Рубинштейн А. М. Химия вокруг нас. – М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1950. – 64 с.

[:ua]Хімія навколо нас[:ru]Химия вокруг нас[:en]Chemistry around us

[:ua]Вступ[:ru]Введение[:en]Introduction

Великий преобразователь природы И. В. Мичурин го­ворил: «Мы не можем ждать милостей от природы: взять их у неё — наша задача».

В этих словах — глубокая правда. Ведь вся история человечества пронизана борьбой человека с природой, в которой он отвоёвывает у неё новые и новые блага — всё то, что необходимо для существования и развития человеческого общества. А потребности человека велики: ему нужны и продукты питания, и строительные мате­риалы, сырьё для разнообразных отраслей промышлен­ности, топливо и другие источники энергии. Поэтому слова И. В. Мичурина справедливы во всех областях науки и техники.

Как же получилось, что человек, тысячелетия назад вооружённый лишь куском камня, подчинил себе сушу, воду и воздух? Как он победил природу, заставил её слу­жить ему?

Путь к этому был труден и длинен. Постоянно стал­киваясь с различными явлениями природы, человек изу­чал их, открывал законы природы, учился их использо­вать в борьбе с природой. Знание, наука — вот то оружие, которым человек побеждал природу прежде и продол­жает побеждать её теперь. Это оружие не притупляется. Наоборот, оно всё больше и больше оттачивается и за­каляется со временем. Науки совершенствуются, разви­ваются. Они всё более полно охватывают различные сто­роны природы и жизни человеческого общества.

Наука пристально следит за тем, что происходит во­круг нас. Задача науки — не просто «зарегистрировать» факт. Каждое новое явление подвергается внимательному изучению. Учёные находят, как это явление связано с другими, уже известными явлениями, какими причинами оно вызывается, по каким законам происходит.

Наша книжка затрагивает одну область науки — химию. Химия устанавливает, из каких материалов и каких веществ состоят все тела природы — живая клетка и минерал, газы, жидкости и твёрдые тела. Все отрасли производства, все естественные науки имеют дело с ве­ществами. Изучая вещества и их превращения, химия помогает нам взять у природы всё необходимое для на­родного хозяйства.

Множество явлений природы и производственных про­цессов связано с химическими изменениями вещества. О некоторых из них и рассказано в этой книжке.

Разберёмся сначала в том, как построены вещества, как и по каким законам протекает «жизнь» веществ — их превращения. Этому посвящен первый раздел книжки.

[:ua]У світі речовин[:ru]В мире веществ[:en]In the world of substances

Молекула — кирпичик вещества. Раздавим в ступке кри­сталлик сахара. Он распадётся на множество мелких крупинок. Если мы станем растирать их, то каждая из них, в свою очередь, будет измельчаться всё больше и больше, пока не получится тончайшая сахарная пудра. Где же граница измельчения кристаллика? Каковы самые мельчайшие частички сахара, которые ещё будут обла­дать таким же составом и свойствами, как и кристаллик? Эти частички — молекулы. Но ступка — слишком грубое орудие для того, чтобы достигнуть этой границы. Более совершенным орудием оказывается вода: при растворе­нии сахара в воде каждая его крупинка легко дробится на тысячи более мелких, на молекулы. Такое же дробле­ние происходит и при испарении различных веществ.

Молекулы настолько малы, что их не удаётся увидеть даже в самые сильные микроскопы. Однако учёные су­мели установить, что размеры этих «кирпичиков» для разных веществ сильно отличаются друг от друга. Как правило, чем сложнее вещество, тем больше размер мо­лекул, которые его составляют. Любой образец какого угодно чистого (т. е. не содержащего примесей) вещества состоит из громадного числа совершенно одинаковых молекул. Поэтому чистое вещество всегда однородно.

Есть ли в природе явления, показывающие, что веще­ства состоят из молекул? Да, есть. И прежде всего это явления, связанные с движением молекул. Мы знаем, на­пример, что вода существует в трёх состояниях: в виде льда, в виде жидкости и в виде пара. Однако состав её одинаков во всех этих трёх состояниях. Различия в свой­ствах воды, льда и пара зависят от того, насколько тесно примыкают друг к другу отдельные молекулы воды и насколько они подвижны (Подробнее о движении молекул см. брошюру Научно-попу­лярной библиотеки Гсстехиздата: Б. Б. Кудрявцев «Движение молекул»).

Существуют ли частицы меньшие, чем молекулы? Изучая поведение веществ в различных условиях, химики установили, что и сами молекулы сложны.

Есть вещество, которое называется окисью ртути. Это красный порошок. Если мы станем нагревать окись ртути, то она разрушается, выделяя металл ртуть и газ кисло­род. Так как окись ртути однородна, — она не смешана ни со ртутью, ни с кислородом, и все её молекулы совер­шенно одинаковы, — то образование из неё двух новых веществ можно объяснить только тем, что при нагревании происходит разрушение самих молекул. Но ведь это зна­чит, что молекулы окиси ртути состоят из более мелких частиц, из частиц кислорода и ртути! Окись ртути не является каким-либо исключением. Молекулы всех ве­ществ состоят из более мелких частиц. Эти составные частицы молекул называют атомами.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, молекула кислорода — из двух атомов кислорода и т. д.

Атомы в молекулах связаны между собой несравненно более прочно, чем молекулы друг с другом. Подтвер­ждается это хотя бы тем, что, например, разделение молекулы воды на атомы водорода и кислорода требует затраты во много раз большего количества тепла (нагре­вание до 1000 градусов), чем разрушение кристалла льда (нагревание чуть выше 0 градусов).

Чем отличаются простые вещества от сложных? Все вещества, из которых тем или иным путём можно полу­чить более простые, считаются сложными. Сложных веществ в настоящее время известно уже более двух мил­лионов; Вода, поваренная соль, стекло, спирт, сахар, яичный белок — всё это вещества сложные. Но суще­ствуют вещества, которые не разлагаются на более про­стые. Таких веществ нам известно около ста. Их назвали простыми веществами. Кислород, водород, сера, железо, ртуть, медь, золото — всё это простые вещества. Из простых веществ и построены все сложные вещества. Зная, что молекулы состоят из атомов, можно вполне точно указать, чём простые вещества отличаются от сложных. Особенность простых веществ заключается в том, что молекулы каждого из них построены из оди­наковых атомов. Например, молекула хлора по­строена из двух атомов:

атом хлора + атом хлора = молекула хлора.

При разложении молекулы хлора ничего, кроме атомов хлора, получить нельзя. Это простое вещество.

Молекулы же сложных веществ всегда построены из разных атомов. Так, молекула поваренной соли со­стоит из двух разных атомов:

атом натрия + атом хлора = молекула поваренной соли.

Это наиболее простой пример молекулы сложного веще­ства. В большинстве случаев состав молекул более сло­жен. Так, в молекуле железной окалины 7 атомов, мо­лекула сахара построена из 45, а молекула вещества, составляющего большую часть говяжьего сала, — из 173 атомов. Есть и такие молекулы, которые построены из нескольких тысяч атомов; таковы молекулы яичного белка, каучука и т. д.

По свойствам простые вещества можно разделить на две большие группы — на металлы и неметаллы. К метал­лам относится большая часть простых веществ. Метал­лы — натрий, кальций, хром, медь, железо, никель и все другие — отличаются от неметаллов по внешнему виду, блеском. Металлы ковки, хорошо проводят электриче­ский ток и тепло.

Неметаллы — кислород, азот, углерод, сера, фосфор, хлор и др. — разнородны по внешнему виду. Они не ковки. Большинство из них плохо проводит ток и тепло.

Металлы и неметаллы отличаются друг от друга и по своим химическим свойствам (об этом мы подробно рас­скажем в четвёртом разделе).

Как в химии обозначаются атомы и молекулы? Моле­кулы разных веществ отличаются друг от друга по «сор­там» образующих их атомов. Так, молекулы поваренной соли содержат совершенно другие сорта атомов, чем мо­лекулы воды. Сахар и жир состоят из трёх «сортов» ато­мов — углерода, водорода и кислорода. В яичном белке к этим трём сортам добавляются атомы азота, фосфора, серы. Все это — атомы простых веществ. Войдя в состав молекулы, они перестают быть «простыми веществами», они становятся составными частями молекулы, образую­щими её элементами.

В природе элементы распространены не равномерно. Это показано на рисунке 1 (проценты указаны прибли­жённо). Около половины вещества земной коры с её во­дами и атмосферой составляет кислород. Он входит в состав воды и почти всех пород земной коры. Второе ме­сто занимает кремний. Он входит в состав песка, глин и многих других пород. Остальные элементы встречаются в природе реже и в меньших количествах.

