕ СТЕКЛОДУВНЫЕ ОПЕРАЦИИ ДОЛЖНЫ ДЕЛАТЬСЯ * КАК БЫ ОДНИМ ДВИЖЕНИЕМ, так, чтобы оно заканчивалось как раз в тот момент, когда стекло начинает затвердевать. После того как вы достаточно попрактикуетесь в изготовлении капилляров, вы, возможно, немного научитесь «чувствовать» температуру стекла. В этом случае вы можете поучиться регулировать диаметр капилляра так, как это делают опытные стеклодувы. Для этого стекло надо нагреть чуть выше рабочей температуры и начать растягивать его очень медленно; как только средняя часть капилляра достигнет желаемой толщины, надо перестать на секунду-другую тянуть концы трубочки в разные стороны, продолжая, однако, вращать ее. В тот момент, когда вы почувствуете, что середина капилляра уже затвердела (ведь она тоньше и поэтому остывает быстрее, чем более толстые плечики!), надо снова начать растягивать трубку. При этом застывшая середина послужит как бы формой, по которой капилляр будет «отливаться» из еще расплавленного материала плечиков. Этим способом можно делать длинные и равномерные по толщине капилляры. КАК РЕЗАТЬ, ЗАПАИВАТЬ И СГИБАТЬ КАПИЛЛЯРЫ Поскольку капилляр очень тонкий и хрупкий, резать его приходится более «нежно», чем обычные стеклянные трубки. Для этого вполне достаточно слегка провести им по ребру трехгранного напильника, прижав подушечкой указательного пальца (а), и затем сломать как обычно. А вот для того чтобы запаять отрезанный конец капилляра, нужна известная сноровка. Капилляр, конец которого нужно заплавить, следует поднести торцом к самому краю пламени и лишь на секунду коснуться его (б). Точно так же, если надо согнуть капилляр, его следует на мгновенье внести в самый кончик коптящего пламени (повернув его в этот момент вокруг оси на 360е) и тут же вынуть наружу. Усилий никаких прилагать не нужно: капилляр согнется под действием собственного веса (в). КАК СГИБАТЬ НЕ ОЧЕНЬ ШИРОКИЕ ТРУБОЧКИ А вот чтобы согнуть не капилляр, а обыкновенную (но не слишком широкую) стеклянную трубочку диаметром до 8—10 миллиметров, придется действовать уже двумя руками. Нагреем, как обычно, середину стеклянной трубочки до рабочей температуры, вынем ее из пламени и начнем сгибать — опять-таки не слишком быстро, но и не слишком медленно. При этом трубка все время должна лежать в вертикальной плоскости, так, чтобы размягченный участок как бы «провисал». Следует иметь в виду, что сделать ровный и красивый изгиб, как ни странно, очень трудно. Дело в том, что если трубку надо согнуть под очень острым углом, то она почти неизбежно сплющится в месте сгиба. Чтобы это не случилось, нужно разогревать сразу как можно более широкий участок трубочки (не меньше трех-четырех диаметров). Можно поступить и иначе: сначала согнуть трубочку чуть-чуть, потом разогреть новый участок стекла рядом с первым сгибом и снова немного согнуть и так далее. Но при этом, как правило, не получается ровного «колена». Особенно 85
трудно перед каждым новым шагом равномерно обогреть трубочку по окружности: ведь трубочку, согнутую даже под небольшим углом, нельзя вращать обычным образом. В этом случае поступают так. Один конец согнутой трубочки располагают горизонтально и держат как обычно; другой конец зажимают между указательным и средним, и большим и безымянными пальцами другой руки (г). Этой рукой делают круговые движения (туда и обратно) вокруг оси, образованной другой половиной трубочки; при этом в крайних положениях трубочка придерживается или большим и указательным (д), или средним и безымянным пальцами (е). И, наконец, последнее. Согнутая трубочка после охлаждения может самопроизвольно растрескаться, так как из-за неравномерного охлаждения в ней образовались внутренние напряжения. Чтобы этого не случилось, ее надо отжечь — сразу же после того, как стекло затвердело, выключить воздух и обогревать место сгиба сравнительно холодным коптящим пламенем (до тех пор, пока трубочка не закоптится). После этого изделие надо положить на стол и дать ему окончательно остыть. Такой отжиг лишь уменьшает внутренние напряжения, но не снимает их полностью. Настоящий отжиг проводят в специальных печах, очень медленно снижая температуру. Точно так же сгибают и стеклянные палочки; их тоже следует отжигать. В. ЖВИРБЛИС НОВОСТИ ОТОВСЮДУ ЗОЛОТЫЕ СТЕКЛА ДОМОВ Окна, выходящие на юг, летом сильно нагреваются. Зимой тепло из комнат, наоборот, легко улетучивается через оконные стекла, особенно в современных домах. где окна, как правило, большие. Шведские химики установили, что если в стекло ввести тончайший спой золотой фольги, то такое стекло задерживает три четверти инфракрасных (тепловых) лучей, которые летом нагревают комнаты, а зимой уносят тепло. Стоимость «золотых» стекол почти вдвое больше обычных. Но специалисты, разработавшие технологию, считают, что экономия тепла и удобство нового материала окупят затраты. 86
\11ГЛИ11СКИ11-Д.1Я ХИМИКОВ ЭКВИВАЛЕНТЫ ИНФИНИТИВНЫХ ОБОРОТОВ В прошлом номере мы установили, что обороты «дополнение с инфинитивом» и «подлежащее с инфинитивом» содержат в качестве обязательного элемента не инфинитив (поскольку глагол to be в них может отсутствовать), а глагол-характеристику. В английском языке часто встречаются и другие сочетания, сходные по своему значению с инфинитивными оборотами и, как правило, соответствующие в русском языке двум предложениям. В частности, широко распространены обороты, получившие название «дополнение +as + инговая форма» и «подлежащее + as + инговая форма». Формула первого оборота: Подлежащее 4- гпагоп-характеристика + дополнение + as + инговая форма. Формула второго оборота: Подлежащее + гпагоп-характеристика + as + инговая форма. Иногда в одном предложении встречаются одновременно как «дополнение (или подлежащее) + инфинитив», так и «дополнение (или подлежащее) + + as + инговая форма», что позволяет судить об их идентичности. Например: This catalyst was regarded as affording good results and to involve no difficulties in operating. «Считали, что этот катализатор дает хорошие результаты и не создает трудностей в работе» {см. № 3, Ю). Число глаголов-характеристик, встречающихся в оборотах «дополнение + as + инговая форма» и «подлежащее + as + инговая форма», больше, чем в инфинитивных оборотах, и поэтому очень важно уметь находить эти обороты в контексте. Приводимые ниже примеры показывают, что владение техникой перевода таких сочетаний позволяет добиваться четкого перевода запутанных на первый взгляд предложений: The investigation of the reaction product of mesityl oxide with phosphorus trichloride in the presence of acetic anhydride gave the proved structure of the intermediate as being identical with the product obtained from diaceton alcohol. «Исследование продукта реакции окиси мезитила с треххлористым фосфором в присутствии уксусного ангидрида показало, что доказанная структура промежуточного вещества идентична структуре продукта, полученного из диацетонового спирта». Если в инфинитивных оборотах часто опускается глагол to be, то в рассматриваемых оборотах, естественно, нередко отсутствует инговая форма этого глагола — being. В таких случаях обороты «дополнение + as + инговая форма» и «подлежащее + + as + инговая форма» можно распознать по глаголу-характеристике и as. Поскольку же опускаться может только инговая форма глагола to be {being), то иногда встречаются предложения, в которых инго- вые формы других глаголов однозначно доказывают возможность восстановления отсутствующего being. Например: This identity should not be regarded ah (being) apparent and arising from an oscillation of the valency electrons. «Нельзя считать, что эта идентичность является лишь кажущейся и возникает из колебаний валентных электронов». А теперь проанализируем перевод и рассмотрим специфические признаки каждой из трех групп предложений, приведенных в прошлом номере. 28 a. This reaction turned out to be en- dothermic. «Оказалось, что эта реакция эндотермическая». b. The same seems to be true of metallic filaments. «Кажется, то же самое относится и к металлическим волокнам». c. These correlations appear to hold also, for many hydrocarbons. «Кажется, что данные соотношения справедливы также и для многих углеводородов». d. The diamine proved to he a colourless liquid. «Оказалось, что диамин представляет собой бесцветную жидкость». сс О ш ш & ш С -О U ш 87
e. This substance was proved to affect the overall yield. «Было доказано, что это вещество влияет на общий выход». Вспомнив формулу «подлежащее + глагол-харак- геристика + инфинитив», выясняем, что все эти предложения содержат оборот «подлежащее с инфинитивом». Это и определяет особенность их перевода на русский язык. Следует иметь в виду, что глаголы-характеристики to turn out, to seemp to appear (и еще глагол to happen) употребляются в неопределенно-личной форме в действительном, а не как обычно — в страдательном залоге (сравните: it is known, it is said, it is found и т. п. с it turns out, it seems, it appears, it happens); глагол to prove встречается в обоих вариантах (it proves, it is proved). Глаголы-характеристики to seem и to appear имеют значение «казаться», однако часто их переводят как «оказываться». Вряд ли нужно говорить об опасности подобного искажения: перевод «оказывается» вместо «кажется» ведет к принципиальной ошибке, так как предположение выдается за совершившийся факт. Во избежание этого рекомендуется по возможности переводить глаголы-характеристики to seem, to appear вводным словом «по-видимому». Например: The same thing appears to be true of oxidation with other reagents. «To же самое, по-видимому, справедливо для окисления другими реагентами». Перевод глагола to prove осложняется необходимостью дифференцировать его два принципиально разных значения: «доказывать» и «оказываться» (сравните перевод предложений 2Bd и 2Ве). Чтобы не ошибаться, надо твердо знать следующее: 1) в обороте «дополнение с инфинитивом» глагол to prove используется в значении «доказывать»; We proved this suggestion to be wrong; «Мы доказали, что это предположение ошибочно»; 2) в обороте «подлежащее с инфинитивом» он используется в значении «доказывать» (в страдательном залоге): This compound was proved to be extremely stable; «Было доказано, что это соединение чрезвычайно устойчиво»; 3) в обороте «подлежащее с инфинитивом» этот глагол используется в значении «оказываться» (но только в действительном залоге; в этом случае to prove входит по форме в одну группу с глаголами to turn out, to seem, to appear, to happen): Oxidation proved to start at 120°_; «Оказалось, что окисление начинается при 120°»* 29 a. This investigation is unlikely to produce good results. «Маловероятно, чтобы это исследование дало хорошие результаты». b. This compound is sure to contain admixtures. «Несомненно, что это соединение содержит примеси». c. The above mentioned reactions are certain to proceed smoothly. «Упомянутые выше реакции всегда протекают гладко». Особенность этой группы оборотов «подлежащее с инфинитивом» состоит в том, что глаголы-характеристики представлены здесь составными глаголами to be sure, to be certain, to be likely, to be unlikely, to be apt, которые соответствуют в русском языке словам: наверное, наверняка, несомненно, безусловно, обязательно, всегда (to be sure, to be certain), вероятно (to be likely), едва ли, маловероятно (to be unlikely). Наиболее «опасным» составным глаголом этой группы является to be unlikely, который по неправильной аналогии нередко воспринимается в значении «невероятно» вместо «маловероятно». 30 a. The scientists believe to have discovered a new compound. «Эти ученые полагают, что они открыли новое соединение». b. Jones claimed to have proved his point. «Джоунз утверждал, что он доказал свое положение». В предложениях этой группы мы имели бы формулу «подлежащее с инфинитивом», если бы глаголы-характеристики были в страдательном залоге (is believed, was claimed); фактически же мы имеем дело с оборотом «дополнение с инфинитивом». Дело в том, что когда подлежащее главного предложения совпадает с подлежащим придаточного предложения, то при объединении этих двух предложений в одно дополнение (бывшее подлежащим придаточного предложения) опускается. Например: Loder claimed that he obtained pure bo- rontrifluoride. Loder claimed (that) he obtained pure bo- rontrifluoride. Loder claimed (him) to obtain pure bo- rontrifluoride. Loder claimed to obtain pure borontriflu- oride. При переводе двумя предложениями опущенное дополнение восстанавливается и становится подлежащим второго (придаточного) предложения; 8»
