Автор: Василега М.Д.
Теги: хімія видавництво радянська школа хімічні реакції для учнів історія хімії
Год: 1980
Текст
ХІМІЯ
ББК24
54
В19
Василсга Н. Д. Заппмательпая химия,
К.: Радянська школа, 1980 (IV кв.).— 10 л. с ил.—
50 к. 62000 зкз. 70803.
Много интереспих сведепий об открьітии хи-
мических злементов и происхождении пх назва-
ний, о способах синтеза, уникальпьіх свойствах
и областях применевия неорганнческих и орга-
нических соединевий найдет читатель в зтой
книго. Привлекут его впимапие и пекоторьге ип-
тереспьіе факти из жизнп вьідаюп,ихся ученьїх-
хнмиков, химические опити, вопросьі и ответьі
па них.
Книга предназиачается учащимся среднего
и старшого школьпого возраста.
Рукопис рецензували: доктор хімічних наук
А. Я. Ільченко (НДІ органічної хімії АН УРСР),
| В. В. Придатько\ (НДІ педагогіки УРСР).
в 7080-4—284
М210(04)—80
БЗ—42—21—79
4802000000
©Видавництво ,, Радянська
школа44, 1980.
авколишній світ розмаїтий
і загадковий. Наука розкриває
його таємниці. Одне з провідних
місць у цьому посідає хімія.
Вона вивчає речовини, їх перетворення
та різноманітні явища, що супроводжують
ці перетворення.
Хімія — чарівний і захоплюючий світ
метаморфоз. Під час хімічних реакцій
руйнуються одні й виникають інші зв’яз-
ки між атомами, завдяки чому зникають
одні і з’являються інші речовини з при-
таманними їм будовою та властивостями.
Такі процеси пов’язані з вивільненням
або вбиранням енергії, а нерідко із змі-
ною стану, кольору, запаху речовин тощо.
Розкішне і могутнє дерево хімії буйно
розрослося і розквітло — виникли і
плідно розвиваються такі галузі, як
неорганічна, координаційна, органічна,
елементоорганічна, аналітична, фізична,
радіаційна, колоїдна хімія, біохімія,
геохімія, космохімія, радіохімія, елек-
трохімія, механохімія, хімія полімерів,
хімія плазми, хімія низьких температур
тощо.
У сучасному суспільстві хімія — по-
тужне джерело продуктивних сил. їй
належить одне з перших місць у сучас-
ному науково-технічному прогресі. З
повітря і води, вугілля і нафти, горю-
чих газів і деревини, різноманітних руд
і мінералів хіміки створюють такі речо-
вини і матеріали, яких немає в природі.
Це передусім високочисті метали, спеці-
альні сплави і напівпровідники, скло
і кераміка, каучуки, пластмаси і син-
3
тетичні волокна, ядерне, реактивне
і ракетне пальне, мастила і добрива, отрути
і ліки, барвники і фотоматеріали, вибухо-
ві й запашні речовини, миючі засоби тощо.
Комуністична партія і Радянський
уряд докладають багато зусиль для успіш-
ного розвитку хімічної науки та індустрії
в нашій країні. На десяту п’ятирічку
перед радянською хімією XXV з'їзд
КПРС поставив нові грандіозні завдання,
визначив нові напрями наукових пошу-
ків у галузі хімії. Це передусім синтез
хімічних сполук і винайдення нових мате-
ріалів з наперед ааданими властивостями,
створення прогресивних ХІМІЧВИХ проце-
сів з високоефективними каталізаторами.
Велика увага приділена й охороні навко-
лишнього середовища. З цією метою впро-
ваджується новітня технологія з викорис-
танням замкнутих виробничих циклів, ко-
ли всі промислові відходи переробляються,
а отже, пе чинять згубної дії па живу
природу. Хімічна індустрія нашої країни
постачає хліборобам мільйони топи міне-
ральних добрив, щоб значно підвищити
врожайність сільськогосподарських культур.
А це нові мільярди пудів хліба, значне
збільшення інших продуктів харчування.
Стають до ладу десятки потужних- хі-
мічних комбінатів, переважно в східппх
районах країни, де зосереджено багатющі
поклади пафти, газу, вугілля, руд кольо-
рових і рідкісних металів, запаси деревини
тощо. Різке підвищення якості хімічної
продукції дасть змогу випускати вироби,
що відповідатимуть кращим світовим стан-
дартам.
Пля втілення в життя цих грандіозних
накреслень і для розквіту хімічної науки
та індустрії потрібні висококваліфіковані
фахівці-хіміки. Ось чому в нашій кра-
їні неослабна увага приділяється хі-
мічній освіті. На хімічних факульте-
тах університетів, у хіміко-технелогіч-
них інститутах, у технікумах та профе-
сійно-технічних училищах молодь здобу-
ває глибокі й різнобічні звання з хімії
та інших наук, оволодіває найсучасні-
шими методами дослідження складу, бу-
дови та властивостей речовин, вивчає
технологічні процеси й апарати хімічного
виробництва. Випускники цих навчаль-
них закладів працюють інженерами, опе-
раторами, апаратниками і лаборантами
на виробництві, науковцями в дослідних
установах.
Свої перші кроки в дивовижний і ча-
рівний світ хімії майбутні спеціалісти роб-
лять у школі на уроках та на заняттях
гуртка. Тут юні хіміки здобувають необ-
хідні теоретичні звання, опановують ос-
нови експериментального мистецтва. Під
керівництвом досвідчених педагогів і на-
ставників юні любителі хімії проробляють
цікаві досліди, влаштовують хімічні ве-
чори, проводять самостійні наукові до-
слідження, опрацьовують хімічну літера-
туру. Не можна стати справжнім хіміком,
не знаючи хімічного виробництва. Ось
чому дуже корисні екскурсії на хімічні
підприємства і в заводські лабораторії,
а також зустрічі з ученими і передовиками
виробництва.
Створюючи цю книжку, автор мав
на меті зацікавити читача предметом хімії.
Автор буде щиро вдячний усім читачам
за критичні зауваження та рекомендації
щодо змісту книжки. Від гуки та побажання
слід надсилати на адресу: 252053, Київ,
вул. Юрія Коцюбинського, 5, видавни-
цтво «Радянська школа», редакція біоло-
гії і хімії.
ЦІКАВІ
РОЗПОВІДІ
тг
«ЄГИПЕТСЬКЕ МИСТЕЦТВО»
ермін «хімія» («хемія») вперше згадується у трактаті
Зосимуса — єгипетського грека з міста Панополіса
(близько 400 р. в. е.). До ваших днів цей твір, що налічує
28 книг, дійшов неповністю. У ньому Зосимус розпові-
дає, що «хімії», або ж «священного таємного мистецтва» людей
навчили демони, котрі зійшли на землю з небес. Перша книжка,
згідно Зосимуса, де описувались прийоми «таємного мистецтва»,
була нібито написана пророком Хемесом, від імені якого і бере
початок «хемія» («хімія»).
На думку визначного історика хімії французького вченого
М. Бертло, назва «хімія» походить від слова «Хемі», або «Хума»,
яким стародавні єгиптяни називали свою країну, а також ніль-
ський чорнозем (порівняйте з латинським словом «хумус» —
грунт). Звідси «хімія» — це «єгипетське мистецтво», яке має
справу з різними мінералами, металами та іншими продуктами
земних надр.
Слід зауважити, що і в давньогрецькій мові є чимало слів,
схожих з назвою «хімія». Так, слова «хімос» або «хюмос» озна-
чають рідина, сік, а «хіма» або «хюма» — відповідно литво, а та-
кож потік, річка. Звідси беруть початок «хімевсіс» — змішування
та «хюмейя» — сплав. Це дає підставу тлумачити термін «хімія»
як мистецтво, що займається розчинами, а також виплавленням
і литтям металів.
Історія розвитку хімії складна. До хімії та хіміків протягом
багатьох віків ставились з презирством і зневагою. Так, пись-
менник XVI ст. Лео Африканус писав: «Хіміки — то є найбрид-
кіша категорія людей; вони вічно бабраються в сірці та іншому
смороді». Цікаво, що в ті часи хімічні операції німці називали
«відьомською кухнею» (НехепкіісЬе).
Ще навіть у минулому столітті слово «хімік» було в Росії
лайливим і образливим. «Хіміками» називали в народі всяких
шахраїв і пройдисвітів. Тут доречно згадати один епізод з ткиття
видатного ученого-хіміка Д. І. Менделєєва. Якось вів проїздив
вулицею і звернув увагу на натовп людей, які вели до поліцей-
ської дільниці кількох підозрілих осіб, що злодійкувато озира-
лися.
7
«Хіміків повели,— спокійно пояснив візник Дмитру Івано-
вичу.— Багато їх зараз розвелося, всяких хіміків-шахраїв».
Менделєєв промовчав і тільки похитав головою. Нічого не
скажеш — цар і його посіпаки міцно тримали народ у темряві
й неуцтві, якщо прості люди не могли відрізнити хіміка від
звичайного злодія.
ДЕЩО ПРО МАРНІ ПОШУКИ
І ЦІННІ ЗНАХІДКИ
На батьківщині хімії — в стародавньому Египті — таємни-
цею «священного мистецтва» володіла каста жерців. Вони були
настільки всесильними, що їх побоювались навіть фараони.
У храмах єгипетські жерці, крім богослужіння, займалися також
політикою та науками — астрономією, математикою, медициною
тощо. Вони з великою точністю передбачали сонячні затемнення,
зміну погоди, проводили складні розрахунки пірамід та інших
споруд. Успішно розвивалося в Єгипті і хімічне ремесло. Винай-
дений жерцями спосіб бальзамування трупів (муміфікація) ще й
сьогодні викликає подив і захоплення. До наших днів чудово
збереглося багато єгипетських мумій і серед них славнозвісна
мумія 18-річного фараона Тутанхамона. Жерці володіли секре-
том виготовлення косметичних препаратів, ліків, а також сильно-
діючих смертоносних отрут, якими вони зводили в могилу своїх
противників.
12 000 років тому в Єгипті вже виготовлялась і випалювалась
цегла, з якої повністю змуровано деякі піраміди. Найдавніші
скляні вироби (намисто, брязкальця тощо), знайдені при розкоп-
ках, належать до 3500 р. до н. е. Для виготовлення кольорових
керамічних і скляних виробів широко застосовувались міне-
ральні фарби — здебільшого оксиди заліза, міді, марганцю та
кобальту. Для захисного покриття малюнків використовувались
високоякісні і тривкі лаки па зразок оліфи. Єгиптяни вміли до-
бувати ртуть, виплавляти бронзу, свинець, олово, а пізніше
(за 1000 років до н. е.) і залізо.
У таємних лабораторіях храмів Озіріса та Ізіди жерці розроб-
ляли також способи підробки коштовних каменів і золота. Про це
свідчить хоча б глиняна табличка з клинописом, знайдена архео-
логами, що є листом вавілонського царя Бурнабуріаша до єги-
петського фараона Аменхотеиа IV (XIV ст. до н. е.). У листі цар
обурювався, що фараон надіслав йому недоброякісне золото:
«Коли 20 мін золота поклали в піч, звідти не вийшло навіть 5 мін
щирого золота» (міна — давня міра ваги, щось близько 500 г).
8
Вавілонський
гальванічний елемент (реконструкція).
Неважко здогадатися, що йдеться про низькопробний сплав зо-
лота з неблагородними металами. Крім того, існували спеціальні
способи виготовлення золотоподібних сплавів, які зовсім не міс-
тили золота.
Успішно розвивалось хімічне ремесло і в країнах Азії — Месо-
потамії, Індії та Китаї. Металурги давнього Вавілону виплав-
ляли сурму та сурм’янисті бронзи вже близько 3000 років до н. е.
Під час розкопок поблизу Багдада вчені знайшли полив’яні
череп’яні горщики, в які були вставлені мідні циліндри із заліз-
ними стержнями, причому мідь виявилась дуже роз’їденою.
У горщиках містились також невеликі кількості бітуму. Якщо
в такий мідний циліндр влити електроліт, наприклад соляну
кислоту, то виникає електричний струм. Немає сумніву, що тут
ми маємо справу з гальванічним елементом. Одночасно було
знайдено і срібні вироби з надзвичайно тонкою рівномірною
9
І
позолотою. Таку позолоту, на думку вчених, могли нанести тільки
електролітичним способом.
В Александрії, заснованій у IV ст. до н. е., майже тисячу
років проіснувала знаменита Александрійська Академія. При ній
був університет, будинок муз (музей) та величезна бібліотека,
що налічувала сотні тисяч рукописних книжок. В Академії вчи-
лись і працювали переважно греки. То ж не дивно, що багато
секретів і прийомів «таємного мистецтва» єгипетських жерців
стали відомі грецьким ученим і ремісникам. Поступово давньо-
єгипетське мистецтво підробки золота, срібла та коштовних каме-
нів стало поширюватись як істинне «перетворення» однієї речо-
вини в іншу. На початку нашої ери воно заполонило уми людей
не тільки в Єгипті, який на той час уже опинився під п’ятою рим-
ського легіонера, а й по всій Римській імперії. Таємне мистецтво
перетворення (трансмутації) металів поширювалось подібно по-
шесті. В обігу з’явилась величезна кількість фальшивих монет,
що підривало економічну основу імперії, яка й так почала занепа-
дати. Усе це змушувало римських імператорів вживати жорсто-
ких репресивних заходів і навіть смертну кару до любителів
«таємного мистецтва».
У VII ст. дикі кочові племена арабів у результаті загарбниць-
ких воєн заволоділи Александрією. У вогні загинула бібліотека
Академії.
Однак багато єгипетських та грецьких книжок, що опинилися
в руках арабів, згодом було розшифровано і прочитано. З них
арабські вчені запозичили накопичені протягом тисячоліть знання
з різних наук, у тому числі і з хімії. До назви «таємного мистец-
• тва» араби додали поширений в їх мові префікс «ал» (порівняйте:
алгебра, алкоголь, алкалі (луг) тощо). З того часу «священне
таємне мистецтво» стало називатись «алхімією».
Алхіміки середньовіччя витратили чимало зусиль на марні
пошуки двох таємничих речовин. Одна з них — філософський
камінь1 — нібито могла не тільки перетворювати срібло, ртуть,
свинець та інші метали в золото, а й лікувати всі хвороби, неміч-
ного діда перетворити на юнака, значно подовжити вік людини,
а то й зробити її безсмертною. Друга речовина2 могла б перетво-
рювати неблагородні метали лише в срібло.
Чине найлегендарпішою постаттю серед арабських алхіміків
був Джабір ібн-Хайян (латинізоване ім’я — Гебер, близько 721 —
близько 815), який працював при дворі багдадського халіфа.
Подібно до індійських, китайських та деяких александрійських
1 Синоніми — начало всіх начал, червоний лев, життєвий еліксир,
великий магістеріум, червона тинктура тощо.
2 Її назви: білий лев, біла тинктура, малий магістеріум тощо.
10
алхіміків Джабір стверджує, що всі метали складаються з двох
начал — ртуті (жіноче начало) та сірки (чоловіче начало), які,
з’єднуючись у різних пропорціях, утворюють сім відомих мета-
лів (до металів, крім золота, срібла, міді, заліза, олова, свинцю,
він залучає й скло). На його думку, змінюючи співвідношення
сірки і ртуті за допомогою «еліксиру», їх нібито можна перетво-
рити в золото і срібло.
У своїх творах Джабір згадує чимало речовин (нашатир, луг,
купорос, галун, сурму тощо), хімічні операції (сублімацію, кри-
сталізацію, перегонку, нагрівання в спеціальних печах тощо), ви-
словлюється про те, що алхіміки повинні займатися проведенням
дослідів.
В Азії та Європі гучно лунало ім’я й іншого арабського алхі-
міка — Абу-Бакр Мухамеда ібн Закарія ар-Разі (латинізоване
ім’я — Разес, 865—925). Серед його алхімічних трактатів най-
більш відомі «Книга таємниць» і «Книга тасмпиці таємниць»,
або «Секрети секретів».
Ар-Разі теж вважає, що за допомогою «еліксиру» можна пере-
творювати метали, до двох начал додає ще третє — «соляне на-
чало» (ознака розчинності).
Слідом за Демокрітом і Лукрецієм Каром ар-Разі висловив ге-
ніальну здогадку про те, що всі тіла складаються з неподільних
елементів (атомів) та порожнечі між ними, уперше зробив спробу
класифікації відомих на той час речовин. У своїх творах він
детально описав різні прилади і посуд, якими користувався
у своїй лабораторії.
Твори Джабіра, ар-Разі та інших арабських алхіміків через
завойовану арабами Іспанію, а також Візантію проникали
в Європу, де їх читали в латинських перекладах і дуже шанували.
У 1980 р. людство відзначатиме 1000-річчя з дня народження
видатного таджицького вченого і лікаря епохи середньовіччя —
Абу-Алі ал-Хусейна ібн-Сіни (латинізоване ім’я •*— Авіценна,
близько 980—1037). На його знаменитих творах — «Канон лікар-
ської науки» та «Книга зцілюючих засобів» протягом 500 років
учились і виховувались медики багатьох країн світу. Ібн-Сіна
не був алхіміком, хоч і визнавав, що метали складаються з двох
головних начал — ртуті і сірки. Він першим відкинув ідею транс-
мутації металів і на повний голос заявив, що всі зусилля алхімі-
ків марні і приречені на невдачу. «Алхіміки стверджують,— писав
він,— що вони немовби можуть здійснити справжні перетворення
речовин. Проте вони можуть лише робити чудові імітації, забарв-
люючи червоний метал у білий колір, так що він стає схожим
на срібло, або ж забарвлюючи його в жовтий колір, так що він
стає схожим на золото».
11
На початку нашої ери високого рівня досяг розвиток хіміч-
ного ремесла в Індії, Китаї та Японії. Усім, хто приїздить до сто-
лиці Індії — Делі, показують знамениту металеву колону IV ст.,
яка не змінилася протягом століть в умовах жаркого й вологого
клімату. Складається вона із звичайнісінького, але високочис-
того заліза (99,72% Ее), яке не зазнає корозії. Це свідчить про те,
іцо давні індійці вміли виплавляти чисті метали і добре їх оброб-
ляти.
Великих успіхів у розвитку практичної хімії було досягнуто
в Китаї. Китайські металурги першими навчилися виплавляти
цпнк («китайське залізо»). На гробниці китайського полководця
Чжао-Чжу, похованого в 316 р., є металевий орнамент. Коли ж
хіміки зробили аналіз металу, то виявилось, що він містить 5%
магнію, 10% міді і 85% алюмінію. Як ми знаємо, зараз алюміній
добувають виключно електрохімічним способом. Яким способом
вдалося давнім китайцям виплавити алюмінієвий сплав, наука
поки що не може пояснити. У II ст. в Китаї було розроблено
спосіб виготовлення справжнього паперу з деревної кори, коно-
пель, старого ганчір'я тощо. Китай вважається батьківщиною
фарфору, який тут виготовляли ще в VII ст. У IX ст. китайці
винайшли чорний (димний) порох — суміш селітри, сірки та де-
ревного вугілля.
Ллхімічні ідеї арабів, проникнувши в Західну Європу, зна-
йшли воістину благодатний грунт. В епоху середньовіччя і навіть
пізніше алхімією захоплювались майже всі — монахи, жебраки,
князі і навіть короновані особи. Всім хотілося розбагатіти...
Алхімічними операціями трансмутації металів займався, зокрема,
німецький імператор Рудольф II. Він перетворив свій палац на
велику алхімічну лабораторію, де оточив себе ватагою різних
шахраїв і пройдисвітів, які вважалися знавцями «таємного свя-
щенного мистецтва». В епоху середньовіччя алхіміки в містах
часто жили і працювали в окремих кварталах, на окремих вули-
цях. Тут можна назвати знамениту Злату Улічку в Празі.
За містифікації та обман алхіміки часто кінчали життя в ка-
тівнях, на каторзі чи на шибениці. Інквізиція переслідувала
любителів «відьомської кухні» і спалювала їх на вогнищах «за
стосунки із сатаною».
Серед алхіміків зустрічаються також імена філософів і бого-
словів, таких як Альбрехт фон Больштедт (Альберт Великий),
його учень і послідовник Тома Аквинський, Роджер Бекон, Рай-
монд Луллій, Базиліус Валентинус та багато інших. Альберт
Великий (1193—1280) був монахом-домініканцем, професором
теології, а пізніше епіскопом. За різнобічні знання сучасники
називали його «ходячою енциклопедією XIII століття».
12
Альберт Великий — один з фундаторів середньовічної схоластич-
ної філософії — вірної служниці та ідейної спори католицизму.
В історії хімії він вважається одним з найвидатніших алхіміків За-
хідної Європи. Альберт Великий сам проводив досліди по «перет-
воренню» металів, ознайомлювався з досвідом та методами роботи
інших алхіміків, відвідував ремісничі майстерні. Він першим
з європейців описав магнітну стрілку і порох. Будучи послідов-
ником арабських алхіміків, Альберт теж помилково вважав,
що метали складаються з ртуті і сірки, і добавив до цих
начал воду і миш’як (аурипігмент). Він був перекопаний у тому,
що метали можна перетворювати, змінюючи їхню густину та за-
барвлення. Метали, на його думку, забарвлюються ртуттю в бі-
лий колір, сіркою >— у червоний, миш’яком >—у жовтий. Густина
металів залежить від кількості води, що міститься в них, та міри
її стиснення. Альберт Великий умів визначати чистоту золота та
відокремлювати хімічним способом благородні метали від звичай-
них. Історики хімії вважають, що саме він уперше добув миш’як
у вільному стані.
До визначних алхіміків середньовіччя відносять і Роджера
Векона (1214 — близько 1292). Це була надзвичайно обдарована
й освічена людина. Бекон викладав богослів’я та філософію в ста-
ровинному університетському місті Англії Оксфорді, а у віль-
ний від лекцій та молитов час займався алхімією. Звинувачений
у чаклунстві, Бекон провів у в’язницях 24 роки. Святі отці споді-
вались вирвати в нього таємницю добування «філософського
каменю» в обмін на волю. Бекон справді вірив у можливість пере-
творення металів. Подібно до китайських і арабських алхіміків
Бекон вважав ртуть «матір’ю металів», причому під «ртуттю»
і «сіркою» він розумів не прості речовини, а щось абстрактне
й містичне.
Великою заслугою Бекона є те, що він перший серед європей-
ців підкреслив першорядне значення досліду у вивченні природ-
них явищ.
Визначним алхіміком XV—XVI ст. був легендарний монах
ордену св. Бенедикта Базиліус Валентинус. Ніяких достовірних
відомостей про його життя і діяльність не збереглося, зате до на-
ших днів дійшли його книжки, такі як «Тріумфальна колісниця
антимонію», «Про великий камінь давніх мудреців» та деякі інші,
якими зачитувались алхіміки Західної Європи. З цих книжок по-
стає загадкова постать монаха-алхіміка, який чудово володів
експериментальним мистецтвом.
Базиліус Валептипус першим з європейців добув елементарну
сурму (антимоній) і детально вивчив її властивості. Він також до-
був і докладно описав «сурм’яну олію» (5ЬС16), «соляний спирт»
13
(соляну кислоту), вивчив її дію на метали та їх оксиди, У своїх
творах Базиліус Валевтинус згадує сполуки ципку, ртуті, олова,
свинцю, вісмуту, кобальту тощо.
У XVII ст. алхіміки вже шукають «філософський камінь»
не тільки серед продуктів мінерального царства, а й у живій
природі. Вони міркують приблизно так: оскільки людина — най-
досконаліше створіння, то «філософський камінь» може міститись
у продуктах її життєдіяльності. Подібна думка і наштовхнула
гамбурзького алхіміка Генніга Бранда зайнятись дослідженням
людської сечі. Сухий залишок, добутий перегонкою сечі, алхі-
мік прожарив на сильному вогні і помітив, що на стінках реторти
з'являється білий наліт, який яскраво світиться в темряві. Видо-
вище було настільки вражаючим, що Бранд прийняв добуту ре-
човину за загадковий «камінь мудреців», який протягом віків
марно шукали алхіміки. На превеликий подив «камінь мудреців»
не перетворював срібло і свинець у золото.
Яку ж речовину вдалося добути гамбурзькому алхіміку?
Встановлено, що з організму дорослої людини щодоби виводиться
із сечею близько 4 г фосфатної кислоти Н3РО4. Внаслідок випарю-
вання сечі концентрація фосфатної кислоти та інших компонентів
зростає. Коли ж сухий залишок прожарюють без доступу повітря,
органічні сполуки розкладаються, обвуглюються і відновлюють
фосфатну кислоту та продукти її зневоднення:
4Н3РО4 + ЮС = 6Н2О | + ЮСО | + Р4 ь
2Р2О5 + ЮС = ЮСО | + Р4 ф .
Отже, Бранд замість сподіваного «каменя мудреців» добув звичай-
ний білий фосфор.
Згадаємо ще про одного алхіміка — Погана Фрідріха Бетгера
(1685—1719), який шукав одне, а знайшов зовсім інше. Спочатку
він теж займався «перетворенням» металів. Саксонський кур-
фюрст (князь) Август II Сильний ув’язнив Бетгера та ще й нака-
зав, щоб той виробляв золото для королівської скарбниці. Звісно,
золота нещасний в’язень добути не зміг. Проте він зробив від-
криття, яке відразу озолотило короля Саксонії. З допомогою ві-
домого німецького фізика С. Чирнгауза Бетгер винайшов спосіб
виготовлення «білого золота» — фарфору, який до того ввозився
з Китаю та Японії. У Мейсені (на р. Ельбі) було споруджено
мануфактуру, що випускала чудові фарфорові вироби, за які
в усіх країнах Європи платили золотом...
Завершуючи розповідь про алхімію, треба зазначити, що свої
твори алхіміки писали надзвичайно складною і заплутаною мо-
вою, де кожне слово чи фраза мали загадковий зміст. Це роби-
лося навмисне, щоб ніхто не зміг прочитати і розсекретити якусь
14
таємницю. Кожний алхімічний трактат був оздоблений великою
кількістю ілюстрацій, де кожна речовина та хімічна операція
зображувались у вигляді символічних і алегоричних малюнків.
Так, метали алхіміки зображували у вигляді символів відповідних
планет. Попіл, що утворювався від згоряння речовин, алхіміки
зображували у вигляді людського кістяка, а пару чи газ —
у вигляді птаха, здебільшого ворони або орла. Під вовком, що
пожирає царя, розуміли сурму, яка у розплавленому стані розчи-
няє золото. Лебідь символізував білий колір речовин, ворона —
чорний, фенікс — червоний тощо. Твердий залишок після випа-
рювання алхіміки називали «мертвою головою», 7пО у вигляді
піни — «філософською шерстю», НІЧО3 — «міцною водою», а су-
міш концентрованих НМО3 і НС1 — «царською водою». До речі,
останній термін інколи вживається ще й тепер.
Учені витратили багато років копіткої праці, розплутуючи й
розгппфровуючи хитромудрі писання алхіміків, проте переважпа
більшість їх творів залишилась нерозшифрованою й досі. Можна
не сумніватись, що в них містяться певні відомості, які станов-
лять цінність і в нашу космічну епоху.
Багато поколінь алхіміків намагалося здійснити ідею про пе-
ретворення одних хімічних елементів у інші. Але її вдалося
втілити в життя лише фізикам XX ст. за допомогою ядерних ре-
акцій. Не пропала даремно також самовіддана й важка праця
шукачів «філософського каменю». Разом з хімікамп-практп-
камп алхіміки накопичили великий фактичний матеріал, добулп,
вивчили п описали багато нових речовин, розробили чимало ек-
спериментальних методів, прийомів і операцій, якими хіміки ко-
ристуються й сьогодні. Тому, розглядаючи діяльність алхіміків,
слід виходити не з того, чого вони не зробили, а з того, що взпп
внесли нового в скарбницю знань порівняно зі своїми попередни-
ками.
ТРІУМФ ПЕРІОДИЧНОГО ЗАКОНУ
До відкриття періодичного закону Д. І. Менделєєвим у хімії
панувало повне безладдя. Хіміки блукали в пітьмі; відкриття
вони робили, покладаючись виключно на свої інтуїцію та експери-
ментальний хнст... Не було в них тоді ні «хімічного компаса»,
ні «хімічної карти», які б допомагали їм безпомилково вибирати
правильний шлях у вивченні речовин, їх властивостей та пере-
творень.
Проте слід зауважити, що свій величний і чудовий храм-еле-
ментарій російський хімік зводив не на голому грунті. Були
16
і в нього славні попередники — П. Дебереіінер, А. де Шанкуртуа ,
Д. Ньюлендс, Л. Мейср. Усі вони намагалися по своєму дати
класифікацію хімічних елементів, відшукати закони взаємозв’яз-
ку між ними. Так з’явились на світ відомі «тріади Деберейнера»,
«октави Ньюлендса», «спіраль де Шанкуртуа» і таблиця Л. Мей-
єра. Але це були тільки перші спроби, перші намагання... Ці кла-
сифікації були недосконалими і неповними, вони охоплювали
далеко не всі елементи. Попередники Д. І. Менделєєва не зуміли
відкрити і збагнути найголовнішого, найсуттєвішого — внутріш-
нього, генетичного взаємозв’язку між усіма хімічними елемен-
тами. Повне і довершене розв’язання проблеми дав геніальний
російський вчений.
Напочатку 1869 р. Менделєєв приступив до роботи над другим
випуском «Основ хімії». Він зібрав величезний літературний мате-
ріал про 63 хімічні елементи, відомі на той час, та їх сполуки,
вивчив безліч праць вітчизняних і зарубіжних учених. Дмитро
Іванович ясно бачив, що назріла необхідність об’єднати й систе-
матизувати розрізнені, розпорошені хімічні знання в єдину струн-
ку систему. Так у результаті копіткої праці та завдяки світлому
природному розуму Д. І. Менделєєва з’явилося одне з найвидат-
ніших відкриттів XIX століття — періодичний закон та періо-
дична система хімічних елементів...
Та геніальне відкриття було визнане не відразу. Іноземні
вчені здавна вважали Русь темною, забитою країною. Недаремно
видатний чеський хімік Богуслав Браунер, друг і сподвижник
Менделєєва, з цього приводу писав так: «Я бачив, як ця велика
ідея залишалася без уваги, мабуть, тому, що належала росій-
ському хімікові».
У 1871 р., спираючись на періодичний закон, Д. І. Менделєєв
робить свої знамениті передбачення про існування і властивості
ще невідомих науці елементів, зокрема аналогів бору, алюмінію,
кремнію, які він назвав відповідно «екабором», «екаалюмінієм»,
«екасиліцієм»... Свої прогнози і передбачення він виклав у статті
на сторінках «Журналу Російського фізико-хімічного товариства»,
а в наступному, 1872 р.,— в німецькому часописі «Аннали хімії
і фармації». Та й після цього лише окремі хіміки високо оціню-
вали відкриття Менделєєва. Так, старий друг Менделєєва — ні-
мецький учений Е. Ерленмейєр, отримавши статтю Менделєєва,
писав до нього: «Сердечне спасибі за Вашу статтю, яка мене дуже
цікавить. Вона містить багато прекрасних і великих думок».
Справжній тріумф періодичного закону настав лише через кілька
років.
Наприкінці 1875 р. француз П. Лекок де Буабодран за допо-
* могою спектроскопа виявив у піренейській цинковій обманці
17
новий елемент — галій. Про це він повідомив у доповідях Фран-
цузької академії наук. Коли ж Менделєєв прочитав повідомлення
французького вченого, він дійшов висновку, що нововідкритий
галій це «старий знайомий», передбачений ним ще в 1871 р.
екаалюміній. Не гаючи часу, російський хімік відразу відіслав
до Парижа листа. У ньому він писав: «Спосіб відкриття і виді-
лення, а також деякі описані властивості змушують припустити,
що новий метал не що інше, як екаалюміній». Менделєєв, який
зроду не бачив і не тримав у руках жодної крупинки галію (ека-
алюмінію), вказує першовідкривачеві на те, що той припустився
серйозної експериментальної похибки, визначивши для галію
густину 4,7. Російський хімік радить своєму незнайомому фран-
цузькому колезі ще раз ретельно очистити галій і визначити його
густину, яка, за теоретичними розрахунками Менделєєва, мала
дорівнювати 5,9—6. Виявилось, що Лекок де Буабодран зовсім
не читав статті Менделєєва в німецькому журналі, а тому дові-
дався про екаалюміній тільки з його листа...
Лекок де Буабодран, за порадою Менделєєва, добув досить
чистий метал і виміряв його густину. Вона дорівнювала 5,94, як
і передбачав петербурзький професор. Пізніше першовідкривач
талію напише: «Я падаю, що немає необхідності наполягати на вели
чезному значенні теоретичних поглядів пана Менделєєва відносно
густини галію». Та й справді, не лише густина, а й інші власти-
вості менделєєвського екаалюмінію і лекокдебуабодранівського
галію виявились тотожними.
Блискуче підтвердження передбачених російським хіміком
властивостей галію викликало величезний інтерес до періодичного
закону в широких колах хіміків.
У 1879 р. періодична система хімічних елементів і періодич-
ний закон знову здобули блискучий тріумф. Шведський хімік
Л. Нільсон відкрив новий елемент скандій, який виявився менде-
лєєвським екабором.
З цього приводу Нільсон писав: «Отже, не лишається ніякого
сумніву, що в скандії відкритий екабор... Так підтверджуються
найбільш наочним способом думки російського хіміка, які дали
змогу передбачити не тільки існування названого простого тіла,
а й його найважливіші властивості».
У 1886 р. професор Фрейберзької Гірничої академії К. Вінк-
лер, аналізуючи саксонський мінерал аргіродит, відкрив третій
а передбачених Менделєєвим елементів — екасиліцій. І цього
разу завбачені російським хіміком і знайдені експериментально
властивості нового елемента та його сполук разюче збіглися.
За згодою Менделєєва новий елемент був названий на честь бать-
ківщини Вінклера германієм.
18
Д. І. Менделєєв передбачив також можливість існування та
найголовніші властивості ще й таких елементів: екацезію (фран-
цію), екабарію (радію), екалантану (актинію), екамарганцю (тех-
нецію), двімарганцю (ренію), екайоду (астату) тощо.
Геніальність Менделєєва, сміливість його думок можна вба-
чати і в тому, що він на основі тільки хімічних властивостей ви-
правив атомні маси принаймні чотирнадцяти хімічних елементів,
зокрема берилію, титану, хрому, ітрію, індію, цезію, лантану,
церію, ербію, іридію, платини, золота, торію та урану.
До створення періодичної системи елементів загадкою була
атомна маса берилію та склад його оксиду. Хіміки вважали бери-
лій тривалентним з атомною масою 13,5 тільки на тій підставі,
що солодкозем (ВеО) за хімічними властивостями дуже нагадує
глинозем (А12О3). Щоправда, російський хімік І. В. Авдєєв на
основі найретельніших аналізів довів, що «солодкій землі» від-
повідає формула ВеО, а не Ве2О3, як було прийнято в ті часи.
Хибна думка про тривалентний берилій з атомною масою 13,5
суперечила періодичному законові і тому для металу «солодкої
землі» не знаходилось місця в періодичній системі. Менделєєв
«поселив» берилій у другій групі і другому періоді, вважаючи,
що його атомна маса 9,4. Проти цього «свавільства» рішуче висту-
пили шведські хіміки Л. Нільсон і О. Петерсон. Та коли вони
визначили густину пари хлориду берилію — їх здивуванню
не було меж. Виявилось, що атомна маса берилію становить 9,1
і що цей метал двовалентний, як і передбачав російський хімік.
Коли Менделєєв створював періодичну систему, усі хіміки
приписували урану атомну масу 120. Для такого «розрубаного
навпіл» урану темі не знаходилося місця в менделєєвській таб-
лиці. Тому в 1869 р. Дмитро Іванович, спираючись на відкритий
ним закон, сміливо подвоїв атомну масу урану. Цей елемент став
крайнім і найважчим на той час «мешканцем» елементарію з атом-
ною масою 240. Через 13 років німецький хімік Г. Ціммерман
блискуче підтвердив цю думку російського вченого. Він експери-
ментально визначив густину пари хлориду урану Г]С14 і звідси
розрахував атомну масу урану. Вона дорівнювала... 240.
«Для мене особисто,— писав згодом Д. І. Менделєєв,— уран
досить знаменний уже тому, що відігравав неабияку роль
у ствердженні періодичного закону, оскільки зміна його атомної
маси була визнанням закону і виправдана дійсністю, а для мене
(разом з атомними масами Се і Ве) була пробним каменем загаль-
ності періодичного закону».
Лекок де Буабодрана, Нільсона, Вінклера, Ціммермана і Бра-
унера Менделєєв справедливо назвав «зміцнювачами» періодич-
ного закону. Чеський хімік Б. Браунер удостоївся такого почес-
19
ного «титулу» за цілий ряд досліджень у хімії рідкісноземельних
елементів. Цей учений уперше розв’язав питання щодо розмі-
щення чималої «сімейки» «братів-лантаноїдів» у менделєєвському
елемевтарії. Він один з перших підтримав ідею розміщення ново-
відкритих інертних (благородних) газів у так званій нульовій
групі. Ним багато також зроблено для популяризації, поширення
і визнання ідей російського хіміка Менделєєва в ученому світі.
ВИПРОБУВАННЯ
ПЕРІОДИЧНОГО ЗАКОНУ
Сучасній науці відомі принаймні такі агрегатні стани речовини:
твердий, рідкий, газоподібний, плазменний і нейтронний. У зви-
чайних умовах (земних) ми маємо справу з першими трьома ста-
нами речовини, а через те можемо з певністю стверджувати, що
періодичний закон має силу — справджується тільки при зви-
чайних або порівняно невисоких тисках і температурах. З по-
гляду хімії, фізики та й геології неабиякий інтерес викликає
прояв періодичного закону в умовах надвисоких температур
(плазма) та тисків (нейтронний стан речовини).
При надвисоких тисках, у мільйони й мільярди атмосфер,
валентні електрони з останніх і передостанніх енергетичних рів-
нів атома «провалюватимуться» на глибинні вакантні підрівні,
як це відбувається у металу паладію уже за звичайних умов:
4гіе5я2 -> 4гі105я0. Крім того, атоми елементів стискуватимуться,
бо електронні шари наближатимуться до ядер все ближче
й ближче. Отже, за цих умов у атомів внутрішні електронні
шари до кінця заповняться електронами, а на зовнішніх електро-
нів не буде. Таким чином, при дуже високих тисках всі хімічні
елементи наближатимуться до металів, найімовірніше до плати-
нових. Саме такі процеси відбуваються в глибинах Землі.
Є дві думки щодо внутрішньої структури нашої планети.
Одні вчені стверджують, ніби в центрі її міститься масивне мета-
леве ядро, яке складається з металів родин заліза та платини.
На думку інших, у центрі Землі взагалі немає ніякого залізного
ядра, а вся планета складається з тих самих хімічних елементів,
що поширені в земній корі. Просто з наближенням до центру
Землі атоми елементів сильно стискуються, «металізуються» і гус-
тина речовини зростає в багато разів.
У надрах зірок під впливом колосальних сил тяжіння атоми
елементів стискуються настільки сильно, що електрони падають
на ядра. При цьому електрони зливаються з протонами, утворю-
ючи важкі ізотопи елементів з меншими порядковими номерами,
20
вія* у вихідних елементів. Так атоми можуть зникнути взагалі,
і речовина складатиметься з одних нейтронів.
На думку видатного радянського астрофізика В. А. Ам-
барцумяна, на цьому «одіссея» хімічних елементів не закінчує-
ться. У безмежному Всесвіті є такі гігантські скупчення матерії,
що під дією неймовірно потужних сил гравітації речовина з ней-
тронного стану переходить у стани вищого порядку, коли вже
немає ні електронів, ні протонів, ні нейтронів... Це так звана
«первісна матерія». Вибухаючи, вона породжує «початкові пи-
линки Всесвіту» — елементарні частинки, атоми, які у вигляді
зоряних світів розлітаються в усі сторони від центру вибуху...
Що ж відбуватиметься з атомами елементів при надвисоких
температурах? Уже при температурах у десятки й сотні тисяч гра-
дусів елементи втрачатимуть свої характерні хімічні ознаки. Та
це й зрозуміло, бо в таких умовах усі валентні електрони повністю
«випаровуватимуться» з атомів. Отже, плазма складатиметься
з електронів та багатозарядних позитивно заряджених іонів, які
матимуть конфігурацію благородних газів. За підрахунками вче-
них, у центрі вибуху ядерного заряду, де температура досягає
мільйона градусів, існують атоми елементів, яким не вистачає
20—.30 і більше електронів. У такому випадку відмінність у хі-
мічних властивостях між галогенами і лужними металами зника-
тиме, бо всі елементи набуватимуть ознак інертних (благородних)
газів.
Розглянуті випадки свідчать про відносність періодичного
закону. Однак це не означає, що в плазменному чи нейтронному
стані речовини періодичний закон вичерпав себе. Така думка
була б хибною. У різних умовах закон Д. І. Менделєєва проявля-
ється по-різному. Взаємні перетворення елементів при надвисо-
ких тисках та зближення їх властивостей у плазменному стані
ще раз свідчить про глибокий генетичний взаємозв’язок та вза-
ємозалежність між усіма елементами, а також про те, що періо-
дична зміна властивостей є тільки окремим випадком цього фунда-
ментального закону. Можна з певністю сказати, що вивчення
властивостей хімічних елементів при надвисоких температурах
і тисках не тільки поглибить зміст періодичного закону, а й роз-
криє його нові, невідомі аспекти.
Уже зараз є всі дані про те, що нуклони в атомних ядрах роз-
міщені не хаотично, а перебувають на певних енергетичних рівнях
і підрівнях. Про це свідчить існування ядер-ізомерів (ядерної
ізомерії), а також те, що внаслідок радіоактивного розпаду ядер
випромінюються альфа-частинки і гама-промені з певними дис-
кретними значеннями енергій. Не за горами той час, коли буде
створено періодичну систему ядер та елементарних частинок.