Каждый элемент, а значит, и каждый сорт атомов имеет своё латинское название (названия многим элемен­там давались в то время, когда научным языком был исключительно латинский) и «символ» — сокращённое обозначение.

Укажем, как читаются символы важнейших элементов:

Символами пользуются для написания формул раз­личных веществ, показывающих, из каких сортов атомов состоит молекула вещества. Формула «изображает» мо­лекулу. Формула молекулы поваренной соли — NaCl (натрий хлор) показывает, что она состоит из атома натрия и атома хлора. NH3 (эн аш три) — формула мо­лекулы аммиака.

Мы уже знаем, что простое вещество всегда содержит один элемент, а сложное — всегда несколько. Очень важно знать не только элементарный состав вещества, но и соотношения в нём отдельных элементов. Возьмём, например, воду и перекись водорода. И та и другая со­стоят из водорода и кислорода. В молекуле воды есть два атома водорода и один атом кислорода (Н2О), а в моле­куле перекиси водорода — два атома водорода и два атома кислорода (Н2О2). Количественные соотношения между атомами здесь различны, различны и свойства этих веществ. Молекулы сахара и жира также состоят из одних и тех же элементов: углерода, водорода и кисло­рода, и также отличаются числом атомов этих элементов в молекуле.

Химики стремятся узнать и расположение атомов в молекуле, то-есть строение молекулы. Это важно потому, что, как показал крупнейший русский химик А. М. Бутле­ров, химические свойства вещества зависят и от того, в каком порядке атомы расположены в молекуле.

Смеси веществ и химические соединения. Мы уже знаем, что чистое вещество однородно: все его частички имеют одинаковый состав. Например, все молекулы железа одинаковы, также одинаковы и все молекулы серы. Если мы смешаем мелкие железные опилки с порошком серы («серным цветом»), то образуется смесь, в кото­рой имеются отдельные частички железа и частички серы, не связанные химически между собой. Это легко доказать. Насыплем немного нашей смеси на лист бумаги и под­несём близко к ней магнит. Частички железа притянутся к магниту, а сера останется на бумаге. Можно поступить и иначе, например, внести смесь серы и железа в жидкое вещество — сероуглерод. Сероуглерод легко растворит на­ходящуюся в смеси серу, а железо останется в осадке.

Сера, находясь в смеси с железом, не мешает его ча­стичкам притягиваться к магниту. В свою очередь, частички железа не препятствуют частичкам серы раство­ряться в сероуглероде. Таким образом, каждое веще­ство проявляет в смеси свои собственные свойства. Смеси можно приготовлять в любых со­отношениях. Можно взять 1 грамм серы и 10 граммов железа, но можно составить смесь и из 10 граммов серы и 1 грамма железа. Значит, смеси не имеют по­стоянного состава. Смесь серы и железа неодно­родна. Но бывают и однородные смеси — растворы. О них мы подробнее расскажем дальше.

Проделаем теперь со смесью серы и железа такой опыт. Насыплем смесь в пробирку и подогреем немного её донышко. Дальше вся смесь сама нагреется до крас­ного каления, а затем постепенно застынет в тёмную твёрдую пористую массу. Теперь попытки разделить же­лезо и серу из этой массы магнитом или растворением ни к чему не приведут — при нагревании произошло хи­мическое превращение, реакция, и из серы и железа мы получили новое сложное вещество — сернистое же­лезо. Оно не имеет сходства ни с железом, ни с серой. Это показывает, что при химических реакциях свойства веществ изменяются.

При образовании химического соединения произвол в отношении состава уже недопустим. Химическое соединение имеет постоянный состав — его молекулы состоят из определённого числа атомов.

Схема основных типов веществ показана на рисунке 2.

Атомные веса. Атомы разных элементов не одинаковы: они отличаются друг от друга прежде всего весом. Атомы в одном грамме воды содержатся миллиарды миллиардов молекул. Поэтому и веса отдельных атомов и молекул очень малы. Но для химика нет необходимости знать, сколько весит каждый атом или каждая молекула — ведь он всегда имеет дело с громадными количествами моле­кул. Он должен знать, во сколько раз одна молекула тяжелее или легче другой, знать сравнительные или, как говорят, относительные веса атомов и молекул. Для сравнения в химии принят атом кислорода. Сравнивая вес атома кислорода, принятый за 16, с весами атомов всех других элементов, химики рассчитали относительные веса всех атомов. Атом водорода весит почти в 16 раз меньше, чем атом кислорода — его атомный вес равен 1,008, это самый лёгкий атом. Атомный вес кремния ра­вен 28,06, железа — 55,85 (атомные веса всех элементов указаны на рис. 3).

Зная относительные, атомные веса элементов, мы мо­жем вычислить относительный вес любой молекулы — молекулярный вес. Рассчитаем, например, моле­кулярный вес воды Н2О: два атома водорода весят 1,008X2=2,016, атом кислорода — 16, молекулярный вес воды 2,016+16=18,016; молекула воды в 18 раз тяжелее 1/16 атома кислорода.

Чем же помогают нам эти относительные веса атомов и молекул? А вот чем. Если мы возьмём при одинаковых условиях 14,008 грамма азота (атомный вес его равен 14,008 и 1,008 грамма водорода (атомный вес водо­рода — 1,008), то можем быть уверены, что и в 14,008 грамма азота, и в 1,008 грамма водорода содержится одно и то же количество атомов! Число граммов элемента, равное его атомному весу, называют грамм-атомом, а число граммов сложного вещества, равное его молеку­лярному весу — грамм-молекулой. И если нам тре­буется, например, получить аммиак из азота и водорода, то мы можем точно рассчитать, сколько граммов обоих газов нужно взять для получения того или другого коли­чества аммиака, так как 1 грамм-атом азота, соединяясь с 3 грамм-атомами водорода, даёт ровно 1 грамм-моле­кулу аммиака. Такие расчёты очень важны для всех хи­мических производств.

Жизнь в мире веществ. В мире веществ идёт своя многообразная и интересная жизнь. Эта жизнь — хими­ческие реакции, во время которых молекулы перестраи­ваются, составляющие их атомы группируются в новые молекулы, образуются новые вещества. В природе непре­рывно происходят такие превращения. Появление осенней окраски листьев, накопление сахара в свёкле или крах­мала в картофеле, образование болотного газа из раз­лагающихся под водой растений, разрушение горных пород под действием тепла, воды и воздуха — всё это явления природы, в которых происходят химические из­менения вещества, проявляется их «жизнь».

Существует множество типов химических реакций. Вот самые главные из них:

1. Реакции соединения: два или несколько веществ образуют одно новое вещество. Образование ржавчины на железных предметах в присутствии влаги, появление белого налёта на алюминиевых изделиях, го­рение угля — всё это реакции соединения с кислородом.

2. Реакции разложения: одно вещество даёт два или несколько веществ. Мел при сильном нагрева­нии разлагается на известь и углекислый газ. Питьевая сода, брошенная в кипяток, разлагается на углекислый газ и стиральную соду. Ляпис (азотнокислое серебро), применяемый в медицине для «прижигания», легко разла­гается на свету. При этом из него выделяется металличе­ское серебро (поэтому и образуется чёрное пятно на сма­занном ляписом участке кожи). Другие продукты разло­жения ляписа — газообразные; мы их обычно не заме­чаем, но химическими способами их можно обнаружить.

3. Реакции вытеснения: одно простое и одно сложное вещество образуют одно простое и одно сложное вещество, но уже другого состава. В качестве примера такой реакции опишем опыт, выполнить который очень просто. Возьмём несколько синих кристалликов медного купороса и растворим их в воде. Опустим в полученный голубой раствор обыкновенный гвоздь. Через некоторое время мы заметим, что гвоздь покрылся бурым налётом меди, а раствор стал менее голубым или даже совсем бесцветным. Это происходит потому, что железо, из ко­торого состоит гвоздь, вытеснило медь из купороса и само встало на её место:

железо + медный купорос = железный купорос + медь.

А вот ещё один пример: перед пайкой оловом металл смазывают «травленой» соляной кислотой. Кислоту «тра­вят» цинком. Цинк растворяется в кислоте, вытесняя из неё водород. Хотя кислоту для этого и не подогревают, она «кипит» — из раствора выделяются пузырьки газа водорода.