«Лодер утверждал, что он получил чистый трех- фтористый бор». В следующем номере мы рассмотрим употребление глаголов-характеристик в придаточных предложениях и неличных формах, а сейчас подумайте, как надо перевести следующие предложения: 31а. Many substituted alkenylamines were found by Green to showT high activity. b. These salts were shown by analysis to consist of one mole of the base and one mole of the d-camphor -10-sulfonic acid. c. The results were interpreted by Ar- naud as pointing to the formula C30H4fiOl2. d. The monohydroxy derivative, cyclo- butanol was described by Perkin A894) as showing the closest resemblance to the fatty acids. 32a- These reactions were not thought to proceed very violently. b. Sarkar does not consider the reduction of Fehling solution to be a proof of the presence of an aldehyde group. с The disulfides are not thought of as being related to the sulfenic esters. 33a. New polyhydroxyanthraquinones were synthesised and some of them were found applicable as mordant dies. b. Rosenfield considers the Kidd method superior to Landsteiner and Miller procedure. c. The reaction was considered restricted to nonterminal triple bonds. Кандидат филологических наук А. Л. ПУМПЯНСКИЙ 1ШН! СУДЬБА ПОИСКА «Операция идет к концу, а я, как в ночном полете, уже третий час слежу за руками хирурга, за каждым его движением, прокладывающим трассу в непроглядной тьме мозга. Вслепую, по каким-то особым приметам он целит в далекую мишень: скрытая под большими полушариями, она недосягаема, неуязвима, но именно по ней нужно нанести беспро- машный удар, чтобы спасти человека». Это из книги писателя Анатолия Шварца «Незримый поиск», вышедшей в прошлом году и мгновенно, за два дня исчезнувшей, будто ветром сдутой с книжных прилавков. Идет рассказ об операции по разрушению крохотной подкорковой структуры мозга, она невидима, ее расположение можно только рассчитать. Точность попадания подтвердит рентгеновский снимок. Больные клетки разрушит спущенный по стальной трубочке (ее-то и вводят сейчас в мозг) сжиженный газ. Цепь достигнута — пущен азот. «Тишина. Все смотрят в одну сторону — на трясущиеся уже двадцать лет в неуемном плясе руки больного. Минута... еще одна. Напряжение растет, но я знаю: это кульминация, сейчас начнется разрядка, спад, был бы только конец счастливым! Все. Руки вдруг замерли, словно кто-то крепко схватил их, и спокойно пегли на грудь». Вот так же, глядя из-за плеча, беседуя с глазу на глаз, из первых рук получая новости, разделяя радости, сомнения и идеи ученого, следует писатель Шварц за химиками, математиками, физиками, инженерами и врачами — людьми десятков специальностей, занятых сегодня проблемами живого. Поэтому так интересно читать его книгу. Создается ощущение, что сам только что следил за операцией, сидел в лаборатории иммунолога, ломап голову над неразборчивыми записями биотоков мозга. И стипь книги, ее ритм и язык соответствуют глубокому, заинтересованному, влюбленному любопытству писателя — стиль динамичен и эмоционален, язык точный и образный. В книге нет ни пустой восторженности профана, ни словесных излишеств случайного репортера. А поэзия остается. Та поэзия, которая участникам депа хорошо знакома, а свидетелям — почти никогда. Читателям, зрителям чаще всего доступен результат, а это не совсем она, а возможно даже, совсем не она. Может быть, счастье долгой, изнурительной, столько раз проклинаемой, кропотливой, неблагодарной, черной научной работы — в предвкушении результата, в его мысленной модели, которую, как считают сейчас физиологи, мозг создает еще до начала любого действия и подправляет по ходу его. 89
В книге А. Шварца всюду, в любой области, о которой идет рассказ, есть уловимый привкус ожидания этой победы, сколько бы ни длился путь к ней. А сколько вообще времени ученый не должен терять надежды! «Непостижимая, безнадежно запутанная задача. Доктор Хенч — пора представить вам этого замечательного исспедоватепя — решал ее больше четверти века. А едва ли успел бы добраться до сути дела, если бы случайно не познакомился с биохимиком Кен- даллом. Вместе они пришли к цепи за какие-нибудь десять лет». Это рассказ об истории одной идеи, вернее — открытия. Открытия кортизона — гормона надпочечников, гормона тревоги, мгновенно собирающего воедино оборонные силы тела. Он был открыт, синтезирован и стал одним из ценнейших лекарств века. «О, это одна из самых удивительных историй, когда-либо случавшихся с медиками. Здесь было все: блистательные находки и трагические неудачи, редкостное, прямо-таки фантастическое прозрение ученого, триумф его идеи и громкая хула коллег». «Проблемы и методы современной науки», «Наука — производству», «Наука — полям», «Элемент № », «Новости отовсюду», «Хотите подготовиться к экзаменам получше?», «Клуб Юный химик», «Наши консультации», «Жизнь замечательных ученых», «Литературные страницы», «Обыкновенное вещество», «Страницы истории», «Наука о живом», «Рассказы о лекарствах», «Словарь науки», а также начатые в 1966 г. новые разделы «Учитесь переводить», «Радиостраничка», «Уголок фотолюбителя», «Наши консультации». Многие читатели в числе нравящихся им разделов назвали фантастику. В их числе, например, волгоградский студент С. Крохмаль («Я увлекаюсь на- Окончание. Начало см. на стр. 51. Такой ипи почти такой путь проходят все идеи, о которых рассказывает писатель, — путь мучительный, крутой и извилистый, полный неожиданных поворотов, парадоксальных ситуаций и обильно сдобренный потом, тревогами и боями. Диапазон интересов автора необычайно широк. В книге есть главы об изучении мозга, о преодолении барьера несовместимости, о наследственной памяти, о молекулярных тайнах живой клетки, о работах над стимуляторами сердца, о введении в вычислительные машины черт и особенностей человеческого разума. Все это рассказано без оптимизма верхоглядства, но с оптимизмом человека, способного на профессиональном уровне оценить порой маниакальное упорство исследователей. В «Незримом поиске» присутствует самое, на мой взгляд, существенное в сегодняшней литературе о науке: образ ученого и личное отношение автора к проблемам, о которых он пишет. В книге есть недостатки: торопливость, иногда многословие |мне кажется, просто следствие авторского темперамента), изоби- учной фантастикой и очень бы хотел, чтобы в вашем журнале было ее больше); московский инженер Р. Слуцкин («...