21
Успішно розвивається і хімія незвичайних атомів: електрон-
позитрон, мезон-електрон тощо.
Отже, періодичний закон ніколи не втратить свого значення,
він вічний, як вічний світ, бо несе в собі вічний рух. Справджу-
ються слова Д. І. Менделєєва: «Періодичному законові майбутнє
не загрожує руйнуванням, а лише надбудови і розвиток обі-
цяє...»
І ВЕЛИКИМ ЛЮДЯМ
ВЛАСТИВО ПОМИЛЯТИСЯ
У 1884 р. шведський хімік Сванте Арреніус у своїй доктор-
ській дисертації вперше виклав знамените вчення про електролі-
тичну дисоціацію. Нова теорія була настільки революційною, що
вчений світ зустрів її холодно й вороже. Серед запеклих против-
ників теорії електролітичної дисоціації був учитель С. Аррені-
уса — П. Клеве — знаменитий хімік і спектроскопіст. Він від-
крив кілька лантаноїдів. Про те, що сполуки можуть розпадатися
в розчинах на іони, він не хотів і слухати, вважаючи це єрессю.
І коли Аррепіус розкрив перед Клеве свої погляди щодо природи
дисоціації, той з іронією і роздратуванням вигукнув: «Що?!
У Вас є нова теорія? Це вельми цікаво... Прощавайте».
Першим підтримав С. Арреніуса професор хімії Ризького полі-
технікуму Вільгельм Оствальд. Отримавши від Арреніуса листа
з викладом теорії електролітичної дисоціації, він настільки був
захоплений і вражений, що сам прибув до її творця в Упсалу.
Завдяки спільним зусиллям і експериментальним дослідженням
Арреніуса, Оствальда і Вант-Гоффа теорія електролітичної дисо-
ціації швидко заполонила уми хіміків.
У 1903 р. Арреніусу присудили Нобелівську премію. І ось
тут іронія долі піднесла сюрприз. Сталося так, що підставу для
здобуття цієї найвищої нагороди довелося формулювати профе-
сору Клеве, який колись так необачно розпрощався із своїм
учнем.
НАЙБІЛЬШЕ ВІДКРИТТЯ Г. ДЕВІ
Зустрівся якось англійський хімік Г. Деві із своїм приятелем.
Привіталися і стали розпитувати один одного про життя-буття.
— Що нового, містере Деві?
— Та оце нещодавно взяв собі учня. Дуже тямущий хлопець.
— Вибачте за цікавість, сер, та чи любить цей хлопець мити
лабораторний посуд?
22
— О, так! Він миє його надзвичайно ретельно і завжди з вели-
ким задоволенням.
— У такому разі я вітаю Вас, містере Деві! З Вашого учня
буде неабиякий толк — він стане великою людиною...
Приятель Деві не помилився — його слова стали пророчими.
Юний Майкл Фарадей (а це про нього йшлося в розмові) став
видатним фізиком і хіміком. Пройде багато років і одного разу
Г. Деві запитають, яке найбільше відкриття він зробив у своєму
житті, на що той з гордістю відповість: «Я відкрив Фарадея!»
ХІМІЧНИЙ ТЕРМОМЕТР
У німецького фізико-хіміка Вальтера Нернста в робочому
кабінеті на письмовому столі завжди лежав своєрідний термо-
метр — запаяна ампула з органічною речовиною дифенілметаном
С6Н6—СН2—С6Н6. Температура плавлення цієї сполуки близько
+ 27° С.
Якщо літньої пори починалася спека і дифенілметан пла-
вився — це означало, що роботу в лабораторії треба припиняти.
Тоді Нернст наказував усім співробітникам негайно залишати
лабораторію і відсилав їх купатися.
ДОПОМОГЛА КІШКА
У 1811 р., коли французька армія поставила на коліна майже
всю Свропу, імператор Наполеон Бонапарт гарячково готував
напад на Росію. Для нової воєнної авантюри потрібний був по-
рох, багато пороху... Шлях до заморської селітри був відрізаний
британських! флотом, кораблі якого дні і ночі чатували біля
французьких берегів. Саме через це французи налагодили власне
виробництво калійної селітри, для добування якої потрібний
був поташ К2СО3. Його вимивали з попелу морських водоростей.
Поташ та селітру добував і аптекар Куртуа. Якось зачиняючи
свою аптеку, він вирішив вигнати надвір кішку. Нажахана кішка
плигнула з полиці й ненароком перекинула склянку з концептро-
ванокнсірчаною кислотою. Склянка впала, розбилася, і кислота
пролилася на попіл з водоростей. Вражений аптекар відразу помі-
тив хмару фіалкового диму. Це був ще не відомий на той час
вільний йод...
23
«...СВІТЛІ ТІЛА, ЯКІ
КУВАТИ МОЖНА»
Переважна більшість простих речовин — це метали. Най-
характернішими фізичними прикметами металів є їх непрозорість,
специфічний «металевий» блиск, високі тепло- та електропровід-
ність, а також ковкість і здатність витягуватись. Саме завдяки
трьом останнім властивостям метали відіграли вирішальну роль
в історії людства.
У чому ж полягає причина таких своєрідних властивостей
металів і чому вони так відрізняються від неметалів? Періодичний
закон і теорія будови атома пояснили структуру і властивості
металів. Виявилося, що металічні властивості елементів зумов-
лені електронною будовою їх атомів.
В атомах неметалів па зовнішніх електронних оболонках ба-
гато електронів (4—8, за винятком водню (1) і бору (3). Ці елек-
трони сильно притягуються ядром, а тому відірвати їх від атома
дуже важко. Але атоми неметалів можуть приєднувати надлиш-
кові електрони і перетворюватись у негативно заряджені іони—
аніони. Навпаки, в атомах металів на зовнішніх електронних
оболонках мало електронів (1—4). Вони досить рухливі, бо слабо-
притягуються ядром. Через це атоми металів легко віддають всі
або частину зовнішніх електронів, внаслідок чого виникають
позитивно заряджені іони — катіони. Чим легше метал втрачає
свої електрони, тим він активніший і тим сильніше в нього вира-
жені металічні властивості.
Усі метали, за винятком рідкої ртуті, за звичайних умов тверді
і мають кристалічну структуру. Властивості металів тісно пов’я-
зані з будовою їх кристалів. У вузлах кристалічної решітки роз-
міщені атоми п іони (катіони) металів, причому кількість іонів
і електронів у кристалах різних металів неоднакова. Зовнішні
електрони, оскільки вони дуже рухливі і слабо притягуються
ядрами, утворюють так званий «електронний газ», який «блукає»
між іонами в кристалі. «Електронний газ» належить не окремим
іонам, а кристалу в цілому. Саме завдяки наявності в кристаліч-
ній решітці металів таких рухливих електронів можна пояснити
їх високі електро- і теплопровідність. «Електронний газ» добре
віддзеркалює світло (саме тому метали непрозорі і мають харак-
терний блиск), а також короткі радіохвилі. Остання властивість
металів покладена в основу радіолокації для виявлення літаків,
ракет та суден.
Електричний опір деяких металів і сплавів при температурах,
що наближаються до абсолютного нуля, стрибкоподібно зникає.
24
Таке явище називають надпровідністю. Надпровідний струм
везгасаючий (бо електричний опір при цьому відсутній), а тому
широко використовується в сучасній техніці.
Ковкість металів та їх здатність до витягування пояснюється
ковзанням (переміщенням) одних шарів іонів металів відносно
інших.
Як уже зазначалось, чим легше метал віддає свої валентні
електрони, тим він активніший і, отже, легше вступає в хімічні
реакції. Більш активні метали витісняють менш активні з їх
сполук. Крім того, багато металів витісняють водень з кислот-
неокиснпків, а деякі й з води. Виходячи з цього, усі метали можна
розташувати в так званий ряд активностей, або електрохімічний
ряд напруг.
Платинові метали, золото і срібло здавна називають благород-
ними металами. Вони хімічно досить інертні, а тому не реагують
ні з водою, ні з багатьма кислотами. Подібно до благородних
металів поводяться і титан, цирконій, гафній, ніобій, тантал,
молібден, вольфрам та реній, які також хімічно пасивні. Вони
важкоплавкі, жаростійкі і мають чудові механічні властивості.
Саме тому без цих металів та їх сплавів не можна уявити сучасну
авіацію, ракетобудування та ядерну енергетику. Великі надії
покладаються і на рідкісноземельні метали, з якими пов’язують
чудо майбутньої техніки.
МЕТАЛИ НАІЇВАЖКОПЛАВКІІШ
І НАЙЛЕГКОПЛАВКІПП
До нанважкоплавкіших металів належать такі:
Метал Температура плавлення, °С Температура кипіння, °С
Вольфрам 3 380 5 9(10
Реній 3 170 5 870
Тантал 3 000 5 300
Осмій 2 727 4 610
Молібден 2 610 4 800
Ніобій 2487 4 840
Іридій 2 454 4 500
25
До найлегкоплавкіших металів належать такі:
Метал Температура плавлення, °С Температура кипіння, С
Ртуть —38,87 356,58
Цезій 28,5 688
Галій 29,7 2244
Рубідій 38,8 705
Калій 63,6 776
Натрій 97,8 877
Індій 156,4 2 000
Літій 180 1 370
Олово 231,91 2 720
Полоній 254 962
Вісмут 271,3 1640
Талій 303,5 1 472
Свинець 327,3 1751
Як бачимо, металічні цезій і галій можна розплавити навіть...
у долоні. Щоправда, брати в руки металічний цезій небезпечно,
оскільки він самозаймається, бурхливо реагуючи з киснем
повітря. Спостерігати плавлення цезію можна в ампулі, з якої
відсмоктано повітря або яка заповнена інертним газом. Тільки
в такому разі ампулу з цезієм можна гріти в теплій долові.
Впадає в око також те, що металічні галій, олово, індій і сви-
нець мають дуже великі інтервали між температурами плавлення
і кипіння. Цю властивість широко використовують у сучасній
техніці. Так, галієм наповнюють кварцево-галієві термометри,
якими вимірюють високі температури — від 1200° С і вище.
Ясна річ, що звичайні ртутні термометри для цього зовсім непри-
датні.
Зараз чимало легкоплавких металів застосовують як теплоно-
сії в ядерних реакторах, що працюють на швидких нейтронах.
Такий реактор успішно працює в прикаспійській пустині в місті
Шевченко, де за часів царату відбував заслання геніальний
Кобзар.
Енергія розщепленого ядра використовується тут для вироб-
ництва електрики та опріснення морської води. Як теплоносій
у цьому реакторі застосовують рідкий натрій. Натрій, калій
і літій вмить відводять тепло, що вивільнюється в активній зоні
реактора. Крім того, лужні метали мають високу електропровід-
ність, а це дає змогу їх легко перекачувати. Так, помістивши
рідкий метал між полюсами потужного електромагніту і лропус-
26
«Чемпіони» серед важкоплавких металів.
Плавлення галію в теплій долоні.
27
каючи крізь нього струм, вдається легко викликати циркуляцію
теплообмінної рідини. Таке перекачування далеко простіше
й надійніше, ніяг звичайними відцентровими насосами. Цікаво,
що при застосуванні металічного літію як теплоносія, викорис-
товується тільки важчий його ізотоп — дЬі, а не природна су-
міш ізотопів, бо легкий ізотоп діл жадібно «пожирає» вейтрони.
МЕТАЛ «СОЛОДКОЇ ЗЕМЛІ»
Берилій — одип з найлегших металів, який в періодичній
системі елементів розміщується під номером 4. Ще в 30-х роках
академік О. Є. Ферсман назвав його металом майбутнього. Тепер
це метал нашого сьогодення. Будівництво надшвидкісних літаків
і ракет, космічних кораблів і ядерних реакторів, металургія,
машинобудування і радіоелектроніка — ось далеко не повний
перелік використання берилію та його сполук.
Історія цього чудового металу розпочалася в 1798 р., коли
французький хімік Луї Ніколи Вокелен відкрив його у вигляді
«солодкої землі» (ВеО), досліджуючи коштовний камінь смарагд.
Початкові назви берилію •— «гліциній», «солодкозем» — вказу-
вали на те, що його солі мають солодкий смак. Лише через 100 со-
ків ученим удалося добути чистий метал, а потім минуло ще
34 роки, поки він знайшов практичне застосування. У 1932 р.
англійський фізик Дж. Чедвік, опромінюючи берилієві плас-
тинки альфа-частинками, помітив, що прп цьому виникають ста-
більні ядра вуглецк>-12 і вилітають нові частинки, позбавлені
будь-якого заряду. Так відкрили нейтрон. Це відкриття приско-
рило розв’язання проблеми розщеплення атомного ядра і звіль-
нення енергії нечувапої сили.
Берилій — метал сріблястого кольору, дуже легкий (густина
його 1,86), міцний і жаростійкий. Температура його плавлення —
1350° Є, а за міцністю він не поступається спеціальним сталям.
Як і його «хімічний родич» алюміній, берилій па повітрі покри-
вається щільною плівкою оксиду, яка рятує метал від дальшого
окислення. Чистий берилій досить твердий — він ріже скло.
Але, незважаючи на свою високу міцність,при високих темпера-
турах берилій стає крихким. Щоб зарадити цьому лихові, його
легують хромом, марганцем, залізом, кобальтом, нікелем, міддю
тощо.
Найбільшого поширення в техніці набули сплави берилію
з міддю — так звані берилієві бронзи, які містять всього 0,5—
З % берилію. Такі бронзи своєю міцністю значно перевершують
28
сталь, вони не реагують на магніт, а від удару не іскрять. Саме
завдяки останній властивості з них виготовляють відбійні молот-
ий та різне устаткування для роботи в шахтах, на порохових
заводах і млинах, де лише одна іскра може спричинити жахливу
катастрофу. Цікаво, що більшість матеріалів з часом «старіють»
і втрачають свою міцність. Та берилієві бронзи позбавлені цієї
вади. Внаслідок старіння, а також нагрівання їх міцність, нав-
паки, зростає. Це відразу оцінили конструктори, і з берилієвих
бронз почали виготовляти найбільш важливі деталі й механізми.
Пружина, виготовлена з берилієвої бронзи, практично вічна,
адже вона здатна витримати до 20 мільярдів циклових наванта-
жень. Тільки в сучасному важкому літаку налічується близько
тисячі різноманітних деталей, зроблених з берилієвої бронзи.
Берилій чудово зарекомендував себе і в ядерній енергетиці.
Цим він завдячує своїм унікальним ядерним властивостям. Ядра
берилію мають малу масу і зовсім не вбирають нейтропів. Швидкі
нейтропи. котрі виникають в активній зоні реактора внаслідок
розщеплення ядерного пального, співударяючись з маленькими
ядрами берилію, віддають їм значпу частину своєї епергії, галь-
муються і перетворюються в повільні (теплові) нейтрони. Отже,
берилій, а також його оксид — гарні уповільнювачі нейтронів
і в цьому значно перевершують такі широдо відомі уповільнювачі,
як графіт та важку воду. Крім того, берилій чудово віддзеркалює
нейтрони, тобто повертає їх в активну зону, а це дає змогу
значно зменшити її розміри. Через це берилієві віддзеркалювані
встановлюють в атомнпх реакторах.
Якщо ж врахувати п легкість берилію, то стає зрозумілим ного
призначення як важливого конструкційного матеріалу в реакто-
рах для атомних криголамів та підводних човнів. А властивість
його випромінювати нейтрони під час бомбардування альфа-ча-
стинками використовується для виготовлення радій-берилієвих та
полоній-берилієвих джерел нейтронів.
У недалекому майбутньому берилій, як і його сусід по періо-
дичній системі — літій, стане термоядерним пальним у штучних
сонцях, бо при надзвичайно високих температурах він під впли-
вом ядер водню здатний перетворюватись в ядра гелію, звільню-
ючи при цьому колосальну енергію. Але це питання поки що не
розв’язане.
Берилій цілком прозорий для рентгенівських та гама-променів.
Це дає можливість виготовляти з нього «віконця» для рентгенів-
ських трубок та лічильників Гейгера—Мюллера.
Споживачами берилію стали реактивна авіація, ракетна тех-
ніка та космонавтика. Завдяки таким якостям берилію, як високі
питома міцність, жаростійкість, теплопровідність і теплоємність,
29
конструктори застосовують його для виготовлення стержнів, труб
і листів для авіаційної, ракетної та ядерної техніки, а також галь-
мівних дисків коліс і елеронів літаків, вузлів компресорів газо>
турбінних двигунів, деталей гіроскопів тощо.
Оксид берилію ВеО придатний для виготовлення вогнетривких
матеріалів. Ця сполука має високу температуру плавлення
(2570° С) й теплопровідність, велику теплоту випаровування.
Завдяки цим властивостям матеріали з оксиду берилію застосову-
ють при виплавлянні деякп.х чистих цінних металів, у тому числі
й берилію, як захисні покриття, а також у ядерній техніці як від-
дзеркалювані нейтронів.
Вироби з дуже чистого оксиду берилію, який добувають тер-
мічним розкладом основного ацетату берилію
ВеОВез(СНзСОО)6,—
добрі електроізолятори навіть при дуже високих температурах.
Берилій — досить рідкісний і розпорошений метал. В одній
тонні земних порід його міститься в середньому до 3,5 г. Основна
маса берилію розпорошена в гранітних пегматитах, сієнітах та
інших породах. Але часто трапляються і власні берилієві міне-
рали, яких геологи налічують близько ЗО. Це в основному алюмо-
силікати та силікати берилію. Для добування берилію викорис-
товують переважно берил ЗВеО • А12О3 • 68іОг — найбільш по-
ширений мінерал, відомий людям із сивої давнини. Різновиди
берилу, забарвлені домішками деяких металів,— коштовні ка-
мені. Чудові зелені смарагди здавна ціняться дорожче від алма-
зів. Надзвичайно красиві кольору морської води аквамарин,
золотисто-жовтий геліодор і рожевий морганіт... І все ж пай-
коштовніший серед них смарагд. Ним прикрашали себе царі
п церковні владики, йому поклонялись як божеству... Стародав-
ній грецький історик Геродот зазначає, що в скіфів у найбільшій
пошані серед усіх самоцвітів були смарагди. Поряд з'іншими
коштовними каменями смарагди сяяли в гетьманській' булаві
Богдана Хмельницького.
Вилучення берилу з різних порід ведеться поки що вручну.
Але останнім часом для цього почали запроваджувати і метод
флотації. Добутий берил піддають складній хімічній переробці,
яка зводиться в основному до відокремлення алюмінію, заліза
та кремнію від берилію. Кінцева мета — виділення чистого
оксиду берилію, який потім перетворюють у хлорид або фторид.
Для новітньої техніки й особливо для ядерної енергетики по-
трібен берилій надзвичайно високої чистоти. Глибоку очистку
берилію здійснюють різними методами. Найголовніші з них;
ЗО
перегонка берилію у вакуумі, анодне рафінування і зонне плав-
лення в електроннопроменевих печах. Цікаво зазначити, що плав-
лення і очистку берилію здійснюють у тиглях з оксиду берилію.
Такі ж тиглі використовують і для плавлення ядерного паль-
ного __урану і плутонію, а також америцію, оскільки оксид бе-
рилію практично но взаємодіє з названими металами.
Жоли почалося інтенсивне добування берилію, виявилося, що
він і його сполуки небезпечні для організму людини. При вди-
ханні пилу, що містить маленькі часточки берилію або його спо-
лук, розвивається тяжка хвороба — бериліоз. Відбувається по-
дразнення і запалення дихальних шляхів, у легенях виникав
безліч незагойних ран, часто трапляються носові кровотечі,,
утруднюється дихання.
Потрапивши на шкіру та слизові оболонки, сполуки берилію
спричинюють запальні процеси. Берилій, що надходить до орга-
нізму разом з їжею чи водою, діє згубно на ферменти, а також
вилучає фосфат-іони з кісток і тим самим їх ослаблює. Отруєння
берилієм розвивається повільно і нерідко дає про себе знати лише
через кілька років (навіть через десять) і може призвести до-
смерті. Ось чому берилій за його підступну й згубну дію на живі
організми назвали «повзучою смертю».
^Оскільки берилій і його сполуки отруйні, то під час роботи
з ними слід приділяти велику увагу техніці безпеки. Вміст бери-
лію в атмосфері має бути обмеженим. Так, за американськими
нормами концентрація берилію в атмосфері підприємства не по.
винна перевищувати 2 мкг/м3. Для цього у виробничих приміщеи*
нях створюється потужна вентиляція, апарати й установки гер-
метизовані, робітники працюють у спеціальних захисних костюмах.
Можна сподіватися, що в недалекому майбутньому сфери
застосування цього цінного металу і його сполук значно розши-
ряться, адже, по суті, берилій — ще дуже «молодий» метал.
ТИТАН ПІДІЙМАЄТЬСЯ В НЕБО
У періодичній системі хімічних елементів під номером 22 роз-
міщується титан. Дуже довго цей метал був «бездіяльним» і лише
за останні 20 років він став одним з найважливіших матеріалів
нової техніки. Його називають металом надзвукових швидкостей
і міжпланетних подорожей.
Елемент № 22 відкривали двічі. Вперше (у 1789 р.) його виявив
У мінералі ільменіті англійський священик Грегор, який
31
займався дослідженнями з хімії і мінералогії. А згодом (у 1795 р.)
незалежно від Грегора німецький хімік Мартін Генріх Клапрот,
досліджуючи мінерал рутил, встановив, що це оксид ще невідо-
мого елемента. Учений назвав його титаном на честь міфологіч-
них Титанів — дітей бога Неба (Урана) і богині Землі (Геї).
У вільному стані титан добув І. Берцеліус лише у 1825 р.,
але це був досить забруднений метал. Тільки в 1925 р. вдалося
вперше добути титан високої чистоти.
Ще не так давно титан вважали рідкісним металом, але вияви-
лось, шо це не так У земній корі налічується близько 120 різних
мінералів цього елеменіа Найбільш важливі з них: рутил ТіО2,
сфен Са(ТіО)8іО«, ільменіт РеТіОз(РеО-ТіО2), перовськіт СаТіОз.
ІЗеличезні запасі) титанової сировини виявлені в Австралії, Аф-
риці, Бразілії. Канаді, Індії. На території нашої країни поклади
титавовлх руд містять надра України та Уралу. За допомогою
спектрального аналізу вдалося виявити титав на Совці та зірках.
Хімічні аналізи місячних порід і мінералів, проведені радянськими
я американськими вченими, показують, що на Місяці титан —
•надзвичайно поширений хімічний елемент.
Як же добувають титан? Спершу з титанової руди виділяють
діоксид титану. Потім його змішують з коксом і утворену шихту
хлорують в електропечах при температурі 800—1000° С, а утво-
рений тетрахлорид титану ТіС1а відганяють і старанно очищають.
Чистий ТіСі, — безбарвна, летка рідина, яка дуже димить па
повітрі. Тепер залишається провести найважливішу операцію —
добути металічний титан. А для цього треба відділити його від
хлору. В апараті, виготовленому з нержавіючої сталі, при тем-
пературі 800—900° С у середовищі аргону газоподібний тетра-
клорид титану реагує з розплавленим магнієм:
ТіС14 + 2Ме = Ті + 2МЄСІ2.
Внаслідок цієї реакції утворюється металічний титан у вигляді
губки, яка просочена магнієм та його хлоридом. Якщо ж нагрі-
вати губку у вакуумі при температурі 950° С, то магній і його сіль
випаровуються. Очищену таким способом титанову губку пере-
плавляють у вакуумних електродугових печах і добувають ком-
пактний метал. Слід зауважити, що процес вилучення титану
е руд і добування чистого металу складний і важкий. Тому й не
дивно, що титав все ше досить дорогий конструкційний метал,
хоч вартість його в року в рік знижується. І якщо в 1947 р. були
добуті лише перші тонни титану, то вже зараз його виплавляють
десятки тисяч тонн.
32
На півдні України на берегах могутнього Славутича розкину-
лось індустріальне Запоріжжя. День і ніч працюють його велетпі-
заводи. Це місто називають «металургійною Меккою», бо сюди
з усього світу приїздять металурги вчитися варити сталь і ви-
плавляти «крилатий метал» алюміній. Далеко славиться і запо-
різький титан. Виробляють його на Запорізькому титано-
магнієвому комбінаті. У Запоріжжі створено й науково-дослід-
ний інститут титану, що працює в тісному зв’язку з виробництвом.
Зовнішнім виглядом титан нагадує сталь. Чистий титан плас-
тичний, добре кується, зварюється і вальцюється. Це дає змогу
виготовляти з титану жерсть, фольгу і дріт. Титан — важко-
плавкий метал. Температура його плавлення — 1670° С, а гус-
тина — 4,5, в 1,7 раза більша за густину алюмінію. Титан своєю
міцністю в шість разів перевищує алюміній. Титан — досить
твердий метал. Твердість його в 12 раз більша за твердість алюмі-
нію і в 4 рази — за твердість заліза. Оскільки метали пластичні,
то при високих навантаженнях деталі машип і механізмів можуть
деформуватись — «текти». Чим більше метал чинить опір зовніш-
нім навантаженням, тим довше деталі зберігають свою форму
і розміри, а отже, тим вища в такого металу межа текучості, яь
кажуть конструктори. Виявилось, що межа текучості в тптапу
у 18 раз вища, ніж в алюмінію і в 2,5 раза — ніж у заліза.
За звичайних умов титан — хімічно пасивний метал і тому
надзвичайно стійкий проти корозії. Його добре розчиняє тільки
фтороводнева кислота, а соляна і азотна кислоти повільно діють
на титан лише при нагріванні. На повітрі титан стійкий, а
при нагріванні до 400—550° С поверхня металу покривається
щільною плівкою оксиду і нітриду титану, яка міцно утри-
мується і захищає метал від дальшого окислення. За високу
корозійну стійкість титану деякі вчені називають його «віч-
ним металом».
Завдяки таким якостям титан став найважливішим конструк-
ційним матеріалом. Здебільшого він застосовується в авіа- та
ракетобудуванні. Ось чому на ХХУ з’їзді КПРС поставлено
завдання значно збільшити у десятій п’ятирічці виробництво
титану, алюмінію та інших конструкційних матеріалів.
При_надзвукових швидкостях польоту корпус реактивного
літака сильно нагрівається від тертя об повітря. На його пере-
шкоді стає так званий тепловий бар’єр. Ось чому вже при тем-
пературі нагрівання 300° С алюміній може не витримати, бо його
міцність при цьому різко падає. А титан зберігає свою міцність
при 500 С, а то й вище. Отже, реактивний літак з титановим кор-
пусом зможе розвивати надзвичайно високу швидкість. Відомо
також, що значну частину маси реактивного літака становить його
2 0-246
Бібліотечна книга
33
Іспит на подолання «теплового бар’єру».
двигун. Якщо ж замінити всі стальні болти, гайки та інші деталі
в двигунах на титанові, то маса таких двигунів, а отже, і літаків
різко зменшиться. Внаслідок цього витрата пального значно ско-
ротиться, швидкість, дальність і висота польоту набагато зрос-
туть.
Титан став незамінним і в ракетобудуванні. З міцних і жаро-
стійких титанових сплавів виготовляють корпуси ракет і косміч-
них кораблів, а також резервуари для рідкого кисню в ракетних
двигунах. У титанових балонах зберігають також стиснені гази.
Титановими плитками облицьований обеліск на честь покори-
телів космосу, споруджений у Москві, бо відполірований титан
ніколи не потьмяніє на повітрі. Цей величний обеліск, що стрімко
злітає в небо, не тільки символізує всемогутню силу людського
Генія, а й нагадує про те, що титан допоміг Людині вийти па
космічні траси.
34
Порошкоподібний титан добре вбирає гази, зокрема водень,
. дот і кисень, а тому широко використовується у вакуумній та
електровакуумній техніці. Адже відомо, що надвисокого вакууму
е вдасться досягти навіть за допомогою найдосконаліших насо-
сів І тут прийшов на допомогу титан. Виявилось, що охолоди.е-
ний до температури рідкого азоту титановий порошок збільшує
здатність вбирати гази в десятки разів. Такий титан називають
«азотитом» і широко використовують для створення глибокого
вакууму в сучасних приладах.
«ОЛОВ’ЯНА ЧУМА»
Й «ОЛОВ’ЯНИЙ КРИК»
Це трапилося в минулому столітті. Якось вельми авторитетна
комісія перевіряла склади царського інтендантства. Приміщення
складів не опалювались, і там, як і надворі, лютував мороз. Пояс-
нення комісії давав чиновник-інтендапт. Коли підійшли до ве-
ликої скрині із солдатськими гудзиками, генерал — голова комі-
сії — зажадав, щоб її відкрили. Наказ було негайно викопано.
Але що це!? Скриня замість блискучих олов’яних гудзиків була
до краю заповнена сірим порошком. Те саме було і в інших
скринях.
«Ви що, смієтеся з мене?! — вигукнув генерал,— що означає
ця комедія?!» «Не можу знати, ваше превосходительство, пробель-
котів переляканий на смерть чиновник,— у скринях були гуд-
зики». Генерал добре знав, що в царській армії процвітали
казнокрадство і злодійство, але від побаченого йому раптом
забракувало слів.
Добрий фунт сірого порошку негайно відіслали професору
В. В. Марковпикову для хімічної експертизи. Той не забарився з
відповіддю: сірий порошок є не що інше-, як звичайнісіньке олово!
й 1912 р. англійський дослідник Скотт очолив експедицію
до недоступного тоді Південного полюса. Долаючи страшний
холод, полярники невпинно посувалися вглиб шостого конти-
ненту—Під час перепочинку члени експедиції захотіли зігрітися
гарячим чаєм. Та коли вони витягли свої олов’яні казанки, то
побачили, що їх стінки, раніше сріблясто-білі, тепер були густо
вкриті сірими плямами. Варто було стиснути такий казанок або
легенько вдарити по ньому, як він розсипався на порошок. По-
лярники везли із собою і пальне в баках, запаяних оловом. Та
на тріскучому морозі металеві баки раптом «розклеїлись» і все
пальне витекло. Експедиція на чолі з її сміливим провідником
загинула від холоду в крижаній пустелі Антарктиди.
2*
35
Тепер ми знаємо, що винуватцем пригоди із солдатськими гуд-
зиками та трагічної долі експедиції Скотта було явище алотропії
олова. Річ у тому, що олово може перебувати в трьох алотропних
видозмінах: звичайне — біле (тетрагональне), крихке (ромбіч-
не) — утворюється при температурі, вищій від 160° С, та сіре
(кубічне). Сіре олово не має нічого спільного з металами — це
неметалічна модифікація, що має структуру алмазу. Сіре олово
стійке при температурі, нижчій від —13° С. Найшвидший перехід
білого олова в сіре відбувається при —48° С. І все-таки нерідко
біле олово може переохолоджуватися й існувати в такому стані
при дуже низьких температурах. Та варто доторкнутись бодай
крупинці сірого олова до переохолодженого металу, як останній
від такого контакту вмить «заражається» і розсипається в поро-
шок. Ось чому це явище образно назвали «олов’яною чумою».
Олово — досить пластичний метал. Завдяки цьому його можна
вальцювати і навіть виготовляти олов'яну фольгу — станіоль.
Проте воно не позбавлене й крихкості. З цією властивістю пов'я-
зане ще одне цікаве явище. Так, коли згинати олов’яний прутик,
добре відчувається своєрідне поскрипування, або так званий
«олов’яний крик». Причиною його є взаємне тертя кристалів
олова.
«ЖИВЕ СРІБЛО», МЕРКУРІЙ,
ОЛИВО І ЦИНА...
Ртуть за її рухливість і сріблястий колір здавна називають
«живим сріблом». Цю назву вперше почав вживати давньогрець-
кий філософ Арістотель. Цікаво, що й німецька назва ртуті
«РпескзіІЬег» означає те саме, тобто «рухливе (живе) срібло».
Інший давньогрецький учений, лікар Діоскорид називає ртуть
«гідраргірос» — «срібна вода», звідки й походить латинська
назва цього металу «Нусігаг^епіпш», або «Ну<1гаг£угит». В ан-
глійській, французькій та інших європейських мовах назва ртуті
пов’язана з Меркурієм. Алхіміки вважали, що ртуть за всіма
ознаками найбільше подібна до золота. А в Сонячній системі най-
ближчою до Сонця планетою є Меркурій. Крім того, ртуть-дістала
цю назву за те, що швидко «бігала» по гладенькій поверхні, подіб-
но до Меркурія (Гермеса) — непосидющого міфічного бога торгівлі
і невтомного крилатого вісника з Олімпу. Від Меркурія і похо-
дять хімічні назви ртутних сполук. Наприклад, комплексну сіль
А£2[Н£і4і називають тетрайодомеркуратом срібла. Саме ж слово
«ртуть» тюркського походження.
36
Меркурій із жезлом,
який став алхімічним символом ртуті.
В українській мові і літературі поряд із словом «олово» побу-
тував і його синонім «цина»:
Штовхаюсь я; аж землячок,
Спасибі, признався,
З циновими гудзиками ...»
(Т. Г. Шевченко, «Сон»)
Річ у тому, ЩО царські ЧИНОВНИКИ НОСИЛИ мундири З ОЛОВ ИН1’"*
(цинорими) гудзиками. Свинець на Україні колись пази
«ОЛИВОМ». „„
Така, на перший погляд, плутанина не випадкова, она
своїми коренями в античні часи. Так, стародавні римляни
називали (РіптЬиш аІЬпт» («олово біле»), а свинець — «1 пт ш
піргпт» («олово чорне»). Сплав олова із свинцем давньоримськії
вчений Гай Пліній Старший у своїх творах називає слово
«Біаішит». Цей термін почали пізніше вживати тільки для олова,
а «РІишЬнт» — для свинцю.
37
У Римі тяжкою працею рабів був збудований водопровід.
По міській водопровідній мережі вода розливалась тисячами
свинцевих артерій — труб. Виробництво таких труб було порів-
няно легке, адже свинець — метал дуже м'який, пластичний
і легкоплавкий. Ллє свинець поступово роз’їдається розчиненими
у воді газами й солями і потроху розчиняється:
2РЬ + Ог + 2іі2О + 4СО2 = 2РЬ(НСО3)2.
Цього римляни, звісно, не знали, а тому ставали невільними
жертвами хронічного свинцевого отруєння і цим самим несвідомо
вкорочували собі віку. Аналіз знайдених при розкопках кістяків
давніх римлян показує, що це було саме так. У кістках виявлено
чималий вміст свинцю.
ХІМІЧНИЙ «КАЧКОНІС»
Серед хімічних елементів дуже дивним є талій. Так, він
схожий на лужні метали, хоч і міститься в третій групі. По-
дібно до літію, натрію, калію, рубідію, цезію і францію він
буває одновалентним і утворює катіони Т1+. Жовтий гідроксид
талію (І) Т10Н добре розчиняється у воді і є сильною основою
(талієвий луг). Подібно до лужних металів Т1+ утворює полі-
йодойодиди, політіосульфіди, алкоголяти тощо. Т12СО3 за хіміч-
ними властивостями дуже нагадує кальциновану соду. ТІ2С03,
Т128О4, Т14[Еє(СМ)6) — розчинні у воді солі, як і Ха2СО3,
ВЬ28О4, К4[Ге(СХ)6], а Т12[РіС161 — нерозчинна сіль, подібно
до К2[РіС16|, КЬ2[Рь С16] топу».
Сіль Т128О4 утворює такої самої форми кристали, як і солі
К28О4, Сз28О4. Подібно до калію, рубідію, цезію, а також амонію
Т1+ утворює галуни.
Жовтий азид талію (І) ТШ3, як і азиди лужних металів, не
вибуховий, незважаючи па те, що азиди важких металів сильно
детонують від нагрівання чи удару. Це пояснюється тим, що
азиди одновалентного талію і лужних металів — сполуки іонні,
тоді як азиди срібла, ртуті, свинцю тощо — ковалентні. Кова-
лентність же зв’язку в азидах є причиною їх вибуховості.
Талій своєю поведінкою нагадує срібло. Так, Т1Г розчинний
у воді, як і АеГ. А в ряді галогенідів обох металів:
Т1С1, ТІВг, ТИ; АЙС1, А^Вг, А£і
спостерігається одна й та сама закономірність, а саме: їх розчин-
ність від хлоридів до йодидів спадає. Більше того, галогеніди
38
алію (І) подібно до галогенідів срібла, фоточутливі — розкле-
паються світлом.
д талій багатьма своїми властивостями як фізичними, так і
• ;Чними, нагадує свого сусіда по періодичній системі ^-свинець.
*ІМ і свинець, талій — важкий, м’який і легкоплавкий метал.
II віть за зовнішнім виглядом вони дуже схожі. Багато спільного
і в їх хімічних властивостях. Зокрема, Т12СгО4 і ТИ жовтого
кольору, нерозчинні у воді і цим нагадують відповідні солі
свинцю — РЬСгО4 і РЬІ, _ _ _
Сполуки талію надзвичайно отруипі і цим вони нагадують на-
самперед сполуки ртуті, а також свинцю. Так, сульфат талію —
білу сіль без запаху і смаку — вже давно використовують як ви-
сокоефективний засіб для боротьби з гризунами.
Талій у тривалентному стані дещо подібний до своїх електрон-
них аналогів — індію, галію та алюмінію. Проте, як відомо,
А13+ Са3+, Іп3+ утворюють галуни, а Т13+ не утворює. Ті34- —
активний окисник па відміну від тризарядних катіонів своїх
«родичів» по підгрупі. За окислювальними властивостями спо-
луки тривалентного талію схожі на сполуки свинцю (IV) і зо-
лота (НІ).
Таке рідкісне і незвичайне поєднання властивостей багатьох
металів в одному дало підставу французькому хіміку Ж. Дюма
назвати талій «парадоксальним металом». Учений писав, що
«серед металів талій з його суперечностями займає таке саме
місце, як качконіс серед тварин».
НАРОДЖЕНИЙ З УРАНУ
Нині «синтетичний» заурановий елемент плутоній вивчено
набагато краще, ніж звичайнісіньке залізо. Перш ніж пояснити
такий, з першого погляду, дивний і парадоксальний факт, зробимо
невеличкий екскурс в історію.
Світ був охоплений полум’ям другої світової війни. Запеклі
і жорстокі бої точилися па суші, у морі й повітрі. У цей час аме-
риканські вчені разом з відомими фізиками і хіміками, які втекли
за океан з охопленої коричневою чумою Європи, день і піч працю-
вали- над «манхеттепським проектом». Це була засекречена назва
циклу робіт по створенню атомної бомби. Розповідають, що,
коли радіохіміки виділили перші міліграми гідроксиду плуто-
нію, його було так мало, що доводилось розглядати сполуку
«новонародженого» елемента під мікроскопом. Та досить швидко
плутоній почали добувати грамами й кілограмами. У секретних
паперах «манхеттенського проекту», щоб збити з пантелику
39
і ввести в оману іноземні розвідки, плутоній фігурував під наз-
вою «мідь». Коли ж для якихось робіт потрібна була мідь, у доку-
ментах з'явились два слова «мідь справжня». 9 серпня 1945 р.
плутонієва бомба «Товстун» була скинута на мирне японське
місто Нагасакі. Так розпочав свою «анкету» елемент № 94.
Проте плутоній «невтомно працює» і па мирному фронті.
Основним ядерним пальним у сучасних реакторах на швидких
нейтронах є керамічні матеріали на основі діоксиду та карбіду
плутонію — РиО, і РиС.
Плутоній «народжується» з ядер урану-238, коли останні
вбирають нейтрони в активній зоні реактора:
+ «п > Л %339і\р 4- 2£Ри.
Проблема виділення чистого плутонію і відокремлення його від
урану, нептунію та уламків поділу спонукала хіміків зайнятись
всебічним вивченням сполук різних валентних станів плутонію.
Уже на сьогодні синтезовано й досліджено тисячі сполук плуто-
нію майже з усіма елементами періодичної системи у широкому
діапазоні його ступенів окислення від 4-2 до +7. До речі, сполуки
семивалентних плутонію і нептунію — так ввані перплутонати
та пернептунати вперше синтезовані радянськими хіміками
М. М. Кротом і Г. Д. Гельман.
Внаслідок застосування плутонієвого пального було дослі-
джено взаємодію металічного плутонію та його сполук з різними
матеріалами, добуто і вивчено величезну кількість плутонієвих
сплавів.
Плутоній — досить цікавий і водночас химерний елемент.
Він має 13 ізотопів з масовими числами від 232 до 244. Найбіль-
шим «довгожителем» серед них є плутоній-239, період напівроз-
паду якого становить 24360 років. Металічний плутоній може
перебувати у вигляді шести алотропних видозмін (а-, р~, у-, 6-,
і)-, е-модифікації). Плутоній —сріблясто-білий, хімічно актив-
ний метал. Цікаво, що дві алотропні видозміни плутонію, а самеі
6-плутоніп (область існування 340—440° С) і і)-плутоній (область
існування 465—485° С) під час нагрівання не розширюються,
а стискуються. Бруски плутонію саморозігріваються завдяки
інтенсивному радіоактивному розпаду. Це дало змогу застосо-
вувати його в спеціальних нагрівальних та обігрівних пристроях.
Особливо багато тепла вивільнюється внаслідок розпаду м8Рп.
Плутоній-238 — майже чистий а випромінювач, причому період
його напіврозпаду становить 90 років. Цей ізотоп все ще досить
дорогий (1г його коштує 1000 доларів), але в майбутньому він
стане значно дешевшим у зв’язку з розширенням будівництва
40
пуском у дію реакторів па швидких нейтронах, у яких «згоряє»
уран і «народжується» плутоній.
Оскільки альфа-частинки повністю затримуються різними
атеріалами, то теплом радіоактивного розпаду плутонію-238
у майбутньому обігріватимуться скафандри астронавтів та водо-
лазів. . , .
Накопичувати і зберігати плутоній та його сполуки у великих
кількостях суворо заборонено. Інакше при цьому можна легко
перевищити межу його критичної маси, а це призведе до лавин-
ного поділу ядер плутонію — ядерного вибуху.