4. Реакции двойного обмена, как показы­вает само их название, состоят в том, что молекулы двух сложных веществ обмениваются своими атомами и обра­зуют два новых тоже сложных вещества. Такой обмен происходит, например, при получении горючего газа — ацетилена, необходимого при автогенной сварке. Ацети­лен получается из соединения кальция с углеродом (карбида кальция) и воды:

Материя вечна. Химические реакции заключаются в изменении состава и строения молекул; при этом атомы как химически неделимые частицы не разрушаются и не образуются вновь. Они только переходят из состава одной молекулы в состав другой. Продукты любой химической реакции содержат ровно столько атомов, сколько их было в веществах, взятых для реакции, и вес продуктов реакции в точности равен весу веществ, из ко­торых Они получены.

На сжигание 12 граммов углерода расходуется 32 грамма кислорода. Значит, в реакции участвует 44 грамма веществ. И продукта реакции, углекислого газа, получается тоже 44 грамма. Если мы возьмём 216,6 грамма окиси ртути и разложим её нагреванием, то получим 200,6 грамма ртути и 16 граммов кислорода, то-есть всего вместе 216,6 грамма:

Значит, несмотря на то, что вещества способны к раз­личным превращениям, материя вечна: она не тво­рится вновь и не исчезает. Меняются лишь её формы. Этот важнейший закон природы был установлен в 1748 году основоположником химической науки Михаи­лом Васильевичем Ломоносовым. Великий русский учёный изложил его так: «Все изменения, случающиеся в при­роде, происходят так, что если что-либо прибавится к чему-либо, то столько же отнимется от чего-то другого. Так сколько к какому-нибудь телу присоединится мате­рии, столько же отнимется у другого».

Ломоносов опытным путём показал, что при химиче­ских реакциях количество вещества остаётся неизмен­ным. Этот закон сохранения вещества являет­ся одним из основных законов природы.

Химическая реакция не всегда возможна. Химические превращения идут только при определённых, благоприят­ных условиях. Иногда для этого достаточно простого со­прикосновения молекул. Металл натрий никогда не хра­нят на воздухе — он очень быстро соединяется с кисло­родом. Если бросить кусочек натрия в воду — сразу же начинается реакция: натрий вытесняет водород из воды. Щёлочь (едкий натр) легко поглощает углекислый газ и превращается в соду.

Многие реакции в обычных условиях не идуг. Однако их легко вызвать, изменяя условия. Например, в смеси рудничного или светильного газа метана (CH4) с возду­хом ежесекундно сталкиваются миллиарды молекул ме­тана и кислорода, но реакция между ними не происходит. Но достаточно искры (т. е. сильного нагревания только в одном месте), чтобы смесь мгновенно взорвалась. Порох может сохраняться сколько угодно долго. Но от удара или огня он взрывается. Мы можем смешать сухую питьевую соду с кристаллами лимонной кислоты и они не будут реагировать. Но стоит только их бросить в воду (как это делают любители газированной воды), как между ними сейчас же начнётся реакция, которую мы заметим по выделяющимся с шипением пузырькам углекислого газа. Только при высокой температуре песок, глина и из­весть соединяются друг с другом и образуют стекло, выделяется из руды железо.

Есть вещества «индиферентные», безразличные друг к другу. Так, винный спирт и вода только смешиваются друг с другом, но никаких новых веществ не образуют. Подобным же образом ведут себя сахар и поваренная соль. Существуют и такие вещества, которые вообще не вступают ни в какие реакции. Это инертные газы — гелий, неон и др.

Закон Менделеева — основной закон химии. Для того чтобы предвидеть возможность или невозможность химической реакции между какими-либо веществами, необхо­димо было привести в строгую систему все элементы и найти закономерности в изменении их свойств. Эту задачу разрешил великий русский химик Дмитрий Иванович Менделеев. Он открыл «периодический закон». Этот закон гласит: «Свойства элементов (а следовательно, и обра­зованных ими простых и сложных тел) находятся в пе­риодической зависимости от их атомных весов». Считая, что химический характер каждого элемента зависит от его атомного веса, Д. И. Менделеев расположил все эле­менты в порядке возрастания их атомных весов и построил свою знаменитую таблицу элементов.

На рисунке 3 изображена периодическая таблица эле­ментов в её современном виде. Отметим самые главные черты этой таблицы.

В таблице имеется 9 вертикальных столбцов — групп элементов, от нулевой до восьмой. Все элементы каждой группы, несмотря на различия в атомных весах, имеют сходные важнейшие химические свойства. Напри­мер, все элементы одной и той же группы образуют одно­типные окислы, то-есть соединения с кислородом. Эле­менты первой группы дают окислы, в которых на один атом кислорода приходится два атома металла (Na2O, К2О). Элементы второй группы образуют уже другие окислы, — в них один атом кислорода соединён с одним атомом металла (CaO, ZnO), и т. д.

Если рассматривать таблицу по горизонтальным ря­дам, начав, например, с лития (Li), то можно заметить, что каждый ряд включает элементы, разные по свойствам: начинается он элементом с ярко выраженными металли­ческими свойствами (литий), а кончается типичным неме­таллом (фтор F) и инертным газом (неон Ne). Затем снова идёт типичный металл (натрий Na) и т. д. Такие ряды различных по свойствам элементов составляют периоды таблицы (отсюда название закона и таблицы).

Когда Д. И. Менделеев строил свою таблицу (1869— 1871 года), многие элементы были ещё не известны. Вели­кий учёный оставил для них в своей таблице пустые клетки и, пользуясь периодической зависимостью свойств элементов от их атомных весов, гениально предсказал свойства никому не известных элементов. Когда впослед­ствии эти элементы были открыты, оказалось, что они дей­ствительно имеют предсказанные Менделеевым свойства!

Это показало, каким мощным орудием познания при­роды явился периодический закон. Он оказал громадное влияние на последующее развитие химии.

Как построены атомы и почему они ведут себя по-разному? В дальнейшем учёные раскрыли глубокий смысл периодического закона Менделеева.

Мы уже говорили, что атом нельзя разрушить ника­кими химическими способами. Однако физическими спосо­бами удалось это сделать, и оказалось, что сами атомы — очень сложные частицы. Физики открыли несколько типов частиц, составляющих атомы: электрон — частицу, несущую отрицательный заряд (его масса в 1840 раз меньше массы атома водорода); протон — положи­тельно заряженную частицу с массой, равной массе атома водорода, и нейтрон — частицу с массой, равной массе протона, но не имеющую электрического заряда.

По своему строению атомы напоминают солнечную си­стему. В центре атома находится ядро. Оно состоит из протонов и нейтронов, как это установил советский учё­ный Д. Д. Иваненко. Ядро атома заряжено положительно. Вокруг ядра с громадной скоростью вращаются элек­троны. Они сгруппированы на различных от ядра расстоя­ниях в слои или «оболочки» (см. рис. 4). Так как число протонов в ядре и число окружающих ядро электронов равны, атом в целом электрически нейтрален.

Атомы различных элементов отличаются по числу образующих их протонов, нейтронов и электронов. И вот что замечательно: оказывается, что порядковый, атомный номер каждого элемента в таблице соответствует числу электронов, обращающихся вокруг ядра. Имея перед гла­зами таблицу Менделеева, можно очень просто рассчи­тать, сколько каких частиц имеется в любом атоме.

Возьмём, например, элемент гелий. Его порядковый номер равен 2. Это значит, что вокруг ядра атома гелия обращается 2 электрона. Но столько же протонов должно быть и в ядре — ведь каждый атом электрически нейтра­лен. А сколько в ядре нейтронов? Узнать это нам по­может атомный вес гелия. Он равен 4, — атом гелия в 4 раза тяжелее атома водорода. Электроны имеют ничтожную массу, и ими в нашем расчёте можно прене­бречь. Значит, в ядре должно находиться 4 частицы с массой, равной массе водорода, 4 протона и нейтрона. Число протонов нам уже известно, их два; следовательно, в ядре атома гелия два нейтрона.

Такими же простыми расчётами можно установить состав любого другого атома.

Теперь познакомимся поближе с электронной оболоч­кой атома.

Опыты с заряженными телами показывают, что сила, с которой один заряд действует на другой, быстро умень­шается при увеличении расстояния между ними. Значит, и заряд ядра действует на электроны тем сильнее, чем они к нему ближе. Чем дальше находится электрон, тем меньше он притягивается ядром. Кроме того, влияние ядра на удалённые от него электроны ослабляется более близкими электронами. Слабее всего ядро действует на наиболее удалённую от него, внешнюю электронную оболочку. Электроны этой оболочки наиболее подвижны: они могут отрываться от ядра и частично или полностью переходить «во владение» ядра атома другого элемента. Это и происходит при химическом соединении атомов.