Фантастика прочитывается, естественно, в первую очередь...»); учительница Н. Куликова из села Леговочное Кокчетавской области («—Мне хотелось, чтобы в вашем журнале больше печаталось ...рассказов на фантастические темы...»). Вместе с тем у некоторых читателей противоположное мнение. В. Г. Осипенко — преподаватель химии в средней школе из города Теплик Винницкой области: «Хотелось, чтобы журнал «Химия и жизнь» не предоставлял свои страницы «Фантастике»... Для этого есть специальные журналы». Уже упоминавшийся самый молодой читатель Алексей Филатов — сам любитель фантастики,— сохраняя полную объ- лие образов, порой мешающих следить за мыслью. И все-таки не зря книги вмиг не стало на прилавках магазинов. Это не безвозвратная пропажа. Книга многому научит прочитавших ее, и прежде всего стремиться к цепи, чего бы это ни стоило. А это очень важно сегодня, особенно для молодежи, которой адресован «Незримый поиск». Центр интересов сегодняшнего человека зримо переместился в сторону науки. Миллионами исчисляются тиражи научно-популярных журналов (и не хватает), в толстых литературных журналах все шире освещается наука, мигом раскупаются книги о науке (из-за того, что их мало, к сожалению, почти одинаково быстро хорошие и плохие). «Незримый поиск» — нужная книга. В ней — новизна и свежесть отлично изложенной информации о нашем заново познаваемом мире. Только тираж маленький. Впрочем, к сожалению, это традиг ционно для научно-художественных книг. И. ГУБЕРМАН ективность, признает, что «маме не нравится фантастика...». Отдельные возражения вызвали «Полезные советы», «Химический музей», «Страница садовода и огородника». 5. ВАШИ ПОЖЕЛАНИЯ ПО СОДЕРЖАНИЮ И ХУДОЖЕСТВЕННОМУ ОФОРМЛЕНИЮ ЖУРНАЛА! Все выступления участников заочной конференции были в основном посвящены именно этому вопросу. Не имея возможности воспроизвести все суждения и пожелания, мы перечислим некоторые наиболее конкретные предложения: «Мне очень нравится разгадывание кроссвордов. Неужели их нет на тему «химия»? Это ЦАОЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ЧИТАТЕЛЕЙ НАШЕГО ЖУРНАЛА 90
очень интересно. Проверяешь свои знания и расширяешь кругозор» (Оля Богданова, ученица 11 класса из Мурманска). «...Пусть журнал описывает подробно отдельные производственно-химические процессы» (Михаил Сомов, студент из Гомельской области). «Нужно ввести специальный раздел «Достижения химии за рубежом» (Н. И. Еськов, студент из Кзыл-Ор дине кой области). «Я увлекаюсь фотографией и хотела бы получить со страниц вашего журнала новые рецепты проявителей и красок для фотопленки и фотобумаги» (Н. Ф. Джалеева, студентка из Волхова). «Пожелания; 1) химия и философия; 2) аналитическая химия; 3) физическая химия (катализ)» (Нина Кобзева, студентка из Тулы). «Немецкий — для химиков... Новые книги — сам просто не успеваешь следить за постоянно выходящей в свет литературой, хотелось бы с краткой аннотацией; и основное — где можно приобрести, выписать... Наконец, существенное предложение: нужен отдел в журнале под рубрикой «Химия разоблачает», или что-либо вроде этого, в общем раздел атеиста-химика» (Г. Альбицкая, учительница из Норильска). «Ввести страничку «В часы досуга» (Б. Ташкина, учительница из Кустанайской области). «Хорошо бы ввести раздел «Пропагандист химических знаний»... В этом разделе помещать: планы докладов, лекций; материалы по оформлению уголков химии, витрин, выставок» (Т. Немешич, учительница из Томской области). «Хотелось бы на страницах вашего журнала иногда встречать химические иллюзионы... И еще: химия — армии (о новых достижениях)» (Учительница из Казани). «Хотелось бы, чтобы в каждом номере журнала помещался календарь знаменательных дат химических открытий» (В. Ростова, учительница из Москвы). «Что дает химия строительству? Какие новые материалы создаются?» ... Хорошо, если бы вы ввели рубрику «Химия будущего» (С. Михайлов, строитель из г. Жданова). «...Публикации..., посвященные методике чтения лекций по химии, новые демонстрационные опыты... Хотелось бы получать информацию о новейшем лабораторном оборудовании...» (Л. Малов, преподаватель вуза из Калуги). «Неплохо было бы постепенно изложить на страницах журнала историю развития химической промышленности по отраслям (в отдельных случаях — по важнейшим продуктам) с включением в цикл некоторых смежных отраслей, например, металлургии» (Д. Лаврухин, преподаватель вуза из Москвы). «Желательно, чтобы журнал давал основные справочные сведения по химии... Хорошо и удобно было бы, если объяснения химических названий, которые употребляются в статьях, помещались бы в каждом номере...» (И. Поспелов, инженер- механик из Москвы). «Почему бы не отвести небольшой раздел в журнале рекламным объявлениям наших промышленных и торговых предприятий, способствуя более широкому распространению пластмасс среди населения?» (Ю. Тягунов, инженер-технолог из Калининграда). «...Хотелось бы на страницах журнала увидеть статьи ученых: металлургов, машиноведов, металловедов. Узнать, как они используют химию в решении задач, стоящих перед ними» (М. Фельдман, инженер- конструктор из Киева). «Дайте хронику — в химических министерствах и т. п.