У хімії, фізиці, металургії та в матеріалознавстві плутонію
присвячено тисячі експериментальних досліджень, сотні моно-
графій. Усе це дає підставу вважати плутоній найбільш вивченим
металом. Науковий і практичний інтерес до нього посилюється
з кожним днем.
МЕТАЛИ ХІРУРГІВ
Ніобій і особливо тантал образно називають «металами хірур-
гів». Оскільки вони добре обробляються і па них не діє жоден
медикамент, з них виготовляють різноманітні хірургічні інстру-
менти. Ніобій і тантал абсолютно не подразнюють живої тканини,
не взаємодіють з кров’ю та клітинними соками і завдяки цьому
чудово «приживаються» в організмі. Ніобієм і танталом скріплю-
ють поламані кістки і «залатують» проламані черепи. З ніобію
і танталу виробляють тонкі нитки, якими зшивають порвані
сухожилля, кровоносні судини і навіть... нерви.
КОШТОВНА ГРЯЗЬ
Чорнова мідь, яку виплавляють на мідноплавильпих заводах,
для потреб електротехніки зовсім непридатна, оскільки має досить
високий електричний епір через значний вміст різних домішок.
Для добування чистого металу чорнову мідь піддають рафі-
нуванню.в електролізерах. Катодом є пластинки чистої міді,
а аподом — штаби чорнового металу. Як електроліт застосовують
розчин мідного купоросу. У результаті пропускання крізь роз-
чин постійного струму на катоді розряджаються катіони міді
и відкладається чистий метал. Одночасно атоми міді, які міс-
тяться в аноді, окислюються і переходять у вигляді двозарядних
>атюпів у розчин. Отже, відбувається поступове розчинення мід-
го аноду і перенесення чистої міді на катод.
41
Домішки металів, активніших за мідь, з чорнового металу
переходять у розчин і не відкладаються на катоді (залізо, ні-
кель). А домішки благородніших за мідь металів осідають на дно
електролізера у вигляді анодного мулу або шламу (ЗсЬІашт — ні-
мецькою мовою — «грязь»). У домішках міститься срібло (до 50%),
золото (до 5%), платина, селен, телур та багато інших цінних
елементів, які потім вилучають з цих домішок. Досить часто вар-
тість такої «грязі» покриває економічні витрати на очистку чор-
нової міді.
МІНЕРАЛЬНІ «ВІТАМІНИ»
Для повноцінного живлення рослин, тварин і людей потрібно
щонайменше 12 елементів: вуглець, кисень, водень, азот, фосфор,
сірка, калій, натрій, хлор, кальцій, магній та залізо. Крім цих
основних елементів, живі організми потребують у невеликих
кількостях і таких елементів, як бор, рубідій, йод, бром, цинк,
марганець, мідь, кобальт, молібден, уран та багатьох інших. Ці
елементи називають мікроелементами або мінеральними вітамі-
нами. Вони входять до складу ферментів та інших активних біл-
ків. Сполуки мікроелементів, що вносять у грунт, називаються
відповідно мікродобривами. З грунту мікроелементи вбираються
рослинами, а вже з рослинною їжею потрапляють в організми
тварин і людей. Наприклад, у винограді знайдено такі мікроеле-
менти, як бор, йод, бром, кремній, миш’як, алюміній, стронцій,
барій, рубідій, марганець, мідь, цинк, молібден, ванадій, титан,
олово, свинець, талій і навіть... радій.
Цікаво, що в людському організмі мікроелементи переважно
накопичуються у певних органах та тканинах, зокрема, йод -»
у щитовидній залозі, нікель — у підшлунковій залозі, кадмій —’
у нирках, хром — у мозку, цинк — у зубах, мідь — у печінці,
срібло і молібден — у мозку, марганець — у серці, олово —
в язиці, свинець — у довгих кістках, миш’як—у нігтях і чолові-
чому волоссі, ЗОЛОТО ‘— у жіночому волоссі, стронцій — у хреб-
цях, барій — у пігментній оболонці очей.
Кожний мікроелемент виконує в живому організмі свою важ-
ливу функцію. Візьмемо для прикладу бор. Вміст його в назем-
них рослинах становить 0,0001—0,1% від маси сухої речо-
вини. Бор сприяє обміну речовин, без нього неможливий нормаль-
ний ріст рослин, їх цвітіння і плодоношення. Нестача бору
в рослинах знижує швидкість окислення цукрів, гальмує синтез
білків у клітинах. Без бору не можуть розвиватись і плодо-
42
сити горох, буряк, льон, конюшина, тютюн тощо. Якщо ж
в°груптах зовсім немає бору, рослини гинуть.
У Цікавим у біологічному відношенні є й цинк. Він також не-
бхідгіий для нормального росту, цвітіння та плодоношення рос-
лин ДЬякі рослини накопичують у собі помітні кількості цинку.
Поширена лікарська рослина подорожник містить його 0,02,
а фіалка <— до 0,06%. Чимало цинку і в грибах. До того ж цинк
активно стимулює розвиток різних грибів (зокрема, дріжджо-
вих). У багатьох безхребетних цинк виконує ту саму роль, що й
залізо в крові хребетних. У золі деяких молюсків цинку міс-
титься до 10—15%. У людському організмі цинку понад 0,001%,
причому найбільше його сконцентровано в зубах (0,02%). Багаті
цинком також статеві залози, печінка, мозок, підшлункова за-
лоза та нервова система. Щодоби людина потребує близько 15 мг
цинку, який надходить до організму з їжею.
До важливих біоелементів належить і мідь. Бона є своєрідним
каталізатором внутрішньоклітинних процесів. У царстві фауни
найбільшу кількість міді містять безхребетні: восьминоги, каль-
мари, устриці та деякі інші молюски. В їх крові мідь виконує
функцію заліза — переносника кисню. Вона входить до складу
блакитного пігменту — гемоціаніну. Через це кров у багатьох
головоногих і ракоподібних не червона, а блакитна. У вищих
тварин і людини мідь накопичується переважно у печінці, нирках
та клітинних ядрах інших тканин. Встановлено, що клітини
пухлин, навпаки, містять міді дуже мало. Нестача міді призво-
дить до серйозних розладів в організмі — сповільнюється ново-
утворення гемоглобіну і настає недокрів’я.
Кобальт рослини вбирають з грунтів, де він міститься в мізер-
них кількостях. Кобальт входить до складу кровотворного віта-
міну В12. У чистому вигляді — це рожева кристалічна речовина,
що містить 4,5% кобальту. Ця сполука — єдиний вітамін, до
складу якого входить метал. Вітамін ВІ2 накопичується переваж-
но в печінці, селезінці та кістковому мозку. У разі його відсут-
ності розвивається дуже тяжке захворювання — злоякісне недо-
крів’я.
Для нормального розвитку живих організмів чи не найнеоб-
хідпіпіим є молібден. У рослинах він каталізує відновлення ні-
тратів до амінного азоту, який входить до складу амінокислот
і білківГ Молібден сприяє засвоєнню рослинами кальцію і пере-
творенню мінеральних фосфатів у фосфоровмісні органічні спо-
Надзвичайно важливу роль відіграє молібден і в тваринних
організмах. Тут варто згадати лише про молібденовмісний фер-
мент ксантиноксидазу. Цей життєво важливий фермент прискорює
43
азотний обмін в організмі і насамперед пуриновий обмін. Ксанти-
ноксидаза — це складний білок з молекулярною масою 300000 в.о.
Активна група цього ферменту містить 8 атомів заліза і 2 атоми
молібдену. Внаслідок розпаду пуринів у організмі утворюється
сечова кислота. Якщо цієї кислоти утворюється багато, то нирки
не встигають її пиводит:* і тоді вона та її нерозчинні солі (уреати)
відкладають^.' в суглобах та м’язових сухожиллях, що спричи-
нює хворобу.
МЕТАЛИ І> МОЛЕКУЛЯРНИХ
«КЛЕШНЯХ-
Є чимало сполук, структура яких наїадує клешні рака чи кра-
ба, які «мертвою хваткою» тримають здобич. Такі цікаві сполуки
називаються хелатами (від грецького «хел?» — клешня). А утво-
рюються вони так: молекула речовини своїми двома, трьома,
а то й більшою кількістю атомів міцно зчеплюсться з атомом
металу. Отже, молекула, що утворює з металом клешнеподібний
комплекс, має бути полідентатнзю, тобто «багатозубою». Потра-
пивши в «полон» до такої молекули, металег.кй атом-бранець
перебудовує свою електронну оболонку. В свою чергу він впли-
ває і на молекулу. Внаслідок цього одні електронні орбіталі
комплексу стискуються, інші розширюються. Молекула-клешня
посилає свої електрони на орбіталі атома металу. Такий зв’язок
називають донорно-акцепторним. У свою чергу атом-бранець
посилає свої електрони на орбіталі молекули-клешні. Це так зва-
ний зворотний донорно-акцепторний, або дативний зв’язок.
Отже, і молекула-«хижак» і атом-«здобич» істотно змінюються,
пристосовуючись до співіснування. Завдяки цьому в хелата з’яв-
ляються особливості, яких не було в його складових частин до
комплексоутворення: змінюються забарвлення, розчинність, тер-
мічні, електричні, магнітні та інші властивості.
Якщо добавити розчин якої-небудь амінокислоти, наприклад
гліцину, до світло-блакитного осаду дигідроксиду міді, останній
легко розчиняється. При цьому утворюється темно-синій розчин
аміноацетату міді. Та розчин цієї солі на відміну від розчинів
СиЗО^, Си(МО3)2, Си(СН3СОО)2 тощо струму не проводить. Отже,
в розчині вільні катіони й аніони відсутні, а отже, структурі
аміноацетату міді не може відповідати така формула,*
ІХГН2—СН2 \
| Сиг+.
соо-Д
44
\ Насправді ж кожний залишок амінокислоти — бідентатний
/«двозубий»). Два аміноацетатних аніони захоплюють своїми чо-
тирмЧ «клешнями» (чотирма «зубами») атом міді:
\ сн2—нн2 о—с=о
\
\ о=с — СУ н2й—сн2.
Подібні сполуки дуже тривкі. Чимало їх (бетадикетонати ме-
талів, основний гексаацетат берилію тощо) навіть переганяються,
не розкладаючись.
Осади біс-диметилгліоксимонікелю, а також паладію випадають
з лужних розчинів, тоді як аналогічні хелати заліза (II), кобальту,
міді та інших металів розчинні. Це широко використовують для
кількісного визначення нікелю в залізних метеоритах, у земних
сплавах: нержавіючій сталі, монель-металі, нойзільбері, ніхромі
тощо, а також у різноманітних рудах та мінералах.
Забарвлення зеленого листя рослип, червоної крові людини
і блакитної крові восьминога, чи спрута, залежить від хелатів:
хлорофілу, гемоглобіну та гемоціаніну.
Хелати відіграють важливу роль не тільки у природі. За їх
допомогою розділяють і виділяють у чистому вигляді рідкісно-
земельні й зауранові метали, добувають високочисті реакторні
матеріали, проводять хімічні аналізи, «пом’якшують» воду.
Хелати допомагають значно довше зберігати ракетне пальне,
вершкове масло, м’ясо, консервовану кров тощо. Останнім часом
хелати деяких перехідних металів застосовуються як робоче
тіло лазера.
хімічні «бутерброди»
Останнім часом інтенсивно розвивається хімія так званих
«сендвічевих» («бутербродних») сполук. їх будова досить оригі-
нальна — атом металу розміщується між двома плоскими моле-
кулами, подібно до бутерброда. Перша така сполука — бісцикло-
пентадієнілзалізо, або фероцен, синтезована в 1951 р. англійським
студентом Кілі та його керівником, відомим хіміком Посоном
(див. малюнок).
Не менш цікавою є й інша сполука — дибензолхром, яку
можна добути внаслідок взаємодії гексакарбонілу хрому з бен-
золом:
Сг(СО)в + 2СвН„ = Сг(СвІІе)2 + 6СО і .
45
Хімічні «бутерброди».
Дибензолхром — коричнево-чорна, нерозчинна у воді сполука,
яка розкладається на хром і бензол при температурі, вищій від
300° С. Така міцна сполука утворюється в результаті «усуспіль-
нення» електронів вуглеводневих циклів і атомів металу. У ди-
бепзолхромі утворюється дванадцять ковалентних зв’язків між
кільцями бензолу і атомом хрому. Отже, хром у цьому «сендвічі»
аж дванадцятивалентний, хоч ступінь його окислення формально
дорівнює нулеві.
Розглянуті речовини важливі не тільки з погляду теорії. Чи-
мало їх уже застосовується в багатьох галузях науки і техніки.
46
ЙОДИДИ ПРОТИ ГРАДУ
«[лося 9 червня 1939 р. в горах Північного Кавказу,
аини ніщо не віщувало небезпеки. Та раптом брудно-
а хмара, що виринула із-за гір, затьмарила все. Те,
далі, очевидці ще й тепер згадують з жахом. Вдалось
тільки одному чабанові, а двадцять його товаришів
5 граду. Градини в поперечнику досягали 8—10 см.
гічні історії не поодинокі. Найбільшої шкоди град
завдає сільському господарству. Раніше тільки в передгір’ях
Північного Кавказу, на Кубані та в Ставропіллі град вибивав
тисячі гектарів посівів — зернових культур, баштанів, городини,
виноградників і садів.
Та виявляється, з градом можна боротися. Піонерами у цій
важливій господарській справі є радянські науковці. Вони пер-
шими винайшли дійові способи боротьби з градоутворенням. Спо-
чатку градові хмари виявляють радіолокаторами, а потім обстрі-
люють спеціальними снарядами із зеніток. Вибухаючи всередині
крижаної хмари, снаряди розпилюють у ній дрібненькі кристали
йодидів срібла або свинцю. Міріади таких мікроскопічних крис-
талів стають центрами кристалізації, які починають обростати
кригою. Невеликі градинки, потрапляючи в теплі повітряні
шари, тануть і випадають у вигляді дощу.
ІНЕРТНІ, РІДКІСНІ ЧИ БЛАГОРОДНІ?
З моменту відкриття газів — гелію, неону, аргону, криптону,
ксенону та радону хіміки уперто й завзято боролися з їх пасив-
ністю. Діяли на них активними металами і неметалами, агресив-
ними хімічними сполуками, розжарювали до температури кілька
тисяч градусів, охолоджували мало не до абсолютного нуля,
діяли світлом і електричним струмом. Але марно. «Хімічні ледарі»
не здавались, вони нізащо не хотіли вступати в хімічні реакції.
Зневірившись, хіміки втратили будь-яку надіто на успіх і зро-
били висновок, що інертні гази взагалі нездатні до утворення
хімічних сполук. Така слава зберігалась за ними донедавна.
Сполуками «хімічних ледарів» марили не тільки вчені, але й
письменники-фантасти. У романі «Війна світів» англійський
письменник Г. Уеллс розповідає про війну, розв’язану косміч-
ними пришельцями-марсіанами на Землі. На румовищах своєї
колишньої цивілізації земляни несподівано знаходять чорну ре-
човину смертоносну отруту, яка, буцімто, виявилась хімічною
сполукою «ледачого газу» — аргону...
47
Йшли роки, а до відкриття хімічних сполук благородних
газів було ще далеко. Щоправда, деякі вчені все-таки висловлю-
вали досить оптимістичні прогнози щодо їх синтезу. У 1933 р.,
розвиваючи свою теорію валентних зв’язків, видатниіу амери-
канський хімік-теоретик Лайнус Полінг, разом з іншим теорети-
ком Г. Оддо передбачив існування фторних і кисневих сполук
криптону і ксенону. Обидва вчені вважали, що енергія і довжини
хімічних зв’язків, а також можливі розташування атрмів дадуть
змогу утворювати такі сполуки. Вони назвали формули деяких
можливих сполук благородних газів: КгГв, ХеЕс. Н4ХеО6. З того
часу минуло майже ЗО років і ось... У 1962 р. канадський хімік
II. Бартлет, вивчаючи властивості гексафториду платини —
141%, виявив, що ця сполука надзвичайно агресивна і відриває
електрон навіть від молекули кисню, після чого утворюється
дуже цікава комплексна сполука О2[РіГ6|. У ній молекула кисню
перебуває у вигляді рідкісного однозарядного катіона О2 . Тоді
Бартлет пригадав, що енергія іонізації молекули кисню близька
до енергії іонізації атома «хімічного ледаря» ксенону. То чому ж
у такому разі не спробувати сполучити ксенон з гексафторидом
платини? Виявилось, що ці речовини легко сполучаються вже
при кімнатній температурі, утворюючи цегляно-червону тверду
сполуку. Вона сублімується у вакуумі, не розкладаючись, а у
воді гідролізується. Бартлет гадав, що він синтезував ХеРіЕ0 —
речовину, аналогічну О2РіГс. Проте пізніше з’ясувалось, що фор-
мула цієї сполуки дещо складніша.
Ці надзвичайно цікаві досліди дали поштовх до грунтовного
і всебічного вивчення хімії благородних газів. Було встановлено,
що нетривкі за звичайних умов гексафториди рутенію, родію та
плутонію легко вступають у хімічну взаємодію з ксеноном і утво-
рюють стійкі сполуки: ХеВиЕв, ХеШіЕв і ХеРиГв. Дослідники
виявили, що при температурі 400—600° С або опроміненні ультра-
фіолетовими променями ксенон сполучається з найагресивнішим
неметалом фтором і утворює безбарвні кристали. Склад синтезо-
ваних кристалів залежить від умов їх добування і відповідає
формулам: ХеЕ2, ХеГ4, ХеЕв.
Тетрафторид ксенону синтезували пропусканням суміші газів
крізь розжарену до червоного нікелеву трубку, бо вільний фтор
нікелю не роз’їдає:
Хе+2Е2 = ХеГ4.
Газоподібний тетрафторид ксенону ХеЕ4 потрапляв у скляну
посудину-пастку, яка охолоджувалася «сухим льодом», змішаним
з ацетоном. У холодній пастці ХеЕ4 кристалізувався. ХеГ4 син-
48
і —78° С.
рид ксенону добули так: крізь сапфірове віконце
,гва5и й іншим способом, а саме: пропусканням електричних
позряд\ крізь газову суміш при температурі —78° С.
Р Дифторид ксенону добули так: крізь сапфірове віконце
Б нікелевому реакторі суміш ксенону і фтору опромінювали
„ьтрафіочетовим світлом, яке викликало ланцюгову реакцію.
Чому ж віконце для реактора виготовляли із сапфіру, а не з квар-
цу, який також чудово пропускає ультрафіолетові промені? Річ
у тому, що'кварц роз’їдається фтором та фторидами ксенону
а сапфір — ні.
Цікаво, що ХеГ2 вдасться синтезувати і без вільного фтору.
Для цього достатньо пропускати електричні розряди крізь суміш
ксенону з такими фторними сполуками, як СГ4, СГ2СІ2 тощо.
ХеГ2 має характерний запах, що викликає нудоту.
ХеГ2, ХеГ4, ХеГв — надзвичайно сильні окисники. За допо-
могою дифториду ксенону вперше в історії хімії пощастило синте-
зувати пербромати — солі перброматпої кислоти НВгО4, а з них до-
бути і саму кислоту — сполуки, які раніше були зовсім невідомі:
КаВгОз + ХеГ2 + 2ХаОН = ХаВгО4 + Хе і + 2ХаЕ + Н2О.
Нагріваючи суміш ксенону з фтором у молярному співвідно-
шенні 1 : 16 до 620° С під тиском 200 ат, югославські хіміки до-
були жовту речовину ХеГ8 — октафторид ксенону. Він існує лише
при дуже низьких температурах і вже при 77° К легко розкла-
дається:
ХеР8 = ХеР„ + Г2.
Тетрафторид ксенону — найбільш стійкий серед подібних
фторидів, однак від контакту із сіркою, а також цукром, ватою,
папером та багатьма іншими органічними сполуками сильно ви-
бухає, подібно до вибухових сумішей горючих речовин з бертоле-
товою сіллю.
Фториди ксенону звичайно зберігають у нікелевій чи тефлоно-
вій тарі. Для зберігання ХеР2 і ХеГ4 придатні також ретельно
висушені кварцові посудини, бо фториди ксенону розкладаються
вологою і виділяють фтороводень, який роз’їдає кварц.
Усі •фторні сполуки ксенону, а особливо ХеГ2,— леткі спо-
луки, причому газоподібні ХеР2 і ХеР4 — безбарвні, а ХеГ8 —
жовто-зелений.
Крім фторидів ксенону, хімікам удалося також синтезувати
і його хлорид. А було це так: у скляну трубку під високим тиском
нагнітали суміш ксенону і хлору, після чого трубку запаювали.
еакція між газами відбувалася досить повільно, проте вже че-
рез кілька днів на стінках трубки з’явився блискучий наліт, а по-
49
тім і невелика кількість кристалів, що своєю формою нагадували
голки; /
Хе + С12 = ХеС12. І
Зараз відомо багато сполук ксенону, таких як ХеОГ/, ХеО2Г2,
ХеО3, ХеО4, Хга4ХеО6, Ка4ХеО6, Хе(С1О4)2 тощо.
З інших благородних газів сполучатися з фторЬм здатний
радон і значно гірше криптон. /
У закритій нікелевій посудині хіміки нагрівали радон з фто-
ром при 400° С, а потім охолоджували до нормально/температури.
І що ж виявилось? Радон не виділявся з посудини, поки темпера-
тура її стінок не досягала 250° С. Дослідники зробили висновок,
що радон з фтором утворює фторид радону, який значно менш
леткий, ніж фториди легшого газу ксенону. При температурі,
нижчій за 500° С, фторид радону, а можливо, суміш його фтори-
дів, повністю відновлюється воднем. Склад і структура фториду
радону поки що не з’ясовані, бо хімікам доводиться працювати
з мізерними кількостями радону — не більш як 1 мкг. До того ж
радон дуже радіоактивний.
Учені вважають, що радон може утворювати такі галогеніди,
як ВнС12, ВпГ2, ВпГ4, ВпСі4,а то й ВпЕ^.
Експериментальне мистецтво сучасних хіміків перемогло
й інертність криптону. Щоправда, криптон завдав ученим чимало
клопоту, адже нагрівання і підвищений тиск тут зовсім не допо-
магали. І тоді хіміки вдалися до низьких температур і тиску,
ультрафіолетових променів, пучків електронів та електричного
розряду. Так, діючи електричним розрядом на суміш криптону
з фтором, вдалося синтезувати тетрафторид криптону КгР4 —
безбарвну кристалічну речовину, яка термічно менш стійка ніж
ХеР4. Вона зберігається тривалий час без розкладу лише при
температурі —78° С і нижче. При кімнатній температурі КгР4
швидко розкладається водою:
КгГ4 + 2ИгО = Кг І + О2 + 4НГ.
Ця реакція є не що інше, як окислення кисню, що входить до
складу води.
Хіміки синтезували також дифторид криптону КгГ2. Ця біла
кристалічна речовина стійка при температурі, нижчій від —78е С.
Як сильний фторуючий агент і окисник КгГ2 надзвичайно жваво
реагує з органічними речовинами. Папір, вата, ефір, спирт,
ацетон тощо від контакту з КгГ2 займаються. КгР2 є також силь-
ним окисником і щодо неорганічних речовин. Він окислює соляну
кислоту з виділенням хлору, окислює і фторує йод і навіть ксенон:
ЗКгГ2 + Хе = ЗКг + ХеЕв.
50
Останнім часом у лабораторіях світу сполуки благородних
азів Хдироко досліджуються. У хімічній літературі повідомля-
гось про можливість синтезу навіть таких сполук, як НеГ, НеГ2,
НеО, МеРг, N60. Проте дехто з учених стверджує, що ці сполуки
навряд чи можна добути, бо, як показують теоретичні розрахунки,
їх молекули матимуть такий великий запас енергії, що буквально
вибухатимуть. Чи вдасться насправді добути колись такі сполуки
іелію, неону, а також аргону, покажуть дослідження в майбут-
ньому. \ . ... .
Після того як у хімії благородних газів з явились справжні
хімічні сполунр, учені замислилися над природою хімічних зв’яз-
ків у них. Як, зокрема, пояснити існування цих загадкових, на
перший погляд, сполук, виходячи з теоретичних уявлень про
надзвичайну енергетичну стійкість завершених електронних обо-
лонок? Самі собою напрошувались припущення, що, можливо,
атоми благородних газів здатні утворювати якісь незвичайні
хімічні зв’язки або ж їм властиве якесь особливе розташування
електронів порівняно з іншими хімічними елементами. Дослід-
ники з різних країн ретельно досліджували будову синтезованих
сполук ксенону і криптону найрізноманітнішими фізичними ме-
тодами, які тільки знає сучасна наука.
На привеликий подив, нічого незвичайного ні в хімічних
зв’язках, ні в будові цих речовин вони не знайшли. Виявилося,
що сполуки благородних газів дуже нагадують давно відомі
сполуки інших елементів, насамперед галогенів. Так, за довжи-
ною хімічних зв’язків, за їх міцністю, за формою молекул
фториди ксенону нагадують фториди йоду, сусіда ксенону по
періодичній системі.
В атомах благородних газів від гелію до радону атомні радіуси
зростають, бо збільшується кількість електронних оболонок
і відповідно слабше притягаються ядром електрони зовнішньої
оболонки. В атомах криптону, ксенону, а особливо радону зов-
нішні електрони найслабше зв’язані з ядрами. Тому за певних
умов (від нагрівання, дії світла чи радіації) зовнішні електронні
оболонки криптону, ксенону та радону збуджуються і «розрих-
ляються». А оскільки в атомів благородних газів зовніпіні елек-
тронні оболонки цілком заповнені, вони можуть з’єднуватися
з іншими елементами, «усуспільнюючи» електрони, тобто утворю-
ючи ковалентні зв’язки. Зокрема, у фторидів благородних газів
валентні оболонки повинні мати більше від восьми електронів.
Отже, уявлення, нібито 8—максимальне число електронів на зов-
нішній оболонці, в значній мірі застаріло. Зокрема, у молекулі
АеР2 валентна оболонка ксенону містить 10 електронів (2 кова-
лентних зв’язки і 3 неподілені електронні пари), а в молекулі
51
«Штурм» інертності благородних газів.
ХеЕ4 — 12 електронів (4 ковалентних зв'язки і 2 неподілені
пари).
Синтез хімічних сполук благородних газів — одне з найвиз-
начніших відкриттів у хімії XX ст. «Над таблицею Менделєєва
навис кошмар фторидів ксенону!» — злякано вигукнув один відо-
мий учений. Але лякатись було нічого. Благородні гази, які ра
ніше вважались інертними, перестали бути «хімічними ледарями»
і перейшли до класу звичайних хімічних елементів. Цим самим
було нарешті розвінчано міф про абсолютну хімічну інертність
благородних газів, що панував у хімії протягом семидесяти
років.
Після відкриття благородних газів їх розмістили в окремій
групі, нульовій, оскільки ці гази уперто відмовлялись з’єдпува
тись з іншими елементами, а отже, проявляли нульову валент-
ність, а точніше ніякої. Нульову групу розміщували по-різному:
то на початку (перед І групою), то в кінці періодичної системи
52
/„ісдя VIII групи хімічних елементів). Як ои там не було, але
введення її до таблиці Менделєєва не було вимушеним заходом
чи якоюсь примхою вчених. Без неї періодична система була б
незавершеною.
Колида були синтезовані сполуки цих елементів, постала про-
блема перебудови періодичної системи. В атомів усіх благород-
них газівдза винятком гелію, на зовнішній оболонці є по вісім
електронівї А раз так, то ці елементи повинні утворювати головну
підгрупу VI,!І групи. На те, що благородні гази повинні входити
саме до VIII групи, вказує також дещо своєрідна хімічна природа
цих елементів, особливо ксенону. Так, з одного боку, ксенон
утворює комплексні сполуки, в яких він трохи нагадує лужні
метали в подібних сполуках, з другого боку, хімічні сполуки
ксенону і криптону дуже схожі на сполуки галогенів, особливо
йоду. І, нарешті, вони дещо схожі з металами VIII групи.
Як бачимо, подвійна хімічна природа благородних газів ука-
зує нд те, що вони повинні розміщуватись між елементами
І та VII груп. Крім того, підвищену інертність мають не тільки
благородні гази. Платинові метали і золото хоч і не входять до
нульової групи, проте хімічно дуже пасивні. Отже, і благородні
гази, і метали родин платини і заліза необхідно й доцільно об’єд-
нати в одну VIII групу, а нульову групу треба взагалі ліквіду-
вати.
Назва «інертні» виявилася непридатною для елементів голов-
ної підгрупи VIII групи. Більш влучні назви для колишніх «хі-
мічних ледарів» — «рідкісні гази», або «благородні гази».
Людина, напевно, знайде застосування сполукам благородних
газів. Радон, як відомо, використовують для променевої терапії.
Очевидно, що стійкі і малолеткі фториди радону також будуть
використані в галузі медицини.
До складу ядерного пального входять радіоактивні крпптоп
і ксеноп. У середньому при розщепленні 4 ядер урану утворює-
ться одне ядро криптону і одне ядро ксенону. Ці небезпечні ра-
діоактивні гази можна вловлювати і зв’язувати у вигляді фтори-
дів. І ксенон, і фтор дуже зручно зберігати у формі ксенонових
фторидів. Ці сполуки ксенону і фтору можна з успіхом використо-
вувати як фторуючі агенти та енергійні окисники Відновлення
фторидів ксенону дає змогу добувати ксенон у дуже чистому
вигляді?
Тріоксид ксенону Хе03, що вибухає з такою самою силою,
як і тротил, може застосовуватись як потужна вибухівка. Ксено-
нати та перксенонати в недалекому майбутньому посядуть важ-
ливе місце в лабораторній та виробничій практиці як сильні
Окисники в різних хімічних процесах.
53
ЗАПАШНИЙ ГАЗ
У природі озон утворюється з молекулярного КИСНЮ ПІД ДІЄТО
ультрафіолетових променів у стратосфері на висоті 15 і—ЗО км
над рівнем океану. Озоновий шар дуже розріджений і якби його
вдалося стиснути при звичайному атмосферному тиску, він би
мав товщину всього 2—3 мм! Незважаючи на це, озон 6 надійним
щитом від палючих і смертоносних ультрафіолетових променів.
Молекули озону вбирають ультрафіолетові промені. Якби рап-
тово зник захисний шар озону, життя на Землі було б швидко
знищене цими променями.
У нижніх шарах атмосфери утворення незначних кількостей
озону спричинюється блискавками, чим і пояснюється відчуття
свіжості в повітрі після грози. Дехто вважає, що повітря у хвой-
них лісах має підвищений вміст озону. Насправді в лісовому
повітрі озону взагалі немає, бо при наявності багатьох органіч-
них речовин, які легко ним окислюються, існування озону просто
неможливе.
Крім суто фізичних методів добування (дії тихого електричного
розряду в озонаторі та ультрафіолетового випромінювання
ртутно-кварцевої лампи), озон, а точніше озонований кисень,
В лабораторіях можна добути також хімічним способом, напри-
клад дією охолодженої концентрованої Н28О4 на сухі ВаО2 або
КМпО4 (нагрівати суміші небезпечно):
ВаО2 ~|“ Н2804 = Ва8О4 (Н2О2),
НгО^О
2О = О2|; ЗО = О3|.
Часто озонований кисень з досить високим вмістом озону
(12,5% і вище) добувають електролізом перхлоратної або суль-
фатної кислот з платиновими електродами (озонований кисень
виділяється на аноді). Для виділення чистого озону його суміш
з киснем зріджують при охолодженні рідким повітрям. Більш
леткий кисень відсмоктують та відганяють у вакуумі. Рідкий
озон —темно-фіолетова рідина. Якщо її охолодити до —251,5е С,
вона замерзає.
Цікаво, що чистий газоподібний озон вибухає навіть від по-
диху. Від удару, струсу, контакту з горючими речовинами, а то й
просто під час переливання з одного резервуару в інший нерідко
може вибухати і рідкий озон. Тому рідкий озон можна застосо-
вувати як окисник у ракетних двигунах не в чистому вигляді, а
у вигляді розчинів у рідкому кисні. І хоч від заміни чистого
54
озону його розчинами теплотворна здатність ракетного пально-
го дещо знижується, зате усувається небезпека вибуху.
Чому ж «запашний газ» такий нетривкий? Причина цього поля-
гає в тому, що озон — ендотермічна сполука, оскільки під час
його утворення вбирається чимало енергії:
ЗО2 = 2О3 — 68 ккал.
Значний надлишок енергії в молекулах озону і зумовлює їх
низьку стійкість. Під час розкладу озону ця енергія звільню-
ється.
У середовищі озону натягнута гума розривається. Це пояс-
нюється тим, що довгі молекули каучуку легко окислюються озо-
ном і руйнуються, внаслідок чого гума втрачає свою пружність
і еластичність, стає крихкою. Це явище називають «хімічним
ножем».
Слід зазначити, що озон руйнує еритроцити крові. Крім того,
цей небезпечний газ спричиняє глибокі спадкові зміни (мутації)
в генах людини, а це може призвести до того, що діти народжува-
тимуться каліками. Новітніми дослідженнями встановлено, що
навіть така мізерна концентрація озону в повітрі, як 0,00001%
за об’ємом, протягом 10 хв чинить на людський організм таку ж
згубну дію, як і 250 рентген радіації. Саме через це в дослідних
лабораторіях і в техніці із «запашним газом» поводяться надзви-
чайно обережно, додержуючи всіх правил техніки безпеки. На
уроках хімії та заняттях хімічного гуртка всі досліди з озонова-
ним киснем чи повітрям треба проводити під сильною тягою,
«ОКИСЛЕНА ВОДА»
«Окисленою водою» назвав пероксоводень французький хімік
Л. Тенар, вперше добувши його у 1818 р. Дослідника вразило те,
що нова сполука нагадувала воду, але розкладалася з утворен-
ням звичайної води і газоподібного кисню, від якого спалахувала
жевріюча скалка.
Розведені розчини «окисленої води» в лабораторії можна до-
бути з пероксидів натрію чи барію. У техніці пероксоводень до-
бувають гідролізом пероксодисульфатної кислоти Н282О8:
Н282О8 + 2Н2О = 2Н28О4 + Н2О2.
Пероксоводень можна добути розкладом органічних пероксоспо-
лук, а також прямим синтезом з газоподібних водню та кисню
в присутності каталізаторів.
55
У техніці добуті розведені розчини П2О2 спочатку переганя-
ють при 60—70° С. При цьому відділяється вода і концентрація
пероксоводню зростає до 30%. Такий розчин надходить у продаж
під назвою «пергідроль». Висококонцентровані розчини П2О2
можна добути відгонкою води від пергідролю спочатку під зниже-
ним тиском, а потім у вакуумі. Так можна виділити і безводний
пероксоводень — безбарвну сиропоподібну рідину, у півтора раза
важчу за звичайну воду.
Безводний Н2О2 замерзає при —1,7° С, а кипить під звичай-
ним тиском при 151° С. При цьому рідина швидко розкладається,
а нерідко й вибухає. Папір, вата, тирса та інші горючі речовини
від зіткнення з безводним або висококонцентрованим Н2О2 спа-
лахують. Концентрований пероксоводень обпікає шкіру, при
цьому вона біліє і на ній утворюються тріщини.
Пероксоводень, як і звичайна вода, добре розчиняє чимало
солей. Цікаво, що чисті Н2О2 і Н2О замерзають близько 0° С,
а їх розчини, навпаки, замерзають при дуже низькій температурі.
Так, 60-процентний розчин Н202 твердне при —53° С.
Концентрований Н2О2 зберігають у бутлях з темного скла,
бо він на світлі розкладається. Швидко розкладають «окислену
воду» навіть незначні домішки таких металів, як мідь, залізо,
марганець тощо. Ще швидше розкладає пероксоводень фермент
каталаза. Вона завжди є в клітинах організму. Без неї організм
загинув би від отруєння пероксоводнем, який утворюється в орга-
нізмі як проміжний продукт окислення. Отож, якщо рану змо-
чити 3-процентним розчином пероксоводню, він раптово «заки-
пає». Це спрацювала каталаза.
Щоб пероксоводень не розкладався, до нього добавляють неве-
ликі дози негативних каталізаторів — інг.ібіторів (Н3РО4,
№а4Р2О, тощо), які зв’язують катіони металів у тривкі комп-
лекси.
Під час другої світової війни якось трапився такий випадок.
На залізничній станції стояла цистерна з висококонцентрованим
Н2О2. Та невідомо чому «окислена вода» в цистерні почала «заки-
пати». Що робити? Гаяти часу пе можна, бо з хвилини на хвилину
міг статися страшної сили вибух. За порадою хіміка, що супро-
воджував цей таємний товар, у цистерну влили відро фосфатної
кислоти. «Кипіння» припинилось.
Ще задовго до війни пероксоводень став секретним стратегіч-
ним матеріалом. В різних документах він фігурував під загадко-
вими назвами (наприклад, компонент Т), які нічогісінько не
говорили навіть досвідченим хімікам. І це не випадково. В лабо-
раторіях і на заводах злочинного концерну «ІГ Фарбеніндустрі»
у глибокій таємниці вишукувались доступні і дешеві способи
56
концентрування пероксоводню. 98—1(Х)-процентний Н2О2 гітле-
рівці використовували для постачання своїх підводних човнів
киснем. Пероксоводень давав можливість підводним піратам
тривалий час перебувати під водою.
Крім того, гітлерівці використовували його в ракетних двигу-
нах «Фау-2». Безводний пероксоводень розкладався за допомогою
каталізатора (розчину Са(МпО4)2). При цьому нагріті і стиснені
кисень та водяпа пара обертали турбіну, яка приводила в дію
насос, що перекачував спирт і рідкий кисень з паливних баків
у камеру згоряння двигуна.
Ще й сьогодні безводний Н2О2 — енергійний окисник у ра-
кетних двигунах та однокомпонентне пальне в безпілотних
літаках-перехоплювачах.
Домішка пероксоводню значно поліпшує властивості дизель-
ного пального. За допомогою пероксоводню як ініціатора полі-
меризації проводять синтез каучуку та інших полімерів. Розведе-
ним пероксоводнем полощуть горло і промивають рани, відбі-
люють шерсть, шовк, пір’я і солому. М’ясо, промите розведеним
пероксоводнем, значно довше зберігається. На хімічних вироб-
ництвах і в лабораторіях ІІ2О2 використовують як енергійний
окисник, а іноді і як відновник.
ЯКА СТРУМИНА СЯЄ ЯК СОПЦЕ?
почалася нова, космічна ера людства, а з
видатних досягнень людського генія в галузі
4 жовтня 1957 р. запуском в нашій країні першого штучного
супутника Землі
нею — ціла низка ......... „......... „„„______ _____ _ ___
підкорення Всесвіту.
Радянські вчені першими в світі почали освоєння космосу,
оа допомогою космічних кораблів і автоматичних станцій вивча-
ють Місяць і планети сонячної системи. Завдяки штучним су-
путникам Землі здійснюється безперебійний далекосяжний ра-
Д|п' і телевізійний зв’язок. На орбітальних станціях вивчають
вемну поверхню і погоду, місця залягання корисних копалин,
вплив невагомості на живі організми тощо.
На навколоземній орбіті народилася нова галузь науки —
осмічне матеріалознавство, адже глибокий космічний вакуум, со-
^ячна енергія і невагомість дають змогу добувати нові речовини
Дивовижними властивостями. Це передусім високочисті й хі-
'чно однорідні сплави та напівпровідники з ідеальною криста-
пп Н°Ю ^Удовою, чудовими фізичними характеристиками. У зем-
х Умовах цього зробити не вдається.
57
Космонавтика своїми грандіозними успіхами великою мірою
завдячує хімії. Саме хімія забезпечує ракетну техніку міцними
й жаростійкими конструкційними матеріалами — різноманітни-
ми сплавами й керамікою, полімерами, джерелами струму і, на-
решті, високоефективним ракетним пальним, про яке й піде
мова далі.
16 вересня 1828 р. після залпу шести потужних порохових
ракет вірні слуги падишаха підняли над неприступною Варною
білий прапор. Турецька залога відчайдушно й фанатично оборо-
няла місто-фортецю. Та винахід нашого славного співвітчиз-
ника — генерала О. Д. Засядька допоміг здобути ще одну блис-
кучу перемогу над військами Османської імперії.
Ракети генерала Засядька містили однокомпонентне паль-
не — чорний порох, горіння якого відбувається без участі
зовнішнього окисника — кисню повітря. Цікаво, що й реактивні
снаряди, якими «частували» гітлерівців гвардійські міномети
«катюші», приводилися у дію завдяки згорянню бездимного
нітрогліцеринового пороху.
У 1881 р. за кілька днів до страти безстрашний революціонер-
вародник М. І. Кибальчич у тюремній камері Петропавловської
фортеці створив перший у світі проект реактивного апарата,
що мав понести людину в космічну далечінь. Винахідник детально
описав свій проект, зробив усі необхідні креслення і математичні
розрахунки. Яке ж пальне має відірвати ракету від Землі і ви-
нести її у міжзоряний простір? Закінчивши свій проект, Кибаль-
чич написав: «Не тільки пресований порох може слугувати цій
меті. Існує багато вибухових речовин, що повільно горять. Мож-
ливо, яка-небудь із цих речовин виявиться ще кращою, ніж пре-
сований порох». Після страти Кибальчича проект реактивного
апарата опинився в архіві царської охранки і лише після револю-
ції побачив світ.
Настав день, коли товсті кам’яні стіни колишньої темниці
здригнулися. У казематах, де колись знемагали цілі покоління
революціонерів, проводилися стендові випробування перших
радянських реактивних двигунів. Так через півстоліття почали
втілюватись у життя геніальні задуми М. І. Кибальчича.
Незалежно від Кибальчича учитель фізики з Калуги К. Е. Ці
олковський перший у світі розробив схему реактивного рідин-
ного двигуна, що працює на двокомпонентному пальному і скла-
дається з відновника і окисника. Як реактивне пальне він, зо-
крема, запропонував суміш рідких водню і кисню.