В каждую группу периодической таблицы попадают элементы с одинаковым числом электронов на внешней оболочке атома: у водорода, лития и других эле­ментов I группы во внешней оболочке находится только 1 электрон, у элементов II группы — 2, у элементов III группы — 3 и т. д. А так как в химических реакциях участвуют только внешние электроны, сходство элемен­тов одной и той же группы становится вполне понятным. У гелия имеется только одна оболочка с двумя элек­тронами. У неона и всех остальных элементов нулевой группы внешняя оболочка содержит 8 электронов. Все эти элементы не способны к химическим реакциям, и мы вправе заключить поэтому, что восьмиэлектронная обо­лочка наиболее устойчива.

Интересно, что химические реакции протекают так, что атомы, отдавая свои электроны другим атомам или, наоборот, захватывая их электроны, стремятся приобрести именно такую восьмиэлектронную оболочку. Посмотрим, например, как атомы натрия и хлора соединяются в мо­лекулу поваренной соли (рис. 4). Атом натрия имеет 11 электронов. Они расположены в трёх оболочках. Внут­ренняя оболочка содержит 2 электрона, средняя — 8 и внешняя только 1 электрон. При химическом соединении натрия с хлором атом натрия отдаёт один электрон из внешней оболочки атому хлора. Тогда его средняя, вось­миэлектронная оболочка становится внешней. Атом хлора, принимая один электрон, достраивает свою внешнюю оболочку до восьмиэлектронной. Таким образом, атом натрия оказывается заряженным положительно, а атом хлора приобретает отрицательный заряд. Оба они при­тягиваются друг к другу и образуют прочную электри­чески нейтральную молекулу поваренной соли.

Вообще атомы металлов легко отдают, а атомы неме­таллов — захватывают электроны. Зная это, легко пред­видеть, как будет взаимодействовать металл с неметаллом.

Мы разобрали случай, в котором электрон полностью перешёл из владения ядра одного атома во владение ядра другого атома. Но очень часто (особенно при соединении неметаллов друг с другом) каждый из соединяющихся атомов выделяет в «совместное владение» по одному или по несколько электронов из своей внешней оболочки. На рисунке 5 показано, как из кислорода и водорода обра­зуется вода. Здесь каждая химическая связь между двумя атомами осуществляется парой электронов. В обра­зующейся молекуле воды нет ясно выраженных положи­тельно и отрицательно заряженных частей. Заметим, что описанные процессы только приближённо, упрощенно отражают то, что происходит в действительности.

Что такое валентность? Атом хлора соединяется только с одним атомом водорода. Атом кислорода соеди­няется уже с двумя атомами водорода, атом азота — с тремя, а атом углерода — с четырьмя атомами водо­рода. Эти числа, показывающие, со сколькими атомами водорода может взаимодействовать один атом элемента, называют валентностью элемента. Мы можем ска­зать, таким образом, что хлор — одновалентен, а угле­род — четырёхвалентен. Валентность «управляет» соот­ношением между атомами, вступающими в соединение.

Водород одновалентен, и в реакциях он может отда­вать или захватывать только 1 электрон. Значит, валент­ность показывает также, сколько электронов может от­дать или захватить атом данного элемента в реакциях. Если атом отдаёт электрон и становится положительно заряженной частицей, то его валентность положи­тельная (например, у атома натрия). Атом, захва­тывающий электрон, проявляет отрицательную валентность (например, атом хлора в соединении с на­трием). В химических реакциях участвуют только те электроны, которые расположены во внешней оболочке атома. Эти электроны называют валентными. Таким образом, различия в химическом поведении элементов определяются величиной (от нуля до 8) и знаком (поло­жительная, отрицательная) валентности. Ни у одного элемента валентность не может быть больше восьми, так как 8 — самое большее число электронов во внешней обо­лочке атома. Нулевая валентность свойственна не всту­пающим в реакции инертным газам; её мы приписываем также простым веществам до их вступления в реакцию, так как их атомы ещё не обмениваются электронами с атомами других элементов. У большинства элементов валентность может быть различной (высшая валентность всегда равна номеру группы, к которой принадлежит элемент). Такие случаи особенно часты у элементов 4—8 групп. Например, углерод образует окись СО, где его валентность 2, и двуокись СО2, где его валентность 4, а хлор может в зависимости от условий давать соединения с 8 различными валентностями (от —1 до +7).

Химическая активность. Нам уже известно, что атомы металлов отдают в реакциях свои электроны атомам неме­таллов. Но одни металлы отдают электроны легче, чем другие. По способности отдавать электроды металлы рас­полагаются в следующий ряд:

КАЛИЙ, НАТРИЙ, КАЛЬЦИЙ, МАГНИЙ, АЛЮМИНИЙ, ЦИНК, ЖЕЛЕЗО, ОЛОВО, СВИНЕЦ, ВОДОРОД, МЕДЬ, РТУТЬ, СЕРЕБРО, ЗОЛОТО.

Наиболее активен в этом ряду калий, наименее — зо­лото. Каждый металл вытесняет из соединений все остальные, стоящие справа от него, следовательно, он активней всех следующих за ним металлов. Так, напри­мер, железо активнее меди и вытесняет её из медных солей (см. опыт на стр. 12).

Водород, хотя и не является металлом, включён в этот ряд потому, что во многих реакциях ведёт себя подобно металлам. Некоторые металлы вытесняют водород из его соединений (кислот), но и он сам обладает такой же спо­собностью по отношению к меди, ртути, серебру, золоту.

В свою очередь, атомы различных неметаллов неоди­наково легко захватывают электроны. Например, в ряду F, Cl, Br, I (фтор, хлор, бром, иод) наиболее активен фтор, а наименее — иод.

Кислород — один из наиболее активных неметаллов. Это видно из того, что кислород входит в состав подав­ляющего числа веществ, встречающихся в природе.

Сведения об активности элементов также помогают нам решить, возможна ли та или иная химическая реакция.

Чем больше активность участвующих в реакции метал­лов и неметаллов, тем легче протекает реакция.

Как сокращённо записать химическую реакцию. Можем ли мы каким-либо способом изобразить, что про­исходит во время химической реакции? Конечно, можем. Ведь для этого и существуют символы элементов, обозначающие не только «сорта» атомов, но и количество ве­щества, заключённого в каждом из них (атомный вес). Периодическая таблица даёт нам сведения о валентности элементов, а валентность точно определяет, в каких соот­ношениях атомы различных элементов могут связываться друг с другом. Кроме того, мы должны помнить и о за­коне сохранения вещества. Он требует, чтобы вес всех взятых для реакции веществ равнялся весу всех образую­щихся продуктов. Всё это даёт нам возможность написать уравнение химической реакции.

Составляя уравнение реакции, нужно учесть, что все простые вещества, за исключением инертных газов, состоят из молекул, а не из отдельных, свободных атомов. Поэтому мы должны записать, например, реакцию водо­рода с хлором как реакцию между молекулами:

Так как кислород двухвалентен, а водород одновален­тен, то при образовании воды одна молекула кислорода реагирует с двумя молекулами водорода. Эту реакцию можно записать так:

О2 + 2Н2 = 2Н2О.

Для описания реакции пишут уравнение, состоящее только из формул соединений. Но количество веществ, которые нужно взять для реакции, и ожидаемые количе­ства продуктов реакции рассчитывают так, как мы это только что сделали на примере водорода и хлора — по составу молекул, атомным весам и валентности элементов. Такие расчёты реакции особенно важны в заводской практике: они позволяют правильно и экономно расходо­вать сырьё, облегчают контроль производства и управле­ние самой реакцией.

***

С химической точки зрения мир представляет собой непрерывно действующую гигантскую лабораторию, в ко­торой разрушаются одни вещества и возникают другие. С некоторыми веществами, окружающими нас, и хими­ческими превращениями их мы и познакомимся в следую­щих разделах.

[:ua]Повітря[:ru]Воздух[:en]Air

Воздух — это газообразная оболочка земли, та мате­риальная среда, в которой протекает жизнь живот­ных и растений. Воздух необходим для всех живых орга­низмов. Без пищи живой организм может существовать несколько недель, без воды — несколько дней, а без воз­духа он не просуществует и нескольких минут.

Из чего же состоит воздух? Почему он так необходим для живых организмов?

Многие тысячелетия воздух считался простым веще­ством. И только около 200 лет назад было доказано, что воздух — смесь газов и что только часть этой смеси под­держивает горение. Это устанавливается простым опытом (рис. 6). Поместим в стеклянный сосуд кусочек фосфора. Плотно закроем сосуд пробкой и подогреем его дно. Фос­фор загорится. Когда горение закончится, опустим гор­лышко сосуда в воду и вытащим пробку. Вода немедленно устремится в сосуд и займёт около 1/5 его объёма. Оче­видно, часть воздуха, находившегося в сосуде, была из­расходована при горении фосфора, вступила в соединение с ним. Эта составная часть воздуха — кислород. Он под­держивает горение и дыхание.