— официальный отдел... репортажи со всех конференций и совещаний, касающихся химии и химической промышленности... Заведите аппаратурный отдел — «Новости химического машиностроения» — в популярной форме, конечно... Лично меня очень интересует вопрос внедрения научных работ в промышленность — очень больной вопрос! Давайте проведем обмен мнениями по нему... Нужно, по-моему, помещать объявления — типа «требуется...», особенно на новые предприятия — требуются люди. Покажите завод, репортаж со строительства, как с жильем, с отдыхом» (Р. Слуц- кин, химик-технолог из Москвы). «Прошу в дальнейшем помещать материалы о новых тканях, так как нам, женщинам, обязательно нужно знать об их свойствах, а также о новых материалах, из которых изготовляются предметы бытового обихода (моющие средства, посуда и т. д.). В жизнь входит так много нового, что иногда, не зная тех или иных качеств предметов обихода, опасаешься их покупать. Я думаю, что эти статьи охотно прочтут все женщины» (В. Щербенок, бухгалтер из поселка Советский, Марийской АССР). Как правило, участники заочной конференции высказывали свое мнение и по поводу художественного и полиграфического оформления журнала. За исключением нескольких человек, все выступавшие на эту тему одобрили оформление. Критические пожелания таковы: уменьшить число, а в ряде случаев и величину фотографий (преподаватель вуза); увеличить число цветных иллюстраций (школьник); больше хороших рисунков, фотографий (школьный учитель); сократить пустые места... меньше черноты в оформлении (учитель и учительница); размер страниц журнала можно уменьшить (преподаватель вуза); желательно увеличить шрифт, так как мелкий шрифт очень утомляет при чтении (школьница). Редакция внимательно изучила все критические замечания и предложения, высказанные читателями. Многие предложения уже реализуются в журнале или будут реализованы в ближайших номерах. Естественно, что для исполнения некоторых пожеланий понадобится время. Естественно и то, что к отдельным предложениям, далеко не единодушным, редакция обязана относиться с большой осторожностью, так как круг читателей журнала весьма разнообразен — и по возрасту, и по образованию, и по профессиям. 91
Редакция выражает свою признательность участникам заочной конференции читателей: токарю А. Клименко, строителю С. Михайлову, столяру В. Архипову, шахтеру В. Апле- тову, электрику С. Дощикову, сварщику С. Шапошникову, плотнику А. Потанину, шоферу В. Хайрулину, инженерам И. Поспелову, В. Львову, К. Ка- лениченко, А. Гаврилову, Н. Тю- шкевичу, Р. Слуцкину, В. Го- лубцову, Н. Тарану, Ю. Тягуно- ву, М. Фельдману, Максимову, П. Бузуеву, техникам А. Бес- пятых, В. Чернию, Хомичу, преподавателям Е. Меркуловой, П. Вишняк, С. Чуяшову, Л. Ря- бухиной, Л. Малову, Е. Тукало, К. Каримовой, С. Пеликову, Д. Лаврухину, П. Супраненку, Г. Альбицкой, Л. Сазоновой, М. Сапуну, И. Лобачеву, В. Чер- ноусову, Е. Соловьевой, Т. Смирнову, Т. Поляковой, Л. Петухо- вой, Н. Обливанцевой, В. Таш- киной, А. Беляевой, А. Мельницкому, А. Угольновой, А. Наговицыной, Т. Немешич, Н. Куликовой, Г. Зализняку, Телегиной, А. До Морозову, А. Михайлову, Л. Танич, В. Герасименко, В. Ростовой, Г. и С. Копыловым, B. Венецкому- П. Кондратову, C. Пайтерову, Н. Голубятникову, В. Горлову, А. Миенковой, В. Осипенко, О. Сухонос, В. Лаврентьеву, физиологу О. Герман, фельдшеру Я. Петровскому, лаборанту Б. Еникееву, бухгалтеру Е. Щербенок, пенсионеру В. Кульчицкому, студентам Б. Ескову, С. Крохмалю, М. Сомову, Н. Еськову, В. Дмитриевой, Тестову, Н. Джалеевой, Н. Кобзевой, М. Жилкину, Р. Таннеру, Л. Бирюшиской, A. Юзалавичусу, школьникам B. Кукалевой, Л. Вишневской, Л. Романевко, Л. Овсянниковой, C. Супаненко, Е. Красильнико- ву, Н. Тимошенко, Л. Гривцо- вой, Б. Севастьянову, Б. Гор- лашкину, Э. Никоновой, Ю. Волкову, Л. Околеловой, А. Чер- нушкиной, О. Богдановой, Ю. Малыгину, С. Максименко, А, Энги, Л. Жашуевой, Т. Маркиной, Р. Плугиной, А. Кибаче- ву, А. Анфертьеву, А. Филатову, Н. Табункову, Н. Тучиной, Е. Карпенко. О. Шильке, Л. Пут- ря, не указавшему своей специальности товарищу Каратаеву, а также читателям, которые не подписали ответы или подписали их неразборчиво. I ЗЕМЛЯНИКУ- К БУДУЩЕМУ ПЕРВОМ АН)! ЕС О а. О I— О X < о ш О 5 и < ZT < о. и Два месяца назад мы познакомили читателей с основами комнатной гидропоники, рассказали, как с помощью питательных растворов выращивать на окне или на балконе некоторые овощи *. Но таким способом можно получать не только огурцы и помидоры. Хотите подать к первомайскому столу собственноручно выращенную свежую садовую землянику (ту самую, которую обычно называют клубникой)? Сейчас мы расскажем, как этого можно добиться, В комвате землянику выращивают комбинированным способом: в небольшом количестве почвы с применением питательного раствора. Для раствора лучше всего взять эмалированные кастрюли или котелки высотой 15—16 см и емкостью 2—3 л. Алюминиевую посуду применять нельзя. Можно использовать стеклянные банки нужного размера, но их следует обернуть темной бумагой или материей, чтобы кор- ви растений находились в темноте. Цветочные горшки необходимы двух размеров: 7—8 и 10—11 см в диаметре. Отверстие в дне горшка нужно расширить до 1 см, а в дне горшка большого размера лучше пробить еще несколько отверстий. * См. статью «Гидропоника в вашем доме» в № 5 журнала за этот год. — Ред. Горшки укрепляются на сосуде с раствором с помощью деревянной крышки из многослойной фанеры. В середине крышки делают отверстие для горшка с таким расчетом, чтобы он входил в это отверстие до половины своей высоты. Крышку можно сделать и из обыкновенной доски толщиной 2,5—3 см, но тогда ее нужно перевязать проволокой или шпагатом, чтобы она не треснула. Рассаду земляники следует ЗАГОТОВИТЬ В АВГУСТЕ, вскоре после цветения, когда земляника дает «усы». Под молодые растеньица, развивающиеся из усов на грядке, подставляют цветочные горшочки малого размера с дерновой землей, к которой пришпиливают усы. Закрывать донные отверстия горшков черепками, как это обычно делают, не нужно. Когда растение укоренится в горшочке, соединяющий его с материнским растением «ус» перерезают, а горшок пока оставляют в грядке и поливают разбавленным вдвое раствором (рецепт раствора мы приводим ниже). Когда весь ком земли в горшочке будет пронизан корнями, растения с землей пересаживают в горшочки большого диаметра, которые также оставляют на грядке. Пересадка производится в августе, чтобы земляника успела укорениться в новом горшке до наступления морозов. 92