Крім рідкого водню, у сучасній ракетній техніці використо-
вують як відновники спирт, гас, гідразин, диметилгідразин, гід-
риди, анілін, піридин тощо, а як окисники — рідкі фтор, кисень,
58
розчини озону в рідкому кисні, зріджені С1Г3, ОЕ2, М2О4, тетра-
нітрометан, безводні пероксоводень, азотну, перхлоратну кислоти
тош°-
Ракетне пальне оцінюють за допомогою так званого пито-
мого імпульсу. Під цією величиною розуміють такий проміжок
часу, протягом якого 1 кг пального, згоряючи, розвиватиме
в двигупі постійну тягу 10 Н. Наприклад, 1 кг водню, згоряючи
в суміші з кпснем протягом 391 сек, створюватиме увесь цей час
реактивну тягу 10 Н. Отже, питомий імпульс такого пального ста-
новитиме 391 сек. Чим вищий питомий імпульс ракетного паль-
ного, тим воно ефективніше, потужніше.
Застосування як окисника рідкого фтору дає змогу досягати
в камері згоряння ракетного двигуна дуже високих температур—
аж до 8000° С! Така вогняна реактивна струмина сяє яскравіше
за сонце...
Буремного 1918 р. один з корифеїв астронавтики — радянський
учений і винахідник Ю. В. Кондратюк — тоді ще юний полтав-
ський гімназист, а згодом студент Київського університету, за-
пропонував як високоефективне пальне для ракет метали та деякі
їх сполуки. Пізніше він блискуче розвинув цю ідею в своїй
книжці «Завоювання міжпланетних просторів», яка побачила
світ 1929 р.
Виявляється, що для виготовлення металевого пального при-
датні літій, магній, алюміній, рідкісноземельні метали, цирконій,
а особливо берилій. Металеве пальне на основі берилію має один
з найвищих питомих імпульсів, адже внаслідок згоряння 1 кг
цього легкого металу вивільнюється 15900 ккал енергії. Усі зга-
дані метали можна спалювати в ракетних двигунах не лише
в розплавленому чи розпиленому стані, а й у вигляді суспензій
у рідкому пальному. Так, колоїдне берилієве пальне може
з успіхом замінити вибухонебезпечну суміш рідких водню й озону,
яку також винайшов Ю. В. Кондратюк.
Незалежно від Ю. В. Кондратюка ідею використання метале-
вого пального висунув і інший піонер космонавтики — радян-
ський учений і винахідник Ф. А. Цандер. Він, зокрема, запро-
понував спалювати під час польоту відпрацьовані металеві сту-
пені космічних ракет.
Зараз проводяться інтенсивні пошуки принципово нових видів
ракетного пального. Передусім неабиякий інтерес являють хімічні
сполуки, які містять одночасно активні відновники і окисники.
Уже^ не за горами той час, коли в авіацію та астронавтику
прийдуть ядерні, термоядерні, іонні та інші двигуни.
59
«грецький вогонь»
Як відомо з історії, греки-візантійці (ромеі) володіли страш-
ним «грецьким вогнем», яким вони наганяли жах на ворога Один
з давніх літописів розповідає, як 670 р. арабська флотилія піді-
йшла до берегів Візантії. Ромеї підпустили супротивника на
близьку відстань і почали викидати в море з довгих мідних труб,
прилаштованих до носових частин суден, вапно, змочене нафтою.
Як тільки ця суміш торкалася води, море «займалося». У цьому
пекельному вогні ворожий флот згорів дотла.
941р. під мурами Царграда-Константинополя ромеї спалили
флот князя Ігоря, який налічував близько 1000 суден. У славно
звісному літописі «Повість временних літ» наводиться свідчення
очевидців цього жахливого видовища: «Немов блискавку... яка
на небі, греки мали у себе і пускали її, спалюючи нас, через це
ми і не здолали їх». Дружинники князя Ігоря намагались вряту-
ватися від нищівного вогню. Вони накривались мокрими воло-
вими шкурами та шкуратяними щитами, але марно. Загасити
«грецький вогонь» водою було неможливо. Його вдавалося пога-
сити лише піском. Через це ромеї і використовували свій страш-
ний винахід переважно в морських битвах. Цікаво, що «грецький
вогонь» самозаймався не лише від контакту з вогнем чи водою.
Він спалахував уже від яскравого сонячного проміння, а від
сильного удару загорявся з вибухом.
Склад «грецького вогню» і спосіб його виготовлення ромеї
тримали у величезній таємниці. Гадають, що він містив нафту,
дьоготь, горючі олії, сірку, селітру, негашене вапио, клей та
деякі інші речовини. Нагадував «грецькийвогонь» сучасні напалм
і порох. На думку радянського вченого А. М. Голуба, самоспа-
лахування «грецького вогню» пояснюється наявністю в ньому
домішки фосфідів кальцію. Річ у тому, що вапно в давнину добу-
вали досить примітивним способом — шматки вапняку обпалю-
вали в багатті. Вапняки ж часто містять домішку фосфориту.
У палаючому вогнищі відбувалися такі реакції:
СаСО3 = СаО + СО2 ф ;
Са3(РО4)2 + 8С = Са3Р2 + 8СО;
Са3(Р04)2 -|- 7СО = Са2Р2 Ч- СаО 4 /СО2.
Як тільки вапно торкалося води, фосфіди кальцію вмить розкла-
далися:
Са3Р2 + 6Н2О = ЗСа(ОН)2 -|- 2РН3 | (фосфін);
Са2Р2 + 4Н2О = 2Са(ОН)2 + Р2Н4 | (гідрфосин).
60
Застосуванні! «грецького вогню»
в бою (з літопису X ст.).
Водневі сполуки фосфору від контакту з повітрям самозаймались
РН3 + 2О2 = Н3РО4;
2Р2Н4 + 7О2 = 2Н3РО4 + 2НРО3
і підпалювали нафту, дьоготь, сірку та інші горючі компоненти
«грецького вогню».
ХОЛОДНЕ ГОРІННЯ
У сучасній техніці почали успішно використовувати нові дже-
рела електричного струму — паливні елементи. У них струм
виникає внаслідок хімічної взаємодії горючих речовин — водню,
бензину, дизельного пального, вугілля, природного газу, аміаку,
61
Схема і принцип дії
воднево-кисневого паливного елемента.
металів в різними окисниками і найчастіше з киснем. Тут ми
маємо справу з прямим перетворенням хімічної форми енергії
в електричну. А оскільки ці процеси відбуваються при досить
низькій температурі, то й дістали вони назву «холодного горіння».
Найбільшого поширення набули воднево-кисневі електрохі-
мічні генератори. Електроди для них виготовляють з каталі-
тично активних металів (з губчатих нікелю або платини — водне-
вий електрод і активного срібла — кисневий), як електроліт
використовують луг або розчин кислоти. У цих елементах катод
омивається струминою водню, а анод — струминою кисню. Елек-
тричний струм генерується при безпосередньому контакті трьох
фаз — газоподібної (водень, кисень), рідкої (луг або розчин кис-
лоти) та твердої (матеріал електродів). На поверхні катоду моле-
кули водню втрачають свої електрони і з'єднуються з гідроксмд-
62
іонами лужного електроліту. При цьому утворюються молекули
води:
2Н2 + 4ОІІ- = 4И2О + 4е.
На аноді молекули кисню приєднують електрони, які руха-
ються по провіднику від катода, з'єднуються в молекулами води,
внаслідок чого утворюються гідроксид-іони:
02 + 4е + 2Н2О = 40Н-.
Паливні елементи своїм к.к.д. майже вдвічі перевищують уже
давно існуючі силові установки і передусім теплові двигуни (па-
рові турбіни, дизелі тощо). Крім того, паливні елементи мають
досить просту конструкцію, у них немає рухомих частин, вони
довговічні, працюють без шуму і не утворюють отруйних вихлоп-
них газів та кіптяви.
Паливні елементи уже успішно використовують для живлення
переносних радіопередатчиків та радіолокаційних пристроїв.
Тривалість роботи таких джерел струму досягає 100 год, тоді
як сухі гальванічні батареї працюють не більш як 12 год.
У американській космічній техніці — на штучних супутниках
і кораблях поряд із сонячними батареями та радіоізотопними
джерелами енергії широко застосовуються п паливні елементи.
Це передусім уже відомі воднево-кисневі електрохімічні генера-
тори. Вонп повністю забезпечують потребу в електроенергії для
живлення радіо- і телеапаратури, приладів та побутових потреб
космонавтів.
Для тривалих польотів у-космос неабиякого значення набудуть
і так звані біохімічні паливні елементи. У них окислювально-
відповні перетворення здійснюються за допомогою мікроорганіз-
мів, у результаті чого і генерується електричний струм. У земних
умовах такі біоелементи як пальне споживають білки, жири,
цукри, крохмаль, а також клітковину (солому, листя, хмиз тощо).
В умовах космічного польоту в біоелемептах перероблятимуться
відходи людської життєдіяльності, а натомість утворяться елек-
тричний струм, питна вода та нешкідливі побічні продукти (СО„
К2, солі тощо).
Та найперспективніші галузі використання воднево-кисневих
паливних елементів — транспорт, ядерна енергетика та гідро-
енергетика. Так, при малому навантаженні електростанції (на-
приклад, вночі, коли працює мало споживачів електроенергії^
паливний елемент функціонує як електролізер — розкладає воду
і накопичує водень і кисень у газгольдерах високого тиску, ща
ваховані глибоко під землею. При перевантаженні електростанції
63
воднево-кисневий елемент «спалює» стиснені водень і кисень,
а отже, працює вже як електрохімічний генератор, тобто вироб-
ляє додатковий електричний струм.
ХОЛОДНЕ СВІТЛО
Біблійна легенда розповідає... Перські війська взяли в облогу
давній Вавілон. Та обложені — цар Валтасар і його піддані
не журилися. Адже височезні і товсті мури столиці — непри-
ступні, у місті було вдосталь води, вина та їстівних припасів.
Якось Валтасар влаштував бучний бенкет. На бенкеті
прославляли вавілонських ідолів, які немовби не раз дарували
перемогу над ворогом. Валтасар частував гостей із священного
золотого і срібного посуду, награбованого в Єрусалимському
храмі.
Аж раптом у розпалі бенкету на стіні палацу показалась
людська рука і стала повільно писати загадкові вогняні знаки;
«мене, текел, перес». Побачивши їх, «цар змінився на лиці своєму,
думки його переплутались». Волхви, які були на бенкеті, пе
змогли прочитати і розтлумачити ці зловісні знаки. І тоді при-
вели до царя старезного пророка Данила. Він так сказав цареві:
«За те, що ти вихваляв ідолів, а не пошанував господа небес,
за те, що частував гостей із священного посуду, за те й послано
від нього кисть руки, яка оце написала... Ось що означають ті
слова: «мене» — обчислив бог царство твоє і поклав кінець йому;
«текел» — тебе зважено на вагах і знайдено, що ти дуже легкий:
«перес» — розділено царство твоє і віддане мідійцям та персам».
«Тієї ж ночі, продовжується в стародавній легенді, Валтасара
було вбито».
Як бачимо, легенда приписує «вавілонське чудо» вищій силі —
богові. Однак у свіченні знаків немає нічого надприродного і не-
звичайного, бо воно може відбуватися завдяки хімічним про-
цесам. Адже добре відомо, що під час багатьох хімічних процесів
вивільнюється енергія переважно у вигляді тепла або тепла і світ-
ла. Іноді буває так, що хімічна енергія випромінюється у вигляді
«холодного» світла, так що температура реакційного середовища
при цьому майже не змінюється. Такі реакції дістали назву хемі-
люмінесцентних, а саме явища — хемілюмінесценції. Майже всі
хемілюмінесцентні реакції є процесами окислення речовин кис-
нем або пероксоводнем. У хемілюмінесцентних процесах здебіль-
шого окислюються органічні сполуки: флавінмопонуклеотид
люциферин, люцигепін, люмінол, пірогалол, диметилсульфокснд
та багато інших.
64
Хемілюмінесценція досить поширена в природі. Світяться
гриби, деякі бактерії і тварини — медузи, морські і наземні
черви, слимаки, ракоподібні, глибоководні риби, деякі комахи
тощо. При постійному припливі вільного кисню більшість світних
організмів випромінюють холодне сяйво безперервно. В інших же
істот хемілюмінесценція відбувається у вигляді окремих спалахів-
сигналів, наприклад під час голодування або розмноження,
як це буває в деяких комах.
Особливо поширені світні організми в царстві Нептуна. Тут їх
часом розмножується так багато, що вночі море яскраво світиться.
Теплими літніми ночами можна спостерігати свічення води в Чор-
ному морі. Це випромінюють холодне сяйво міріади одноклітин-
них бактерій ночесвіток. Сильний удар весла або збурення води
гвинтом корабля — і море відразу спалахує зеленкуватим сяйвом.
Тоді за кормою тягнеться довгий сяючий шлейф. Це красиве ви-
довище спричинене збагаченням морської води киснем, коли крізь
її товщу прориваються пухирці повітря. Холодне свічення бакте-
рій від цього різко зростає. Цікаво, що в таких бактерій енергія
випромінювання становить близько 0,15% від калорійно-
сті їжі, якою вони харчуються.
У глибинах океану, куди ніколи не проникає сонячне світло,
глибоководні риби і головоногі молюрки мають складні й доско-
налі органи свічення — фотофори (світлоносці). Фотофори •— це
живі оптичні апарати із своєрідними лінзами, рефлекторами
і ліхтарями, що випромінюють сліпуче «холодне» сяйво без
ореолу. Нерідко світлоносні органи глибоководних істот мають
шар кольорових клітин, що відіграють роль світлофільтра, а та-
кож забезпечені своєрідними затворами, якими мешканці глибин
відкривають і закривають свої «прожектори». Інколи інтенсив-
ність свічення регулюється розширенням або звуженням крово-
носних судин, які постачають світлоносні органи киснем.
Фотофори вмикаються, світяться і вимикаються за командою,
що надходить у вигляді імпульсів з центральної нервової системи.
«Холодне» світло глибоководні риби випромінюють для того, щоб
освітлювати навколишнє середовище та принаджувати здобич,
як це робить, наприклад, риба морський чорт. Каракатиці і кре-
ветки з наближенням небезпеки викидають із себе назовні хмару
світної рідини, засліплюють нею хижаків, а самі тим часом хутко
зникають, прикриті «димовою завісою».
Досить часто трапляються випадки, коли звичайно несвітні
організми чи речовини раптом починають світитися. Однією з при-
чин такого явища є зараження їх світлоносними, здебільшого
хвороботворними бактеріями. Це так зване несамостійне свічення,
прикладами якого є свічення гусені, комарів, гнилого м’яса
З 0 246
Бібліотечна книга
65
та риби. Несамостійне свічення можна іноді спостерігати в лісі,
якщо в темряві розбити трухлявий пень. «Холодне» світло, що
при цьому спалахує, належить грибниці опеньків та грибам, що
розвиваються на гнилій деревині.
Надзвичайно цікавими світлоносними істотами є й маленькі
жучки-світлячки, які спалахують жовто-зеленим світлом у період
розмноження. Саме із світлячків були вперше екстраговані й ви-
ділені в кристалічному стані дві речовипи, завдяки яким власне
і відбуваються хемілюмінесцентні реакції в живих організмах.
Перша з пих — люциферин, молекула якого має таку будову:
Добутий у кристалічному вигляді люциферин можна окислити
в пробірці або колбі звичайними окисниками, та при цьому енер-
гія вивільнюється у вигляді тепла, а не світла. Отже, другою спо-
лукою, яку виділили із світлоносних жучків, і є хемілюмінес-
центний каталізатор — термічно нестійкий фермент люциферази,
що має молекулярну масу близько 100 000. Процес ферментатив-
ного окислення люциферину дуже складний і відбувається в кіль-
ка стадій, окремі ланки яких вивчені ще досить мало. До того ж
хемілюмінесцентні реакції з участю люциферину і люциферази
відбуваються лише в розчині.
Цікаво, що різні світні організми мають різні люциферини
і люциферази, а отже, і випромінюють світло у різних ділянках
спектра. Через це «холодне» світло може бути білим, червоним,
жовтим, зеленуватим, блакитним, зокрема, уругвайський «заліз-
ничний черв’як», випромінює «холодне» сяйво» двох кольорів:
зелене — уздовж тіла і червоне — у його головній частині. Такий
«різнобарвний» черв'як є своєрідним світлофором, в якому «горять»
відразу два «сигпальні вогні».
Люциферазпі реакції строго специфічні й вибіркові. Так, змі-
шування люциферину від одного виду світних організмів з люци-
феразою, взятою від іншого виду, спричинює «холодне» свічепня
лише тоді, коли ці види близькі.
Для хемілюмінесцентної реакції комахам, крім люциферину
і люциферази, необхідні також аденозинтрифосфатна кислота
(АТФ) і катіони магнію. Під час гідролізу АТФ вивільнюється
енергія, яка й активує ферментативну реакцію окислення люци-
ферину. При відсутності АТФ ця система «не спрацьовує».
На першій стадії відновлений люциферин (ЬН2) реагує з АТФ.
При цьому виникає активна сполука аденозинмонофосфатної
66
кислоти з люциферином (люцифериладенілат), яка міцно зв’язує-
ться з каталітичним центром люциферази (Е). Під дією молеку-
лярного киспю зв’язаний з ферментом люцифериладенілат окис-
люється. При цьому утворені продукти окислення випромінюють
зайву енергію у вигляді «холодного» світла і таким чином пере-
ходять до незбуджепого етапу:
[ЬН2—АМФ—Е| + О2 -> Продукти окислення + світло.
Цікаво, що кожна молекула окисленого люциферину випромі-
нює лише один фотон світла, довжина хвилі якого (а отже, й ко-
лір) залежить від природи ферментного білка. На це вказує
хоча б той факт, що різні види світлячків, які мають цілком то-
тожні люциферини, випромінюють кванти світла з різною дов-
жиною хвилі.
Досі йшлося про люциферин та пов’язані з ним хемілюмінес-
центні реакції. У хімічних лабораторіях найчастіше застосовують
простішу сполуку — люмінол (не слід плутати із сильним сно-
творним препаратом — люміналом — феніл-етил-барбітуровою
кислотою).
Люмінол окислюється пероксоводнем у лужному середовищі
під дією деяких каталізаторів (солей міді, кобальту, заліза тощо).
При цьому випромінюється блакитне сяйвоі
Н
Си2,*Со2', [Ее(СМ)6]3"
+ 3 І-----------------—-
-і
О
хн
+ Й2І + 4Н23 + св|тло •
Останнім часом хемілюмінесценцію широко використовують
у хімічному аналізі. Так, визначати кислоти в забарвлених та
каламутних розчинах титруванням лугом у присутності кислотно-
основних індикаторів неможливо. Якщо ж до досліджуваного
розчину добавити люмінол, НаОа і каталізатор, а потім титрувати
лугом, то в точці еквівалентності від зайвої краплини лугу розчин
раптово засвічується. Титрування проводять у темній кімнаті.
Хемілюмінесцентних реакцій, що відбуваються з участю ви-
ключно неорганічних речовин, відомо мало. Тут можна вказати,
зокрема, на так^ реакцію:
2КаОН + Н2Оа + С12 = 2ХаС1 + 2Н2О + О2 { + світло.
67
Свічення білого (жовтого) фосфору на повітрі — теж хемі-
люмінесцентна реакція. Окислення білого фосфору киснем —
ланцюговий процес і складається а цілого ряду реакцій. Па пер-
тій стадії окислення утворюються активні радикали фосфіду
(РО), які вступають у наступні реакції:
Р4 + 4О2 = 4РО + 40+Сі + Ь;
4РО + 02 = РіОд + Са + Л».
Теплота, що виділяється при цьому, відразу вбирається під час
утворення молекул озону:
40 + 4О2 = 403 —
Цікаво, що при цьому навколишнє повітря сильно іонізується,
про що свідчить різке зростання його електропровідності. Це
пояснюється утворенням вільних радикалів та іонів під час лан-
цюгових реакцій.
Зелена хемілюмінесценція вогкого фосфору, очевидно, пов’я-
зана з утворенням під час його окислення дуже активного ради-
калу ПРО, який зазнає дальших перетворень.
СЕЛІТРА 3... КОШАРИ
Найголовнішою складовою частиною чорного (димного) по-
роху є калійна селітра К1Ч08. Протягом багатьох століть її добу-
вали промиванням грунту.
Після буржуазної революції 1789 р. Франція опинилась у міц-
ному кільці облоги. Англійці на морі, австрійці й пімці на суші
не пропускали на французьку територію жодного корабля чи обозу
із селітрою. Революційний уряд наказав «усім і кожному проми-
вати землю зі своїх льохів, стаєнь, кошар і корівників». Далі
в урядовому наказі мовилось таке: «Ті, хто знехтував би обов’яз-
ком вилучати з надр землі основний елемепт зброї для поразки
тиранів, були б негідниками або контрреволюціонерами». По всій
Франції було організоване селітроваріння, завдяки чому кустар-
ним способом було добуто багато селітри, необхідної для оборони
країни. Як саме вилучалась із землі селітра?
У стайнях, корівниках, кошарах тощо грунт увесь час просо-
чується азотовмісними екскрементами, насамперед сечею. У землі
виділення гниють і аміак, який при цьому утворюється, окислює-
ться мікроорганізмами спочатку до нітритної, а потім до нітрат-
ної кислоти, що з карбонатами грунту утворює нітрати, переважно
68
нітрат кальцію. Таку землю спочатку промивали гарячою водою,
фільтрували, а після цього до фільтрату добавляли поташ:
Са(ТТО3)2 + К2СО3 = СаСО31 + 2КГЮ3.
Розчин нітрату калію відокремлювали від осаду й упарювали
до кристалізації. Добуті кристали нітрату калію очищали пере-
кристалізацією.
Іноді селітру вилучали із землі так званих селітряниць. Це
були купи різних покидьків, екскрементів, гною, сміття, перемі-
шаних з вапняком або вапном. Після перегнивання з таких сумі-
шей вимивали нітрат кальцію, який перетворювали у калійпу
селітру. т
РЕЧОВИНИ-НЕДОТОРКИ
Серед величезного розмаїття хімічних сполук іноді трапляють-
ся справжні недоторки, які легко вибухають уже від слабкого
тертя, струсу, дотику і навіть різкого звуку. Надзвичайна нестій-
кість таких сполук пояснюється тим, що в них хімічні зв’язки
мають занадто великий запас енергії, а через це дуже перенапру-
жені і нетривкі. Саме тому вони легко розриваються і в процесі
вибуху прихований до того надлишок енергії вилучається у ви-
гляді тепла і світла. При цьому стиснені гази виконують величезну
механічну роботу.
Насамперед слід вказати на добре відому сполуку чорного
кольору N13 НН3, яка випадає в осад, коли до розчину йоду
в йодиді калію долити водного розчину аміаку. У вологому стані
ця речовина більш-мепш стійка, суха ж сильпо вибухає вже від
незначного дотику (навіть коли на неї сідає муха), а то й різкого
звуку. При цьому вивільнюється елементарний йод у вигляді
красивої червоно-фіолетової хмари;
2Ш3 • N11, = 2ИН3 | + Ка | + ЗІ21.
Надзвичайно вибухонебезпечний і трихлорпий азот ИС13.
Вперше його добув у 1811 р. французький хімік П. Дюлонг. Ста-
лося так, що несподіваним вибухом N^3 досліднику вибило око
і відірвало три пальці правої руки. А через два роки під час до-
слідження цієї самої сполуки лихо спіткало і англійських уче-
них — Г. Деві і М. Фарадея.
Небезпечний і гіпохлоритний ангідрид (геміоксид хлору
С12О). Рідкий С)2О досить часто вибухає вже при переливанні
з однієї посудини в іншу. Подібним чином поводить себе і рідкий
азидоводень Н1\’3.
69
Не менш цікавою є координаційна сполука перхлорату нікелю
з гідразином ІІЧЦМгН-а)»! (СЮ4)2. Уже від легкого збовтування
у воді незначної кількості цієї нерозчинної солі вона розкла-
дається із сильпим вибухом, що нерідко призводить до тяжких
наслідків. Надзвичайно вибуховими у твердому стані є продукти
приєднання органічних сполук до перхлоратів полівалентних
металів, зокрема кристалосольвати перхлоратів кадмію, свинцю,
ртуті та інших важких металів з діоксаном.
Та найстрашнішими сполуками серед вибухових перхлоратів
є складні ефіри перхлоратпої кислоти СН3ОС1О8, С2Н5ОС1О3,
С3Н7ОС]О3 тощо. Перші їх дослідники Мейєр і Шпорман писали
в 1936 р., що «вибухи перхлоратпих ефірів гучніші і мають більшу
руйнівну силу, ніж вибухи будь-якої іншої сполуки».
При тривалому стоянні аміачних розчинів солей срібла, в яких
воно перебуває у вигляді комплексних катіонів [А£(Г'ІН3)2]+,
з них випадає темний осад нітриду срібла Ад3ІЧ, який на честь
першовідкривача названий «гримучим сріблом Бертоле» (не слід
плутати з АкОіУС — сіллю гримучої (фульмінатної) кислоти).
А§3ІЧ розкладається з вибухом навіть у вологому стані. Відомі
випадки, коли хіміки намагались промити його в чашці з проми-
валки. При цьому «гримуче срібло Бертоле» вибухало від попа-
дання на нього кількох крапель води.
До тяжких, а то й трагічних наслідків нерідко приводить
необережне поводження із сумішшю бертолетової солі з червоним
(фосфором (суміш Армстропга). Така суміш оглушливо вибухає
вже від слабкого натискування, тертя або необережного змішу-
вання її компонентів. Це пояснюється тпм, що хлорат калію вмить
піддає свій кисень (фосфору, а сам відновлюється до хлориду:
10КСЮ3 + 12Р = ЗР4О1о + 10КС1.
При демонструванні цієї реакції на лекціях, уроках хімії чи за-
няттях гуртка реактиви беруть у мізерних кількостях (на кінчику
скальпеля) і змішують їх дуже обережно на папірці.
ГРИМУЧІ ГАЗ, КИСЛОТА,
ОЛІЯ ТА ЖЕЛАТИНА
Гримучим газом називають суміш водню з киснем або повіт-
рям, коли об’ємне співвідношення Н, і О2 = 2 і 1. Такі суміші
сильно вибухають від вогню і навіть від одпієї іскри:
2На + О2 = 2Н2О + 137 ккал.
70
Ось чому перед проведенням дослідів з газоподібний воднем його
попередньо перевіряють на чистоту. Для цього пробірку, пере-
вернуту догори дном, наповнюють воднем, отвір закривають паль-
цем і підносять пробірку отвором до вогню. Чистий водень спа-
лахує майже нечутно, водень з домішкою повітря займається
з характерним гучним звуком.
Відомо чимало тяжких і трагічних випадків, спричинених
необережним, а то й легковажним поводженням з воднем. Небез-
печно для демонстрування горіння водню підпалювати його
струмину, що витікає з апарату Кіппа, без попередньої перевірки
на чистоту. Якщо прилад зібраний негерметично або водень не
встигає повністю витиснути з нього повітря, при підпалюванні
газової струмини лунають оглушливі вибухи, які здатні рознести
апарат Кіппа на друзки. Гострі уламки скла калічать людей.
На початку панюго століття один з німецьких військових ко-
раблів залишив стапелі і вирушив у своє перше пробне плавання.
Аж раптом скоїлось несподіване — корпус корабля здригнувся
від потужного вибуху — це паровий котел розлетівся на частини.
Вибуховою хвилею та уламками котла повбивало і покалічило
всіх кочегарів і механіків, які в цей момент були в трюмі. Кора-
бель наповнився густою хмарою перегрітої пари... Невдовзі вда-
лося з’ясувати причину катастрофи — у залишках паровика
знайшли обрізки цинку, які необачні робітники забули викинути
з котла ще під час монтажних робіт. З гарячої води ципк витис-
кував водень, який з повітрям утворив гримучий газ. Вибух газу
і призвів до нещастя.
Не пощастило й величезному німецькому дирижаблеві «Гін-
денбург», наповненому воднем об’ємом 200 000 №. Сталося це
в травні 1937 р., коли дирижабль пришвартувався до причальної
щогли в нью-йоркському аеропорту. Несподівано дирижабль
спалахнув, вибухпув і упав на землю. При пьому утворилась
колосальна кількість водяної пари, яка від раптового розши-
рення у повітрі охолодилась і скрапилась.Це й спричинило появу
невеликого дощу, що пролився з ясного неба над аеродромом.
З 99 чоловік пасажирів та членів екіпажу «Гіпденбурга» 48 заги-
нуло, а решта покалічились і дістали сильні опіки...
У 1823 р. німецькі хіміки Ю. Лібіх і Ф. Велер незалежно один
від одного встановили, що гримуче срібло і ціанат срібла мають
однаковий склад, а саме: ЛрСІХ’О. Проте виявилось, що ці дві
речовини зовсім не схожі одна на одну. Наприклад, гримуче
срібло детонує від удару чи нагрівання, а ціапат срібла певибу-
ховий. Так було вперше відкрито явище ізомерії.
Гримуча (фульмінатна) кислота Н—О--М = С є ізомером ціа-
натпої Н—О—С=К та ізоціапатної Н—N=С=О кислот. За
71
Загибель німецького дирижабля
«Гіидеибург», наповненого воднем.
своєю електронною будовою фульмінат-іон є аналогом азид'
іонуї
[:б = N = С:]~, [:Й = Й = Й:]-,
Фульміпат-іоп Азпд-іои
Через це фульмінати важких металів — свинцю, ртуті, срібла,
подібно до відповідних азидів, надзвичайно сильно вибухають
від удару, наколу чи нагрівання. Швидкості розкладу гримучих
солей і тиски газів, що при цьому утворюються,— величезні.
Гримучу ртуть, наприклад, добувають розчиненням металічпої
ртуті в суміші концентрованої нітратної кислоти і винного спирту.
Під час вибуху сірих кристаликів гримучої ртуті розвивається
тиск газів 27 000 ат:
Нд(СЖС)2 = і + 2СО | + | + 118 ккал
72
Завдяки цій особливості фульмінатами й азидами важких мета-
лів, насамперед Нц(ОМС)г ‘ЛНгО та РЬ(М8)2, начиняють кап-
сулі для набоїв, а також детонатори для бомб, снарядів і мін,
бо зазначені сполуки ініціюють вибух інших вибухових речо-
вин — пороху, тротилу, пікринової кислоти, динаміту тощо.
Гримучою олією називають нітрогліцерин — густу жовту-
вату олієподібну рідину. Чистий нітрогліцерин — сполука не-
безпечна і може вибухати від струсу, удару чи нагрівання:
Н
І
Н—С—О—МО2
Н—С—О—ИО2 -> 12СО2 + 10Н2© + 6М2| + ©2І-
I
Н—С—О—N©2
І
Н
Для приборкання гримучої олії до неї додають наповнюва-
чі — інфузорну землю, деревне борошно, вугілля, парафін тощо.
Одночасно горючі домішки реагують з вільним киснем і тим під-
вищують силу вибуху. Суміші нітрогліцерину з наповнювачами
називають динамітами. Динаміти на відміну від чистого нітро-
гліцерину досить безпечні — не вибухають від підпалювання,
тертя та помірних ударів. Вибух динаміту спричиняють за допо-
могою капсуля-детонатора.
Гримуча олія добре розчиняє нітроклітковину. При цьому
утворюється гримучий гель, або гримуча желатина. Революціо-
нер-народоволець М. І. Кибальчич уперше використав страшну
вибухову силу гримучої желатини. Цією вибухівкою він начиняв
винайдеш ним метальні снаряди (самовибухаючі бомби). Для без-
печнішого поводження з гримучим гелем до нього додавалась
камфора. Безстрашний піротехнік «Народної волі» винайшов
безвідмовний і оригінальний детонатор, що увійшов в історію
науки під назвою «запалу Кибальчича».
Спалахуючи, «запал Кибальчича» спричиняв детонацію гри-
мучої желатини. Саме таку бомбу 1 березня 1881 р. студент Гри-
невицький жбурнув під ноги коронованому тирану — царю
Олександру II.
73
«КАРБОНІАДА»
Довгий час вважали, що вуглець — триморфний, тобто існує
у вигляді трьох алотропних модифікацій — алмазу, графіту та
аморфного вуглецю. Пізніше з’ясувалось, що так званий аморфний
вуглець (сажа, деревне вугілля тощо) є не що інше, як різновид
графіту, але з менш упорядкованою структурою. Просто в
аморфного вуглецю надзвичайно дрібні кристали з багатьма
дефектами. Отже, самостійними видозмінами вуглецю є алмаз
і графіт.
Кристал алмазу — це одна гігантська просторова молекула,
де кожний вуглецевий атом сполучений ковалентними зв’язками
з чотирма сусідами. Ці зв’язки рівноцінні, надзвичайно міцні
й розірвати їх дуже важко. Через це алмаз — найтвердіший з усіх
відомих речовин, хімічно пасивний і до того ж не проводить
струму. Найчистіші алмази не помітні у воді, бо їхні показники
заломлення однакові. І все ж після спалювання в кисні навіть
такого високочистого алмазу залишається трохи попелу.
Зовсім інакше поводиться графіт. Він теж є полімером, але не
просторовим, як алмаз, а швидше плоским. Його молекули можна
порівняти з «паркетом», викладеним з шестикутних «плиток». Такий
вуглецевий «паркет» розташовується в кристалі графіту тарами,
як полиці на етажерці. Цікаво, що всередині «паркету» атоми
вуглецю зчеплені досить міцними ковалентними зв’язками, тоді як між
собою сусідні шари зв’язані слабкими силами міжмолекулярного
притягання. Саме через це графіт жирний на дотик, м’який і за-
лишає чорний слід па папері — це кристал графіту легко розша-
ровується на окремі лусочки. У цій своєрідній будові графіту
криється причина його підвищеної хімічної активності порівняно
з алмазом. Річ у тому, що у простір між шарами легко проникають
атоми, іони та молекули різних реагентів і насамперед окисників.
Опинившись у міжплощинному просторі, вони «ламають» вуглецеві
«плитки» «паркету» — графіт вступає в хімічну реакцію. Він роз-
чиняється в перхлоратній кислоті, а також у лужних розчинах
таких окисників, як КСЮ3 і КМпО4. Деякі автори помилково
вважають, що па повітрі запалити графіт практично неможливо
(навіть у чистому кисні це зробити непросто). Насправді графіт,
розжарений па повітрі електричним струмом до 1100°С і вище,
починає горіти полум’ям. 1 це полум’я палає тим сильніше, чим
більше розжарюють графіт.
До речі, про електропровідність графіту. Електрони, що «блу-
кають» між шарами графіту, легко утворюють «електронний газ».
Завдяки цьому графіт непрозорий, а також гарний провідник
струму і тепла.
74
Алотропні видозміни вуглецю.
Досі йшлося про просторовий і «площинний» полімери вуг-
лецю. Нещодавно радянські вчені синтезували лінійні полімери
вуглецю, які в природі не існують. Перший з них — карбін
(—С =С—С =С—С ==С—С неС—)
добули каталітичним окисленням ацетиленових похідпих.Цікаво,
що карбін — чорний дрібнокристалічний порошок — є напівпро-
відником. Під дією світла електропровідність його зростає тим
більше, чим інтенсивніше освітлення. Завдяки цій особливості
карбін застосовують у фотоелементах. До того ж карбін не втра-
чає своєї фотопровідності до 500° С, а взагалі витримує нагрі-
вання до 2000° С.
Останнім часом німецькі вчені виявили карбін в одному з ме-
теоритів, що впав у Баварії.
75
В Інституті елементоорганічних сполук АН СРСР у Москві
синтезували і другий лінійний полімер вуглецю —1 ‘пояікумулен:
(=С=С=С=С=С=С=С=).
А недавно в літературі промайнуло повідомлення про ще одну
модифікацію вуглецю — оранжевий вуглець...
СКЛО СПЕЦІАЛЬНЕ
Скло, з якого виготовляють віконні шибки, називають звичай-
ним. За хімічним складом — це гексасилікат натрію—кальцію
МаїСа8івО][1, або Ма2О СаО 68іО2. Та сучасні наука, техніка
і навіть побут не можуть задовольнитися тільки ним, оскільки
воно має чимало вад. Таке скло легко б’ється, а від незначного
перепаду температури тріскається.
Щоб скло було термо- і хімічно стійким, добре оброблялось,
до пього вводять оксиди калію, магнію, барію, алюмінію, бору
тощо. Завдяки цьому виробляють лабораторне скло, електролам-
пове, ієнське, иірекс. Нині все більше виробляють кварцового
скла, яке є майже чистим діоксидом кремнію 8іО2. Для цього
плавлять кварц (звичайно гірський кришталь). Порівняно із зви-
чайним кварцове скло має в 15 раз менший коефіцієнт термічного
розширення. Завдяки цьому кварцові вироби переносять різкі
термоудари: можна, наприклад, нагрівати кварцову пробірку до
червоного жару, а потім опустити її в холодну воду. Навіть після
такої «екзекуції» на склі не буде жодної тріщини. Кварц вільно
пропускає ультрафіолетові промені, а тому стає у пригоді для їх
генерації (зокрема, відомі ртутно-кварцові лампи — «гірське
сонце»). Якщо забарвити кварцове скло солями нікелю, воно стає
чорним і повністю затримує видимі промені, але пропускає
ультрафіолетові.
Без високоякісних оптичних стекол неможливо було б і думати
про сучасні телескопи, мікроскопи, перископи і навіть звичайні
окуляри. Оптичне скло має бути надзвичайно прозорим і сильно
заломлювати світлові промені. Таке скло можна зварити, замі-
нивши, наприклад, частину 8іО2 діоксидом германію СеО2. Цін-
них оптичних властивостей надає склу і оксид лантану Ьа2О5.
Без лантанової оптики неможливо обійтися в кольоровій фотогра-
фії. Лаптапове скло допомогло зменшити розміри об’єктиву при
однаковій світлосилі. Це значно поліпшило якість кольорових
зображень.
76
Скло, що .містить одночасно празеодим і неодим («дидим»),
добре вбирає ультрафіолетові промені і до того ж майже без-
барвне. З такого скла роблять захисні окуляри.
ІЗ ядерній енергетиці широко використовують церієве скло —
вопо не тьмяніє від радіації, а також кадмієве скло, яке вбирає
теплові нейтрони. Скло, що містить до 15% діоксиду плутонію
РнО2,— перспективне ядерне пальне для реакторів.
Стекла з активуючими добавками — іопами лантаноїдів є робо-
чим тілом для деяких лазерів.
УДАР, ТЕРТЯ І...
ХІМІЧНА РЕАКЦІЯ
Галузь науки, що вивчає хімічні перетворення в твердому етапі
речовин, називають хімією твердого тіла. Хімічні процеси в твер-
дих тілах найчастіше відбуваються внаслідок нагрівання, значно
рідше від дії світла або радіації.
Останнім часом хіміки зацікавились такими питаннями: а як
впливає тертя, удар, вибух, ультразвук па перебіг хімічних реак-
цій? Нову галузь хімії назвали механохімією. У хімії твердого
тіла мехапохімічні процеси відіграють неабияку роль.
Уявимо собі тверду речовину в кристалічному стані. У вузлах
кристалічної решітки містяться атоми, іони чи молекули, що здій-
снюють коливальний рух. Внаслідок охолодження речовини цей
рух сповільнюється, а від нагрівання, навпаки,— стає інтенсив-
нішим. Якщо тверде тіло нагрівають, то при цьому збуджуються
всі вузли кристалічної решітки, температура па поверхні і в товщі
речовини досягає свого максимального значення не відразу, а зро-
стає повільно і плавно.
Зовсім інакше відбуваються фізико-хімічні процеси в твердих
тілах, якщо ці тіла розбивати, розмелювати, розтирати або діяти
на них вибухом чи ультразвуком. У таких умовах у місцях кон-
такту тіл вивільнюється енергія. При цьому збуджується лише
незначна частина атомів, іонів чи молекул речовини в місцях її
руйнування. Температура на дуже малих ділянках поверхпі зрос-
тає раптово і з величезною швидкістю і так само швидко падає.
Тому продукти первинних реакцій, що утворились у перший мо-
мент, не встигають реагувати далі і «заморожуються». Для
реакцій, що відбуваються внаслідок нагрівання, таке явище не
властиве. Отже, дуже часто мехапохімічпі реакції вибирають для
свого перебігу такий шлях, який зовсім невигідний, а то й забо-
ронений природою для хімічних процесів, спричинених нагріванням.
77
У такому разі і продукти термохімічних та мехапохімічпих реакцій
будуть неоднакові, наприклад!
Нагрівання
2КЛгО3==2К Вг + ЗО2;
4КВгО3=2К2О + 2Вг2 + 5О2.
При механохімічних реакціях немає відповідності між темпе-
ратурами термічного розкладу сполук та їх здатністю до мехаио-
хімічпого розкладу. Так темно-жовтий хромат амонію зазпає тер-
мічного розкладу вже при 110°С:
2(ГШ4)2СгО4 = 2№І31 + М21 + 5Н2О | + Сг2О3,
але при розтиранні в ступці хромат амонію не розкладається.
Щодо хромату ртуті (І), який починає розкладатись лише при
500° С:
4Нд2СгО4 = 8Н# | + 2Сг2О3 + 50» |,
то він легко вазпає мехапохімічного розкладу внаслідок розти-
рання.
Активність продуктів реакцій, що утворюються під час меха-
нохімічного, фотохімічного та термічного розкладів, дуже відріз-
няється. Так, оксалат срібла можна розкласти трьома способами,
а саме:
Розтирання
А#2С2О4==2А#(а) 4- 2СО2 |;
Освітлення
А#2С2О4----2Ац(б) 2СО2 і ;
Нагрівання
А#2С2О4 = 2А#(в) -]- 2СО21.
Цікаво, що А§(а) мевш активне, ніж Ащв), але набагато актив-
ніше за Ап(б).