Если внести в газ, оставшийся после сгорания фосфора, зажжённую лучинку, она погаснет. Если поместить в него муху или бабочку — они быстро погибнут от удушья. Это показывает, что в воздухе кроме кислорода есть газ, не поддерживающий горения и не пригодный для дыхания. Этот газ — азот. Древнегреческое слово «азот» и означает «безжизненный».

Кислород и азот — главные составные части воздуха.

Кроме того в воздухе есть очень небольшое количе­ство — по объёму меньше одного процента — инертных газов: аргона, гелия, неона, криптона и ксенона.

Кислород, азот и инертные газы — это постоян­ные составные части воздуха. В каком бы месте вблизи поверхности Земли мы ни взяли воздух, по удалении из него переменных составных частей в нём всегда оказы­вается по объёму 20,91 процента кислорода, 78,15 про­цента азота и 0,94 процента инертных газов. Помимо них в воздухе всегда содержатся ещё и некоторые химические соединения. Из них наибольшее количество приходится на долю углекислоты и водяных паров. Содержание их в воздухе сильно меняется в зависимости от условий. По­этому водяные пары и углекислоту называют перемен­ными составными частями воздуха.

При 20 градусах в одном кубическом метре воздуха со­держится приблизительно 10—11 граммов воды. Воздух над морями и океанами обычно содержит больше водяных паров, чем воздух над материками. Количество углеки­слоты в чистом воздухе в среднем близко к 0,03 процента по объёму. Но в городах и промышленных центрах оно больше, потому что там сжигается много топлива.

В воздухе всегда содержится пыль — мельчайшие ча­стички твёрдых веществ. Иногда к воздуху примеши­ваются некоторые газы, обычно не входящие в его состав. Например, вблизи металлургических или сернокислотных заводов в воздухе находится сернистый газ, в районах нефтепромыслов — нефтяные газы. Всё это — случай­ные составные части воздуха.

Значение составных частей воздуха для организма. По значению для живых организмов на первом месте из всех составных частей воздуха стоит кислород — он по­требляется при дыхании. Кислород необходим для хими­ческих реакций, которые непрерывно протекают в орга­низме и снабжают его жизненной энергией. В результате этих реакций образуются углекислота и вода. Это дока­зывает химический анализ вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. В выдыхаемом воздухе количество кислорода уменьшается на 20 процентов, а количество углекислоты увеличивается почти в 140 раз. Ощущение духоты является откликом организма на уменьшение в воздухе содер­жания кислорода и увеличение количества углекислоты.

Азот не используется при дыхании. Тем не менее его присутствие в воздухе необходимо для живых организ­мов. Составляя по объёму около 4/5 воздуха, он разбав­ляет кислород и тем самым замедляет реакции, проте­кающие в чистом кислороде слишком энергично, служит «тормозом». Инертные газы, аргон и другие, играют ту же роль, что и азот. Но, конечно, их влияние очень мало, так как их в воздухе немного.

Хотя азот в обычных условиях химически инертен, некоторые бактерии способны его перерабатывать и усваи­вать. Такие бактерии поселяются на корнях бобовых ра­стений (гороха, клевера и др.) и создают необходимые для их роста запасы азотистых соединений.

Воздух играет огромную роль и как переносчик и «рас­пределитель» воды на земле. Благодаря большой подвиж­ности воздуха испаряющаяся с поверхности морей, озёр и рек влага распределяется на громадные площади. При понижении температуры воздуха часть содержащейся в нём влаги сгущается, конденсируется в капельки. Так об­разуются роса, туман, облака. Вода из облаков вновь возвращается на землю в виде дождя или снега и попол­няет запасы необходимой для растения влаги в почве.

Воздух — источник сырья для промышленности. Воз­дух — не только среда, необходимая для жизни растений и животных, но и материал, используемый промышленно­стью. В химической практике часто встречается необхо­димость «ввести» в молекулу того или иного вещества атом кислорода. Такие реакции называют окислением. Для многих из них достаточно уже действия кислорода, присутствующего в воздухе, например, при варке олифы, при получении уксуса из виноградного вина или при сжи­гании серы для получения серной кислоты.

Но во многих случаях действие воздуха оказывается недостаточным, необходим чистый кислород. Его и по­лучают из воздуха. Для этого воздух сначала превра­щают в жидкость, пользуясь специальными машинами.

Жидкий воздух, испаряясь, меняет состав, становится всё богаче и богаче кислородом. Это происходит потому, что вначале улетучивается главным образом азот, имею­щий более низкую температуру кипения (минус 196 гра­дусов), чем кислород (минус 183 градуса). Когда температура жидкости достигнет минус 183 градусов, в ней остаются только кислород и инертные газы. Этот «техни­ческий» кислород перекачивают в стальные баллоны под давлением 150 атмосфер и в таком виде доставляют на производства, например, на химические и металлургиче­ские заводы.

Испаряющийся из жидкого воздуха азот собирают, сгущают в жидкость и вновь испаряют. Таким образом, он получается почти без примеси кислорода. Это — «техни­ческий» азот; его также перекачивают в стальные бал­лоны, в которых он хранится под давлением.

Жидкий воздух, а также жидкие кислород и азот при­меняются в технике для очень сильного охлаждения.

Кислород используется не только в химической про­мышленности. Большие количества его расходуются при автогенной сварке и резке металлов. Пламя, которое даёт при горении в воздухе водород или другой горючий газ — ацетилен, недостаточно горячо для того, чтобы быстро рас­плавлять металлы. Заменяя воздух чистым кислородом, получают настолько горячее пламя, что даже толстые слои металла разрезаются и «свариваются» очень быстро.

Азот воздуха — также очень важное сырьё. Его долго не умели использовать, так как при обычных условиях он не вступает в реакции ни с кислородом, ни с водородом. Промышленная переработка азота воздуха развилась только 25—30 лет назад, когда нашли способ заставить азот соединяться с водородом. Такая реакция происходит, если сжатую под давлением в несколько сот атмосфер смесь азота с водородом пропускать над некоторыми ме­таллами, нагретыми до 400—550 градусов. Азот с водоро­дом образуют газ аммиак, NH3. Аммиак очень легко реа­гирует с другими веществами. Окисляя аммиак, получают азотную кислоту. И аммиак, и азотная кислота использу­ются для производства красителей, взрывчатых веществ, лекарственных препаратов. Теперь аммиак и азотная ки­слота получаются почти исключительно из азота воздуха.

[:ua]Горіння та окислення[:ru]Горение и окисление[:en]Combustion and oxidation

Как идёт горение в примусе и керосинке. Наиболее ярким примером химических реакций, идущих при уча­стии кислорода воздуха, является горение — тот процесс, с помощью которого мы получаем тепло и свет. Какое бы топливо мы ни сжигали — уголь или дрова, керосин или бензин, спирт или светильный газ — главная химическая реакция при горении их одна и та же: углерод и водород, входящие в состав молекул топлива, соединяются с кис­лородом воздуха и образуют углекислоту и воду. Общеиз­вестно, что керосинка даёт жёлтое, светящее пламя, а при­мус — голубое или фиолетовое, почти не светящее пламя. В обоих случаях топливо одно и то же — керосин. По­чему же это происходит?

Керосин — это смесь различных углеводородов, соеди­нений углерода с водородом. Для примера возьмём один из углеводородов керосина — нонан, имеющий состав С9Н20. При горении нонан соединяется с кислородом и об­разуются углекислота и вода. Начальное и конечное со­стояния этого процесса можно изобразить химическим уравнением:

С9Н20 + 14О2 = 9СО2 + 10 Н2О (пар) + теплота.

Написав такое уравнение, мы допустили, что углеводород сгорает полностью. Это и происходит в исправном примусе. В примусе керосин поступает в горелку под давлением. Испаряясь в нагретой горелке и вырываясь сильной струёй через форсунку, керосин хорошо перемешивается с воз­духом. Смесь получается настолько богатой кислородом, что керосин сгорает полностью. Кроме того, пары керо­сина, проходя через раскалённую часть горелки, не только нагреваются, но и химически изменяются: сложные моле­кулы углеводородов при температуре 400—500 градусов распадаются на более простые, сгорающие легче. Этот распад обычно сопровождается выделением небольшого количества твёрдого углерода — кокса; кокс постепенно засоряет горелку, поэтому время от времени её нужно «прожигать».