Когда начинаются заморозки, горшочки с растениями ставят в холодильник или в какое-нибудь другое прохладное и темное место, чтобы прекратить рост рассады, но не заморозить ее. В холодильнике земля в горшках быстро высыхает, поэтому в горшки время от времени нужно насыпать немного снега, который будет таять и увлажнять землю. В конце января — начале февраля, очистив растение от засохших листьев, а поверхность почвы от сора, горшки помещают над сосудами с чистой водой. Дно горшка не должно касаться поверхности жидкости. Сосуды с горшками ставят на окно: если в комнате одинарные рамы, то поближе к стеклу, если же рамы двойные, то между ними. В феврале иногда бывают солнечные дни, когда солнце через стекло может нагреть пространство между рамами и поднять температуру значительно выше, чем требуется растениям в это время. Во избежание этого растения нужно в такие дни убирать с окна. Большей же частью февральские дни бывают пасмурными, и растениям не хватает света. Поэтому нужно подсвечивать их электрическими лампами: это способствует росту и развитию растений. Лучше всего применять люминесцентные лампы, которые подвешивают в 30—50 см от растений. Затем наступает самая ответственная часть работы — регулирование температуры воздуха. В течение первой недели температура воздуха около растений должна быть 4—5°С, потом ее повышают на 2—3° в неделю и доводят до 20°. В комнатах добиться нужной температуры трудно, но возможно: воздух можно охлаждать снегом или льдом; можно также постепенно отодвигать растения от холодного стекла. Вскоре корни растений в поисках пищи начнут выходить через отверстия в дне горшков наружу, в воду. Как только это будет замечено, нужно воду заменить разбавленным вдвое питательным раствором. При этом между дном горшка и поверхностью жидкости необходимо по-прежнему оставить слой воздуха. По мере поглощения раствора корнями его количество будет уменьшаться, и его нужно будет доливать чистой водой до первоначального уровня. Первое время, когда температура еще невысока, а растение невелико, доливать воду придется через 3—4 дня, потом через день-два, а когда температура достигнет 20°С — ежедневно. Дней через 10—15 вместо разбавленного раствора в сосуды заливают раствор нормальной концентрации. Дальнейший уход заключается в своевременном подливании воды и смене раствора. Воду нужно подливать ежедневно, а менять раствор — раз в 10—15 дней. Для выращивания земляники рекомендуется следующий питательный раствор (в граммах на 1 л воды): кальций азотнокислый . 0,70 калий фосфорнокислый однозамещенный .... 0,14 калий сернокислый . . . 0Д8 магний сернокислый . . 0,15 железо лимонноамми- ачное 0,06 борная кислота 0,004 марганец сернокислый . 0,006 Лимонноаммиачное железо можно заменить сернокислым записным железом. Микроэлементы (борную кислоту и сернокислый марганец) можно совсем исключить, так как часть корней находится в земле, где есть некоторое количество этих веществ. Приготовлять раствор нужно на мягкой или дистиллированной воде. Если же у вас есть только жесткая вода, тогда лучше применить такой состав (в граммах на 1 л воды): калий азотнокислый . . 0,7 аммоний фосфорнокислый однозамещенный . . 0,2 магнии сернокислый . . 0,1 борная кислота 0,004 марганец сернокислый . 0,006 Можно попробовать выращивать землянику и на готовой рижской смеси, продаваемой в цветочных магазинах. При правильном выращивании земляника начнет цвести в апреле. В зто время должно произойти ее опыление. Так как земляника — растение самоопыляющееся, то никаких специальных операций проделывать не нужно: хотя ветра в комнатах нет, но опыление происходит, когда вы слегка встряхиваете растения, поднимая их, чтобы подлить воду или сменить раствор. Если апрель будет теплый, без заморозков, то растения можно выставлять на балкон: это способствует лучшему их опылению. Ваши труды увенчаются успехом в последних числах апреля или в самом начале мая, когда на растениях появятся ягоды. Большого урожая, скорее всего, не будет, но по 10— 20 ягод с каждого растения вы, вероятно, сможете снять. Можно выращивать в комнатах и такие ягодные культуры, как малина и вишня. Большого урожая при этом также не получается, но уже то, что можно ранней весной попробовать спелые ягоды, доставляет настоящему любителю растениеводства огромное удовольствие. Д. НОВОСЕЛОВ, агроном 93
НАШИ КОНСУЛЬТАЦИИ Редакция получает много писем, в которых читатели спрашивают, как при помощи химии можно выйти из трудного положения в том или другом жизненном случае. Для ответов предоставляем слово заведующей лабораторией Научно-исследовательского и проект- но-технологического института химических товаров культурно-бытового назначения кандидату химических наук В. Ф. ЧУРИЛКИНОЙ. Читатель Г. Г. Ефременко из поселка Никель Мурманской области хочет знать, выпускается ли специальное средство дпя мытья сильно загрязненной, покрытой ржавчиной стеклянной посуды. Если выпускается, то где его можно достать? Выпускаемые нашей бытовой химией моющие средства не предназначены для стеклянной посуды, покрытой ржавчиной. Стекло, как известно, коррозии не поддается, и ржавчина — продукт окисления металла—может попасть на него только извне (видимо, из-за содержимого стеклянной посуды). Советуем промывать такую загрязненную стеклянную тару раствором соляной кислоты, которая, мгновенно снимая ржавчину, не разрушает стекло. Техническая соляная кислота продается во всех хозяйственных магазинах. Читатель Я. Б. Бурьянов из Барнаула пишет: «В журнале «Химия и Жизнь» A965, №№ 7—8) напечатана статья «Удачной стирки», где описаны разные моющие составы, объяснено их действие и различие между ними. Автор описал две группы стиральных порошков — дпя шерсти и для хлопчатобумажных тканей и подчеркнул: порошки нельзя путать! Но вот моя жена купила порошок «Светлана», и на коробке мы прочли надпись: универсальный. Годится и для шерсти, и дпя хлопчатобумажных тканей. Прошу ответить, в чем универсальность этого порошка и каков его состав». В состав моющего порошка «Светлана» входят следующие