Під час механічного руйнування твердих тіл механічна енергія
витрачається на розривання хімічних зв’язків і особливо на подо-
лання сил тертя. Найбільша частина здійснюваної роботи вивіль-
нюється при цьому у формі тепла. Тому й пе дивно, що в місцях
контактів тіл, що труться, температура може раптово зростати
до точки плавлення речовипи. Одночасно з цим спостерігається
і короткочасне зростання тиску аж до 15000 бар. Так, після по-
дрібнення різних речовин для багатьох з них у «борошні» знахо-
дять такі кристалічні модифікації, як’ існують лише при високих
тисках. А оскільки при мехапохімічних процесах тиск, як і тем-
пература, на мікроділянках поверхні зростає раптово і різко,
а далі так само раптово й падає, то утворені в умовах високих
тисків кристалічні модифікації речовин «заморожуються». Так,
78
пі сля розмелеЬця фериту міді СнГе2О4 його тетрагональна модифі-
кація переходить у кубічну.
Внаслідок тертя твердих речовин відбувається також їх ін-
тенсивна електризація. Від удару і тертя кристали руйнуються,
утворюються тріщини, і поверхні розколу стають своєрідними
обкладинками мікроконденсатора. Електричні поля в подібних
мікроконденсаторах мають дуже високу напруженість. Завдяки
цьому електрони, що вилітають з атомів чи іонів речовини під дією
високих температур, розганяються в таких електричних полях
до великих швидкостей. Ці електрони і є причиною появи «холод-
ного» світла — люмінесценції, що супроводжує мехапохімічні
процеси. Це можна спостерігати, зокрема, коли сильно терти
одну об одну дві чималі грудочки цукру-рафінаду в темряві.
При цьому поверхні, що труться, світяться жовтувато-зеленим
світлом.
Отже, енергія, яка вивільнюється внаслідок удару чи тертя,
спричинює завдяки поганій теплопровідності речовин сильне
місцеве розігрівання, що зумовлює не тільки їх плавлення і суб-
лімацію, а й виникнення четвертого агрегатного стану речовини —
плазми, коли речовина перебуває у вигляді іонів та електронів.
Цікаво, що під час розкладу речовин внаслідок вибуху і тертя
виникають зовсім однакові продукти. Це дає підставу думати, що
під час розтирання речовин у місцях контакту тіл, що труться,
виникають своєрідні «мікровибухи», які і спричинюють появу
іонів, електронів та вільних радикалів, що, з’єднуючись між со-
бою, утворюють кінцеві продукти реакцій.
Досить часто від дії удару і тертя можливий перебіг таких
реакцій, які внаслідок нагрівання відбуваються в протилежному
напрямі. Добре відомо, що оксиди міді легко відновлюються
газоподібним воднем навіть після слабкого нагрівання. При
цьому утворюються металічна мідь і вода. А якщо протягом
5—6 днів розтирати металічну мідь під водою, то більше 2%
металу реагує з водою за рівняннямі
Сц + ІІ2О = СиО + Н21, 2Си + Н2О = Си2О + Н21.
Хімічні процеси, що відбуваються під час механічної обробки
речовин, часто мають зворотний характер. Внаслідок розтирання
оксиду цинку в середовищі вуглекислого газу утворюється кар-
бонат цинку, який у свою чергу розкладається від розтирання
У вакуумі на вихідні речовини:
+СО2 Вакуум
2нО--------> ХпСОз-------> Хно + СО21.
Розтирання Розтирання
79
Внаслідок розтирання в ступці рідкої ртуті з порошком сірки
утворюється чорний сульфід ртуті (II), а після тривалого розти-
рання червоної кристалічної модифікації цієї самої сполуки —
кіноварі, вона розкладається на ртуть і сірку:
НЄ + 8 + НЄ8; Нц8->Пд (-8.
При розтиранні із сіркою сульфіди утворюють також срібло,
вісмут, свинець, олово, сурма, кадмій, цинк, магній та чимало
інших металів. Внаслідок розтирання порошків металів з графі-
том утворюються карбіди, з фосфором — фосфіди, а з йодом —
йодиди. Розтирання металів у середовищі кисню або повітря
спричинює утворення оксидів.
Механохімія—ще зовсім молода галузь науки. І хоч теоре-
тична основа її ще тільки створюється, вопа вже чимало прислу-
жилась практиці.
Розтирання кварцу з оксидами різних металів, а також карбо-
натами лужних та лужноземельних металів ,— перспективний
метод синтезу силікатів. За допомогою механохімічної обробки
сумішей оксидів молібдену або вольфраму з оксидами та карбона-
тами металів можна добувати молібдати та вольфрамати, чимало
з яких використовуються для виготовлення робочого тіла ла-
зерів.
Сухе розтирання мінералів і руд з реагентами вже давно за-
стосовують геологи для якісного аналізу корисних копалин у по-
льових умовах.
Під час механічного навантаження (тиск, тертя, вібрація
тощо) на полімери (гуму, пластмаси) можуть відбуватися найріз-
номанітніші механохімічні процеси, що часто призводить до шкід-
ливих наслідків. При цьому полімерпі макромолекули розтягу-
ються, розриваються на уламки — вільні радикали, внаслідок
цього полімерний матеріал «втомлюється» і руйнується. Завдяки
вивченню механохімічних процесів можна успішно з цим боро-
тися, вводячи до полімерів різні наповнювачі, противтомлювачі,
стабілізатори тощо. Від цього різко зростає механічна, термічна
і хімічна стійкість полімерів. Механохімічні процеси використо-
вують і для поліпшення властивостей полімерів, а особливо для
добування нових гібридних полімерів — прищеплених, блок-
та співполімерів. Цього досягають механічною обробкою сумішей
різних полімерів та мономерів.
Встановлено, що мінерали і руди, якщо їх тривалий час по-
дрібнювати, наприклад розмелювати у млині, легко вимиваються
і розчиняються в кислотах, лугах та інших реагентах. Причому
швидкість і повнота розчинення пропорційна тривалості поперед-
ньої механічної обробки. Причина цього явища полягає не в збіль-
80
шенні поверхйі частинок, що реагують з розчипом, а в активації
продуктів мехайохімічною обробкою.
Так само механохімічна обробка змінює і активність каталіза-
торів. Наприклад, якщо розмолоти оксиди нікелю N10 і ципку
2пО, їх каталітична активність зростає. І тут справа полягає
не тільки в зміні поверхні каталізатора. Частина енергії, що ви-
діляється внаслідок тертя тіл, вбирається поверхнею каталіза-
тора. При цьому виникають термічні і механічні напруження,
що призводять до руйнування попередньої кристалічної структури
і перегруповування іонів, атомів чи молекул у менш упорядко-
вані структури, які мають більше дефектів, дислокацій та вакан-
сій у кристалічній решітці. Така решітка мас більшу потенці-
альну енергію, ніж упорядкована попередня структура. А тому
підвищується каталітична активність твердих каталізаторів.
За допомогою механохімічних реакцій можна розділяти по-
дібні за властивостями елементи та компоненти складних сумі-
шей. Так, мінерал титаномагнетит (Ге3О4, ТіО2, ЕеТіО3) спочатку
довго й ретельно подрібнюють, потім піддають термічній обробці,
а після цього вимивають соляною кислотою. У результаті діоксид
титану Ті02 переходить у розчин, а залізо, що перебуває у формі
Ге2О3, нерозчинній у соляній кислоті, залишається в осаді.
Природну суміш піриту й гематиту розділяють так. Спочатку
її розтирають із сухою амонійною селітрою. При цьому пірит
окислюється до залізного купоросу, який вимивають водою, а
гематит залишається в нерозчинному залишку.
Механохімічні процеси дають змогу вдосконалити багато
технологічних процесів. Зокрема, чимало хімічних синтезів про-
водять зараз у воді та різноманітних органічних розчинниках.
За допомогою мехапохімічних реакцій ці самі синтези можна про-
водити в твердій фазі, завдяки цьому різко скорочується витрата
прісної води та інших дефіцитних розчинників.
Механічне руйнування кристалів різних неорганічних сполук
у присутності мономерів спричиняє полімеризацію останніх.
Ініціаторами полімеризації при цьому виступають електрони
емісії, або так звані механоелектрони (про які йшлося раніше).
Механохімічна полімеризація — ще одна перспективна галузь
застосування механохімічних процесів у виробництві.
АКТИВНИЙ ВОДЕНЬ
Атомарний водень можна добути, розжарюючи спіраль (Рі,
Р<1, \У) у середовищі молекулярного водню при низькому тискові
(меншому від 0,01 мм рт. ст.) або пропускаючи тихий електрич-
81
Безкиснево зварювання металів.
ний розряд крізь трубку з молекулярним воднем. Та здебільшого
атомарний водень добувають продуванням струменя молекуляр-
ного водню крізь полум’я вольтової дуги:
Н : Н т=± Н* 4- Н' — 102,6 ккал.
Внаслідок руйнування молекул Н2 вбирається багато енергії,
яка вивільнюється під час зворотного сполучення атомів водню
(рекомбінації). Час існування атомарного водню 0,5—1 сек.
Особливо швидко й добре рекомбійація відбувається на поверхні
металів (Реї, XV, Ее та багатьох інших), які при цьому часто розі-
гріваються до 3500—4000е С. Це широко використовують у сучас-
ній техніці для бевкисневого зварювання металів. Для цього
між двома вольфрамовими стержнями в пальнику Ленгмюра
створюють електричну дугу, крізь яку продувають водневий
струмінь. Недалеко від дуги розміщують метали, які треба зва-
рити. На їх поверхні атоми водню з’єднуються, під дією виділю-
ваного тепла куски металу швидко плавляться і міцно зварюються.
Завдяки рівномірному нагріванню цим способом зварюють на-
82
віть найтонші деталі. Крім того, відновне середовище гарантує
високу міцність зварного шва.
З хімічного боку атомарний водень надзвичайно активний.
Удає при кімнатній температурі він відновлює багато оксидів:
\УО3 + 6Н = XV 4- ЗН2О; МоО3 + 611 = Мо + ЗН2О;
8іО2 + 2Н = 8ІО + Н2О; 8іО + 6Н = 8іН4 | +Н2О;
відновлює хлориди багатьох металів:
А&С1 + Н = А£ + НС1; ГеС13 + Н = ГсС12 + НС1;
сполучається з киснем, галогенами, фосфором, миш’яком, мета-
лами тощо:
2Н 4- О2 = Н2О2; Р 4- ЗН = РН3;
С18 4- 2Н = 2НС1; На 4- Н = ИаН.
ВАЖКА ВОДА
Важка вода — це оксид важкого ізотопу водню 2Н (Б) — дей-
терію. За властивостями важка вода Б2О помітно в дрізпяється
від звичайної Н2О. Так Б2О замерзає при 3,82° С, кипить при
101,42° С і при 20° С має густину 1,1059 г/см3. У Н2О температура
максимальної густини становить 4° С, а в Б2О — 11,6° С. Цікаво
також, що швидкості випаровування важкої і звичайної води від-
носяться як 0,65 : 1. Солі у важкій воді розчиняються гірше,
ніж у звичайній. Важка вода — нежиттєдайна, вона згубно діє
на флору й фауну. Риби і жаби гинуть у ній.
Проте виявилось, що деякі бактерії можуть пристосуватись
і до важкої води. Коли вчені помістили забарвлені бактерії у важ-
ку воду, то за півтора року дейтерій цілком витіснив з їх орга-
нізмів звичайний легкий водень. Поки бактерії «акліматизува-
лись» у нових умовах, процес їх розмноження порушився, деякі
з них стали «каліками». Проте пізніше бактерії нормально розмно-
жувались, росли і хоч втратили здатність забарвлюватись, зате
виробили стійкий «імунітет» до радіації. Дейтеровані бактерії
спокійно витримували такі дози радіації, при яких звичайні бак-
терії відразу гинули.
Цікаве явище спостерігали шведські вчені па пивоварних
заводах — броварнях. Виявляється, що після замочування
ячменю, з якого варять пиво, проростаючі зерна вбирають тільки
легку воду, а важка вода накопичується в залишку води.
Важкої води на Землі мало — всього 0,02% від усієї маси
води. Так, у звичайній річковій чи морській воді на 5000 л Н2О
припадає всього 1 л П2О.
83
Сучасна техніка і наука, а головне ядерна енергетика, потре-
бують величезних кількостей важкої води, яка є чудовим уповіль-
нювачем нейтронів у ядерних реакторах та джерелом для добу-
вання дейтерію.
Добути дейтерій можна багаторазовою перегонкою рідкого
водню в ректифікаційних (розділювальних) колонах, подібно до
того, як розганяють рідке повітря чи нафту на окремі фракції.
Важку воду можна добути електролізом звичайної води. Річ
у тому, що в молекулі води атом Б зв’язується з атомом кисню
міцніше, ніж атом Н, а в розчині, навпаки,— катіон П+, а точ-
ніше Б3О+, рухається повільніше, ніж Н+ (Н3О+). Тому під час
електролізу води розкладається в основному Н8О, а П80 накопи-
чується в залишку, який піддають дальшому електролізу. Високо-
концентровані розчини С8О можна розділити фракційною пере-
гонкою і добути 100-процентну Б8О. Спеціально розкладати воду
струмом для добування П2О не вигідно, бо для виділення 1 кг
важкої води треба витратити близько 60 000 квт-год електро-
енергії, тобто стільки, скільки треба для виплавлення 3000 кг
алюмінію.
У роки другої світової війни фашистська Німеччина налаго-
дила промислове виробництво важкої води на території окупова-
ної Норвегії. Важку воду німці хотіли застосувати як уповіль-
нювач нейтронів у реакторах, що мали виробляти плутоній для
ядерної бомби. Та норвезькі патріоти разом з англійськими пара-
шутистами «командос» проникли на завод, що виробляв важку
воду у Верморке (південна Норвегія), і висадили в повітря цех
концентрування важкої води. Після цього почалися регулярні
бомбові удари англійської авіації, які й вивели остаточно завод
владу. Тоді Гітлер наказав демонтувати завод і перевезти залишки
обладнання, а також увесь запас важкої води до Німеччини.
Та судно, що було для цього призначене, затонуло від вибуху
міни, а разом з ним і весь накопичений запас важкої води —
близько 16 300 кг.
Нині важку воду виділяють з водних залишків у електролізе-
рах під час добування водню, кисню, хлору, їдкого натру тощо.
У великій пригоді стала важка вода біологам. Так, людині
давали випити розведену важку воду, а потім систематично визна-
чали вміст дейтерію в сечі. Встановили, що молекула води, потра-
пивши до людського організму, перебуває в ньому в середньому
14 днів.
Годуючи мишей дейтеровапим жиром, виявили, що жир, який
тільки-но потрапив до організму, відкладається про запас, а ви-
трачається жир з уже готового запасу.
84
ДИВОВИЖНІ РОЗЧИНИ
Стояла зима 1918 р. Над молодою Країною Рад згущувались
зловісні хмари інтервенції і громадянської війни. Економіка
перебувала в скрутному становищі. Не вистачало хліба, палива,
одягу, взуття і зброї. У цей час аудиторії Київського політехніч-
ного інституту помітно спорожніли. І все-таки, незважаючи на
складну ситуацію, професор В. О. Плотников не припиняв своєї
викладацької та наукової діяльності. Його ім’я добре знали і ша-
нували в ученому світі. Навіть під час війни хіміки Європи
і Америки уважно слідкували за дослідженнями, які проводив
учений. Якось він надіслав до німецького хімічного часопису
свою чергову статтю. Невдовзі з Німеччини надійшов лист,
в якому редактор запитував автора, чому він проводив вимірю-
вання не при стандартній температурі 25° С, як скрізь прийнято,
а при 5° С. Професор спершу хотів назвати справжню причину:
тому що в лабораторіях холодно, нічим топити. Отже, він про-
водив досліди при тій температурі, яка була в кімнаті. Але вирі-
шив, що цього писати не варто. Плотников відповів, що умови
експерименту він змінив навмисне, керуючись при цьому тільки
йому відомими міркуваннями. Мабуть, таке пояснення цілком
задовольнило редактора, бо стаття незабаром побачила світ.
А присвячена вона була електрохімії неводних розчинів.
До неводних розчинників належать, зокрема, легкоплавкі
метали в рідкому стані, наприклад ртуть чи розплавлений натрій.
Велику групу неводних розчинників становлять і розплавлені
солі, які широко використовують у лабораторіях та в промисло-
вості як добре середовище для добування різних речовин. Але
найбільшого поширення в хімії набули так звані молекулярні
рідини, котрі на відміну від рідких металів і розплавлених солей
складаються з молекул. За звичайних умов молекулярні рідини
перебувають у рідкому стані і найчастіше саме їх розглядають
як неводні розчинники.
Уже в ті далекі часи, коли виникло хімічне ремесло, а хімії
як справжньої науки ще не існувало, було помічено, що реакції
найлегше відбуваються в рідкому середовищі. Протягом бага-
тьох віків таким середовищем була вода. Значно пізніше люди
ознайомились і з іншими розчинниками.
Так, уже в XIII ст. католицький місіонер і алхімік Раймонд
Луллій багаторазовою перегонкою алкогольних напоїв і оброб-
кою леткої пари поташем добув етиловий спирт, який назвали
«водою життя» (латинською — ацца уііае). Цікаво, що в тракта-
тах згаданого алхіміка описано і леткий ефір, який дослідник
Добув, нагріваючи спирт з купоросною олією.
85
Проте тільки в минулому столітті, коли стала бурхливо роз-
виватись органічна хімія, стало очевидним, що для здійснення
багатьох органічних синтезів необхідні такі розчинники, як
спирти, кетони, ефіри, вуглеводні тощо. У цей час було виділено
і синтезовано метиловий спирт, ацетон, діоксан, бензол та безліч
інших розчинників.
Неорганічні ж реакції аж до 1900 р. хіміки здійснювали зде-
більшого у водних розчинах. Причиною цього була хибна думка,
яка тоді панувала серед учених, буцімто вода — єдиний розчин-
ник, в якому електроліти здатні розпадатись на іони. А коли так,
то іонні реакції можливі лише у водних розчинах. Таке безпід-
ставне твердження привело до того, що не тільки неорганічна,
а й аналітична, фізична та електрохімія досліджували виключно
водні системи. І це в той час, коли хіміки накопичили вже чи-
мало цікавих фактів про поведінку неорганічних сполук у не-
водних розчинах. Ще в XVII ст. Р. Бойль помітив, що алкоголь
розчиняє хлориди заліза і міді. А Ю. Лібіх, синтезувавши
в 1832 р. ацетон, зазначав, що останній, на відміну від спирту,
не розчиняє твердого калійного лугу. Трохи згодом були виділені
і сполуки приєднання неводних розчинників до солей — так звані
кристалосольвати.
Тільки на порозі нашого століття розпочалося систематичне
вивчення неводних розчинів. Першими розчинниками, яким
судилося відкрити нову сторінку в хімічній науці, були зріджені
аміак та сірковий газ. Вирішальну роль тут відіграли дослідження
відомих хіміків П. І. Вальдена і Е. Франкліна.
Дослідників вразило те, що речовини в неводних розчинниках
поводяться зовсім не так, як у воді. Взяти хоча б азотну кислоту.
Кожному хіміку відомо, що це кислота дуже сильна. Однак ця
істина справедлива лише для водних розчинів. Якщо ж розчи-
нити безводну азотну кислоту в безводній оцтовій кислоті, то
утворена суміш проводить електричний струм дуже погано. Це
свідчить про те, що азотна кислота в даному середовищі пово-
диться як кислота слабка і є малодисоційованою сполукою. Рід-
кий аміак розчиняє активні метали, причому метали легко іоні-
зуються. Наприклад, розведений розчин металічного натрію має
синє забарвлення і добре проводить струм. У такому розчині
містяться катіони натрію і вільні електрони, «окутані» молеку-
лами аміаку. При високих концентраціях натрію синій розчин
набуває металічного блиску. Це свідчить про те, що в ньому поряд
із сольватованими знаходяться ще й «голі» електрони, які сильно
розсіюють світло. Та обставина, що метали в рідкому аміаку
легко відщеплюють валентні електрони, дає змогу проводити
в ньому надзвичайно цікаві реакції відновлення.
86
У рідкому аміаку солі амонію поводяться як сильні кислоти.
Це пояснюється тим, що в даному середовищі амонійні катіони
легко розпадаються з утворенням іонів водню:
ЬШ4М03 = І\тн+ + N0"- ЬШ3 + Н+.
У неводних системах змінюється п активність металів. У невод-
них розчинниках — молекулярних рідинах та сольових розпла-
вах метали в електрохімічному ряді напруг розміщуються в іншій
послідовності, ніж у воді.
Залежність електрохімічного ряду напруг від розчинника
Розчинник Електрохімічний ряд напруг
Рідкий аміак (ІЧН3) (—50° С) Гідразин (ІЧ2Н4) Ацетон (СН3СОСН3) Форміатна кислота (НСООН) Ацетонітрил (СІІ3СІЧ) Метанол (СН30Н) Броміди металів (700° С) Йодиди металів (700° С) 2п, Сй. В, РЬ, Си, Н£, Ае Ьі, К, І(Ь, Са, і\а, 2п, Сй, Н, Си, РЬ, А& 2п, Ссі, Со, Ві, Нй, Си РЬ, Сз, Иа, К, Са, 2п, С<1, РЬ, Си, Н, А®, ІІ£ Ьі, НЬ, К, Иа, Са, 2п, С<1, Си, РЬ, Н, Ай, іій N3, 2п, С(], ТІ, РЬ. Н, Си, Не, Ай Иа, Са, Мп, А1, ТІ, 2п, С<1, РЬ, 8п, Ай, Си, Со, Ві К, Ьі, 8г, Ва, Са, Ма, Ме, Мп, ТІ, 2п, Се], А1, Ай, 8п, РЬ, Си, Со, Ві, 8Ь, ІІ£
Для водних розчинів електрохімічний ряд напруг має такий
вигляд:
Ід, К, Ва, 8г, Са, Ка, Ба, Мй, Тії, Ве, А1, II, Ри, Кр, Мп,
2п. Сг, Ге. Сй, Со, N1, 8п, РЬ, Н, Ві, Си. Н«, А^, Аи, Рь.
Як видно з таблиці, у форміатній (мурашиній) кислоті і в аце-
тонітрилі мідь у ряді напруг стоїть зліва від водню, а тому витіс-
няє його з кислот-неокисників у цих розчинниках;
Си + 2НС1 = СиС12 + Н2 |.
В ацетонітрилі і гідразині мідь витісняє і свинець з його солей;
Си + РЬ2+ = Си2+ + РЬ.
У водних розчинах, як відомо, ці реакції неможливі. Більше
того, вода досить часто спричиняє згубні явища гідролізу та
окислення. Через це ряд важливих сполук не вдається виділити
87
у водному середовищі. Для їх синтезу і використовують неводні
розчини.
На Україні фундаментально вивчати неводні розчини почали
київські хіміки. Академік В. О. Плотников зробив у цій галузі
ряд визначних відкриттів. До цього було відомо, що у водних
розчинах бромідні комплекси алюмінію дуже нетривкі, а тому
виявити їх не вдається. Учений вперше встановив, що в неводних
розчинах броміди калію та алюмінію утворюють стійкі комплексні
сполуки. Причому будова їх різна залежно від природи розчин
ника. Так, коли пропускати струм крізь бензольний розчин бро-
мідів калію та алюмінію, то на катоді відкладається алюміній.
Якщо ж піддати електролізу нітробензольпий розчин цих солей,
то на катоді виділятиметься калій.
Так В. О. Плотникову вдалося вперше добути при звичайній
температурі металічні алюміній та калій. Крім того, вчений ще
раз підтвердив хімічну теорію розчинів Д. І. Менделєєва, за якою
розчинення — це складний процес хімічної взаємодії розчинника
і розчинюваної речовини.
У післявоєнні роки дослідження неводних розчинів успішно
проводяться в Київському університеті.
Якщо на початку нашого століття неводні розчини були своє-
рідним царством екзотики, то тепер вони значною мірою визна-
чають поступ сучасної хімії. Взяти хоча б виробництво фтору.
Цей газ — найагресивніший неметал, а тому, щоб його добути,
діють на фториди найсильнішим відновником — електричним
струмом. Для цього піддають електролізу розчин фториду калію
в рідкому фтороводні. Добутий вільний фтор використовують
як енергійний окисник пального в ракетних двигунах, для син-
тезу фторидів та дуже цінних полімерів — фторопластів.
Без неводних розчинів неможливо обійтися і при синтезі ра-
кетних палив. Серед останніх велику теплотворну здатність мають
гідроборати магнію, берилію та алюмінію. Синтез цих сполук
здійснюють в ефірному розчині.
У фотоелементах та іонних двигунах добре зарекомендували
себе рідкісні лужні метали — рубідій і цезій. У природі вони
здебільшого трапляються разом. Відомо кілька способів їх розді-
лення. Один з них полягає в обробці суміші їх карбонатів безвод-
ним етанолом. Причому цезієва сіль розчиняється, а рубіді-
єва — ні.
У майбутньому неводні розчини набудуть ще більшого зна-
чення. Уже зараз намітились нові, перспективні галузі їх вико-
ристання.
Так, щоб розділити селен і телур, їх суміш обробляють ацето-
новим або спиртовим розчином ціаніду калію. Внаслідок реакції
88
селену з ціанідом калію утворюється селеноціапат, а телур ли-
шається в осаді:
КХЛЧ + 8е = ККС8е.
Селеноціанати металів, які виділяють з неводних розчинів, можна
перетворювати термічною обробкою в селеніди, що є чудовими
напівпровідниками.
Рідкісноземельні метали, з якими пов’язують «чудо» майбут-
ньої техніки, ще й сьогодні добувають у вільному стані віднов-
ленням їх галогенідів кальцієм або електролізом розплавлених
систем. Проте високотемпературні способи добування металів
неекономічні. Потрібне складне апаратурне обладнання і велика
кількість енергії. Крім того, добуті метали помітно забруднені
домішками, що переходять з матеріалу тиглів та електродів.
Лантаноїди, ітрій і скандій можна добувати електролізом їх со-
лей у спиртових розчинах. При цьому катодом є ртуть, яка й роз-
чиняє виділювані метали, утворюючи відповідні амальгами.
Після відгонки ртуті у вакуумі вдається виділити вільні метали
в дуже чистому вигляді. Можна впевнено сказати, що металургія
майбутнього буде нерозривно пов’язана саме з електрохімією
неводних розчинів.
ВИТЯГУВАННЯ РЕЧОВИН З РОЗЧИНУ
Якщо до бромної води влити трохи бензолу і збовтати, то
після відстоювання цієї системи побачимо, що верхній шар —
бензольний — стане червоно-бурим, а нижній — водний майже
знебарвиться. Отже, виходить так, що нерозчинний у воді бензол
перетягує бром з водного розчину. Це пояснюється кращою роз-
чинністю брому в бензолі, ніж у воді. Таке явище витягування
розчинної речовини з одного розчинника в інший називають
екстрагуванням (екстракцією). Розчинник, в який перетягується
розчинена речовина, називають екстрагентом.
Екстракцію широко використовують у хімічному аналізі,
фармації, органічному синтезі, а також для вилучення з руд,
концентрування і розділення рідкісних і розсіяних елементів
тощо.
У ропі (розсолі) солоних озер, наприклад Сакського озера
та Сивашу (Гнилого моря), міститься чимало брому у вигляді
бромідів. Для добування брому спочатку крізь такі розсоли про-
пускають хлор — бром виділяється у вільному стані. Потім
бромну воду в спеціальних реакторах перемішують з розчинни-
ками, нерозчинними у воді —бензолом, чотирихлорним вуглецем
89
тощо, в яких бром розчиняється набагато краще. При цьому
в малий об’єм такого розчинника переходить майже увесь бром.
Тепер концентровані розчини брому переганяють і добувають
чистий рідкий бром.
Багаті уранові руди в природі трапляються рідко. Тому еле-
мент № 92 доводиться вилучати найчастіше з бідних на уран руд.
При цьому уран супроводжує цілий ряд найрізноманітніших
металів. Отже, руду спочатку обробляють азотною кислотою.
Уран і його супутники при цьому переходять у розчин. Потім
нітратний розчин збовтують з водним розчином речовини, яка ек-
страгує уран, відокремлюючи його від домішок. Відігнавши ек-
страгуючу речовину, добувають кристалічну сіль — нітрат урані-
лу {_ГО2 (N6)3)2, яку очищають і перетворюють в інші сполуки
урану, а з них і виділяють чистий вільний метал.
Цирконій і гафній, ніобій і тантал. Без них не можна було б
і думати про сучасні ядерні реактори, космічні ракети і кораблі,
надпровідні сплави. Для новітньої техніки ці метали потрібні
у високочистому стані. Але в природі вони зустрічаються тільки
разом — попарно: цирконій—гафній, ніобій—тантал. Ці метали
мають однотипні електронні оболонки, майже однакові атомні
та іонні радіуси. Звідси така хімічна схожість цирконію з гаф-
нієм, а ніобію з танталом. Розділяти їх через це неймовірно важко.
Проте хіміки навчилися розлучати цих «близнюків». Часто для
цього використовують екстрагування. Так, ніобій і тантал, вилу-
чені з руд у вигляді суміші, переводять у фторидні комплексні
кислоти: Н2[МЬОГ5І та Н2[ТаГ,]. Потім їх збовтують з нерозчин-
ними у воді кетонами. При цьому тантал переходить в органіч-
ний розчинник, а ніобій лишається у водній фазі.
Іноді як екстрагенти використовують розплавлені метали.
Так, при хіміко-металургійній переробці поліметалічних цин
ково-свинцевих руд добувають суміш рідких свинцю і цинку, які
не змішуються між собою. Причому важкий свинець утворює
нижній шар, а легкий цинк — верхній. У свинцево-цинкових
рудах міститься чимало процентів срібла, яке в цинкові розчи-
няється набагато краще, ніж у свинці. Отже, з рідкого свинцю
срібло майже повністю вбирається рідким цинком. Цинковий шар
відокремлюють від свинцевого і переганяють у вакуумі. При
цьому цинк відганяється і в залишку лишається чисте срібло-
Після тривалої роботи стержні ядерних реакторів піддають
хімічній переробці. Зрештою добувають сплав уран-плутоній.
Для розділення цих металів до їх рідкого сплаву додають рідкий
лантан або неодим. При цьому плутоній з урану переходить
у лантан (неодим).
90
МОЛЕКУЛИ В «ПАСТКАХ»
Вивчаючи різні гази, англійський учений Г. Деві якось випад-
ково вдихнув чималу дозу геміоксиду азоту N26. При цьому він
відчув надзвичайно сильне збудження і сп’яніння. «Я танцював
по лабораторії, немов божевільний»,— записав дослідник у лабо-
раторному журналі. Скоро про це довідалась аристократична
публіка Лондона і до Деві та Фарадея почалося справжнє палом-
ництво — поважні леді і джентльмени, шукачі гострих відчуттів,
приїздили подихати цим дивовижним газом. Один з учасників
таких наркотичних сеансів пізніше згадував: «Одні джентльмени
стрибали по столах і стільцях, в інших розв’язало язики, треті
виявляли надзвичайну схильність до бійки...». Тому геміоксид
азоту назвали веселящим газом.
Пізніше — у 1844 р.— американський зубний лікар Уельс
використав наркотичну дію цієї речовини для знеболювання.
Він наказав своїм асистентам вирвати в нього зуб під наркозом
веселящого газу. При цьому він зовсім не відчув болю. Такі самі
досліди Уельс успішно повторив на своїх пацієнтах, а потім на-
віть влаштував публічне демонстрування видалення зуба. Та
цього разу дослід не вдався. Пацієнт моторошно закричав —чи
то від справжнього болю, чи просто побачивши «страшне» зна-
ряддя лікаря. Невдача і глузування публіки призвели до заги-
белі стоматолога-новатора — у хвилину розпачу він заподіяв
собі смерть.
Сталося так, що в медицині з’явились нові анестезуючі засо-
би — хлороформ і діетиловий ефір. Останній вперше застосував
для наркозу в польових умовах російський хірург М. І. Пирогов
під час облоги Севастополя.
Подібну наркотичну дію на організм людини чинять циклопро-
пан і важкі благородні гази — аргон і особливо криптон і ксенон
під час вдихання їх з киснем. На думку американського хіміка
Л. Полінга, анестезуючу дію різних речовин можна пояснити
утворенням у нервових тканинах і особливо клітинах мозку
надзвичайно дрібних кристалів гідратних клатратів, які «розми-
кають» електричні ланцюги нервів. Останні перестають бути про-
відниками імпульсів, і мозок не отримує сигналів про больові
відчуття...
Клатрати... Що ж це за химерні сполуки? Клатрати, або спо-
луки втиснення, особливі. Вони утворюються не за рахунок
звичайного хімічного зв’язку, як переважна більшість сполук.
Виявляється, що багато речовин, у тому числі й вода, мають
молекулярні решітки з просторовими порожнинами. От саме
в них і можуть проникати молекули інших речовин, причому
91
втиснена молекула називається «гостем», а та просторова решітка,
що приймає «гостя» — «господарем». Встановлено, що просторові
порожнини можуть мати форму клітки, тунелю (нори) або ж між-
площинного шару. При утворенні клатратів молекули і «гостей»
і «господаря» повинні строго орієнтуватись одні відносно інших.
Але головна вимога полягає ось у чому — для виникнення клат-
рата потрібно, щоб була просторова відповідність міні розмірами
порожнин «господаря» та молекул-«гостей». Якщо «гість» дуже
малий — він не втримається в порожнинах решітки, а коли моле-
кула-«гість» занадто велика, її неможливо втиснути в «прокрус-
тове ложе». І нарешті, якщо «гість» все-таки трохи перевищує
розміри свого майбутнього «помешкання», то його насильно туди
«заштовхують». Найчастіше для цього застосовують підвищений
тиск. Так молекули-«гості» стають «в’язнями», бо опиняються
немовби під замком, звідси й назва сполук втиснення «клатрати»—
від грецького «клатрон», що значить замок. Латинське «клатра-
тус» — загородження — також виправдовує цю назву.
Важливою є така прикмета клатратів: якщо просторові порож-
нини «господаря» «заселені» неповністю, то його кристалічна
решітка має надлишок потенціальної енергії, а тому стає пере-
напруженою. Через це вона намагається «заманити» і втиснути
в себе максимально можливу кількість «гостей» і, таким чином,
звільнитись від надлишку енергії. Саме тому клатрати мають
постійний склад, що дає підставу розглядати їх як хімічні спо-
луки, а не механічні суміші.
Цікаво, що найчастіше самі речовини-«господарі» кристалі-
зуються у формі кристалів без відповідних просторових порож-
нин. У присутності молекул-«гостей» «господарі» утворюють кри-
сталічні решітки зовсім іншого типу, які придатні для побудови
сполук втиснення.
Мабуть, кожному старшокласникові відома характерна реак-
ція крохмалю з йодом. Варто капнути одну-дві краплі йодної
настойки на розрізану картоплину чи шматочок хліба, як від-
разу з’являється темно-синє забарвлення — це утворюється дуже
цікавий клатрат. Двохатомні молекули йоду (див. мал., Б)
втискуються в спіраль полімерної молекули крохмалю. «Посе-
ляючись» у спіральній пустоті, молекули йоду зазнають силь-
ного стиснення з боку «господаря», внаслідок чого атоми в моле-
кулі йоду розходяться на більшу відстань(А). При цьому його
електрони в тисячі разів інтенсивніше вбирають світло — буре
забарвлення змінюється на темно-синє. Подібну фіолетово-синю
сполуку втиснення з йодом утворює і основний ацетат лантану.
Цією клатратною реакцією інколи користуються в якісному
хімічному аналізі для виявлення елемента № 57.
93
Молекули йоду в крохмальній спіралі.
Якщо добуті під тиском водні розчини таких газів, як метан,
хлор, сірковий газ, аргон, криптон, ксенон тощо, охолоджувати
нижче від 0° С, з них викристалізовуються гідратні клатрати.
Крім того, вже синтезовано чимало сполук втиснення з чотирй-
хлорним вуглецем, сірководнем, фенолом, толуолом тощо. Проте
спроби добути клатрати гелію, зокрема з гідрохіноном, не увін-
чались успіхом, адже атоми гелію занадто малі, щоб утриматись
у кліткових порожнинах гідрохінону. З цієї самої причини не вда-
ється виділити гідрати гелію та неону навіть при температурі
0е С і під тиском 260 ат.
Радянські хіміки вперше синтезували клатрати фенолу з ксе
ноном та радіоактивним газом радоном. Причому атоми цих газів
втискуються в пустоти, утворені трьома молекулами фенолу
(Хе(СвН6ОН)3 і Вп(СлН5ОН)3. Усі названі клатрати аргону, крип-
94
тону, ксенону та радону виділяють втиснений газ під час розчи-
нення або нагрівання цих речовин.
Клатрати благородних газів у майбутньому застосовуватиму-
ться широко. Розділяти ці гази можна селективною (вибірковою)
клатрацісю. Так, аргон відокремлюють від неону регулюванням
тиску, при якому відбувається утворення його клатрату з гідро-
хіноном. Криптон відокремлюється від ксенону за рахунок біль-
шої розчинності останнього. Завдяки клатратам благородні гази
досить зручно зберігати і перевозити.
Пе так давно було винайдено новий спосіб застосування клат-
ратнпх сполук: радіоактивний ізотоп криптон-85 замкнули
у «клітці» гідрохінону. Виявляється, що з таким клатратом пра-
цювати зручніше й безпечніше, ніж з газоподібним криптоном-85.
Цей ізотоп випромінює тільки бета-частинки, які легко затриму-
ються, а тому не потребує масивного захисного екрана. Якщо ж
радіоактивні атоми і вирвуться із своєї «в’язниці», то вони швидко
розсіюються в навколишньому повітрі. Такий клатрат можна
успішно застосувати як джерело радіації в багатьох галузях
науки і техніки. Учені сконструювали також прилад, який авто-
матично контролює забруднення повітря. Справа в тому, що такі
небезпечні для людини речовини, як озон, хлор, оксиди азоту
та інші, окислюють «клітку» гідрохінону, руйнують її, а звіль-
нений криптон реєструється лічильником для вимірювання радіо-
активності. Цим простим і надійним способом вдається виявляти
в повітрі навіть більйонні частки шкідливих домішок.
У 1956 р. американські хіміки А. Басвел і У. Родебуш спосте-
рігали незвичайне і дивовижне явище. Вони помітили, що в тру-
бах газопроводу (а це було влітку) вода замерзла при температурі
4-20° С. При цьому труби забивались масою, що нагадувала мок-
рий сніг. І цього разу «винуватцями» виявились клатрати. Було
встановлено, що такі гази, як метан, пропан, бутан, розчиняю-
чись у воді і особливо під тиском, утворюють гідрати, в яких
втиснена молекула газу зв’язується з 10—20 молекулами води.
Внаслідок зростання в’язкості розчину молекули води уповіль-
нюють свій рух. При цьому вивільнюється прихована теплота
кристалізації, від чого вода замерзає вище 0° С, утворюючи теп-
лий лід і сніг.
У 1971 р. радянські вчені зробили визначне і сенсаційне від-
криття — у земних глибинах було виявлено величезні поклади
метанових гідратів у вигляді льоду. Виявляється, що кригопо-
дібні вуглеводневі гідрати легко утворюються в умовах високих
тисків і низьких температур — у глибинах Землі, переважно
в районах вікової мерзлоти (вони займають майже 25% поверхні
земної суші). Підраховано, що тільки в підземних крижаних
95
Радіоактивний криптоп
у «клітці» гідрохінону.
«коморах» Крайньої Півночі., Сибіру й Далекого Сходу заховано
близько 15 трильйонів кубометрів метанових клатратів. Крім
того, гігантські поклади вуглеводневих гідратів містять надра
Аляски, Північної Канади, Гренландії та Антарктиди. Для сві-
тової економіки підземні запаси «законсервованого» метану —
важливий резерв природного газу на десятки років.
Вічно жива вода, життєдайна і животворна рідина... «У тебе
немає ні смаку, ні кольору, ані запаху, тебе неможливо описати,
тобою насолоджуються, не знаючи, що ти таке. Не можна сказати,
що ти необхідна для життя: ти — саме життя. Ти наповнюєш нас
радістю, яку не пояснити нашими почуттями. З тобою поверта-
ються до нас сили, з якими ми вже розпрощались. З твоєї милості
у нас знову починають вирувати висохлі джерела нашого серця.
Ти найбільше багатство на світі...» Ці чудові рядки належать
видатному французькому письменнпку-гуманісту і військовому
льотчику Антуану де Сент-Екзюпері.
Бурхливий розвиток цивілізації привів до небаченого раніше
споживання прісної води, а також і до забруднення рік, озер
і Світового океану отруйпими відходами виробництва, нафтопро-
дуктами, миючими засобами, отрутохімікатами, мінеральними доб-
ривами тощо. Учені різних країн — біологи, медики, хіміки
96
економісти — б’ють на сполох: планеті загрожує водний голод.
Нестача чистої прісної води дедалі гостріше відчувається в бага-
тьох країнах світу і насамперед у СІНА, Англії, ФРН, Голландії
та деяких інших.
Особливо ці труднощі відчуваються в районах розташування
великих міст і промислових центрів, оскільки потреба в чистій
воді тут весь час зростає, збільшуються масштаби її споживання,
а вода дедалі більше забруднюється різними промисловими, по-
бутовими й іншими відходами.
Отже, однією з найголовніших проблем сьогодення і майбут-
нього є проблема чистої прісної води. Над розв’язанням цієї
проблеми працює великий загін учених, асигновано чимало кош-
тів. Зараз широким фронтом ведуться пошуки дешевих і доступ-
них способів опріснення морської води, у тому числі за допомо-
іою сонячної та ядерної енергії. Важливу роль у цій життєво
необхідній справі мають відіграти і клатрати.