Мы знаем, что керосинка всегда даёт копоть или сажу, то-есть очень мелкие частицы угля. Значит, в керосинке идёт неполное сгорание керосина. Керосин испаряется с поверхности фитиля и только тут смешивается с возду­хом. Количество воздуха внутри пламени оказывается не­достаточным. Поэтому и образуются мельчайшие раска­лённые частички угля, от которых ярко светится пламя.

Почему дрова и каменный уголь, сгорая, дают пламя, а древесный уголь горит без пламени? Различные виды твёрдого топлива сгорают по-разному: дрова и каменный уголь образуют при горении пламя, а древесный уголь пламени не даёт. Какова же разница между ними?

Древесная масса и каменный уголь — смеси сложных веществ, богатых углеродом. Они содержат также кисло­род и водород. При нагревании дров и каменного угля сложные вещества расщепляются на более простые и в то же время более летучие вещества. Эти вещества, сго­рая, и образуют пламя. Дрова дают большее пламя, чем каменный уголь: они образуют больше летучих веществ.

Древесный же уголь получают неполным сожжением дерева. Хороший древесный уголь — это почти чистый уг­лерод; к нему примешаны только минеральные- вещества, дающие после сгорания золу. Поэтому древесный уголь не образует летучих продуктов и горит без пламени.

Все жидкие вещества и горючие газы, разлагающиеся при высокой температуре с выделением летучих продук­тов, при горении образуют пламя. Твёрдые вещества, не способные давать летучие продукты разложения, горят без пламени. При неполном горении всегда образуется дым, состоящий из твёрдых частичек несгоревшего угля и газообразных продуктов горения — окиси углерода, уг­лекислоты, водяных паров.

Почему керосиновая лампа коптит, а рано закрытая печка даёт угар. Мы можем управлять химическими реакциями, заставлять их протекать нужным нам обра­зом. Примеры этому легко найти в нашем быту.

Керосиновая лампа стала коптить. Ясно, что если вы­деляется копоть, горение идёт не полно. Мы убавили фи­тиль — копоть перестала образовываться. Почему? По­тому, что мы изменили условия горения. Убавив фитиль, мы уменьшили скорость испарения керосина. Количество же поступающего в лампу воздуха осталось прежним. Поэтому горение стало более полным.

А почему рано закрытая печь даёт угар? — Потому, что нарушается режим горения и вместо одной реакции идёт другая. При недостатке воздуха, поступающего в печь, горение идёт не до конца: вместо углекислоты, СО2, обра­зуется окись углерода или, как её иначе называют, угар­ный газ СО. Угарный газ невидим, так как, в отличие от дыма, он не содержит твёрдых частиц. Он очень ядовит.

Окись углерода образуется и при открытой трубе, но так как приток кислорода в печь достаточный, она сгорает и образует углекислоту, уходящую в трубу (рис. 7, А). При закрытой же трубе продукты горения вы­ходят через печную дверцу в помещение. Если в печи осталось слишком много раскаленного угля, то притока воздуха хватает только на образование окиси углерода и в комнате появляется угар (рис. 7, Б).

Эти простые примеры показывают, что, изменяя со­отношения между количествами реагирующих веществ, можно управлять хи­мической реакцией.

Чем отличается горение в печи от го­рения в живом орга­низме? В печке сго­рает топливо. Для организма топливом служит пища. И в организме и в печке углеродистые веще­ства сгорают, пре­вращаясь в углеки­слоту и в воду. В этом — сходство. Разница же состоит в том, что в печке горение происходит при высокой тем­пературе, а в живом организме — при низкой и значи­тельно медленнее.

В печах, особенно промышленного типа — доменных, стекольных и др., температура превышает 1000 градусов. Тело человека имеет в среднем температуру 36,6 градуса. Химики установили, что повышение температуры на 10 градусов почти удваивает скорость реакции. Значит, го­рение в печи идёт во много раз быстрее, чем в организме.

Однако дело не только в этом. При высокой темпера­туре реакция может протекать совсем иным путём. При 1000 градусов некоторая часть молекул кислорода (около 1,5 процента) распадается на атомы: О2↔2О. Значит, горение при высоких температурах можно объяснить тем, что с топливом вступают в реакцию свободные атомы кислорода, число которых по мере их расходования по­полняется путём распада, диссоциации, новых молекул кислорода. Но в живых организмах молекулы кислорода не могут распадаться на атомы. Каким же образом происходит горение в организмах?

Общую теорию таких процессов разработал в конце прошлого столетия русский академик А. Н. Бах. Рядом опытов с простыми углеродистыми соединениями и с ве­ществами, содержащимися в животных и растительных организмах, А. Н. Бах доказал, что при обыкновенной тем­пературе к молекулам этих веществ присоединяются це­лые молекулы кислорода. При этом образуются такие со­единения, которые способны окислять другие вещества так же легко, как и атомарный кислород. Эти соединения, на­зываемые перекисями, являются промежуточными продуктами окисления.

Как же построены молекулы перекисей и какими свой­ствами они обладают?

Познакомимся сначала с простейшей перекисью — пе­рекисью водорода Н2О2. Строение её изображается фор­мулой Н—О—О—Н. Перекись водорода неустойчива, при хранении она медленно разлагается на воду и кислород: Н2О2=Н2О+О. Значит, один из атомов кислорода в пере­киси «подвижен», «активен». Поэтому перекись водорода является хорошим окислителем.

В организмах животных и растений перекиси водорода нет, но с группой атомов —О—О—, характерной для пе­рекисей, могут быть связаны атомы углерода органиче­ских соединений. Такие перекиси называют переки­сями органических соединений, и они обна­ружены в живых организмах. Им-то и принадлежит та исключительная роль в процессах медленного окисления в организме, на которую указал А. Н. Бах.

В организмах животных окисление пищевых материа­лов происходит в крови. В красных кровяных тельцах на­ходится сложное белковое вещество, гемоглобин, окрашивающий кровь в красный цвет. В состав гемогло­бина входит железо, придающее ему способность соеди­няться с кислородом. При дыхании гемоглобин окисляется (в лёгких) и превращается в оксигемоглобин. Сам оксигемоглобин не является настоящей перекисью, так как он отдаёт весь присоединённый кислород, а не половину, как это делают истинные перекиси. Но он легко превра­щает в перекиси некоторые пищевые вещества, попадаю­щие в кровь, отдавая им свой кислород, и вновь переходит в гемоглобин. Кислород расходуется на окисление пище­вых материалов, на выработку энергии, необходимой для поддержания жизни.

Есть ли разница между горением и окислением? По сходству с горением топлива естественно считать горением все химические процессы, протекающие с выделением тепла и света. Слово «горение» описывает внешние при­знаки и только одну сторону химической реакции — превращение химической энергии в тепловую и световую.

Но для химика описания только этой стороны реакции недостаточно. Он хочет знать, что происходит с каждым из атомов, входящих в состав вещества, как эти атомы из­меняются во время реакции. И вот если с этой сто­роны посмотреть на реакции, происходящие при горении, то оказывается, что всегда какой-либо из атомов сгораю­щей молекулы увеличивает свою положительную валент­ность. Например, при сгорании СО в СО2 положительная валентность углерода возрастает с 2 до 4, так как атом углерода оказывается связанным уже не с одним, а с двумя атомами кислорода. Углерод при горении окисля­ется. Поэтому мы называем окислением реакцию, в которой какой-либо элемент увеличи­вает свою положительную валентность.

А что делается при окислении с самим окисляющим веществом? В нашем примере окисляющим веществом служит кислород воздуха, простое вещество, которому мы условились (стр. 22) приписывать до реакции нулевую ва­лентность. Входя в состав молекулы СО2, атом кислорода становится двухвалентным отрицательным. Реакцию, в которой атом какого-либо элемента уве­личивает свою отрицательную валент­ность, называют восстановлением. Следо­вательно, кислород воздуха, окисляя углерод СО, сам при этом восстанавливается. Из нашего примера мы ви­дим, что окисление и восстановление — два процесса-близнеца: они всегда сопровождают друг друга и невоз­можны один без другого.

Всякое ли окисление протекает как горение? Железо, окисляясь, ржавеет. Но разве мы можем сказать, что при этом железо горит. Конечно, нет. Разве в живом орга­низме окисление сопровождается выделением света? — Нет, происходит только выделение тепла. Значит, окисле­ние не всегда сопровождается горением. Но, как правило, все процессы горения являются окислением.