вещества (в процентах): алкилосульфат — 22, алкилоламиды — 3, триполи- фосфат натрия—40, сульфат натрия — 27, силикат натрия — 1, карбоксиметилцеллюлоза — 2, оптический отбел 0,05—0,01, вода — 5. Универсальность этого и некоторых других моющих препаратов заключается в том, что ими можно стирать ткани как хлопчатобумажные, так и шелковые, шерстяные, синтетические. Для стирки хлопчатобумажных тканей моющее средство должно быть щелочным, а для шерсти, шелка и синтетики — нейтральным. Если в моющее вещество вместо углекислого натрия ввести бикарбонат натрия, то при разных температурах может получиться и щелочный (при более высокой температуре) и почти нейтральный (при 35—40°С) растворы. Объясняется это тем, что бикарбонат натрия при высокой температуре разлагается на углекислый газ и щелочь, а при температуре 35—40°С остается без изменений и не увеличивает щелочность раствора. Читатель нашего журнала киноактер М. Гпузский из Москвы написал: «Недавно я купил в магазине «Лейпциг» синтетическое жидкое мыло «Бадузан». Сделал своим детям ванну — пена получилась такая, что они построили из нее настоящий воздушный замок. А пока играли, и помылись как-то сами собой. Интересно, а наша промышленность выпускает подобные препараты! И, может быть, дешевле — ведь один флакон «Бадузанал стоит 4 рубля!» Синтетическое моющее средство «Бадузан» относится к группе пеномоющих препаратов, называемых шампунями. Основная составная часть таких шампуней — синтетическое поверхностноактивное вещество, обладающее повышенной пенообразую- щей способностью. Сюда относятся сульфированные первичные и вторичные спирты, которые при разбавлении и перемешивании с водой образуют большую шапку пены. Безвредные добавки создают парфюмерную отдушку (типа хвойного экстракта) и приятную окраску. В нашей стране начинается выпуск таких препаратов. Это — шампунь для ванн (завод бытовой химии в Каунасе), пеномоющий жидкий препарат «Нега» (опытную партию выпустил недавно ленинградский опытный экспериментальный завод НИИТХИМ), препарат «Ортекс» (химический комбинат «Орто» в Таллине). Конечно, отечественные препараты значительно дешевле импортного препарата «Бадузан», а действие их одинаково. 94
вышли В СВЕТ КНИГИ по химии Издательство «Наука» выпусти- ло в свет новые книги по химии: Научные основы подбора катализаторов гетерогенных каталитических реакций. Цена 1 р. 5 к. Сборник статей по общим вопросам теории катализа и применения этой теории к изысканию оптимальных катализаторов. Г е м б и ц к и й П. А.г Жук Д. С. Химия этиленимина. Цена 1 р. 20 к. Монография о синтезе, химических превращениях, полимеризации и использовании этиленимина и полиэтиленимина. Шляпинтох В. Я. Хемилю- минесцентные методы исследования медленных химических процессов. Цена 1 р. 55 к< Химическая кинетика и цепные реакции. Цена 2 р. 30 к. Сборник статей к 70-летию академика Н„ Н. Семенова. Ш а м и н А. Н. Развитие химии белка. Цена 1 р. Книга посвящена развитию основных идей и теорий, определивших весь ход исследований белковых веществ. Быков Г. В. История стереохимии органических соединений. Цена 2 р. 10 к. В книге рассматривается возникновение, развитие и современное состояние основных направлений в теории пространственного строения органических соединений. Ф е д о р е н к о Н. П., Л и ф- ш и ц Ю. Т. Универсальный пластик. Цена 24 к. В книге освещено экономическое значение синтетических материалов, в частности поливинил- хлорида. Книги издательства «Наука» вы можете заказать по адресу: Москва В-463, Мичуринский проспект, 12, магазин «Книга-почтой», Академкнига. I ОС с; ш 2 с; О о е О е; о ДО Как снять привидение Вы смотрите фильм — герой бежит на фоне извергающегося вулкана, идет по морю, героиню настигает привидение. На третьей странице обпожки показан кадр из учебного этюда студента операторского факультета ВГИК — «Человек-Невидимка». В кадре человек снимает с головы бинт — и голова исчезает, снимает пижаму — туловище делается прозрачным. Эти и многие другие этюды сняты методом так называемой мокрой блуждающей маски, которую широко применяли в раннем кинематографе, а иногда используют и в наши дни. В основу этого метода положены открытые в 1850 г. свойства светочувствительного слоя, получившие название эффекта Саба т ь е. На экспонированных местах пленки во время проявления образуется металлическое серебро. Зерна галогенида серебра, находящиеся рядом с этим восстановленным серебром, после проявления без последующего фиксирования теряют чувствительность — происходит десенсибилизация галогенида серебра. Значит, если проэкспонировать пленку в фотоаппарате, проявить ее, промыть и, не фиксируя, высушить в темной комнате, а потом проэкспонировать вторично — то свет подействует только в тех местах, которые не подвергались действию света во время первой экспозиции. Участки изображения с восстановленным после первого экспонирования и проявления серебром служат как бы непрозрачной маской, не пропускающей свет при вторичном экспонировании. Технология способа мокрой блуждающей маски заключается в следующем. Актера снимают на черном фоне. Пленку проявляют, промывают, но не фиксируют. После высыхания пленку вновь заряжают в киноаппарат и снимают на нее какой-либо фон, например, динамический макет с извержением вулкана. После съемки пленку обрабатывают обычным образом, то есть проявляют, фиксируют и сушат. С полученного негатива печатают позитив. И актер, которого сначала снимали на черном фойе, теперь действует на фоне извергающегося вулкана. Эффект Сабатье можно использовать в фотографии для совмещения двух объектов съемки. Например, вам хочется чтобы ваш приятель, никогда не выезжавший из родных мест человек, оказался на снимке среди тропических зарослей, или скажем, рядом с египетскими пирамидами. Для этого вам нужно сфотографировать его на черном фоне при обычном освещении, затем проявить фотопленку или фотопластинку, не фиксируя, высушить ее и снова зарядить в фотоаппарат. После этого следует подобрать хорошую фотографию экзотического пейзажа или известного исторического памятника и во вторую экспозицию переснять ее на эту же пленку ипи пластинку. При втором экспонировании изображение фона получится только в тех местах, где нет объектов, снятых в первую экспозицию. Чтобы получился снимок одинаковой тональности, при съемке фона нужно правильно подобрать выдержку. В этом случае можно рекомендовать такую технологию. При съемке человека на черном фоне следует сделать несколько снимков в одинаковых экспозиционных условиях. На каждый из этих снимков при вторичном экспонировании надо снять фон с различной выдержкой. После окончательной обработки для печати фотографии выбирают негатив с единым характером изображения. Такая технология необходима и потому, что после первого проявления негативные фотоматериалы иногда значительно теряют свою светочувствительность. Основной недостаток этого способа — образование черного контура вокруг изображения 95