Так, від змішування пропану з морського водою під тиском
4 ат і температурі -|-1,7° С ця сполука утворює з водою вільний
від солі гідрат, в якому молекула пропану перебуває в оточенні
17 молекул води (С3Н8(Н2О)17). Кристалічний клатрат відокрем-
люють від морської води, промивають і розплавляють. Утворю-
ється чиста питна вода. За підрахунками американських фахів-
ців, таким способом можна добувати щодобово до 40000 т пріс-
ної води, вартість якої становить всього 13 центів за тонну. Ве-
ликою перевагою згаданого способу над простим виморожуван-
ням є те, що значно менше витрачається енергії, адже клатрат
утворюється при температурі, вищій від точки замерзання води.
Па думку вчених, клатрати можуть стати в пригоді при про-
кладанні тунелів, спорудженні баз та житлових приміщень у тов-
щі арктичної криги і снігу.
Вивчення клатратів сечовини дало найбільший поштовх за-
стосуванню клатратних сполук. Німецький хімік Бенген зай-
мався аналізом пастеризованого молока. При цьому він з’ясував,
що, коли до молока добавити сечовини, жир повністю відокрем-
люється, а це дає змогу визначати його точний вміст у молоці.
Щоб краще розділити емульсію, Бенген влив у молоко трохи
октилового спирту і залишив суміш відстоюватись. Через кілька
днів він виявив на поверхні рідкої фази кристали сечовини, що
містили октиловий спирт. Наступні експерименти показали, що
сечовина «ув’язнює» не тільки жирні спирти, а й парафіни. Так
був розроблений клатратний спосіб розділення вуглеводнів.
Виявилось, що молекули сечовини, з'єднуючись між собою вод-
невими зв’язками, утворюють просторові порожнини у ВИГЛЯДІ
довгих каналів, в яких розміщуються нерозгалужепі зигзагопо-
4 0-246
Бібліотечна книга
97
дібні молекули парафінів, в той час як вуглеводні з розгалуженим
вуглецевим ланцюгом не можуть туди проникати.
У випадку тіосечовини все відбувається навпаки. Її просторові
порожнини набагато більші за розмірами, ніж у сечовини. Такі
канали надто просторі для парафінів з прямим вуглецевим лан-
цюгом і тому подібні «гості» випадають з цих порожнин. Парафіни
з розгалуженим ланцюгом, навпаки, лишаються в «пастках»
тіосечовини.
Тривалий час хіміки стикалися з неймовірними труднощами
під час розділення ізомерів, бо, як відомо, відмінність у їх влас-
тивостях зовсім незначна. Цю перешкоду в багатьох випадках
вдалося успішно подолати за допомогою сполук втиснення.
Клатрати застосовують і для захисту багатьох речовин від
розкладу та окислення. Так, ненасичені кислоти: лінолева, ліно-
ленова та арахідонова, що містяться в рослинних оліях, широко
впроваджуються в медичну практику для лікування серцево-
судинних захворювань. Названі кислоти досить легко окислю-
ються киснем повітря. Але досить їх «замкнути» в канали сечо-
вини або тіосечовини, як вони зберігатимуться в такому консер-
вованому вигляді місяцями, а то й роками.
Суха тіосечовина також добре «ув’язнює» чимало отруйних
органічних розчинників: чотирихлорний вуглець, дихлоретан,
сірковуглець, піридин тощо. З утворених клатратів розчинники
легко виділяються. Тому клатрати застосовують для охорони
здоров’я робітників на шкідливих виробництвах та для очищення
навколишнього середовища від забруднення.
Є дані про те, що і в живих організмах клатрати відіграють
неабияку роль, бо чимало макромолекул є спіралями, в яких
одна молекула обвивається навколо іншої. Уже виділені і дослі-
джені клатрати жовчних кислот з жирними кислотами. Молекула
дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), в якій природа «запи-
сує» і зберігає генетичний код, схожа на сполуку втиснення.
Не виключено, що й білки, наприклад гемоглобін тощо, утво-
рюють сполуки втиснення. Проте остаточно це можна з’ясувати
лише в процесі майбутніх досліджень в цій складній і надзвичайно
цікавій царині природознавства.
ВУГІЛЬНИЙ ГАЗ
У знаменитій статті «Майбутня сила, що спочиває на берегах
Дінця» (1888 р.) Д. І. Менделєєв уперше висловив пророчу ідею
про підземне перетворення кам’яного вугілля в газоподібне па-
ливо: «Настане, мабуть, з часом така епоха, що вугілля із зем-
лі виламувати не будуть, а там у землі зуміють перетворювати
98
його в горючі гази, і їх трубами розподілятимуть на великі
відстані».
А через два роки він писав: «Я гадаю, що утворення генератор-
ного газу можна досягти всередині самої землі, влаштувавши до
верств... регульований доступ повітря, через що можна уникнути
всієї майже каторжної роботи в кам’яновугільних верствах...
Тоді можна буде користуватися і тонкими верствами кам’яного
вугілля, які невигідно виробляти теперішніми способами».
Трохи згодом, спираючись на передбачення російського вче-
ного, англійський фізик і хімік, «мисливець за благородними га-
зами» В. Рамсей розробив спосіб підземної газифікації вугілля.
Цей важливий технічний винахід дуже високо оцінив В. І. Ленін:
«Всесвітньо-знаменитий англійський хімік Вільям Рамсей винай-
шов спосіб безпосереднього добування газу з кам’яновугільних
шарів. Рамсей веде вже переговори з одним власником кам’яно-
вугільних рудників про практичну постановку справи.
Одно з великих завдань сучасної техніки наближається, таким
чином, до розв’язання...
...Відкриття Рамсея означає гігантську технічну революцію
в цій, чи не найважливішій, галузі виробництва капіталістичних
країн.
...Величезна кількість людської праці, яка застосовується
тепер на добування і розвозку кам’яного вугілля, була б збере-
жена.
...Переворот у промисловості, викликаний цим винаходом,
буде величезний»1.
Та в світі капіталу цю проблему практично не розв’язали.
Тільки радянські люди зуміли втілити в життя геніальну ідею
Д. І. Менделєєва і В. Рамсея. Ця знаменна подія відбулась у Гор-
лівці 4 лютого 1938 р. Вперше в історії світової науки генератор-
ний газ, добутий під землею, було подано по трубах до коксохі-
мічного комбінату.
ОКТАНОВЕ ЧИСЛО
Й АНТИДЕТОНАТОРИ
Розповідають, що якось у СИТА був організований конкурс
на найкоротше оповідання. Першу премію жюрі одностайно
присудило авторові такого «твору»: «Джек запалив сірника і хо-
тів поглянути — скільки бензину в баці... Небіжчику було
22 роки...»
1 В. І. Ленін. Повне зібрання творів. Т. 23, стор. 90—91.
4*
99
Сюжет цього лаконічного оповідання правдивий. Адже відомо
давно, що особливо небезпечна суміш пари бензину з повітрям.
Від вогню, а то й найменшої іскри такі суміші із свистом вибу-
хають.
Подібні вибухи виконують корисну роботу в двигунах внут-
рішнього згоряння. Проте, якщо швидкість вибуху надзвичайно
велика,— мотори псуються.
Так, внаслідок спалювання в автомобільному двигуні нор-
мального гептану
СН3 -СН2— СН2—СН,—СН2—СН,—СП3
у циліндрах виникають сильні поштовхи, від яких поршні сильно
вібрують, а кривошипно-шатунний механізм поступово руйнує-
ться. При цьому ритм роботи двигуна порушується — мотор
перегрівається і зрештою зовсім виходить з ладу. У циліндрі
горюча суміш стискується. Від невпинно зростаючих тиску і тем-
ператури вуглеводні зазнають крекінгу — розщеплюються на
активні уламки. Останні можуть легко приєднувати молекули
О2 і утворювати вибухові пероксосполуки. Через це горюча
суміш детонує — згоряє з величезною швидкістю значно раніше,
ніж поршень стисне її до потрібного об’єму.
А от вуглеводні з розгалуженим вуглецевим ланцюгом, напри-
клад ізооктан
СНз\ /СНз
сн3-с—сн2-снч
СН / СН3’
згоряють значно повільніше, ніж нормальний гептан. Детонація
при цьому не наступає.
Схильність бензинів до детонації оцінюють так званим окта-
новим числом. Чим легше детонує пальне, тим меншим є його
октанове число. Чим вище октанове число бензину, тим він кра-
щий, а отже, і дорожчий. На октановій шкалі число 0 надають
нормальному гептану, а число 100 — ізооктану. Змішуючи ізо-
октан з гептаном, добувають рідини з певним октановим числом
(процентом ізооктану в суміші). Вони і є еталоном, з яким порів-
нюють пальне, визначаючи його октанове число.
Наприклад, двигуни автомобілів «Жигулі» працюють на висо-
коякісному бензині А-93. Це означає, що назване пальне має
октанове число 93. Зараз випускають спеціальні авіаційні бен-
зини, октанові числа яких значно перевищують позначку «100».
Для підвищення октанового числа низькосортних бензинів
100
Октанова шкала.
до них добавляють антидетонатори. Найдавнішим і найпоширені-
шим серед них є тетраетилсвинець (ТЕС):
С2Н
•С2Н6
Це безбарвна, надзвичайно отруйна рідина.
Про отруйність теграетилсвинцю свідчить хоча б такий факт.
Під час минулої війни вояки одного з підрозділів вермахту знайшли
металеву діжку без напису з густою олієподібною рідиною. Вони
помилково прийняли її за оліфу і «пофарбували» нею дерев’яні
стіни і стелю в казармі. Того ж дня вони розмістились у цьому
приміщенні. До ранку 21 гітлерівець сконав у страшних муках,
101
а решта дістали психічні розлади. «Оліфа» виявилась тетраетил-
свинцем.
При температурі, вищій від 200° С, ТЕС та інші металорга-
нічпі антидетонатори розкладаються з утворенням активних вільних
радикалів:
РЬ(С2Н6)4-^ .РЬ. + 4 С2Н6.
Ці радикали швидко реагують з нероксосполуками і зводять нані-
вець їх вибухову силу. Збуджені атоми металу в свою чергу ней-
тралізують активні продукти розпаду пероксосполук. Тетраетил-
свинцю до бензинів добавляють мало —0,3—1%, інакше, якщо
в пальному багато антидетонатора, зайвина вільних радикалів сприя-
тиме утворенню вибухових пероксосполук.
Для виведення свинцю з циліндрів мотора до бензину, крім ТЕС,
добавляють дихлор- або диброметан — С2Н4С12, С2П4Вг2. Останні
із свинцем утворюють леткі галогеніди—РЬС12 і РЬВг2, які разом
з іншими отруйними сполуками (СО, N0, КО2 тощо) роблять
вихлопні гази двигуна небезпечними для здоров’я людини. Щоб
відрізнити етильований бензин, його фарбують у червоний колір.
З таким бензином слід поводитися дуже обережно — ні в якому разі
не можна засмоктувати його ротом у шлапг, а також мити ним
руки.
За ініціативою академіка О. М. Несмеянова в Радянському
Союзі налагоджено випуск іншого антидетонатора, що має довгу
назву — циклопентадієнілтрикарбоніломарганець, або скорочено
ЦТМ. Цей антидетонатор належить до вже відомих нам «сендвічевих»
сполук і має оригінальну будову:
Новий антидетонатор набагато менш отруйний, ніж тетраетил-
свинець. До того ж повна заміна ТЕС на ЦТМ дасть змогу
заощаджувати щороку більш як 3 млрд. карбованців.
102
КОРОЛІВСЬКИЙ БАЛ І МЕТАЛЕПСІЯ
Явище металепсії (поступового заміщення водню в органічних
сполуках галогенами) відкрили зовсім випадково. Це було в 30-х
роках минулого століття. Якось французький король наказав своїм
вельможам і придворній челяді підготувати все необхідне для пишного
і грандіозного балу. Для освітлення королівського палацу Тюїльрі
виготовили величезну партію воскових свічок. А щоб вони мали
привабливий вигляд і милували око, їх відбілили хлором.
Та тільки-но заграли музики і пари закружляли в танці, палац
став наповнюватись важким туманом. Дихати ставало все важче,
у носі й горлі дряпало, в очах різало. Шляхетні дами і кавалери
почали чхати і кашляти. Бал довелося спішно припинити.
Відомому хіміку Ж. Дюма загадали з’ясувати причину цього
прикрого випадку. Він провів ретельні дослідження білих воско-
вих свічок і знайшов головного «винуватця», який зірвав королів-
ський бал. Ним виявився хлор, яким відбілювали жовтий віск.
Бджолиний віск — дуже складна суміш різних сполук. Це на-
самперед вуглеводні (С25Н52 І С30Нв0), вищі спирти (цериловий —
СвдН63ОН, мірициловий — С30Н61ОН), вищі карбонові кислоти
(пальмітинова — С15Н31СООН, церотинова — С26Н61СООН,
мелісинова — С26Н56СООН) та складні ефіри високомолеку-
лярних кислот і спиртів, наприклад мірицил-пальмінат —
Сі5Н31СООС80Нв1. Внаслідок дії вільного хлору на віск атоми вод-
ню в його сполуках заміщувались на галоген. Утворені хлорпо-
хідні під час горіння свічок згоряли і серед інших продуктів ре-
акції виділяли воду і хлороводень. Утворювались малесенькі
крапельки соляної кислоти, що у вигляді туману наповнили
зали палацу Тюїльрі.
«ОРГАНІЧНА ПЛАТИНА»
В алхімічних творах часто малювали лева, що пожирає сонце.
Ця алегорія символізує «царську воду», в якій розчиняється
«цар металів» — золото. Та є полімер, що своєю хімічною пасив-
ністю значно перевершує і «царя» і «царицю металів» — платину.
Це так званий фторопласт-4, тефлон, або політетрафторетилен.
Його справедливо назвали «органічною платиною»;
Р Р Р Е Р Р
р р р р р Е
103
На тефлон не діє ні димуча азотна кислота, ні «царська вода»,
ні газоподібний хлор, ні нагріті луги. В органічних розчинни-
ках — вуглеводнях, спиртах, ефірах, кетонах він не тільки не
розчиняється, а й не набрякає. З тефлоном повільно реагують
лише вільний фтор та його агресивний суперник — С1Е3. Роз-
плавлений натрій взаємодіє з тефлоном тільки при 500° С.
Така хімічна інертність тефлону пояснюється надзвичайною
міцністю зв’язків С—Р, а також тим, що атомна відстань С—С
у вуглецевому кістяку майже дорівнює двом радіусам атома
фтору. Завдяки цьому атоми фтору затінюють (заслоняють собою)
вуглецеві атоми і тим оберігають їх від дії різних реагентів.
У тефлоновій тарі зберігають такі енергійні окисники, як
фторні та кисневі сполуки криптону і ксенону. Тканини, зіткані
з тефлонових ниток,— гарні фільтри для очистки гарячих кислот
і окисників. Чимало тефлонових деталей застосовується і в су-
часних літаках та ракетах. Особливо це стосується паливних ба-
ків та трубопроводів, в яких зберігаються і прокачуються хі-
мічно активні й агресивні компоненти ракетного пального. При
високій температурі тефлон руйнується і є енергійним окисником,
завдяки чому його іноді використовують як компонент твердого
ракетного палива.
Тефлон зберігає високу механічну міцність в температурному
інтервалі від —190 до +250° С. Він чудовий діелектрик, причому
його високі діелектричні характеристики не залежать від частоти
струму і температури (від —160 до +280° С). Через це тефлон
широко застосовують в радіотрансляційній, радіолокаційній,
телевізійній та електронно-обчислювальній апаратурі. Тефлоно-
вим ізоляційним матеріалом покривають кабелі і проводи високої
напруги. Такі проводи можна цілком безпечно розігрівати до
180—190° С, а трансформатори з тефлоновою ізоляцією — до
200° С. У радіоелектронній апаратурі використовують друковані
схеми, в яких шар металу наноситься на ізолюючі блоки тефлону.
Якщо метал покрити тоненьким шаром фторопласту, то на
лютому морозі металева річ не прилипатиме до рук. Це має не-
абияке значення для роботи в суворих умовах Арктики й Ан-
тарктиди.
Багато металів в умовах глибокого космічного вакууму само-
зварюються. За таких умов титанові болти і гайки можуть, на-
приклад, мертво приваритися до металевої конструкції. Самозва-
рювання відбувається завдяки відсутності захисної газової
плівки на поверхні металу та інтенсивній дифузії атомів металу.
Та цьому лихові можна зарадити, якщо на титанові болти, гайки
та інші деталі нанести тонкий захисний шар фторопласту.
Фторопласти успішно використовують і на підводних човнах.
104
Хімічна інертність тефлону.
Фторополімерами покривають, зокрема, обойми перископів, кла-
панні пристрої механізмів випливання та інші відповідальні
вузли і деталі підводного човна, які можуть роз’їдатися морською
водою.
Фторопласти не змочуються водою та іншими рідинами, до них
не прилипають липкі тіла. Отож не дивно, що сьогодні у хлібо-
пекарнях тісто розмішують у тефлонових посудинах, розкачують
його тефлоновими валами, а хліб випікають у тефлонових фор-
мах. Такі форми не треба попередньо змащувати жирами або по-
сипати борошном. В одній тефлоновій формі можна випекти до
тисячі запашних паляниць без будь-якого змащування.
Хіміки-фторорганіки подарували медицині справді чудо-
матеріали, на які так давно чекали хірурги. З фторопластів ви-
готовляють протези мітрального і аортального клапанів серця,
а також протези кровоносних судин. У таких полімерних судинах
105
не відбувається тромбоутворення. Фторопластами закривають
також дефекти серцевих перегородок, з тефлону виготовляють
посудини для прийому коронарної крові.
ПОЛІМЕРИ-ЖЕРТВИ
Кремнійорганічні полімери мають таку структуру:
В В В В В
І І І І І
.. .0—Зі—О—Зі—О—Зі—О—Зі—О—Зі—О-----
І І І І І
в в в в в
Як бачимо, вони є органічними похідними полісилікатних кислот.
В органічних полімерів вуглецевий скелет від сильного нагрі-
вання чи дії агресивних речовин легко розривається на дрібні
уламки. Це пояснюється відносною слабкістю зв’язків С—С, С=С,
С—N тощо. Кремнійорганічні полімери позбавлені цієї вади —
зв’язки Зі—О надзвичайно міцні. Єдине «уразливе» місце в цих
полімерів — це зв’язки Зі—В (де В — СН3, —СвН6, — СІХ' тощо).
Але навіть якщо органічні радикали згоряють, то все ж силі-
катний кістяк полімеру зберігається — утворюється крихка, але
Досить щільна склоподібна плівка (ЗіО2)л:
І І І І
0 0 0 0
І І і І
----О-Зі-О—Зі-О-Зі—О-Зі-О------
III!
0 0 0 0
І І І І
Вона тоненьким шаром покриває полімер і захищає його від даль-
шого руйнування.
Уже синтезовано цілу низку найрізноманітніших кремній-
органічних полімерів, які широко використовуються в сучасній
техніці. Це й силіконова гума, що зберігає свою еластичність
від —60 до +250° С, і морозостійкі мастила, а також чудові елек-
троізоляційні матеріали, водовідштовхуючі тканини і покриття,
спеціальні клеї, нові пластмаси і жаростійкі емалі, які широко
використовують для виготовлення жертовних покриттів у ракет-
них двигунах. Для цього на металеву поверхню наносять товстий
шар кремнійорганічної емалі. Під час згоряння ракетного паль-
ного полум’я розжарених газів обпалює поверхню полімере.
106
Органічні радикали вигоряють — утворюється склоподібна плів*
ка, яка повільно випаровується у вогняному пеклі. Потім знову
вигоряють вуглецеві радикали, знову утворюється плівка
(5іО2)п і так до кінця. Через деякий час емаль повністю вигоряє
і випаровується, а коли вогонь починає підкрадатися до металу,
вогняна струмина встигає винести ракету в космічний простір...
Так кремнійорганічні полімери віддають у жертву вогню, а мета-
леву конструкцію ракети зберігають від руйнування.
АЛКАЛОЇДИ — ОТРУТИ І ЛІКИ
Алкалоїди — органічні сполуки переважно рослинного похо-
дження, що містять у своєму складі амінний азот, завдяки чому
вони мають лужні властивості. Звідси і назва — «алкалоїди»
(від арабського «алкалі» — луг та грецького «ідос» — вигляд).
Алкалоїди чинять сильну фізіологічну дію на живі організми.
До алкалоїдів належать передусім нікотин — головна діюча
речовина тютюну та ізомер нікотину анабазин, уперше виділений
із середньоазіатської рослини анабазиса:
Нікотин
Анабазин
СЛОВО «НІКОТИН» ПОХОДИТЬ ВІД ЛаТИНСЬКОЇ НаЗВИ ТЮТЮНу N10011808.
А тютюн так названий па честь французького дипломата Жана
Ніко (1530—1600 рр.), який першим у Європі переніс тютюн
на французький грунт, став розводити цю американську культуру
на плантаціях.
Іншим дуже важливим алкалоїдом є вилучений з кори хінного
дерева хінін, який згубно діє на малярійних паразитів:
107
Алкалоїд кофеїн.
У кернах кави і какао та листках чаю міститься алкалоїд кофеїн
(теїн).
Кофеїн збуджує серцеву діяльність, а тому його широко вживають
у медицині.
У рослині болиголові міститься дуже отруйний алкалоїд
коніїн —а-пропілпіперидин:
—СН2—СН2—СН3.
І
Н
Беладонна, іцо росте в лісах Карпат, Криму і Кавказу, а
також дурман містять алкалоїд атропін, емпірична формула яко-
го-С, 7Н23О3К
Якщо капнути в око розведеним розчином солі атропіну, зіниця
сильно розшириться і стане нерухомою. Це дає змогу лікареві-
окулісту заглядати всередину ока. У давнину жінки закапували
в очі витяжку беладонни, зіниці розширювались, від чого очі
робилися красивими і набували неприродного блиску.
108
У листі кока, що росте в тропіках, міститься алкалоїд кокаїн:
Раніше кокаїн широко застосовували для місцевого наркозу
при хірургічних операціях, бо нерви від розчину його солей
«німіють» — стають нечутливими. Але кокаїн дуже дорогий і до
того ж отруйний. Це й спонукало хіміків-органіків синтезувати
сполуку, аналогічну кокаїну. Так народився славнозвісний анес-
тезуючий засіб новокаїн — диетиламіноетиловий ефір пара-аш-
нобензойної кислоти, молекула якого простіша за структурою
від молекули кокаїну, але зберігає фізіологічно діючу її частину:
У далекій Африці росте дуже отруйна рослина — калабар-
ський біб. Його плоди — власне боби — містять сильнодіючу
отруту — алкалоїд езерин. Серед деяких африканських племен
існує особливий вид страти — засудженого на смерть примушують
з'їсти пригоршню калабарських бобів. Ця «трапеза» остання
в житті приреченого...
У джунглях Південної Америки росте так званий блювотний
горіх (челибуха). У цій і подібних до неї рослинах містяться
надзвичайно отруйні алкалоїди: стрихнін, бруцин і кураре (ку-
рарин). Смертельна доза стрихніну становить 0,05—0,1 г. Стрих-
нін і бруцин спричиняють судороги, курарин же, навпаки, пара-
лізує рухові нерви, а отже, є протиотрутою проти стрихніну
і бруцину. За допомогою бруцину хіміки розділяють оптичні
(дзеркальні) ізомери, а також виявляють мізерні кількості ні-
тратної кислоти. Якщо до досліджуваного розчину добавити
сульфатної солі бруцину, то при наявності навіть слідів азотної
кислоти з’являється червоне або рожеве забарвлення. Дана
реакція надзвичайно чутлива й специфічна.
Відваром листя, що містить кураре, південноамериканські
індіанці змочують свої стріли і полюють ними на звірів. Коли
така стріла бодай удряпне тварину, скажімо ягуара, він відразу
падає і стає нерухомим. Курарин та його синтетичні замінники
109
знайшли застосування в медицині, особливо при операціях на
серці., коли його треба на деякий час зупинити.
Багато алкалоїдів міститься в молочному соку маку. Через
кілька днів після того як відпадуть пелюстки квіток, на коробоч-
ках маку роблять надрізи. З них витікає біле молочко, яке твердне
на повітрі і перетворюється в світло-коричневу масу. Це і є
опій (опіум). У країнах Сходу його вживають для куріння.
Куріння опіуму вельми шкідливе (0,25—0,75 г — смертельна
доза). З опіуму виділяють такі алкалоїди, як папаверин та мор-
фій (морфін). Назва останнього походить від Морфея (Гіпноза) —
міфічного бога сну. Значна доза морфію смертельна для людини.
Медики вживають морфін як засіб, що тамує біль і спричиняє
глибокий сон. Морфін відкрили давно — ще в 1806 р., але його
структуру хіміки розгадували близько ста років.
Хімічною переробкою морфіну С17Н12О3Х• Н2О добувають його
похідні — кодеїн (метиловий ефір морфіну С17Н1В(ОСН3)О2Х • Н2О,
заспокоює кашель), діонін (етилморфів С17Н18(С2Н5)О3Х, розши-
рює кровоносні судини рогівки очей) та героїн (діацетилморфін
С17Н17О(ОСОСН3)2Х). Героїн набагато отруйніший, ніж морфін,
З—4 дози цього страшного наркотику достатньо для того, щоб
людину на все життя зробити наркоманом.
З давніх-давен риба фугу вважається у японців вишуканим
делікатесом. Та вона отруйна. Так, у 1957 р. було зареєстровано
176 випадків отруєння цією рибою і 90 з них — смертельні.
Отруту фугу — алкалоїд тетродотоксин у чистому кристаліч-
ному стані пощастило виділити в 1950 р. Виявилось, що тетродо-
токсин блокує поширення нервового імпульсу, тобто електрич-
ного сигналу, за допомогою якого передається збудження у нер-
вових клітинах. Здатність тетродотоксину блокувати передачу
нервових імпульсів наштовхнула вчених на думку створити нові
препарати для місцевого знеболювання. Зараз ведуться роботи
по синтезу препарату, подібного до тетродотоксину, який пов-
ністю знімав би відчуття болю і не чинив отруйної дії на орга-
нізм.
Ще стародавні ацтеки і інки помітили, що після вживання
деяких південноамериканських грибів людина впадає в незви-
чайний наркотичний стан. Спочатку наступає нервове розслаб-
лення і відчуття невагомості, відчуття простору й часу спотво-
рюються, виникають ілюзії та галюцинації. Далі наступає стан
загального заціпеніння — людина впадає в химерний напів-
сон.
Швейцарському хімікові А. Гофману вимиванням та методом
паперової хроматографії вдалося виділити з таких грибів сполуку
псилоцибін, яка власне й діє на психіку-
110
У багатьох грибах, які ростуть у наших лісах, теж містяться
різні отруйні алкалоїди. Наприклад, у мухоморі знайдено алка-
лоїд мускарін.
На багатьох злаках і передусім на житі розмножується й роз-
вивається гриб-паразит ріжки. У 1943 р. А. Гофман вилучив
з ріжків цілий ряд так званих ергоалкалоїдів і випробував на
собі їх фізіологічну дію. Результати таких експериментів вияви-
лися несподіваними. Сам Гофман, прийнявши певну дозу добу-
того ним препарату, у стані психічного розладу мало не вики-
нувся на вулицю через вікно своєї лабораторії. Наступні ретельні
дослідження показали, що ергоалкалоїди є похідними так званої
лізергінової кислоти:
СООН
І
Псилоцибін та ергоалкалоїди — представники так званих
психотропних або психохімічних сполук, які змінюють психічний
стан людини. Подібні сполуки у певних дозах допомагають ліку-
вати тяжкі душевні недуги.
Великих успіхів у царині хімії алкалоїдів досягли наші віт-
чизняні хіміки. Вперше зацікавився алкалоїдами учитель
Д. І. Менделєєва — 0. А. Воскресенський, багато зробили у цій
галузі учень 0. М. Бутлерова — 0. М. Вишнєградський, радян-
ські хіміки — 0. П. Орєхов і С. Ю. Юнусов.
Зараз відомо понад 1000 алкалоїдів, як природних, так і син-
тетичних.
111
ЦІКАВІ ЗАПИТАННЯ
І ВІДПОВІДІ
Які хімічні елементи відкрито завдяки закону збе-
реження маси речовин?
' 2. Які хімічні елементи відкрито за допомогою спек-
-------трального аналізу?
3. Які вчені відкрили найбільшу кількість елементів?
•іі. Назви яких елементів походять від назв частин світу, країн,
міст і сіл?
5. Назви яких елементів пов’язані:
а) з характерними лініями у спектрах їх атомів;
б) з кольором або запахом простих речовин та хімічних спо-
лук;
в) з міфологією та астрономією?
6. Якому елементу дав назву дванадцятирічний хлопчик?
7. Назва якої країни походить від назви одного з благородних
металів?
8. Щоб добути водень в апараті Кіппа внаслідок взаємодії хло-
ридної чи розведеної сульфатної кислоти з цинком, до них
добавляють кілька краплин розчину мідного купоросу.
Навіщо?
9. Чому мідні речі у вологому повітрі покриваються зеленим
нальотом, а в сухому чорніють?
Як Чому бурий залізняк називають «болотною рудою»?
.Ііу Скільки заліза в організмі дорослої людини?
12. Чим пояснити, що в мінералах земної кори переважає три-
валентне залізо, а в місячних породах міститься виключно
залізо (II)?
13. Які цінні метали вилучають з кам’яного та бурого вугілля?
14. Які метали виловлюють з диму?
15. Як регенерувати олово з використаних консервних бляшанок?
16. Що таке сусальне золото?
17. Коли не зсідається кров?
18. Як добути надчистий алюміній?
19. Чому електричні лампочки іноді з часом чорніють?
20. Сполуки яких металів мають солодкий смак?
21. Що таке «платинова чернь»?
22. Чим знешкодити розлиту ртуть?
113
23. Від чого синіє волосся?
24. Скільки ядерного пального міститься в гранітній скелі, маса
якої 1000 т?
25. З якого металу можна виготовляти ядерні кулі?
26. Чим вивести плутоній, що потрапив до організму?
27. Чи можуть горіти вода і азбест?
28. Що таке «антихлор»?
29. Чим знешкоджують іприт?
ЗО. Для чого воду хлорують, озонують та фторують?
31. В якій тарі найзручніше перевозити бром?
32. Один з хімічних елементів О. Є. Ферсман назвав «всюдису-
щим». Який елемент він мав на увазі?
33. Як добути рідкий йод?
34. Чи може йод витісняти бром з його сполук?
35. Скільки кисню споживає літак, що летить трансатлантичним
рейсом?
36. Що таке «оксиліквіт»?
37. Чому вугілля, торф і зерно не можна зберігати у великих
купах?
38. Чому вдихання чистого кисню протягом тривалого часу шкід-
ливе для живих істот?
39. Який відновник і окисник найсильніші?
40. Яке автомобільне пальне зовсім не отруює повітря?
41. ) Скільки води в організмі людини?
42. Яка проста речовина є прекрасним будівельним матеріалом?
43. Чому обробка каучуку сіркою та її сполуками дістала назву
«вулканізації»?
44. Чому після викачування концентрованої Н2ЗО4 або олеуму
стальні цистерни треба відразу щільно закривати?
45. Виробництво яких хімічних продуктів є мірилом потужності
хімічної індустрії?
46. Як добути найчистіший азот?
47. Яка сполука азоту містить його найбільше?
48. Чому під час обробки водою продукту згоряння магнію в по-
вітрі відчувається запах аміаку?
49. Який хімічний елемент О. Є. Ферсман назвав «елементом
життя і мислення»?
50. Який димоутворюючий засіб найкращий?
51. Чому білий фосфор треба зберігати в темряві?
52. Скільки алотропних видозмін у фосфору?
53. Чому при опіках білим фосфором уражені місця промивають
розчином мідного купоросу?
54. Чому потерпілому не можна давати молоко як протиотруту,
якщо в його органи травлення потрапив білий фосфор?
114
55. З чого складається головка звичайного сірника та намазка
сірникової коробки?
56. Які хімічні реакції спричинюють займання сірника?
57. Чому червоний фосфор стає вогким («мокне»), якщо тривалий
час зберігається на повітрі?
58. З чого добувають найчистіший вуглець?
59. Чому суворо заборонено заводити автомобілі в закритому
гаражі?
60. Як виявити чадний газ у повітрі?
61. Чи можна погасити палаючий магній струминою СО2 з вугле-
кислотного вогнегасника?
62. На чому грунтується використання карбонату амонію в хлі-
бопекарській справі?
63. З чим пов’язана назва «Собачої печери» поблизу Неаполя
в Італії?
64. В якій поемі оспівано звичайне скло і хто автор цього
твору?
65. Які речовини використовують для добування кольорового
скла?
66. Як доменний шлак переробити на цемент?
67. Що таке «інфузорна земля» та де її використовують?
68. Які чоботи називають хромовими?
69. Які газ, рідина і тверде тіло найважчі за звичайних умов?
70. Чому солі К4ІРе(С1У)в1 і К3[Ее(СК)0] називають кров’я-
ними?
71. Яку сполуку називають «неорганічним бензолом»?
72. Як захистити підводну частину судна від корозії?
73. Чому кислоти кислі?
74. Яка сіль найкраще розчиняється у воді?
75. Як добути кристали №С1 у вигляді октаедрів-восьмигранни-
ків?
76. Як відходи пластмас перетворити на бензин?
77. Які гази сприяють достиганню зелених овочів і фруктів?
1. Завдяки закону збереження маси речовин було відкрито
літій і германій.
Так, у 1817 р. 25-річний швед Юхан Август Арфведсон — учень
І. Я. Берцеліуса — аналізував у його лабораторії новий міне-
рал — петаліт (Ьі[А18і4О10І), який знайшли в залізорудній ко-
пальні. Молодий дослідник виділив у складі мінералу дві добре
відомі «землі» — глинозем (А1203) та кремнезем (8іО2). Але всі
три елементи — алюміній, кремній і кисень — у сумі становили
115
лише 96% маси мінералу. Отже, 4% припадало на якийсь інший
елемент. Це й спонукало Арфведсона зайнятися пошуками незна-
йомого елемента. Ним виявився новий лужний метал, що утворю-
вав розчинний у воді сульфат. У вигляді сульфату Арфведсои
і виділив новий елемент з кам’янистого мінералу. Берцеліус
назвав метал «літієм» (від грецького «літос» — камінь). Цим під-
креслювалось, що новий лужний метал знайдено в камені-міне-
ралі, тоді як його «хімічних братів» — натрій і калій — на той
час знаходили лише в природних водах та попелі рослин.
У 1886 р. один професор з Фрейберзької Гірничої академії
знайшов у руднику новий ще не описаний мінерал срібла — аргі-
родит (А£8[Се8в1). Він передав знахідку своєму колезі — профе-
сору технічної хімії Клеменсу Вінклеру, який вважався най-
кращим хіміком-аналітиком академії, щоб той визначив хімічний
склад мінералу. Професор швидко й майстерно впорався з аналі-
зом аргіродиту. Виявилось, що новий мінерал містив срібла —
74,72%, сірки — 17,13%, ртуті—0,31%, 2п0 —0,22% і
ГеО —0,66%. Усе становило 93,04%. Решта (майже 7% маси
мінералу) припадало на якийсь невідомий елемент.Вінклеру вда-
лося виділити метал у чистому вигляді і вивчити його властиво-
сті. На превеликий подив, він виявився елементом екасиліцієм,
що його вже в 1871 р. пророче передбачив і описав відкривач
періодичного закону Д. І. Менделєєв. К. Вінклер назвав своє
«дітище» германієм.
2. За допомогою спектрального аналізу відкрито такі хімічні
елементи.
Цезій відкрили в 1860 р. німецькі вчені Р. Бунзен і Г. Кірх-
гоф — творці спектрального аналізу — в саксонському мінералі
лепідоліті. Згодом цезій було виявлено і в лікувальних водах
джерел Шварцвальда.
Рубідій відкрили ті самі дослідники в уже згаданих шварц-
вальдських водах у 1861 р.
Талій був виявлений видатним англійським вченим В. Крук-
сом у 1861 р. в камерному пилі сульфатнокислотних заводів.
Індій відкрили німці Т. Рейх і Ф. Ріхтер у саксонській цин-
ковій руді з Фрейберга в 1863 р.
Гелій виявили в 1868 р. француз Л. Жансен і незалежно від
нього англієць Д. Лок’єр у хромосфері Сонця під час сонячного
затемнення. Пізніше, через 27 років, гелій виявили в земному
мінералі клевеїті В. Рамсей і В. Крукс.
Галій був відкритий французом Лекок де Буабодраном у піре-
нейській цинковій обманці в 1875 р.
Неон, криптон, ксенон відкрили в 1898 р. англійці В. Рамсей
і М. Траверс. Неон виявили у перших порціях газу від випарову-
116
вання рідкого аргону, а криптон і ксенон — у залишкові рідкого
повітря після випаровування гелію, водню, неону, кисню, азоту
та аргону.
Гафпій був відкритий у 1922 р. голландцем Д. Костером
і угорцем Д. Хевеші в залишках після вимивання кислотами нор-
везьких і гренландських цирконів.
3. Найбільшу кількість хімічних елементів (9) відкрив (синте-
зував) видатний американський учений Г. Сіборг разом із своїми
співробітниками: у 1940 р.'— плутоній, у 1944—1946 рр.— аме-
рицій і кюрій, у 1949—1950 рр.— берклій, каліфорній, у 1952—
1954 рр.— ейнштейній, фермій, у 1955 р.— менделевій, у 1958 р.—
резерфордій (нобелій).
Шведський хімік і аптекар К. Шеєле відкрив кисень («вогняне
повітря») у 1771 р., марганець, хлор («дефлогістовану мурієву
кислоту») у 1774 р., вперше добув сполуки барію (1774), моліб-
дену (1778), вольфраму (1781).
П’ять хімічних елементів відкрив англійський фізик і хімік
В. Рамсей; у 1894 р. разом з Дж. Релеєм — аргон, у 1895 р. ра-
зом з В. Круксом — гелій на Землі, у 1898 р. із своїм асистен-
том М. Траверсом — неон, криптон і ксенон.
Англійський хімік Г. Деві відкрив натрій, калій (1807), бор,
барій, стронцій, магній, кальцій (1808).
4. Назви елементів, що походять від назв;
частин світу: європій, америцій;
країн: скандій (Скандінавія, ЗсапДіпагіа), тулій (ТЬиІе —
Туле — стародавня латинська назва Скандінавії), галій (Саіііа —
Галлія — латинська назва Франції), германій (Сегшапіа), руте-
ній (Ннійепіа — лат. назва Русі), полоній (Роїопіа — лат. назва
Польщі), францій (Ггапсе);
міст і сіл: магній (місто Магнізія у стародавній Греції); строн-
цій (село Стронціан у Шотландії); ербій, тербій, ітербій, ітрій
(село Іттербю у Швеції, де в занедбаному кар’єрі лейтенант швед-
ської армії К. Ареніус знайшов перший рідкісноземельний міне-
рал); гольмій (Ноііиіа — Гольмія — стародавня назва Сток-
гольма); лютецій (Биїйесіа —Лютеція —лат. назва Парижа);
гафній (НаГпіа або К]бЬпйаГп — старовинні назви Копенгагена);
реній (провінція КЬеіп (Рейн) у ФРН); каліфорній (півос-
трів і штат у США — Каліфорнія); берклій (Берклі — універси-
тетське місто і науковий центр у Каліфорнії).
б. Назви елементів, що пов'язані:
а) з характерними лініями в спектрах їх атомів: рубідій — від
лат. гиЬгиз (гиЬійиз) — червоний (за дві характерні темно-червоні
117
спектральні лінії); цезій — від лат. саезіиз — блакитний (за дві
характерні блакитні спектральні лінії); індій — від індиго —
темно-синій барвник рослинного походження, який виробляли
в Індії (за індиговосиню лінію в його спектрі); талій — від грець-
кого (таллбс) — молода зелена гілка (за спектральну ніжно-
зелену лінію);
б) з кольором або запахом простих речовин та хімічних сполук:
сірка — від санскритського сіра — світло-жовта; хлор — від
грецького хлорбс — жовто-зелений (колір газоподібного хлору);
хром — від грецького хрома — барва, колір (за широку і розма-
їту гаму яскравих кольорів його сполук), порівняйте — хромо-
фор, хромосфера, хромосома, хроматографія тощо; родій — від
грецького родон — троянда і родіес — рожевий (за колір солей
родію у воді); йод — від грецького іодес — фіалковий (за колір
газоподібного йоду); іридій — від грецького ірис — веселка, рай-
дуга (за різноманітність кольорів і відтінків сполук цього металу);
празеодим — від грецького празінос — світло-зелений та диди-
мос — близнюк, отже, «світло-зелений близнюк». Вперше цей
елемент відкрив австрійський хімік К. Ауер фон Вельсбах (1885),
розділивши гіпотетичний елемент дидим Ні на празеодим (солі
його ніжно-зелені) та неодим N<1 («новий близнюк», солі якого
фіалково-червоні); бром — від грецького бромос — зловонний,
смердючий (за різкий неприємний запах рідкого та газоподібного
брому); осмій — від грецького осме — запах (за огидний запах
газоподібного ОзО4, що нагадує запах гнилої редьки);
в) з астрономією і міфологією: гелій — «сонячний» від грець-
кого Геліос — бог Сонця, Сонце; титан — на честь Титанів —
могутніх і безсмертних дітей богині Землі Геї і бога Неба Урана;
ванадій — на честь Ванадіс — богині вроди і кохання у давніх
скандінавів; кобальт— від німецького КоЬоИ — підземний злий
дух, підземний гном і блазень; ніобій — на честь казкової Ніобеї
(Ніоби) — доньки Тантала, яка, втративши всіх своїх дітей, від
горя і розпачу закам’яніла; паладій — від назви астероїда Па-
лади; церій — від назви астероїда Церери; телур — на честь
давньоіталійської богині — матері Землі (Теллус); селен —
від грецького селене — Місяць, бо в природі селен завжди супро-
воджує телур, подібно до того, як Місяць є супутником Землі;
тантал — на честь Тантала — сина Зевса. Олімпійські боги
засудили Тантала за злочин на вічні муки спраги, голоду і страху;
прометій — на честь титана Прометея, який викрав у богів не-
бесний вогонь і приніс його на Землю людям. «Назва прометій
не тільки символізує драматичний шлях добування нового еле-
мента людиною в помітних кількостях у результаті оволодіння
людиною атомною енергією, а й застерігає людей від загрозливої
118
небезпеки покарання стерв’ятником війни» (І. Марійський,
Л. Глевденін — першовідкривачі прометію); торій — на честь
Тора — давньоскандінавського бога війни, блискавки і грому;
уран — від назви планети Уран (у давньо-грецькій міфології
Уран — бог неба); нептуній — від назви планети Нептун, яка
в Сонячній системі розміщена за Ураном. Отже, нептуній у пері-
одичній системі розташований за ураном подібно до відповідних
планет у Сонячній системі. Нептун у римській міфології — бог
підводного царства, бог морів і океанів; плутоній — від назви
дев'ятої планети Сонячної системи — Плутона, який знаходиться
за Нептуном. У римській міфології — Плутон — владика Тар-
тару — підземного світу, царства тіней померлих.