Могут ли горение и окисление происходить без кисло­рода? Окисляемый атом вовсе не обязательно должен отдавать свои валентные электроны именно атому кисло­рода. Очень легко это происходит и с другими элементами. Вернёмся к опыту, описанному на стр. 12. Железо, кото­рое мы погружаем в раствор медного купороса,— простое вещество с нулевой валентностью. Железо активнее меди и вытесняет из раствора медь. В этой реакции вытеснения атом железа отдаёт атому меди 2 электрона и сам приоб­ретает валентность +2. Значит, и здесь железо окис­ляется! Атом же меди, забрав у атома железа 2 электрона, изменяет валентность с +2 до нуля, восстанавливается.

Точно так же можно рассмотреть и реакцию между се­рой и железом (стр. 9). Оба они — простые вещества с нулевой валентностью. После реакции валентность же­леза +2, а серы —2, следовательно, железо окислилось, а сера восстановилась. Вспомним, что реакция между се­рой и железом сопровождается выделением тепла и света, то-есть горением, хотя кислород в ней и не участвует. Зна­чит, не только окисление, но и горение может происходить без участия кислорода.

Почему железо ржавеет, а золото и серебро — нет? Из всех металлов наиболее широко используется в технике и в быту железо. Большим недостатком железа служит то, что оно легко соединяется с кислородом воздуха и водой, ржавеет. Так как ржавчина непрочно связана с поверхно­стью металла, она легко стирается, распыляется, при­водя к большим потерям металла. Ржавление и подоб­ные ему процессы разрушения металлов называют кор­розией.

Подсчитано, что в результате коррозии во всём мире ежегодно теряется больше 30 миллионов тонн металлов. Это настоящее бедствие. Поэтому химики и физики упорно работают над вопросами борьбы с коррозией.

Ржавчина — это смесь водной закиси железа Fe (ОН)2, окиси железа Fe2O3, окалины Fe3O4 и некоторых других веществ. То, что железо окисляется уже при низкой тем­пературе, объясняется его значительной химической ак­тивностью.

Другое дело — серебро, золото, платина и другие бла­городные металлы. Их активность очень мала. Ядра их атомов цепко удерживают валентные электроны и поэтому трудно окисляются. Соединения этих металлов непрочны, они легко распадаются с выделением свободных метал­лов. Хлористое и бромистое серебро, например, разлагается на свету. На этой реакции основана вся фотокино­промышленность (Подробнее об использовании соединений серебра в фотографии см. брошюру Научно-популярной библиотеки Гостехиздата: 3. Бунимович, «Фотография»).

Неустойчивость солей серебра можно доказать инте­ресным опытом. Подогреем в стаканчике нашатырный спирт (это — водный раствор аммиака) до 50—60 граду­сов и нальём в него при перемешивании несколько капель раствора ляписа (азотнокислого серебра). Затем добавим несколько капель формалина или раствора виноградного сахара — глюкозы. Через несколько минут на стенках ста­канчика образуется серебряное зеркало, а в растворе по­явится тёмная муть. Формалин или глюкоза восстанавли­вают серебро из его соли. Эта реакция используется для изготовления зеркал.

***

Итак, мы познакомились с составом воздуха и отме­тили особую роль кислорода в природе, которую ему обес­печивает его большая химическая активность. Но очень многие реакции с участием кислорода шли бы совсем иначе, а некоторые — не были бы даже возможны, если бы на помощь кислороду при его воздействии на другие вещества не приходила вода. Вода, подобно кислороду, играет в природе громадную роль и обладает многими очень важными свойствами. Их мы и рассмотрим в сле­дующем разделе.

[:ua]Про воду[:ru]О воде[:en]About water

Достаточно одного взгляда на карту земного шара, чтобы убедиться, насколько вода распространена в природе: океаны и моря, вечные льды Арктики и Антарктики, реки и озёра покрывают 3/4 поверхности Земли. А ведь это ещё не всё. В атмосфере всегда находятся пары воды, зем­ная кора содержит около 9 процентов влаги. Кроме то­го, вода входит в состав всех растительных и животных организмов.

Вода играет исключительную роль во многих процес­сах, протекающих в мёртвой и живой природе. Она слу­жит человеку для питья, приготовления пищи и мытья. В технике вода используется для производства пара и как охлаждающая жидкость. Естественные или искусственно созданные водопады («белый уголь») дают нам электро­энергию. Но самое замечательное и важное свойство воды заключается в том, что она растворяет очень многие вещества. Поэтому в природе и в химической промышлен­ности вода очень часто служит средой, в кото­рой протекают различные реакции.

Что такое растворы. Растворы являются слож­ными системами. Они со­стоят по меньшей мере из двух веществ: из раство­рителя и растворённого вещества. В растворе мо­жет находиться несколь­ко растворенных веществ одновременно. В стакане сладкого чая, например, содержатся растворённые вещества чая, окрашиваю­щие воду, и сахар. Раство­ры однородны и этим отличаются от смесей. Но ведь и химические соеди­нения однородны. Чем же от них отличаются раство­ры? Да тем, что рас­творы не имеют постоянного соста­ва. Мы можем растворить в литре воды 1, 2 или 100 граммов поваренной соли и во всех этих случаях получим однородный раствор. Хи­мическое же соединение, как мы уже говорили, имеет строго постоянный состав.

Растворы однородны потому, что растворитель «раз­дробляет» растворяемое вещество на отдельные молекулы, а иногда и на более мелкие частицы, с которыми мы по­знакомимся позже. Растворение вещества похоже на его испарение, а выделение вещества из раствора, то-есть кри­сталлизация — на сгущение паров в жидкость, конденса­цию (рис. 8).

При 20 градусах Цельсия в одном литре воды может раствориться 263,9 грамма поваренной соли. Если мы возьмём 300 граммов соли на литр воды, то 36,1 грамма останутся в виде кристалликов. Однако это не значит, что процесс растворения прекратился совершенно. Ведь вес молекулы соли «равноправны», все они стремятся перейти в раствор. Но по мере того, как количество растворённой соли увеличивается, усиливается и стремление растворён­ных молекул выкристаллизоваться из раствора. К мо­менту, когда в 1 литре воды растворится 263,9 грамма соли, оба эти процесса уравновешиваются; число молекул, переходящих из кристаллов в раствор, становится равным числу молекул, выделяющихся из раствора на поверхно­сти кристаллов. Процессы, в том числе и химические реак­ции, протекающие, подобно описанному, в двух противо­положных направлениях, называют обратимыми. Когда скорости противоположно направленных процессор» уравниваются, наступает равновесие. Раствор, нахо­дящийся в равновесии с ещё нерастворённым веществом, называют насыщенным. Насыщенный раствор — са­мый «крепкий», самый концентрированный раствор, какой только может дать растворяемое вещество (если не счи­тать редких случаев образования нестойких пересы­щенных растворов). Поэтому, когда говорят о ра­створимости вещества, всегда подразумевают то ко­личество вещества, которое образует насыщенный раствор.

Различные вещества растворяются в воде по-разному: одни хорошо растворяются, другие совсем не раство­ряются, а некоторые вещества смешиваются с водой в лю­бых отношениях — их растворимость не ограничена. Это видно из следующей таблички:

Растворимость вещества зависит от температуры. При

20 градусах в 100 граммах воды растворяется только 17,8 грамма соды, при 30 градусах — 29 граммов, а при 36 градусах уже 33,8 грамма.

А что же произойдёт, если мы приготовим насыщенный раствор соды при 36 градусах, а затем охладим его до 20 градусов? В растворе останется такое количество соды, которое растворяется при 20 градусах, а весь излишек вы­делится из раствора в виде кристалликов.

Разницу в растворимости при различных температурах используют для очистки веществ от примесей. При этом большая часть примеси остаётся в растворе, а отделённые от него кристаллы оказываются более чистыми, они содер­жат меньше примеси. Повторяя кристаллизацию несколь­ко раз, можно получить химически чистое вещество.

Растворителем может быть не только вода, но и дру­гие жидкости — бензин, спирт, эфир и т. п.

Чем дождевая вода отличается от речной, а речная — от морской? Вода — хороший растворитель. Поэтому в природе она никогда не встречается в совершенно чистом виде. Она всегда содержит растворённые вещества. Раз­ницу между водами различного происхождения можно легко определить, испарив воду и определив количество и состав сухого остатка. Из всех природных вод наимень­ший сухой остаток даёт дождевая вода, значительно боль­ший — речная, а самый большой остаток даёт морская вода (рис. 9). Одна тонна дождевой воды (разумеется ос­вобождённой от частиц пыли) даёт при полном испарении не более 50 граммов твёрдого остатка, тонна речной воды до 1 600 граммов, а морской — около 35 килограммов!

Дождевая вода образуется из влаги воздуха и поэтому содержит очень мало растворённых веществ: кислород, азот, углекислоту, а иногда окислы азота и аммиачную се­литру (NH4NO3), образующиеся в воздухе при грозовых разрядах.