объекта, который снимали на черном фоне. Образование черного контура происходит из-за того, что эффект Сабатье, то есть десенсибилизация зерен гапогенидов серебра в эмульсии под слоем проявленного металлического серебра, происходит во всех направлениях от проявленного споя, а не только в его глубину. Поэтому узкая зона вокруг изображения, снятого в первую экспозицию, оказывается нечувствительной ко второй экспозиции. Из-за этого на полученном снимке в позитиве возникает черный контур. Чем тоньше слой, затронутый первой экспозицией, тем меньше контур, но одновременно снижается и действие эффекта Сабатье, а это может привести к просвечиванию фона после второй экспозиции. Когда снимают этим способом, человека лучше одеть в светлый костюм и освещать без резких теней. Лучше всего получаются вечерние или ночные кадры, объект съемки в которых при второй экспозиции проецируется на темный фон, скрывающий контур. Эффект Сабатье можно использовать и в позитивном процессе, например для впечатывания облаков. Делается это так: 1. В увеличитель вставляют негатив основного пейзажа, в который надо впечатать облака, и экспонируют его на фотобумагу. 2. После экспонирования отпечаток проявляют, промывают и, не фиксируя, опять помещают под увеличитель. 3. В увеличитель вставляют негатив облаков, совмещают их через красный светофильтр с отпечатком, который затем вторично экспонируется и проявляется, промывается и фиксируется. На третьей странице обложки слева внизу показан пейзаж, сфотографированный с безоблачным небом; справа — тот же пейзаж, но с облаками, впечатанными описанным способом. В приведенном примере небо при съемке было очень ярким и дапо большую плотность негатива. Плотность изображения неба оказалось такой, что при нормальном экспонировании фотобумаги изображение облаков служило как бы маской. При вторичном экспонировании проявленного отпечатка количество восстановленного серебра на нем оказалось достаточным, чтобы служить контрмаской при впечатывании облаков. Таким способом хорошо пользоваться при силуэтном или попу- силуэтном решении пейзажа. Светлые объекты при вторичном экспонировании следует перекрывать дополнительной маской. В тех случаях, когда для совмещения изображения человека с разными фонами собираются использовать эффект Сабатье в позитивном процессе, надо снимать человека не на черном, а на белом, равномерно освещенном фоне. Фон должен быть значительно светлее самого яркого участка снимаемого объекта. Таким фоном может служить яркое безоблачное небо или свежевы- павший снег. Эффект Сабатье дает возможность получать на снимках самые разнообразные совмещения. Б. Ф. ПЛУЖНИКОВ, оператор На обложке: Московский коксохимический завод — сбрасывание раскаленного кокса из печи в тушильный вагон. Фото О. Милюкова На первой странице вклейки — «Вирусы под электронным микроскопом». Кадры из фильма «На границе жизни». На второй странице вклейки — рисунок С. Бархина к статье «Юный химик в походе». Редакционная коллегия Главный редактор И. В. Петрянов-Соколов П. Ф. Баденков, В. И. Гольданский, Н. М. Жаворонков, С. В. Кафтанов, Л. И. Мазур, Б. Д. Мельник, П. А. Ребиндер, М. И. Рохлин (зам. главного редактора), С С. Скороходов, Б, И. Степанов, А. С. Хохлов, М. Б. Черненко (зам. главного редактора), Н, М. Эмануэль Рукописи не возвращаются При перепечатке ссылка на журнал «Химия и Жизнь» обязательна. Оформление А. Агина Технический редактор Д. А. Глейх Адрес редакции: Москва, В-333, Ленинский проспект, 61/1. Телефоны АВ 7-72-64 и АВ 7-66-23 Полписано к печати 18/VI 1966 г. Т. 08193. Бумага 84 X 10al/i6- Бум. л. 3,0. Печ. л. 6,0. Усл. п. л. 10,08 + 1 вкл. Уч.-иэд, л. 11,2. Тираж 77000. Зак. № 1100. Цеиа 30 коп. Набор и печать выполнены в Московской типографии N9 2 Гла.вполиграфлрома Комитета по печати при Совете Министров СССР. Москва, Проспект Мира, 105. Печать обложки и цветной вклейки и брошюровочные работы выполнены во 2-й типографии издательства «Наука». Москва, Шубинский пер., 10.
Способ мокрой блуждающей маски. «Человек-Невидимка» Использование эффекта Сабатье в позитивном процессе. Впечатывание облаков
В СЛЕДУЮЩЕМ НОМЕРЕ: Очерк о Лисичанском химкомбинате Экономика и производство: Счет в пользу капрона Проблемы и методы современной науки: Локация молекул Будьте первооткрывателями! Элемент № 104 Наука о живом. Происхождение жизни. Звук созидающий. Вторжение в растительную клетку Наука — полям: Живые удобрения Юбилей вкусной кислоты Обыкновенное вещество: Бумага Фантастика: Рассказ японского писателя Комацу «Бумага или волосы» Пиротехника — наука и искусство Современный витраж Наши консультации Клуб Юный химик Страница садовода и огородника: Совместимость удобрений Уголок фотолюбителя Учитесь переводить Издательство «Наука» Индекс 71050 Цена 30 коп. ^96^ «П8861 По просьбе читателей в журнале открывается новая рубрика — «Наш календарь». Публикуемые здесь материалы можно использовать для подготовки докладов и сообщений по истории химии ч Генетика и эволюция. Карп II A661—1700 гг.), как и все Габсбурги, отличался сильно выступающей вперед верхней челюстью. Этот дефект лица известен в медицине под названием прогнатии Капропактам — один из важнейших продуктов, выпускаемых Лисичанским химическим комбинатом. Из капропактама делают капрон