6. Коли В. Рамсей вперше випаровував рідкий аргон, перші
порції газу він зібрав окремо. Ці газові бульбашки вчений піддав
спектральному аналізові і не помилився у своїх сподіваннях.
Трубка світилася ясно-червоним сяйвом. Назву новому газові дав
дванадцятирічний син Рамсея. Ось як говорить про це сам учений:
«Коли ми вперше розглядали спектр, при цьому був і мій
дванадцятирічний сип.
— Тату,— сказав він,— як називається цей красивий газ?
— Це ще не вирішено,— відповів я.— Що він, новий? — поці-
кавився син.
— Нововідкритий,— заперечив я.
— То чому б не назвати його поупт? — латинською «новий»?
— Це не підходить, бо погіїш не грецьке слово.
Ми назвемо його «неоном», бо по-грецькому пеоч означає
«новий».
7. «Аргентіна» в перекладі з латинської означає «срібна».
Іспанські завойовники награбували тут величезну кількість
срібла. Багату колонію вони назвали Ла Платою (іспанською
мовою — «плата» — срібло). Та коли через 300 років було ски-
нуто ненависне іспанське ярмо, назву країни змінили на латин-
ську, щоб від колоніального минулого не лишилось і згадки.
8. Дуже чистий цинк майже не розчиняється в кислотах.
Та варто до кусочка цинку доторкнутися мідною дротинкою або
до реакційної суміші долити кілька крапель розчину СиЗОд,
як починає швидко виділятися водень. Що ж при цьому відбу
вається? Спочатку активніший цинк витісняє мідь:
Си2+ + 2п = Си | +2п2+.
Мідь осідає на поверхні цинку і, таким чином, виникає мініатюр-
ний гальванічний елемент, який і прискорює розчинення цинку
в кислоті. Причому водень виділяється не на поверхні цинку,
а на поверхні менш активного металу — міді.
120
Електрохімічна корозія цппку
в присутності міді.
9. У сухому повітрі мідні речі чорніють, бо покриваються
шаром чорних оксиду міді (II) та сульфіду міді (І):
2Си + О2 = 2СнО; 4Сн + О2 + 2П28 = 2Си28 + 2Н2О.
У вологому повітрі в присутності вуглекислого та сіркового газів
мідь зеленіє завдяки утворенню зелених гідроксокарбонату і
гідроксосульфату міді (II):
2Си -]- О2 Ч- Н2О -]- СО2 [Си(ОН)]2СО3;
4Си + ЗО2 + 2Н2О + 28О2 = 2 [Сп(ОН)]28О4.
10. Походження покладів бурого залізняку пов’язане із за-
лізобактеріями. Для свого існування залізобактерії використо-
вують енергію, яка вивільнюється в їх клітинах внаслідок окис-
нення сполук двовалентного заліза, розчинених у воді:
4Ее(НСО3)2 + О2 + 2Н2О =і 4Ее(ОН)3 | +8СО2 + 58 ккал.
Щоб синтезувати 1 а органічної маси, залізобактерії мусять виді-
лити більш як 400 г гідроксиду заліза (III). Залізобактерії розви-
121
ваються і розмножуються в ставках, болотах і навіть у водопро-
водних трубах. Коли бактерії відмирають, Ге(ОН)3, що міститься
в них, осідає на дно водойм, згодом це приводить до утворення
«болотних» руд. Саме так виникло відоме Керченське родовище
залізної руди.
11. В організмі дорослої людини міститься до 4 а заліза.
Залізо переважно входить до складу гемоглобіну крові (75%).
Багато заліза в печінці, селезінці і кістковому мозку. Чимало
заліза і в протоплазмі, де з його участю відбувається процес
внутрішньоклітинного дихання.
Продукти харчування мають бути багатими на залізо. Воно
міститься у вигляді сполук у печінці, м’ясі, яєчному жовтку,
у пшениці, житі, картоплі, овочах, яблуках, винограді тощо.
Для людей з недокрів’ям, а особливо після втрати крові, лікарі
призначають спеціальну дієту та препарати заліза.
Цікаво, що жіночий організм потребує вдвічі більше заліза,
ніж чоловічий. Так, добова потреба в залізі становить для чолові-
ків близько 5 мг, а для жінок — до 10 мг.
12. У земній корі більше поширене тривалентне залізо, а
в місячних породах і грунті міститься майже виключно Ее (II).
Тривалентного заліза там дуже мало. Це пояснюється відсутністю
газоподібного кисню і водяної пари на Місяці.
Залізобактерії: “ — піхви в грунті, про-
СОЧЄНІ Ге{ОН)з, 8 ЯКИХ ВИХОДЯТЬ КЛІТИНИ
залізобактерій; б — клубок залізобактерій-
122
13. Надзвичайно розсіяні германій і галій у значних кілько-
стях концентруються в кам’яному та бурому вугіллі. Так, у золі
деяких сортів кам’яного вугілля міститься близько 1,5% галію,
а в золі кам'яного і бурого вугілля вміст германію нерідко стано-
вить 1%. Отже, зола кам’яного і бурого вугілля — одне з важ-
ливих джерел добування германію і галію.
При коксуванні вугілля германій збирається в аміачній воді,
звідки його осаджують таніном. Внаслідок прожарювання спо-
луки таніну з германієм добувають СеО2, який перетворюють
у леткий СеСІ4. СеС14 очищають, розкладають водою і добувають
чистий СеО2, який відновлюють воднем під час нагрівання. До-
бутий германій піддають глибокій очистці.
14. З диму, що утворюється внаслідок спалювання бурого та
кам’яного вугілля, виділяють галій і германій, які, відновлюю-
чись у зоні горіння, відлітають у вигляді летких оксидів Са2О
та СеО.
Під час обпалювання піриту, мідних, поліметалічних та мо-
лібденових руд разом із сірковим газом відлітають у вигляді
диму сполуки талію, індію, галію, ренію та інших елементів.
Наприклад, внаслідок обпалювання мідних та молібденових руд
утворюється леткий перренатний ангідрид, що конденсується
і збирається в димоуловлювачах:
4Ке82 Ч- 15О2 ~ 2Ве2О7 ф -|- 88О2 ф .
Реній з такого пилу вимивають водою, при цьому він переходить
у розчин у вигляді перренатної кислоти:
Ве2О7 + Н2О = 2НВеО4.
Нерозчинні домішки відфільтровують, а з розчину осаджують
малорозчинну сіль:
НВеО4 + КОН = КВеО4 | + Н2О.
Сухий КВеО4 відновлюють воднем під час нагрівання?
2КВеО4 + 7Н2 = 2К0Н + 6Н2О + 2Ве.
При цьому добувають порошкоподібний реній, який ретельно
очищають, а потім перетворюють у компактний метал.
15. З використаних консервних бляшанок олово вилучають
такими способами. Перший з них полягає в обробці бляшанок
сухим хлором, який не діє на залізо:
8п 4- 2С12 = 8пС14 і .
Леткий тетрахлорид олова при цьому відлітає.
123
Другий спосіб полягає в обробці консервних бляшанок лугом,
при цьому олово розчиняється, а залізо — ні:
8п + 2КаОН + 2І12О = [8и(ОН)4] + Н21.
З лужного розчину станіту олово вилучають за допомогою елек-
тричного струму:
[8п(ОН)4|2-^8п2+ + 4ОН~;
катод (—) 8п2+ + 2е = 5п (метал).
І+
16. Сусальне золото — це кристалічний дисульфід олова 8и8й
Сусальне золото міститься в складі фарб для дерев’яних, гіпсових
та інших виробів.
17. Кров, позбавлена катіонів кальцію, не зсідається на по-
вітрі. Якби в ній не було кальцію, то від найменшої подряпини
організм загинув би від повної втрати крові.
18. Внаслідок нагрівання часто відбуваються так звані транс-
портні реакції, що супроводжуються перенесенням (транспорту-
ванням) речовини. Так, у результаті нагрівання алюмінію
з А1Е3 до 1100° С утворюється леткий монофторид алюмінію, який
після охолодження до 700° С диспропорціонує:
2А1 + А1Е3 = ЗАЇР |; ЗАЇР = 2А11 + А1Р3 1.
Так добувають металічний алюміній високої чистоти. Домішки
при цьому лишаються на дні посудини, бо вони в цих умовах не
транспортуються.
19. В електричних лампочках розжарювання теж інколи від-
бувається цікава транспортна реакція. Коли в лампову колбу
проникли сліди води, водяна пара реагує з розжареним вольфра-
мом спіралі:
ХУ+ЗН2О = ХУО3Ц-ЗН2Ь
Тріоксид вольфраму >— летка сполука, сублімуючись, вона від-
літає в холоднішу частину лампової колби і тут відновлюється
воднем. Високодисперсний чорний порошок вольфраму осідає
на стінках лампочки:
XV О3 + ЗН2 = XV | + ЗН2О { .
Молекули води зпову летять до розжареної спіралі, розкладаються
вольфрамом, і процес знову повторюється. Отже, за допомогою
водяної пари вольфрам поступово переноситься із спіралі на
стінки лампочки, внаслідок чого її скло з часом темніє.
20. Солі берилію та ітрію солодкі завдяки іонам [Ве(0Н)412~,
1Ве(ОН2)4]2+ та [У(ОН2)в]3+. Солодкий також ацетат свинцю —
РЬ(СН3СОО)а • ЗН2О, за що алхіміки і назвали його «цукром-
Сатурном»,
124
21. Платинова чернь — надзвичайно розпорошена платина
чорного кольору (розмір порошинок 25—40 мк). Її добувають
відновленням гексахлороплатинатної кислоти Н2[РіСЦІ цинко-
вим пилом або формальдегідом:
32п + Н2 [РІСЦІ = 32пС12 + Н2 ї + Р(4 ;
НСНО + Н2 [РІСЦІ + Н2О = СО2 | + 6НС1 + РІ |.
Платинова чернь — надзвичайно активний каталізатор. Якщо
в посудину з гримучим газом (2На + О2) всипати трохи платино-
вої черні, суміш раптово займається і згоряє, але не вибухає,
як від вогню чи іскри. Це пояснюється миттєвим виділенням
тепла під час хімічної взаємодії газів, що дотикаються до актив-
ної, дуже розвинутої поверхні порошкоподібного металу. Високу
каталітичну активність платинових металів (платини, паладію,
осмію тощо) пояснюють їх дивовижною здатністю вбирати великі
кількості водню. При цьому утворюються гідриди непевного
складу, від яких відщеплюється надзвичайно активний атомар-
ний водень:
РЬ + яІІ2 = Рі(Н)2х Рі + 2яІІ”
га + уН2 = ра(іі)2р ра + 2ун-.
Крім платинової, існують також паладієва та інші черні, які
успішно використовуються як каталізатори в лабораторіях та на
виробництві і передусім в органічному синтезі.
22. Розлита ртуть починає повільно випаровуватись. Ртутна
пара згубно діє на живі організми і поступово розвивається тяжке
хронічне отруєння. Кришаться і випадають зуби, випадає во-
лосся, людина чахне. Процес цієї смертельної хвороби дуже на-
гадує туберкульоз.
Коли рідка ртуть проливається на стіл або підлогу, її треба
ретельно зібрати і нейтралізувати. Великі краплі ртуті збирають
на папірець, маленькі визбирують мідним прутиком — ртуть
з міддю утворює амальгаму. Ще краще краплі ртуті збирати
металевим стержнем, попередньо охолодженим «сухим льодом» —
тоді ртуть примерзає до холодного металу. Ртуть, що закотилася
в щілини, нейтралізують хімічним способом. Для цього всі щі-
лини в столі чи підлозі засипають сірковим цвітом, а ще краще
заливають концентрованим розчином ЕеСЦ:
Н8 + 8 = Н88; 2іі8 + 2РеСЦ = Н§2С12 + 2ГеС1г.
23. Кобальт — один з найнеобхідніших мікроелементів. Та
коли його до організму потрапляє більше, ніж треба, то може
статися отруєння. Зайвина кобальту змінює забарвлення волос-
ся — воно набуває блакитного або синього відтінку. Був час,
коли солі кобальту добавляли до пива, щоб воно довше зберіга-
125
лось, не псувалось і не дуже пінилось. Та згодом виявилось, що
любителі цього напою все частіше скаржились на серцеву недо-
статність. Ретельні дослідження показали, що причиною захворю-
вання був кобальт.
24. Одна тонна граніту містить у середньому до 2,5 а урану
і до 10 а торію. Отже, у гранітній скелі масою 1000 т є до 2,5 кг
урану і до 10 кг торію. Граніти — майбутнє джерело ядерного
пального, коли родовища уранових і торієвих мінералів повністю
вичерпаються.
25. Ядерні кулі виготовляти можна із «синтетичного» металу
каліфорнію, критична маса якого становить близько 1,5 а.
26. З плутонієм та його сполуками працюють дуже обережно.
Особливо він небезпечний, коли з повітрям, водою чи їжею по-
трапляє всередину організму. Там він відкладається переважно
в кістках і опромінює альфа-частинками живі тканини і переду-
сім кістковий мозок. Це може спричинити тяжке смертельне
захворювання — лейкоз (білокрів’я). Якщо плутоній все-таки
потрапив до організму, потерпілий тривалий час повинен пити
розчини солей цирконію. Катіони цирконію витісняють з кісток
катіони плутонію, які виводяться через нирки.
27. Якщо на нагріту воду спрямувати струмину фтору або
водяну пару впускати в посудину з фтором, вода займеться і го-
рітиме блідо-фіалковим полум’ям. При цьому відбуватимуться
реакції, продуктами яких є фтороводень, кисень, озон, дифторид
кисню та пероксоводень:
2Г2 + 2Н2О = 4НР + О2; ЗГ2 + ЗН2О = 6НР + О3;
Р2 + 2Н2О = 2НЕ + Н2О2; 2Р2 + Н2О = 2НГ + ОР2.
У середовищі фтору (а також трифторного хлору — С1Ра) спа-
лахує і горить «гірський льон» — азбест:
2(ЗМеО • 28іО2 • 2Н2О) + 18Р2 =
= 6М§Г2 | -]- 48іГ4 | -]- 8НР { -]- 9О2 і .
Той факт, що під час горіння води й азбесту в середовищі фтору
вивільнюється кисень, свідчить, що процеси горіння можуть від-
буватись без його участі і що він сам може бути продуктом го-
ріння.
28. «Антихлором» у часи першої світової війни назвали тіо-
сульфат натрію — Ма282О3 5Н2О, яким солдати і офіцери ро-
сійської армії користувались для захисту від отруйної і згубної
дії хлору. Ще до винайдення протигазу М. Д. Зелінським перші
захисні маски — «рильце» виготовлялися з кількох шарів марлі,
яка змочувалась розчином тіосульфату і соди. Сода нейтралізу-
126
вала кислоти — НС1 та Н28О4, які утворювались внаслідок
реакцій:
№282О3 + СІ2 + Н2О = Иа28О4 + 8 | + 2НС1;
2Ма282О3 + 8С12 + ЮН2О = 2Ка28О4 + 2Н28О4 + 16НС1.
29. Як відомо, гіпохлорит кальцію — «хлорне вапно» — над-
звичайно активний і сильний окисник. Він убиває мікроорга-
нізми і знешкоджує бойові отруйні речовини. Так «гірчичний
газ» — іприт від контакту із сухим хлорним вапном займається
і згоряє червонуватим кіптявим полум’ям. Водні розчини гіпо-
хлориту кальцію окислюють і хлорують іприт та інші бойові
отруйні речовини. При цьому утворюються продукти, які вже
не чинять згубної дії на живі організми:
/СН2—СН2—Сі О, СН2—СН2—СІ
8< + Са(СІО)2-»- >8< + СаС12.
ХСН2—СН2—СІ СИ \СН2—СН2—СІ
Іприт
ЗО. Воду, яку подають у мережу міського водопроводу, попе-
редньо знезаражують хлором або озоном. Озонування води має
великі переваги перед хлоруванням, адже озон сильніший окис-
ник, ніж хлор. До того ж зайвий озон, розчинений у воді, дуже
швидко розпадається і через це озонована вода зовсім позбавлена
запаху. Цього не можна сказати про хлоровану воду, яка має
досить стійкий неприємний запах і смак.
Воду фторують у місцевостях, де грунти і води бідні на фтор.
Цим запобігають псуванню зубів та деяким іншим розладам
в організмі.
31. Бром не можна перевозити і зберігати в стальних цистернах
і діжках, бо він роз’їдає залізо. Але його можна хімічно «закон-
сервувати» у вигляді сполуки Ее3Вг8(ГеВг2 • 2РеВг3). Ця сполука
містить до 80% брому. У такому вигляді бром безпечно перево-
зять і зберігають навіть у дерев’яних ящиках.
32. Йоду в земній корі дуже мало — 3 • 10~6% за масою,
до того ж це дуже розпорошений елемент. Та завдяки своїй роз-
порошеності цей елемент є буквально скрізь. О. Є. Ферсман пи-
сав про це так: «...Усе просякнуто йодом — тверда земля і гірські
породи... Значно більше його в морській воді. Дуже багато в грун-
тах, текучих водах, ще більше в живих організмах. Ми спожи-
ваємо йод з повітря... ми вводимо йод у свій організм з їжею
та водою, ми не можемо жити без нього...»
Важко мальовничіше і повніше охарактеризувати всюдисущ-
ність йоду.
127
33. Под плавиться при відносно низькій температурі
+113,5° С. Та розплавити його не так просто. Для цього треба,
щоб тиск йодної пари над кристалами був не менший від однієї
атмосфери. Внаслідок нагрівання на відкритому повітрі твердий
йод відразу сублімується. Та коли темно-сірі кристали йоду
нагрівати в запаяній ампулі або вузькогорлій колбі, добре видно,
як посудина заповнюється фіалковою парою, а потім з’являється
важка, темна і рухлива рідина. Це і є рідкий йод...
ЗІ. Є в неорганічній хімії цікава реакція — окислення йоду
броматною кислотою:
2ІІВгО3 + І2 = 2ЯІО3 + Вг2.
У цьому випадку ми спостерігаємо, на перший погляд, незви-
чайне явище — менш активний галоген — йод витісняє актив-
ніший бром. Але тут немає нічого дивного, коли згадаємо, що
в йоду сильніше виражена відновна функція (здатність віддавати
електрони), ніж у брому. Ось тому Вг+5 забирає електрони в йоду,
а сам відновлюється до вільного брому — йод витісняє бром.
35. Літак, що летить трансатлантичним рейсом, залежно від
двигуна та режиму його роботи використовує 50—100 т кисню.
36. Оксиліквіт — це вибухова речовина, яку виготовляють
з поруватого горючого матеріалу (вугілля, сажі, тирси), просо-
чуючи його рідким киснем чи повітрям. Швидкість поширення
вибуху в ній досягає 5000—7000 м/сек. Вибух оксиліквіту спри-
чиняють детонацією капсуля-детонатора, начиненого гримучою
ртуттю або азидом свинцю. Патрони з оксиліквітом виготовляють
безпосередньо на місці вибухових робіт. Якщо якийсь заряд пе
спрацював, то через деякий час кисень з нього випаровується
і він перестає бути вибухівкою.
37. Вугілля, торф, зерцо, борошно та інші сипкі горючі мате-
ріали не можна зберігати у великих купах. Усі вони повільно
окислюються киснем повітря та вологою і тому в їх товщі нерідко
виникають високі температури. Це пояснюється тим, що виділю-
ване тепло пе розсіюється через низьку теплопровідність горючих
речовин, і вони займаються. Щоб цього не сталося, сипкі горючі
матеріали «провітрюють» крізь спеціально влаштовані душники.
Кому доводилось бувати в Донбасі, той не міг не звернути
уваги на велетенські терикони, які димлять, мов справжні вул-
кани. Стояти на поверхні териконів у звичайному взутті немож-
ливо, бо там буквально горить під ногами земля. Всередині тери-
конів температура, за деякими даними, досягає 800—1200° С.
Звідки ж береться так багато тепла? Виявляється, що джерелом
його є повільне окислення піриту та органічних вуглеподібних
решток породи киснем і водяною парою повітря.
128
• атоми ВУГЛЕЦЮ В БЕНЗОЛІ,
бору аво азоту в еоразал і.
• атоми водню
УТВОРЕННЯ ^-ЗВ'ЯЗКІВ
~~--:
ак ‘ЯвК^в с/ бенЗс^ /
бор^оуіг і
Як і в кратерах вулканів, у димлячих терикопах утворюються
самородна сірка та Цікаво, що останній тут нерідко зна-
ходять у вигляді величезних гарних кристалів, що формуються
з газової фази (І\ТН3 і НСІ). Такі красиві кристали часом важко
добути навіть у лабораторії. Крім того, терикони «видихають»
в атмосферу цілий ряд вулканічних газів, таких, як чадний,
вуглекислий та сірковий гази, сірководень, хлороводень тощо.
Радянські вчені вже розробили чимало проектів використання
териконів як джерела тепла, сірки та термальних лікувальних вод.
38. Живі істоти не звикли дихати чистим киснем. У звичай-
ному повітрі кисень розведений інертними щодо організму газа-
ми — азотом, аргоном тощо. Через це чистий кисень при досить
тривалому вдиханні чинить отруйну дію на живий організм.
100-процентций кисень різко прискорює окислювально-відновні
процеси в усіх клітинах. При цьому температура тіла зростає,
організм швидко зношується і старіє — «згоряє»... Так, рибина,
викинута на берег, гине від високої концентрації кисню в повітрі,
навіть якщо її весь час обливати водою. Адже вона може дихати
тільки киснем, розчиненим у воді.
Деякі біохіміки пов’язують отруйну дію чистого кисню на-
самперед з тим, що він окислює сульфгідрильні, або так звані
меркаптогрупи —8Н ферментів і тим самим виводить їх з ладу.
З другого боку, вдихання чистого кисню благотворно впливає
на організм при захворюваннях легень, серця, нирок, а також
при різних отруєннях. Розроблена також киснева терапія, коли
чимало хвороб (гангрену — «антонів вогонь», слоновість, тромбо-
флебіт, трофічні виразки) лікують введенням чистого кисню під
шкіру, в кишечник тощо.
39. Електричний струм є найсильнішим відновником (на ка-
тоді) і одночасно найсильнішим окисником (на аноді).
40. У 1972 р. в США проводився міжуніверситетський конкурс
на кращу конструкцію міського автомобіля. На цьому своєрід-
ному іспиті було випробувано 63 автомобілі, в двигунах яких
спалювались найрізноманітніші види пального. Першість виборов
німецький «Фольксваген», що споживав водень. Найретельніші
аналізи показали, що вихлопні гази такого мотора чистіші за
міське повітря, що засмоктується в карбюратор. Дивуватися тут
нічого, адже продуктом згоряння водню є вода.
41. Живі організми є складними колоїдними системами. Коло-
їди (драглі) дуже часто містять велику кількість зв’язаного роз-
чинника, найчастіше води. Так, тіло людини містить близько 70%
води. Наприклад, у людському організмі масою 70 кг води в се-
редньому 49—50 кг. У тілі медуз кількість води нерідко дося-
гає 98%.
Бібліотечна книга
Останнім часом звичайна сірка все більше застосовується
як будівельний матеріал. Із сірки, армованої скловолокном,
виготовляють великі блоки для стін житлових будинків. Стіни
з такого матеріалу мають чудові гідро- та звукоізоляційні влас-
тивості. Цікаво, що блоки між собою склеюють розчином сульфат-
ної кислоти.
43. У 1843 р. було відкрито спосіб перетворення каучуку
в гуму нагріванням його із сіркою. Винахідник назвав цей процес
«вулканізацією» в честь міфічного бога підземних надр і вогню
Вулкана. Оскільки самородну сірку добували під землею, а також
помічали, що рідка сірка та сіркові сполуки виділяються під час
виверження вулканів, у міфах її називають жовчю бога Вулкана.
44. Після того як концентровану На8О4 або олеум буде вика-
чано із стальних залізничних цистерн, їх необхідно відразу ж
щільно закрити. Якщо ж люк цистерни відкритий, то залишки
На8О4 чи олеуму жадібно вбиратимуть атмосферну вологу, а роз-
ведена кислота повільно роз’їдатиме залізо. Концентрована
На8О4 і олеум із залізом на холоді не реагують, бо вони пасивують
його поверхню.
45. Про потужність хімічної індустрії будь-якої країни можна
судити за кількістю сірчаної кислоти і соди, які вона випускає.
Це й зрозуміло, бо На8О4 і КаяСО8 — найголовніші продукти
важкого хімічного синтезу.
46. Найчистіший азот вдається добути термічним розкладом
ретельно висушених азидів лужних металів. Кристали цих
азидів іонні, завдяки чому вони не вибухають під час нагрі-
вання:
2На+И7 = 2Иа + ЗИ2|; 2Сз+М“ = 2Св + ЗИ21.
47. Серед усіх відомих сполук азоту найвищий вміст цього еле-
мента (97,67%) в азидоводневій (азидній) кислоті НМ8. Це легко-
кипляча рідина (т. кип. 4-37° С), яка легко вибухає внаслідок
нагрівання, а то й від незначного струсу. При цьому утворюється
синє полум’я. Дуже вибухає від нагрівання і пара азидоводню.
Азидна кислота — слабка, але сильний окисник. За силою вона
нагадує оцтову кислоту, а за окислювальною здатністю — азотну.
48. Якщо кусочок магнію спалити на повітрі, а потім змочити
водою пухкий білий порошок («палену магнезію»), то відчувається
запах аміаку. Це пояснюється тим, що під час згоряння магній
реагує не лише з киснем повітря, а й з азотом:
2Мв + О2 = 2М^О; ЗМв + ІМ2 = Мк8Г%.
Внаслідок обробки водою домішка нітриду магнію розкладається.
При цьому вилучається аміак:
130
М80 + Н2О = М£(ОН)2;
М&,ЬЇ2 + 6Н2О = ЗМ8(ОП)2 + 2МІ3 |.
49. «Елемент життя і мислення» — це фосфор. Так, вуглевод-
ний обмін у клітинах мозку неможливий без фосфорорганічних
сполук, а фосфоровмісний фермент фосфорилаза відповідає за
синтез і розклад полісахаридів у тканинах мозку. Процес пере-
творення хімічної енергії в розумову відбувається завдяки окис-
ленню вуглеводів з участю дифосфопіридиннуклеотидів і неор-
ганічних фосфатів.
Інший життєвоважливий процес —скорочення м’язів—під-
тримується за рахунок енергії, що вивільнюється внаслідок роз-
паду молекул аденозинтрифосфату (АТФ) на аденозиндифосфат
(АДФ) і Н3РО4 (8—11 ккал/моль). При цьому хімічна енергія
перетворюється у механічну енергію скорочення м’язів.
Якщо фосфору не вистачає, живі організми: рослини, тварини
і людина слабнуть і, нарешті, гинуть. З продуктів харчування
для людини найбагатші на фосфор яєчний жовток, риба, ікра,
м'ясо, молоко, а з рослинних продуктів — какао, шоколад,
горіхи, насіння соняшника, халва, горох, квасоля, соя, овес,
гречка тощо. Цікаве спостереження провели вчені-медики над
дітьми. Виявилось, що школярі, які щодня вживають молоко,
краще навчаються.
50. Найкращою димоутворюючою речовиною (ДР) був і ли-
шається білий фосфор. Від його горіння утворюється надзвичайно
густий білий дим, який застилає все навколо, бо складається
з мікроскопічних твердих частинок фосфатного ангідриду —
Р,О10 та дрібних крапельок фосфатних кислот — (НРО3)Х, Н3РО4
тощо. Такий дим має чудову маскувальну здатність, що широко
використовується у військовій справі — для маскування кораб-
лів, переправ та інших об’єктів у бою та під час авіанальотів.
Червоний фосфор — значно гірший димоутворювач, ніж білий
фосфор.
51. Білий фосфор зберігають під водою у темряві, бо на світлі
він поступово переходить у червоний фосфор. Особливо швидко
це перетворення відбувається в присутності каталізатора —слі-
дів йоду.
52. У фосфору багато алотропних видозмін. Так, при низькій
температурі існує безбарвний фосфор, що нагадує кристали
алмазу. Найбільш поширені за нормальних умов білий і червоний
фосфор. Червоний фосфор можна добути з білого, якщо його довго
нагрівати вище від 250° С без доступу повітря. Якщо ж білий
фосфор нагрівати при 200° С під тиском 12000 ат, то вдається
добути чорний фосфор, що нагадує графіт. Під тиском тільки
5*
131
своєї пари чорпий фосфор вище від 550° С переходить у фіолето-
вий фосфор. Останній добувають також нагріванням білого фос-
фору під тиском 500 ат. Крім того, є рубіновий, пурпуровий та
коричневий фосфор.
53. Якщо палаючий білий фосфор потрапляє на шкіру або
в очі, уражені місця негайно промивають 5-процентним розчином
мідного купоросу. На рану накладають мокру пов’язку, просо-
чену цим самим розчином.
Білий фосфор, що горить на повітрі, також рекомендують
гасити розчином мідного купоросу. Це пояснюється тим, що
в усіх наведених випадках білий фосфор відновлює катіони міді
до вільного металу, плівка якого покриває фосфор, вкий ще не
встиг окислитись:
Р4 4- ЮСп8О4 + 16Н2О = ЮСп | + 4Н3РО4 + ЮН28О4.
54. Білий фосфор — надзвичайно отруйний, особливо коли
потрапляє в органи травлення або в легені у вигляді пари. Отру-
єння фосфором супроводжується болями в животі і блюванням
масою, що пахне часником і світиться в темряві. Смертельна доза
білого фосфору для людини становить всього 0,1г. При хроніч-
них отруєннях білим фосфором настає жирове переродження
і омертвіння печінки, нирок та серцевого м’яза, з’являється жов-
туха, кровотеча з кишечника і носа. Особливо згубно впливає
білий фосфор на кістки. Насамперед це стосується щелеп, які
при цьому відмирають і гниють.
При отруєнні білим фосфором потерпілому дають пити блю-
вотне — 20 г Си8О4, розчиненого в 2—3 л теплої води. При цьому
частина фосфору одночасно окислюється катіонами міді. Після
цього потерпілому треба дати кусочки льоду. Але ні в якому разі
йому не можна давати молоко, яйця чи жири, оскільки білий фос-
фор прекрасно розчиняється в жирах та жироподібних речовинах,
а потім через стінки шлунка і кишечника потрапляє в кров.
55. Хімічний склад головки сірника та намазки сірникової
коробки приблизно такий (склад у вагових процентах);
Головка сірника
Немазка коробки
Бертолетова сіль (КС103) . . . 46,5
Дихромат калію (КаСгаО7) . . 1,5
Сірка.........................4,2
Цинкове білило (ХпО)..........3,8
Сурик, мумія (РЬ3О4, Ге2О3) . . 15,3
Мелене скло..................17,2
Клей кістковий...............11,5
Червоний фосфор . ... 30,8
Сесквісульфід стибію (8Ьа83) . .41,8
Сурик, мумія................12,8
Крейда (СаСО3).............. 2,6
Цинкове білило...............1,5
Мелене скло..................3,8
Клей кістковий .... 6,7
56. Під час тертя головки сірника об намазку на сірниковій
коробці відбувається цілий ряд реакцій. Бертолетова сіль, як
132
відомо, утворює легкозаймисті, а також сильновибухові суміші
з червоним фосфором та сесквісульфідом стибію 8Ь283. Отже,
передусім реагують між собою саме ці речовини:
10КСЮ3 + 12Р = 10КС1 + ЗР4О10;
ЗКС1О3 + 8Ь283 = ЗКС1 + 8Ь2О3 + 38О2 |.
При цьому вивільнюється так багато тепла, що головка сірника
спалахує:
2КС1О3 + 38 = 2КСІ + 38О21;
К2Сг2О7 + 8 = К28О4 4- Сг2О3 тощо.
Щоб деревина не жевріла після того, як сірник погасне, її просо-
чують розчином фосфату амонію. Це робиться для зменшення
небезпеки пожежі, коли використаного сірника викидають.
57. Червоний фосфор окислюється набагато важче, ніж білий,
зокрема, дуже повільно окислюється киснем повітря. При цьому
утворюються дуже гігроскопічні продукти, від яких червоний
фосфор робиться вогким. Особливо це помітно, коли його збері-
гають у нещільно закритих банках. Вологий червоний фосфор
промивають на фільтрі гарячою водою і ретельно висушують
у сушильній шафі. Якщо в червоному фосфорі є домішка білого,
його промивають спочатку розведеним лугом, потім водою,
після цього висушують.
58. Найчистіший вуглець добувають внаслідок сильного про-
жарювання цукру-рафінаду:
С12Н22Оп-> 12С+ 11Н2О.
ч
59. Монооксид вуглецю — СО («чадний газ») — смертоносна
і підступна отрута, яка зв'язується з гемоглобіном крові значно
міцніше, ніж життєдайний кисень. Смерть настає вже тоді, коли
близько 80% гемоглобіну сполучається з чадним газом. Особливо
багато СО (до 12% об.) у вихлопних газах автомобіля.
Траплялись випадки, коли деякі необачні водії зимової пори
залишались ночувати в автомобілі, що стояв у гаражі, двері якого
були зачинені. Щоб тепло було спати, вони вмикали двигун і він
працював на холостих обертах. Як правило, такі необережні люди
гинули, бо, як слушно зауважив автор однієї книжки, «завести
мотор у невеликому гаражі при зачинених дверях — самогуб-
ство».
У Токіо, Нью-Йорку та інших великих містах поліцаї-регу-
лювальники руху несуть свою вахту в протигазових масках, бо
нескінченний потік автомобілів випускає величезну і густу хмару
смертоносного диму.
133
Намет на схилі гори.
60. Хімічним індикатором для виявлення СО в повітрі є 0,02-
процентний розчин Р<1С1а. При наявності мізерних кількостей СО
папірець, змочений цим розчином, вмить чорніє, оскільки на
ньому осідає металічний паладій:
РйС12 4- СО + Н2О = Р<1 | + СО2 + 2НС1.
61. Як відомо, діоксид вуглецю не підтримує горіння багатьох
речовин і передусім органічних. Та все-таки чимало енергійних
відновників, запалених на повітрі, продовжують горіти і в сере-
довищі СО2, зокрема магній:
2М& + СО2 = 2МцО + С (кіптява).
Якщо ж змішати порошкоподібний магній із «сухим льодом»
(твердим СОа), а потім доторкнутися до них палаючою магнієвою
стрічкою, то суміш сильно спалахне. І погасити магній, що заго-
рівся, струминою СОа з вуглекислотного вогнегасника немож-
ливо. Небезпечно гасити палаючий магній струминою із звичай-
ного кислотного вогнегасника, бо при цьому може утворитись
гримучий газ. Щоб погасити магній, треба засипати його вели-
кою кількістю піску.
62. Дуже чистий білосніжний (ХНа)аСО3 (харчовий карбонат
амонію) часто добавляють до тіста. Під час випікання борошняних
виробів карбонат амонію розкладається;
134
(ГШ^СОз = 2МН3 і + СОа + Н2О.
Аміак та вуглекислий газ, вириваючись назовні, роблять тісто
дуже поруватим і пухким.
63. В Італії поблизу Неаполя є «Собача печера». Дорослі люди
можуть знаходитись в ній скільки завгодно, а от собаки, коти та
інші низькорослі тварини там задихаються і гинуть.
Ніякого чуда тут немає. Вуглекислий газ важкий і, виділяю-
чись з вулканічного грунту місцевості, накопичується на дні пе-
чери шаром завтовшки 80—100 см. Тому тварини в печері
гинуть.
Нерідко СОа, виділяючись з підземних вод та землі, збирається
в колодязях. Тому перед тим як спускати в колодязь людину, щоб
почистити або полагодити його, треба неодмінно перевірити, чи
можна там дихати. Для цього в колодязь опускають запалені
свічку або каганець. Якщо вони гаснуть, то без ізолюючого
протигазу або кисневого апарата спускатися в колодязь небез-
печно.
Альпіністи і туристи, які йдуть у гори, повинні запам’ятати,
що намет треба ставити так, щоб вхід до нього був повернутий
до підніжжя гори. Це потрібно для вільного «витікання» вугле-
кислого газу. Якщо ж вхід до намету повернути до вершини гори,
намет швидко наповниться видихуваним СОа і під час сну люди
можуть задихнутися.
64. Одного разу М. В. Ломоносова запросили на царський бал.
На банкеті один неук-вельможа став насміхатися з Ломоносова,
що, мовляв, у «де с’янс академіка» гудзики на камзолі дуже
дешевенькі — скляні, тоді як у нього з самоцвітів. Розгніваний
поет залишив бал і того ж вечора вдома написав поему «Письмо
о пользе Стекла», яку присвятив меценату графу П. І. Шувалову.
«Неправо о вещах те думают, Шувалов,
Которие Стекло чтут ниже Минералов,
Приманчивьім лучом блистающих в глаза;
Не меньше польза в нем, не меньше и краса.
Пою перед тобой в восторге похвалу
Не камням дорогим, не злату, но Стеклу».
65. Коли варять кольорове скло, до скломаси добавляють
певні домішки, переважно сполуки металів. Так, рубінове скло
містить дрібпорозпорошене металічне золото у вигляді мікроско-
пічних колоїдних частинок. З такого скла зроблені червоні
Кремлівські зірки. Іноді для виготовлення рубінового скла ви-
135
користовують також 5пО. У рожевий колір забарвлює скло селен,
у смарагдово-зелений — Сг2О3. МпОа і N<5203 надають склу фіо-
летового забарвлення, сполуки кобальту — синього, а церієві
сполуки — іскристо-жовтого.
66. Доменний шлак раніше ніде не застосовувався і його просто
викидали. Пізніше виявилось, що це цінна сировина для вироб-
ництва цементу. Для цього рідкий шлак змішують з рудою гли-
ною або обпалюють суміш перемеленого шлаку з глиною. Внаслі-
док складних реакцій між силікатами шлаку і каоліном глини
утворюються складні алюмосилікати кальцію — цемент.
67. Інфузорна земля інакше називається діатомовою, або кі-
зельгуром. Це скупчення решток міріадів давніх діатомових
водоростей та одноклітинних тварин радіолярій, котрі мають
силікатні скелети. З часом діатомеї і радіолярії відмирали, па-
дали на дно і згодом через багато років утворились поклади дуже
цінного матеріалу.
Просочивши кізельгур нітрогліцерином, шведський інженер
і підприємець А. Нобель добув у 1867 р. динаміт. Така вибухівка
за руйнівного силою не поступається нітрогліцерину, однак на
відміну від останнього цілком безпечна у поводженні.
Кізельгур — чудовий адсорбент. Його використовують для
фільтрування і освітлювання мастил, олій, соків, пива, вин тощо.
68. Нерідко можна почути вирази «хромова шкіра» та «хромові
чоботи». Яке відношення до них мав метал хром?
Оббілувавши тварину (бика, теля, свиню чи кроля), сиру
іпкіру піддають дубленню, інакше вона зіпсується і згниє. У дав-
нину шкіри дубили вимочуванням у відварі дубової кори. У ду-
бовій корі містяться так звані дубильні речовини: галова і дига-
лова кислоти, танін тощо. Зараз для дублення шкір використо-
вують здебільшого синтетичні препарати. Солі хрому і, зокрема,
калій-хромовий галун, використовують для хромового дублення
шкір. Внаслідок обробки сирої шкіри дубильними препаратами
волокна білка колагену «зшиваються» молекулами або іонами.
При цьому утворюються структури, що мають величезну кіль-
кість поперечних зв’язків:
136
Дублення шкіри якоюсь мірою нагадує вулканізацію Каучуку.
Видублена шкіра має підвищену стійкість проти гниття, менше
деформується, зберігає поруватість при сушінні тощо.
69. Найважчим газом за звичайних умов є іпестифторний
вольфрам УУЕв (м. м. майже 300); він важчий за повітря більш
ніж у Ю разів.
Найважча рідина за звичайних умов — металічна ртуть
(Я = 13,595 г/см3). Досить важкими рідинами є також дийод-
метан — йодний метилен — СН2І3 (Б = 3,333 г/см3) і бром
(Я = 3,18 г/см3).
Найважче тверде тіло за звичайних умов — платиновий метал
осмій (Н = 22,70 г/см3). Дуже важкі також метали іридій
(Б = 22,65 г/см3) та платина (В = 21,45 г/см3).
70. Гексаціаноферит (II) і гексаціаноферит (III) калію —
К4[Ее(СН)6] та Ка[Ее(СІУ)в] здавна називають відповідно жовтою
і червоною кров’яними солями, бо кристали першої солі яскраво-
жовті, а другої — червоні. Кров’яними солі назвали через те, що
добувають їх переважно з відходів боєнь, де забивають худобу,—
крові, рогів, копит, ратиць, щетини тощо. Такі відходи змішують
з поташем і залізними ошурками і прожарюють без доступу по-
вітря. При цьому білки розкладаються, і утворюються ціанові
сполуки, які із залізом та КЯСО3 і утворюють жовту кров’яну
сіль — К4[Ге(СЬІ)в]. Окислюючи її, добувають червону кров’яну
сіль.
71. С в неорганічній хімії дуже цікава сполука, що нагадує
бензол. Називається вона «неорганічним бензолом», боразолом,
або борапімінзолом. Добувають її внаслідок взаємодії аміаку
з дибораном — В2Н0:
2МІ3+ВгІІ6 = 2(Н3К:ВН3);
Нагрівання
3(НЛ : ВН3)--------В3К3ІІ6 + 6Н2.
Будова бензолу й боразолу дуже подібна (див. кольоровий малю-
нок). Міжатомні відстані в їхніх кільцях майже однакові і станов-
О
лять для бензолу С—С = 1,40 А, для «неорганічного бензолу»
В—N — 1,44 А. Боразол, як і бензол,— безбарвна рідина з аро-
матним запахом, горить і гарно розчиняє жири. Проте «неорга-
нічний бензол» у хімічних реакціях активніший, ніж звичайний
органічний.
72. Як відомо, морська вода дуже роз’їдає багато металів.
Руйнується в ній навіть такий хімічно стійкий метал, як титан.
ІЦоб захистити підводну частину судна від корозії, металеву
поверхню покривають захисним шаром фарби або лаку на полі-
137
мерній основі. Дуже часто до підводної частини корпусу прикріп-
люють металеві пластини з активнішого металу, ніж залізо, на-
приклад цинку. Морська вода поступово роз’їдає і розчиняє
хімічно активний цинк, який таким чином захищає стальний
корпус судна від корозії.
73. Кислий смак кислот пояснюється наявністю в них ком-
плексних іонів гідроксонію, які утворюються від взаємодії моле-
кул кислот з молекулами води:
НСІ + Н2О = Н30+ + СІ-,
СН3СООН + Н2О^Н3О+ + СН3СОО~.
74. Найкраще розчинною сіллю є, очевидно, хлорат літію —
ЬіСІО3: у 100 а води при 18° С розчиняється 313,5 а ЬіСІО3.
75. Кухонна сіль — хлорид натрію звичайно кристалізується
у формі кубиків. Та якщо до насиченого розчину ІМаСІ добавити
сечовини, а потім повільно вести кристалізацію, випадають гарні
октаедричні кристали. Такі самі кристали МаСІ можна добути
і повільним випарюванням сечі. Отже, утворення кристалів різ-
ної форми часто залежить від умов кристалізації.
76. XX століття називають віком полімерів. І це не випадково.
Важко назвати хоч би одну галузь сучасної науки, техніки, ви-
робництва чи побуту, де б вони не використовувались. Але з ши-
роким використанням полімерів виникла нова актуальна про-
блема: куди дівати використані і непридатні вироби з полімерних
матеріалів? Адже, на відміну від клітковини і білків, вони не
гниють і не споживаються мікроорганізмами. Уже зараз у Світо-
вому океані плавають мільйони поліетиленових пляшок. Якщо
подібне засмічення океану продовжуватиметься й далі, то в
недалекому майбутньому для морських суден треба буде прокла-
дати шлях за допомогою спеціальних тральщиків.
Японські хіміки розробили спосіб переробки відходів поліети-
лену на пальне. Для цього використані поліетиленові вироби —
тару, труби, плівку, електроізоляцію тощо розплавляють, добав-
ляють порошкоподібного нікелю і утворену суміш нагрівають
при 500° С. При цьому відбувається каталітичний крекінг — роз-
щеплення довгих полімерних ланцюгів на уламки з невеликою
кількістю вуглецевих атомів. У результаті утворюється суміш
газоподібних та рідких вуглеводнів (бензин, гас).
77. Етилен, а також ацетилен мають справді-таки чудодійну
властивість: у їх середовищі достигають зелені овочі й фрукти.
Причиною такої дивовижної метаморфози є те, що СаН4 і Са1І2
стимулюють процес перетворення крохмалю в цукри.
138
Протекторний захист
корпусу судна від корозії.
Помідори молочної стиглості зривають з кущів і кладуть
у герметичні камери, куди впускають невелику кількість етилену.
Через 40—50 год зелені плоди стають пурпуровими. Добре відомо,
що цілком дозрілі овочі і фрукти важко транспортувати на великі
відстані. У дорозі і на базах вони часто псуються і гниють. Тому
можна з успіхом перевозити їх зеленими, наприклад, у заполярну
тундру чи на Далекий Схід. А вже на місці призначення овочі
і фрукти остаточно достигатимуть в камерах, наповнених етиле-
ном або ацетиленом. До речі, ацетилен діє сильніше на зелені
овочі і фрукти, ніж етилен. Особливо швидко достигають у сере-
довищі С2На цитрусові (цитрини, помаранчі, мандарини).
139
ЦІКАВІ
ДОСЛІДИ
СІРКОВА КОРОЗІЯ
А
ослід. У насичений розчин сірки в бензолі або толуолі
занурюють стрічку мідної бляхи чи мідну платівку.
Занурена поверхня металу вмить чорніє. Якщо ж мідь
залишити в розчині сірки на кілька діб, а той на цілий
тиждень, —вона зникне, бо сірка повністю «з’їдає» метал. На-
томість у стаканчику знайдемо чорні із синюватим відблиском
кристали сульфіду міді (І):
2Сп + 8 = Си28.
Цю саму реакцію можна провести інакше. У колбі нагрівають
до кипіння сірку, а потім в її пару вносять пучок попередньо
підігрітих мідних дротинок. У сірковій парі мідь спалахує і енер-
гійно згоряє. При цьому утворюється чорний дим сульфіду
міді (І).
ПОТАШ ІЗ ПОПЕЛУ
У давнину соду добували з води содових озер, а також з попе-
лу солончакових рослин та морських водоростей.
Поташ добували з попелу, що лишався після спалювання дере-
вини. Так, головним продуктом, який Росія у XVI—XVIII ст.
вивозила за кордон, був поташ. Для його добування по-хижаць-
кому вирубувались, а потім спалювались величезні лісові масиви.
Багато калію витягують з грунту картопля, буряки, помі-
дори, баклажани, кукурудза, а найбільше — соняшник. Зокрема,
у золі соняшникового бадилля міститься до 50% поташу. На за-
няттях хімічного гуртка можна спробувати виділити з попелу
чистий КаСО3. Для цього користуються доброю його розчинністю.
Дослід. Соняшниковий попіл збовтують з однаковою за масою
кількістю гарячої води, дають відстоятись і відфільтровують
водну витяжку. Останню випарюють насухо у фарфоровій чашці
або стакані. При цьому дістають сірий порошок, що містить
чимало домішок. Для очистки його розчиняють в однаковій за
масою кількості гарячої (50—60° С) води і відфільтровують твер-
дий залишок. Після випарювання розчину вдається виділити
дуже чистий КаСО9.
141
ВИБУХ ГРИМУЧОГО ГАЗУ
Дослід. У дні високої залізної бляшанки — місткістю 0,5—
1 л шилом або цвяхом пробивають невеликий отвір. Отвір шільно
закривають кусочком сірника і бляшанку наповнюють воднем,
витискуючи з неї повітря. Газоподібний водень слід пропускати
5—6 хв. Бляшанку ставлять на стіл і підпалюють кусочок сірника
палаючою скіпкою або свічкою, прикріпленою до дротини. Сір-
ник згоряє і підпалює водень, що витікає з бляшанки через отвір.
Водень горить майже безбарвним полум’ям. Та ось, через кілька
хвилин чується протяжний свист, а потім — гучний вибух, від
якого бляшанка підстрибує і перевертається.
Це явище пояснюється досить просто. Водень, що виривається
назовні, згоряє спокійним безбарвним полум’ям. Натомість у бля-
шанку знизу надходить повітря. І в той момент, коли об’ємне
співвідношення між воднем і киснем повітря становить 2 : 1, су-
міш вибухає внаслідок розгалуженої (лавинної) ланцюгової
реакції:
На + О2 = 2НО-, ПО- + Н2 = Н2О + Н-,
Н- + О2 = НО- + 6, 6 + Н2 = НО- + Н- і т. д.
При цьому розвивається висока температура, яка і спричиняв
раптове розширення значного об’єму водяної пари.
Описаний дослід слід ретельно проробити кілька разів, щоб
на вечорі цікавої хімії він виглядав ефектно. Можна також точно
вказати час вибуху, визначивши його секундоміром з попередніх
дослідів.
ГОРІННЯ ФОСФОРУ ПІД ВОДОЮ
Дослід. У стакан місткістю 500 мл наливають води майже
по вінця і всипають 1—2 чайні ложки КСІО3, який у воді розчи-
няється мало. Потім добавляють кілька маленьких кусочків бі-
лого фосфору (брати тільки пінцетом або щипцями). Лійку з дов-
гим кінцем закріплюють у штативі і занурюють у розчин так. щоб
кінець трохи не торкався дна. У лійку невеличкими порціями
вливають концентровану Н28О4. Як тільки кислота торкається
КС1О3, лунає тріск, рідина на дні жовтіє (виділяється С1О2),
фосфор підстрибує під водою і яскраво згоряє. Великі порції
Н28О4 добавляти небезпечно.
142
«ВАВІЛОНСЬКЕ ЧУДО»
На вечорі цікавої хімії чи лекції з атеїзму можна з успіхом
продемонструвати «вавілонське чудо».
Дослід. У стакан місткістю 1 л наливають 500 мл 1—2-про-
центпого лужного розчину люмінолу і 400 мл 3-процентного роз-
чину Н2Оа і всипають пучечок оранжево-червоних кристалів
К3[Ге(СМ)в]. До суміші добавляють також трохи лугу. У темряві
розчин світиться яскравим блакитним сяйвом протягом кількох
хвилин. Дуже гарно виглядає переливання рідини з одного ста-
кана в інший. Коли розчин підкислювати кислотою — свічення
зникає, коли доливати лугу — воно з'являється знову.
Дослід. У великий скляний кристалізатор кладуть гостровер-
хий уламок криги і обливають його сумішшю лужного розчину
люмінолу з пероксоводнем. Потім кригу посипають розтертими
в ступці кристалами К3[Ге(СІЧ)в1. Виникає дуже ефектна і вра-
жаюча картина — «айсберг», що сяє блакитним світлом.
Дослід. Одну руку змочують лужним розчином люмінолу
і Н2Оа, а другу — розведеним розчином К3[Ге(СК)в] і ретельно
труть одна об одну. Руки «спалахують» і світяться блакитним
сяйвом.
Дослід. У колбу місткістю 500 мл всипають 35 г сухого КОН
і 0,10—0,15 г люмінолу, потім вливають ЗО мл диметилсульфок-
сиду, попередньо висушеного безводним Каа8О4. Затикають колбу
гумовою пробкою або корком і сильно струшують. Невдовзі
з’являється ясне блакитне сяйво, яке весь час підсилюється.
Якщо свічення починає слабнути, відкривають колбу, впускають
туди порцію свіжого повітря і знову свічення стає дуже яскравим.
Цю хемілюмінесцентну реакцію можна демонструвати багато
разів підряд.
Дослід. У колбочку місткістю 50 мл наливають 10 мл 10-про-
центного розчину пірогалолу і стільки ж 35—40-процентного
розчину формальдегіду (формаліну). Потім до цієї суміші доли-
вають 20 мл 30-процентного ПаО2 (пергідролю). З’являється чер-
вонувато-жовте свічення.
Дослід. Розчиняють невеликий кусочок білого фосфору (брати
тільки пінцетом) в сірковуглеці або бензині (поводитись 8 цими
речовинами треба дуже обережно, оскільки вони отруйні і легко-
займисті). Розведеним розчином білого фосфору за допомогою
невеликого пензля роблять у темній кімнаті напис на дошці.
З’являються «вогняні» знаки.
Дослід. Велику круглодонну колбу закріплюють у штативі,
на дно її кладуть шар скляної вати, а на вату — кілька кусочків
білого фосфору (брати тільки пінцетом). Потім у колбу крізь
143
«Холодне» фосфорне полум'я.
довгу скляну трубку, що майже сягає дна, пропускають сильний
струмінь СОг з вуглекислотного балону чи апарата Кіппа. Одно-
часно колбу підігрівають на водяній бані. При цьому фосфор
розплавляється, випаровується, а його пара, підхоплена струми-
ною СО2, біля виходу з отвору колби займається і горить «холод-
ним полум’ям». Щоб переконати в цьому глядачів, тримають
у полум’ї руку. Дослід дуже ефектно виглядає в темряві.
ХІМІЧНИЙ «ВУЛКАН»
Дослід. У фарфоровій ступці ретельно розтирають 50 г оран-
жево-червоних кристалів дихромату амонію. Порошок (РШ4)2Сг2О7
висипають па велику металеву пластинку або аркуш азбестового
144
паперу, надаючи йому форму гірки. На вершині «вулкана» цвя-
хом або паличкою роблять лунку і вливають у неї 1—2 мл етило-
вого спирту. Спирт підпалюють сірником і світло в кімнаті вими-
кають. Від тепла горіння спирту починає бурхливо розкладатись
дихромат амонію. При цьому з «кратера» викидається сніп яскра
вих іскор і «вулканічний попіл» — брудно-зелений Сг2О3, об’єм
якого в багато разів перевищує об’єм взятого (N114)26120,:
(МІ4)2Сг2О, = И2 | + 4Н2О і + Сг2О3 + (?.
Екзотермічний розклад ^Н4)2Сг2О, дуже нагадує виверження
справжнього вулкана.
Дослід. У велику і широку пробірку насипають 2—3 г дрібно
розтертого перманганату калію і пробірку закріплюють у шта-
тиві отвором догори. Обережно по стінці пробірки або піпеткою
вливають V сіль 1—2 мл концентрованої Н28О4.
З промокального або фільтрувального паперу виготовляють
невеликі кульки і з деякими інтервалами вкидають їх у пробірку.
Паперові кульки при цьому з тріском спалахують, а з пробір-
ки вилітає «вулканічний попіл» — бурий МпО2 або, точніше
МпО(ОН)2 — продукт відновлення перманганатного ангідриду
клітковиною паперу:
2КМпО4 + 2Н28О4 = 2КН8О4 + (2НМпО4),
Н2О ^1п2О,
4иМпа0, 4- (СвН10О6)л = 8иМпОа + 5пН2О | 4-6пСО21.
Явище дуже ефектне. Замість паперової кульки в пробірку
з КМпО4 і Н28О4 можна вкинути ватний тампон або муху.
«фарбований лис»
Мабуть, немає такого школяра, який би із захопленням не
прочитав чудової казки І. Я. Франка «Фарбований лис». Та вияв-
ляється, рудого лиса можна «перефарбувати» і без фарби.
Дослід. На цупкому білому папері малюють лиса і вирізають
малюнок ножицями. У хімічному стакані виготовляють насиче-
ний розчин К2Сг2О, у розведеній Н28О4. Білого лиса повністю
занурюють у цей розчин — він стає рудим. Мокрий малюнок вки-
дають у великий хімічний стакан, завчасно наповнений газоподіб-
ним 8О2. Рудий лис від задушливого сіркового газу швидко стає
блакитним або синім. Така метаморфоза відбувається завдяки
145
окислювально-відновному перетворенню. При цьому утворює-
ться хромокалієвий галун:
К2Сг2О7 + 38О2 + П28О4 + 23Н2О = 2КСг(8О4)2 • 12НаО.
Оранжевий Синій
Найзручніше сірковий газ можна добути внаслідок взаємодії
концентрованої Н28О4 з мідними стружками або Ка28О3 (трохи
зволожений водою). Реакції проводять при слабкому нагріванні:
Сп + 2Н28О4 = Сп8О4 + 2Н2О + 8О21;
Ка28О3 + 2На8О4 = 2МаН8О4 + Н2О + 8Оа 1.
Згаданий вище ефектний дослід можна проробити дещо інакше,
а саме: паперового лиса попередньо вкинути в розчин чистої хро-
матної кислоти. Для цього в дистильованій воді розчиняють
темно-червоні блискучі кристали СгО3 (сильна отрута!). Потім
білого паперового лиса занурюють в оранжево-червоний розчин
НаСгО4 — він стає жовто-оранжевим. Після цього його обкурюють
сірковим газом, як описано вище:
Н2О + СгО3 = НгСгО4; НгО + 8Оа = Н28О3;
2Н2СгО4 + ЗН28О3 = Сг2(8О4)3 + 5Н2О.
Остання реакція цікава тим, що тут внаслідок взаємодії двох
кислот утворюються сіль і вода, як і в реакціях нейтралізації.
«ФАРАОНОВІ ЗМІЇ»
«Фараоновими зміями» називають роданід ртуті (II). У шкіль-
ному хімічному кабінеті виготовити його досить легко.
Дослід. Розчиняють у воді 6,5 г Нв(МО3)2 і добавляють неве-
ликими порціями, перемішуючи, розчин, що містить 4 г ІШС8
або 3 г І\ТН4Г<С8. Випадає білий осад роданіду ртуті (II):
Н§2+ + 2МС8- = Н§(8СМ)а + .
Осад відфільтровують, трохи підсушують і з вогкої солі формують
палички товщиною з олівець. Палички остаточно висушують на
теплій батареї або в ексикаторі над концентрованою Н28О4.
Розжарюють на вогні піщану баню і на розпечений пісок кла-
дуть паличку роданіду ртуті (II). З неї в усі боки, вигинаючись
і здригаючись, швидко виповзають «змії», що сплітаються в клу-
бок. По тілу «змій» біжить блідо-синюватий вогник. Зовні картина
разюче нагадує скупчення змій.
Можна суху паличку роданіду ртуті (II) обгорнути алюмініє-
вою або тоненькою мідною фольгою і з одного кінця підпалити.
146
Спалахує ледь помітний вогник, і з обгортки виповзає жовтувато-
сіра пухка маса, що своїм виглядом і рухом нагадує змію.
Об'єм «змії» в багато разів перевищує об’єм взятого Нр(8СК)2.
З обгортки довжиною 3 см може виповзти «змія» довжиною 50 см.
Роданід ртуті (II) розкладається так:
2Н3(8СМ)2 = 2Н88 + 08г і + С3М4.
С3ІЧ4 — азотний вуглець, або нітрид вуглецю,— надзвичайно
пухка і порувата речовина жовтого кольору. Та оскільки він
змішаний з чорним Н§8, то «змія» має жовтувато-сіре забарвлення.
Вогніцц що біжить по тілу «змії» — це горіння легкозаймистої
сполуки — сірковуглецю:
С82 + ЗО2 = СО2 + 28О2.
Нц(МО3)2, Нц(8СН)2 і всі продукти розкладу дуже отруйні. Тому
після закінчення дослідів руки треба ретельно вимити теплою
водою з милом і до того ж не раз.
Деяку схожість з «фараоновими зміями» має і горіння цилін-
дрів, що виготовлені із суміші К2Сг2О7 (10 а), ІШО3 (5 г), цукру
(10 г). Названі компоненти зсипають докупи, суміш ретельно
розтирають у ступці і зволожують водою. Вогкій суміші надають
форму циліндрів, які висушують і підпалюють. З них також ви-
повзають «змії», але іншого кольору — жовтувато-зеленого.
ФЕИЄРВЕРК У РІДИНІ
Дослід. У невеликий циліндр (на 250 мл) наливають 50 мл
концентрованої Н28О4. Обережно по стінці циліндра (щоб рідини
не змішалися) наливають зверху такий самий об’єм винного
спирту. Всипають у рідину невеликими порціями кристали
КМпО4. На межі сульфатної кислоти із спиртом спалахують
з тріском вогники у вигляді фейєрверку — це займається спирт
від сильних окисників НМпО4 та Мп207, що утворюються внаслі-
док реакції між КМпО4 і концентрованою Н28О4.
ВОГОНЬ ВІД КРАПЛИНИ води
Дослід. На азбестовому картоні чи металевій пластинці змішу-
ють приблизно однакові кількості пероксиду натрію ІЧа202 і
тирси. Цій суміші надають форму гірки, її вершину притискують
пальцем і в ямку пускають з піпетки 1—2 краплі води. Суміш
147
спалахує і згоряє. Спочатку.вода реагує з №2О2 — утворюються
гідроксид натрію та безводний пероксоводень:
На2О2 + 2Н2О = 2№аОН + Н2О2.
Безводний Н2О2 — надзвичайно сильний окисник і підпалює
деревину. Потім горіння підтримується за рахунок безпосередньої
реакції Ма2О2 з деревиною.
Дослід. На суху азбестову сітку, азбестовий картон або мета-
леву пластинку насипають купкою ретельно перемішану суміш
алюмінієвої «пудри» (1 г) та добре розтертого йоду (12 г). На су-
міш з піпетки пускають кілька крапель води. Через невеликий
проміжок часу відбувається бурхлива реакція — суміш згоряє.
При цьому зайвина йоду випаровується у вигляді красивої фіал-
кової хмари (дослід треба проводити під сильною тягою або на-
дворі). Після повного згоряння суміші на азбесті або металі
лишається біла речовина — йодид алюмінію. Вода в цьому про-
цесі є каталізатором:
Н2О
2А1 + ЗІ2=2А!І3 + 0.
ВОГОНЬ ВІД РІДКОЇ СОЛІ
Дослід. Фарфорову чашку накривають двома-трьома аркушами
фільтрувального паперу. У пробірку насипають 1—2 а кристалів
АрМО3 і нагрівають їх у полум'ї газового пальника чи спир-
тівки. При 218° С сіль плавиться і перетворюється на блідо-
зеленувату рідину. Розплавлений А^О3 краплю за краплею
виливають на папір. Він умить спалахує і горить. На дні чашки
рідка сіль гусне і кристалізується у вигляді сірої маси (Ар^О3
з домішкою розпорошеного металічного Ар).
Розплавлений АрГЮ3 — надзвичайно активний окисник, легко
розкладається:
2АрНО3 = 2Ар + 2МО2| + О2 |,
а тому він і газоподібні продукти його розкладу енергійно окис-
люють клітковину.
ЕЛЕКТРИЧНЕ «ПЕРО»
На вечорі цікавої хімії можна продемонструвати електричне
«перо», котре пише без чорнила. «Пером» є мідний стержень, діа-
метр якого близько 2—3 мм. Кінець закруглюють напилком,
дрібним наждачним папером, а потім полірують.
148
Дослід. Готують 50—100 г 10-процентпого розчину сульфату
натрію, добавляють до нього 4—5 крапель спиртового розчину
фенолфталеїну і цим розчином просочують у скляному кристалі-
заторі або фотографічній кюветі аркуш фільтрувального паперу
розміром приблизно 20 X ЗО см. Зайвій рідині дають стекти. Пи-
сати електричним «пером» можна тільки на вологому папері. Воло-
гий аркуш кладуть на скло і притискують з краю по всій довжині
металевою (мідною, алюмінієвою чи залізною) пластинкою. Її
з’єднують дротиком з додатнім полюсом батареї, напруга якої
6—12 в (2—3 батареї кишенькового ліхтарика з’єднують послі-
довно). Від’ємний полюс батареї з'єднують провідником з «пе-
ром» і, не дуже натискуючи, повільно пишуть ним на вологому
папері. З-під «пера» з’являються малинові знаки.
149
Коли «перо» торкається вологого паперу, у розчині відбуває-
ться електроліз. Біля катода — «пера» — утворюється луг, а точ-
ніше аніони ОН-, які і забарвлюють фенолфталеїн.
Аркуш паперу можна змочити також сумішшю водних розчи-
нів хлориду натрію і роданіду калію чи амонію. Залізний штифт,
цвях або учнівське перо з’єднують з додатнім полюсом батареї
і пишуть електричним «пером» на вологому папері. З’являються
криваво-червоні знаки. Пояснюється це явище так. На аноді
атоми заліза віддають електрони, тобто окислюються:
о
Ре = Ге3+ + Зе (-}-) Анод.
І Т
Катіони Ге8+ сполучаються з роданід-аніонами. Внаслідок цього
утворюються криваво-червоні роданідні комплекси заліза (III):
Ре3+ + N08' + 5Н2О = [Ге(МС8) (ОН2)6|2+;
Ре3* + ЗМС8- + ЗН2О = (Ре(МС8)3(ОН2)31;
Ге3+ + 4МС8- + 2НаО = |Ее(МС8)4(ОН2)2]-;
Ге3* + 6КС8- = [Ге(ІЧС8)в]я-.
Електричне «перо» може писати і синім «чорнилом». Для цього
аркуш паперу змочують у суміші водних розчинів хлориду нат-
рію і жовтої кров’яної солі. Електричне «перо» і в цьому випадку
з'єднують з додатнім полюсом батареї. З-під «пера», що є ано-
дом, тепер з’являються темно-сині знаки. Причина цього явища,
як і в попередньому досліді, полягає в тому, що на аноді залізо
окислюється й катіони Ре3+ з’єднуються з аніонами гексаціано-
фериту (II). Утворюється осад берлінської лазурі:
4Ге3+ 4- 3 (Ре(СІ\’)вГ = Ге4 [Ге(СГ^)в]31 .
Усі зазначені вище досліди можна проводити дещо інакше.
До дошки пришпилюють кнопками чималий лист гладенької алю-
мінієвої фольги, попередньо з’єднавши провідником одну з кно-
пок з відповідним полюсом батареї. А на фольгу кладуть менші
за розмірами аркуші паперу, змочені розчинами. Потім усе роб-
лять так, як описано вище.
Останні досліди можна з успіхом застосовувати для розпізна-
вання полюсів у джерел електричного струму. Для цього, напри-
клад, до смужки паперу, просоченого розчином Ма28О4 і фенол-
фталеїну, прикладають два провідники, що йдуть від джерела
струму. Біля провідника, з’єднаного з негативним полюсом,
з’являється малинове забарвлення.
150
ПІДВОДНИЙ КОЛОЇДНИЙ «САД»
Дослід. Бляшанку конторського силікатного клею розводять
водою (1 : 5). Добутий розчин виливають у велику скляну посу-
дину і кидають у неї крупні кристали таких солей:
СоС12 - 6Н2О; ШС12 • 6Н2О (або №8О4 . 7Н2О); Си8О4 • 5Н2О;
СгС13 • 6Н2О; Сг2(8О4)3 • 6Н2О (або КСг(8О4)2 • 12Н2О);
Ге8О4 • 7Н2О (або (ИН4)2Ге(8О4)2 - 6Н2О); МпС12 • 4Н2О;
ГеСІз • 6Н2О (або №І4Ре(8О4)2 • 12Н2О);
А12(8О,)3 • 18Н2О (або КАІ(8О4)2 12Н2О); М"С1, • 6Н2О.
Незабаром з кристалів утворяться химерні утвори, що формою
нагадують морські водорості найрізноманітніших кольорів
і відтінків. Так, солі кобальту утворюють «водорості» рожево-
го кольору, міді — блакитного, нікелю — смарагдово-зеленого,
хрому — брудно-зеленого, заліза (II) — темно-зеленого, заліза
(ПІ) — бурого. Солі алюмінію і магнію утворюють безбарвні
«водорості».
Поява примхливих фігур пояснюється так. Як тільки кристали
солей стикаються з розчином силікату, на їх поверхні відбува-
ються реакції обміну, внаслідок чого навколо кристалів утворю-
ються напівпроникні перетинки у формі мішечків. Ці мішечки
наповнюються концентрованими розчинами солей ИаСІ, КСІ
(або N82804, К28О4). А оскільки концентрація іонів усередині
мішечка значно вища, ніж зовні, то його стінки зазнають пев-
ного тиску (осмотичного). Завдяки цьому вода крізь напівпро-
никну перетинку проникає всередину мішечка, намагаючись
знизити концентрацію солі. Внаслідок збільшення об’єму рідини
в мішечку він розтягується, плівка тріскається, і через розрив
виходить розчин солі, з якої складається кристал, і процес утво-
рення нерозчинного силікату повторюється. Так «росте» напів-
проникна перетинка нерозчинного силікату. Залежно від швид-
кості утворення плівки на кристалах виникають характерні фор-
ми. Наприклад, ГеС13 утворює гіллясті «водорості», МдС12 • 6Н2О
— досить товсті палички з конусоподібною верхівкою,
МпС1а • 4Н2О і №8О4 • 7Н2О — пучки тонких прямих і гілляс-
тих питок. Усе це схоже на підводний «сад».
На вечорі цікавої хімії демонструють уже готовий вирощений
«сад» у великій посудині.
151
СВИНЦЕВЕ «ДЕРЕВО»
Дослід. У колбу місткістю 500 мл наливають 200 мл дистильо-
ваної води, всипають у .'неї 2 а агар-агару, 0,65 а РЬ(СН3СОО)г
і добавляють 10—20 крапель льодяної СІДСООН. Вміст колби
нагрівають до кипіння і кип’ятять до повного розчинення агар-
агару. Теплий розчип виливають у стакан місткістю 200 мл
і після того як у стакані розчип перетвориться на драглі, у нього
вдавлюють на глибину 1—2 см одну велику гранулу металічного
цинку. Уже наступного дня можна бачити, що гранула-«насінина»
«проросла» і в стакані з’явилось свинцеве «дерево», яке все більше
розростається в усі боки.
Явище пояснюється так. Металічний цинк витискує з ацетату
свинцю вільний метал, який виділяється у вигляді великих гіл-
лястих утворень:
2п + РЬ(СН3СОО)2 = 2п(СН3СОО)2 + РЬ |.
У водному розчині ця реакція відбувається досить швидко,
а в середовищі агар-агарового «холодцю» — повільно.
ПЕРЕСИЧЕНІ РОЗЧИНИ
Іноді в розчиннику розчиняється речовини набагато більше,
ніж це потрібно для насичення за даних умов. Такі розчини
називаються пересиченими. Вони нестійкі і часто від струсу або
від пилинки, що потрапляє з повітря, у них розпочинається
кристалізація. Досить легко пересичені розчини утворюють суль-
фат, тіосульфат та ацетат натрію.
Дослід. Для виготовлення пересиченого розчину беруть
5 ваг. ч. Н2О, 7 ваг. ч. Кта28О4 • ЮН20 або 2 ваг. ч. НаО і 1 ваг. ч.
безводного N82804. Для приготування пересиченого розчину аце-
тату натрію беруть 3 ваг. ч. П2О і 5 ваг. ч. СН3СО(Жа • ЗН2О.
Для приготування пересиченого розчину тіосульфату натрію беруть
свіжі, незвітрені (безбарвні і прозорі) кристали Ка282О3 • 5Н2О,
які нагрівають без води в ретельно вимитій колбі. При
цьому кристали Ка28аО3 • 5НаО плавляться і розчиняються
у власній кристалізаційній воді. Колбу із сіллю і водою (або.
у випадку Ка282О3 5НаО з однією сіллю) занурюють у водяну
баню, але так, щоб колба не торкалась дна і стінок бані, і кип’я-
тять розчини, поки солі повністю не розчиняться. Якщо добуті
розчини виявляться каламутними, то їх фільтрують у гарячому
стані крізь чисту вату з підігріванням. Виготовлені розчини обе-
режно кип’ятять протягом кількох хвилин, щоб конденсат, що
152
Кристалізація в пересиченому розчині
утворюється з водяної пари, змив із стінок колби залишки роз
чину або дрібні кристали солі. Шийку колби закривають жмутом
чистої вати, щоб у розчин з повітря не потрапила жодна пилинка.
Добуті розчини повільно охолоджують, уникаючи різких поштов-
хів і струсів. Охолоджені пересичені розчини можуть зберігатися
скільки завгодно.
Колбу з пересиченим розчином ставлять на чорний папір,
такий самий папір ставлять за колбою. Суху скляну паличку
спускають у банку із сухою сіллю, яку брали для приготування
пересиченого розчину. До палички прилипають дрібні кристали,
які після внесення палички в пересичений розчин стають центрами
кристалізації, навколо яких розростаються кристали. Кристалі-
зація швидко охоплює весь об’єм розчину. Лавиноподібна криста-
лізація солей гарно виглядає на чорному фоні екрана. Сульфат,
тіосульфат та ацетат натрію утворюють кристали різної форми.
Тому в пересичені розчини однієї солі вкидають кристали інших
солей, щоб перевірити, чи відбуватиметься при цьому кристалі-
зація.
Замість скляної палички беруть термометр і доторкуються ним
до сухої солі в банці, а потім занурюють його в пересичений роз-
чин. Під час кристалізації солей вивільнюється прихована теп-
153
лота. Про це свідчить різке підіймання ртутного стовпчика.
У цьому можна переконатись навіть коли доторкнутись долонею
до стінок колби.
МІНЕРАЛЬНИЙ «ХАМЕЛЕОН»
Відомо, що хамелеон від подразнення чи зміни зовнішнього
середовища змінює колір своєї шкіри.
У хімії мінеральним «хамелеоном» називають метал марганець,
сполуки якого залежно від умов реакції швидко змінюють своє
забарвлення. Так, солі марганцю (II), наприклад МпС)2 • 4Н2О,
Мп(ЙО3)2 • 6Н2О, МпЗО4 • 7Н2О тощо, світло-рожевого кольору.
Якщо ж до їх розчинів добавити лугу, випадає білий осад гідро-
ксиду марганцю (ІІ)з
Мп2+ + 2ОН- = Мп(0Н)21 ,
який на повітрі швидко буріє:
2Мп(ОН)2 + 02 + 2На0 = 2Мп(ОН)4.
Дослід. У хімічний стакан наливають розведеного розчину
якої-небудь солі марганцю (II), підкислюють його концентрова-
ною НМОз, всипають невелику кількість коричневого РЬО2 і на-
грівають. При цьому майже безбарвний розчин стає фіалковим.
2Мп2+ + 5РЬОа + 4Н+ = 2МпО7 + 5РЬ2+ + 2Н2О.
Дослід. У три стакани наливають фіалкового розчину КМпО4.
У перший добавляють розведеної Н28О4, а в третій — концентро-
ваного розчину КОН. Потім у кожний стакан добавляють розчину
К28О3 або МаІЧО2. При цьому фіалкове забарвлення аніона
МпО^скрізь зникає, натомість у першому стакані розчин зне-
барвлюється:
2МпОГ + 58О|~ + 6Н+ = 2Мп2+ + 58О2~ + ЗН2О,
у другому — випадає бурий осад:
2МнО7 + 38О2- + 5Н2О = 2Мн(ОН)4 } + 38О2- + 20Н~,
у третьому — розчин вмить зеленіє:
2МпОГ + N07 + 20Н~ = 2МпО2“ + N07 + н»°-
Дослід. Якщо висипати твердий залишок після прожарювання
КМпО4 у воду, то спершу утворюється розчин зеленого кольору,
який швидко переходить у синьо-фіалковий, потім у фіалковий
і, нарешті, у малиновий. Одночасно випадає бурий осад:
154
ЗМпО®- + 4Н2О = 2МпО4 + Мп(ОН)4| + 4ОН~;
ЗМпО4— + 8НаО = Мп07 + 2Мп(ОН)4 | + 8ОН~
Якщо ж всипати залишок після прожарювання КМпО$ у кон-
центрований луг, то зелений колір лишається незмінним, бо ман-
ганати (VI) і манганати (V) стійкі лише в сильно лужному сере-
довищі. Після підкислення розчину аніони МпОл~ і МпОІ “ вмить
самоокислюються — самовідновлюються:
6Н+ + ЗМпО'- = (2Н2МиО4 + Н2МпО4) =
= 2Н+ + 2МпО7 + Мп(ОН)4 1 ;
9Н+ + ЗМпО3- = (Н3МпО4 + 2Н3МпО4) =
= Н+ + Мн07 + 2Мп(ОН)4 і .
Дослід. До лужного розчину К2МПО4 і КзМпОл в циліндрі
обережно вливають по його стінці концентрованої Н28О4. При
цьому розчин змінює зелене забарвлення на малиново-фіалкове,
починаючи знизу і не відразу, а поступово, набираючи різнома-
нітних відтінків.
список
РЕКОМЕНДОВАНОЇ
ЛІТЕРАТУРИ
БАХТАМОВ Р. фигурьі не имеет... М., Знание, 1977.
ВАСИЛЕГА М Д. Благородні гази. К., Радянська школа,
1973.
Видатні вчені-хіміки. Укл. В. Ю. Возний,
К., Радянська школа, 1973.
Водород-хром. (Популярная библиотека
химических злементов). М., Наука, 1971.
ГАВРУСЕЙКО Н. П., Химические викторпньї. Минск, Народ-
ДЕБАЛТОВСКАЯ В II. ная асвета, 1972.
ГОЛОВАНОВ Я. К. Світочі науки. К., Веселка, 1970.
ГОЛУБ А. М. Металльї атомного века. М., Знание,
1964.
ГОРБОВСЬКИЙ О. Крізь темінь віків. К., Веселка, 1969.
ДЖУА М. История химии. М., Мир, 1975.
ЗРДЕІІ-ГРУЗ Т. Химические источники знергии. М.»
Мир, 1974.
Книга для чтения по неорганической
химин. Ч. І. М., Просвещение, 1974.
Книга для чтения по неорганической
химии. Ч. II. М., Просвещение, 1975.
Книга для чтения по органической хи-
мии. М., Просвещение, 1975.
КОПЬІЛОВ В. В. Штурм теплового барьера. М., Наука,
1977.
КОРОВСКІІЙ III. Я Летающие металльї. М., Машинострое-
ние, 1977.
КУПЕР Д. Г. Периодический закон. М., Мир, 1965.
ЛІОБИМОВ 1-І. М Редкие злементьі и их география. М.,
Просвещение, 1977.
МАКАШЕВ Ю. А., Соединения в квадратних скобках. Л.,
ЗАМЯТКІІНА В. М. Химия, 1976.
156
МАКОГОН 0. Г. Хімічні розваги. К., Радянська школа, 1970. Маргапец-олово. (Популярная библиоте- ка химических злементов). М., Наука, 1972. Полоний —... (Популярная библиотека химических злемептов). М., Наука, 1974.
ПОПОВА Л. Ф. От литая до цезия. М., Просвещение, 1972.
РАБИНОВИЧ В. Л. Алхимпя как феномен средневековой
СЕМЕНОВ И. Н., ОВЧИННИКОВ К. В. СИБОРГ Г. Т. ВЗЛЕНС 3. Г. культури. М., Наука, 1979. «Неожиданнне» неорганические соеди- нения. Л., Химия, 1972. Злементн Вселенной. М , Наука, 1966. Сурьма-висмут. (Популярная библиоте- ка химических злементов). М., Наука, 1973.
ФАДЕЕВ Г. Н. Пятая вертикаль периодической систе-
ФИГУРОВСКИЙ Н. А. ми. М., Просвещение, 1973. Очерк общей истории химии. От древ- пейших времен до начала XIX в. М., Наука, 1969.
ФПГУРОВСКИЙ Н. А. Открнтие злементов и происхождение их названий. М., Наука, 1970. Хімічна хрестоматія для учнів 7—8 кла- сів. К., Радянська школа, 1971. Хімічна хрестоматія для учнів 9 класу. К., Радянська школа, 1972.
ХОДОС Л Ф. Вечори цікавої хімії в школі. К., Ра- дянська школа, 1970
ШАЛИНЕЦ А. Б. Провозвестпики атомного века. М., Про- свещение, 1975.
ПІПАУСЦУС 3. Путешествие в мир химии. М., Просве- щенне, 1967.
ШПАУСЦУС 3. Путешествие в мир органической хи- мии. М., Мир, 1967.
ЗМІСТ
ЦІКАВІ РОЗПОВІДІ
«Єгипетське мистецтво»_______________________
Дещо про марні пошуки і цінні знахідки-----
Тріумф періодичного закону____________________
Випробування періодичного закону.__________
І великим людям властиво ПОМИЛЯТИСЯ--------
Найбільшо відкриття Г. Деві
Хімічний термометр_________________________-
Допомогла кішка ___________________________
«... Світлі тіла, які кувати можна»------.—
Метали пайважкоплавкіпіі і паилегкоплавкшп
Метал «солодкої землі»_____________________
Титан підіймається в небо__________________
«Олов’яна чума» й «олов'яний крик»---------
«Живе срібло», меркурій, оливо і цина------
Хімічний «качконіс»________________________
Народжений з урану_________________________
Метали хірургів____________________________-
Коштовна трязь_______________________________
Мінеральні «вітаміни»._____________________
Метали в молекулярних «клешнях».-------------
Хімічні «бутерброди»_______________________
Йодиди проти граду____________________________
Інертні, рідкісні чи благородні?_________—
Запашний газ ______________________________
«Окислена вода»____________________________
Яка струмина сяє як сонце?
«Грецький вогонь» _________________________
Холодне горіння____________________________
Холодне світло_____________________________
Селітра з . .. кошари______________________
Речовини-недоторкп_________________________
Гримучі газ, кислота, олія та желатина
«Карбоніада» ________________________________
Скло спеціальне ___________________________
Удар, тертя і ... хімічна реакція
Активний водень ___________________________
Важка вода.________________________________
Дивовижні розчини__________________________
Витягування речовин з розчину
Молекули в «пастках»_______________________
Вугільний газ______________________________
Октанове число и антидетонатори____________
Королівський бал і металепсія______________
«Органічна платина»________________________
Полімери-жертви ___________________________.
Алкалоїди — отрути і ліки__________________.
7
8
16
20
22
22
23
23
24
25
28
31
35
36
38
39
41
41
42
44
45
47
47
54
55
57
60
61
64
68
69
70
74
76
77
81
83
85
89
91
98
99
103
103
106
107
ЦІКАВІ ЗАПИТАННЯ І ВІДПОВІДІ
ЦІКАВІ ДОСЛІДИ
Сіркова корозія____________________________
Поташ із попелу____________________________
Вибух гримучого газу_______________________
Горіння фосфору під водою
«Вавілонське чудо»___________________________
Хімічний «вулкан»____________________________
«Фарбований лис»___________________________
«фараонові змії» __________________________
Фейєрверк у рідині_________________________
Вогонь від краплини води
Вогонь від рідкої солі_____________________
Електричне «перо» _________________________
Підводний колоїдний «сад»__________________.
Сви нцеве «дерево»_________________________
Пересичені розчини_________________________
Мінеральний «хамелеон» --------------------
Рекомендована література-------------------
14І>
144
142
142
143
144
145
146-
147
147
148
148
151
152
152
154.
156