Сухой остаток морской воды содержит около 78 про­центов поваренной соли, около 11 процентов хлористого и 5 процентов сернокислого магния и очень мало — около 4 процентов — различных солей кальция (соли кальция используются микроорганизмами для построения рако­вин). Наоборот, в речной воде большая часть растворён­ных солей — до 94 процентов — соли кальция: сернокис­лая, углекислая и др.

Почему в чайнике нарастает накипь и как её снять. При длительном пользовании чайником на его стенках и на дне нарастает слой накипи. Накипь состоит из со­лей. При нагревании вода частично испаряется, и плохо растворимый сернокислый кальций выпадает в осадок. В образовании накипи участвуют и двууглекислые соли кальция и магния — Са (НСО3)2 и Mg(НСО3)2; при тем­пературе кипения воды они разлагаются и образуют зна­чительно менее растворимые углекислые соли, выпадаю­щие в осадок:

Са(НСО3)2 → СаСО3↓ + Н2О + СО2.

Снять накипь можно продолжительным кипячением в чайнике раствора соды. При этом идёт реакция двойного обмена, при которой сернокислый кальций переходит в уг­лекислый кальций:

CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2SO4.

Углекислый кальций затем легко растворяется в уксус­ной кислоте.

Накипь в чайнике — ещё полбеды, а вот в паровых котлах она очень вредна, так как плохо проводит тепло. Уже пятимиллиметровый слой её требует полуторного расхода топлива для нормальной работы котла. Накипь к тому же и опасна. Закупоривая тонкие трубки, она мо­жет привести даже к взрыву котла. Поэтому воду перед использованием в паровых котлах часто освобождают от солей кальция и магния.

Эти примеры показывают, что технические свойства воды зависят от содержания в ней кальциевых и магние­вых солей. Различают «мягкую» и «жёсткую» воду. Жёст­кость воды тем больше, чем больше в ней кальциевых и магниевых солей. Чем их меньше, тем мягче вода.

В химической практике часто необходима чистая вода. Как её получить?

Чистая вода и её физические свойства. Вода легко очи­щается перегонкой, «дистилляцией». Этот способ очистки воды — воспроизведение процесса, постоянно протекаю­щего в природе: испарения воды с поверхности водоёмов, образования облаков и туч и возвращения воды на землю в виде дождя. Перегонка воды на химических заводах производится в специальных перегонных кубах (рис. 10). Пары кипящей воды, поступая в змеевик холодильника, вновь превращаются в воду, уже не содержащую раство­рённых твёрдых веществ. Подобным же образом очищают и другие жидкие вещества.

Чистая вода замерзает при нуле градусов, а кипит при 100 градусах (при атмосферном давлении). Она наиболее плотна при 4 градусах. Количество тепла, необходимое для нагревания одного грамма воды на один градус, при­нимают за единицу теплоты и называют её кало­рией. Для нагревания 1000 граммов воды на один гра­дус требуется уже килокалория, 1000 калорий.

Совершенно чистая вода — один из самых плохих про­водников электрического тока.

Как молекулы различных веществ ведут себя в воде?

По поведению в растворах все вещества можно разде­лить на 2 группы: вещества, проводящие электрический ток, — электролиты и вещества, не проводящие ток, — неэлектролиты. Поваренная соль — электро­лит, сахар — неэлектролит. Молекула сахара состоит из элементов-неметаллов (С, Н, О), а молекула соли — из металла (Na) и неметалла (С1). Мы уже познакомились раньше (стр. 21) с тем, что образованная металлом и не­металлом молекула состоит из положительно заряженной частички металла (атом, отдавший электрон) и отрица­тельно заряженной частички неметалла (атом, захватив­ший электрон). Из этих притягивающих друг друга части­чек состоит весь кристалл соли. При растворении в воде кристалл разрушается и составляющие его заряженные частички, ионы, становятся свободными и подвиж­ными, — вода препятствует взаимному притяжению этих частиц в 81 раз сильнее, чем воздух. Распад молекул электролитов называется электролитической диссоциацией. Стоит только удалить растворитель— испарить воду, — как ионы вновь образуют кристаллы. Название «ион» происходит от греческого слова «идущий». Оно дано заряженным частичкам потому, что под дейст­вием тока они перемещаются: ионы металлов — ка­тионы — направляются к отрицательному полюсу, а ионы неметаллов — анионы — к положительному полю­су, как это показано на рисунке 11. Именно это движение ионов представляет электрический ток в растворе. Наш рисунок показывает также, что, дойдя до отрицательного электрического полюса, ион металла получает у него электрон и превращается в незаряженный атом; ион не­металла отдаёт свой электрон положительному полюсу и также превращается в незаряженный атом. Таким обра­зом, электрический ток превращает ионы в атомы. Но так действует только постоянный ток, ток, идущий толь­ко в одном направлении. Он используется в промышлен­ности для получения простых веществ — металлов, хлора и др. — из их солей. Такое разложение веществ током на­зывают электролизом.

Переменный ток, направление которого часто меняет­ся (например, в осветительной сети — 50 раз в секунду), тоже проходит через растворы электролитов. Но «раз­рядки» ионов и превращения их в атомы в этом случае уже нет: ионы только получают «толчки» то в одном, то в другом направлении и не успевают за такой короткий промежуток времени добраться до электродов.

Хотя ионы и заряжены, раствор в целом нейтрален, потому что число зарядов анионов равно числу зарядов катионов. Например, при электролитической диссоци­ации хлористого магния образуется один двухзарядный катион магния и два однозарядных аниона хлора:

MgCl2 ↔ Mg++ + 2Cl—

Почему не все вещества диссоциируют в растворах? Молекулы сахара, спирта, эфира и др. не содержат эле­ментов-металлов. Неметаллы же, как мы уже знаем, образуют друг с другом соединения, в которых пары электронов оказываются в совместном владении ядер со­единяющихся атомов (рис. 5). Значит, молекулы таких соединений при растворении не могут образовать ионов.

Что такое «кислоты» и чем они отличаются от «щело­чей». Вода легко взаимодействует со многими окислами. Окислы металлов, соединяясь с водой, образуют щёлочи, а окислы неметаллов — кислоты. Едкий натр (каустик), гашёная известь — щёлочи. Наиболее известные ки­слоты — соляная, серная, азотная, фосфорная. Как же эти соединения диссоциируют в водных растворах?

В щелочах положительным ионом — катионом яв­ляется ион металла. Остальная же часть молекулы щёлочи — группа атомов ОН или гидроксил — даёт отрицательный ион, анион. Едкий натр диссоциирует в растворе на 2 иона:

NAOH ↔ Na++ OH—

Гашёная известь (гидрат окиси кальция) при диссоци­ации тоже даёт металлический ион и гидроксильный:

Ca(OH)2 ↔ Ca++ + 2OH—

У разных щелочей различны только положительные ионы. Отрицательным же ионом у всех щелочей является гидроксил-ион. Поэтому любое соединение, обра­зующее в водном растворе гидроксильные ионы, причисляют к классу щелочей.

В кислотах же роль металла всегда играет водород. Кислоты диссоциируют так:

Мы видим, что все кислоты образуют ионы водорода и отличаются только отрицательными ио­нами. Значит, ионы водорода и служат признаком кислот. Именно от них зависят реакции кислот: водород любой кислоты вытесняется активным металлом или обмени­вается на металл при смешении кислоты со щёлочью.

Многие окрашенные вещества меняют цвет при дей­ствии кислот и щелочей. Например, фиолетовая краска — лакмус синеет от действия щелочей и становится красной от кислоты. Лакмусом часто пользуются для распознава­ния кислот и щелочей.

Кислоты отличаются по силе, по активности. Так же различаются и щёлочи. Чем больше молекул кислоты или щёлочи распадается в растворе на ионы, тем сильнее кис­лота или щёлочь, тем легче они вступают в реакцию и тем быстрее она идёт.

К сильным щелочам относятся едкий натр, едкий ка­лий, к сильным кислотам — соляная, серная, азотная.

Что получается при смешении кислоты со щёлочью. Кислота даёт ион Н+, щёлочь — ОН— При смешении ки­слоты со щёлочью из водородных и гидроксильных ионов обязательно образуется вода, так как оба эти иона про­тивоположно заряжены и стремятся соединиться в моле­кулу. Эта реакция происходит с выделением тепла, и поэтому смесь растворов сама разогревается.

Образование воды из Н+ и ОН— называют реак­цией нейтрализации. Какова же судьба в этой реакции иона металла из щёлочи и отрицательного иона кислоты? Они тоже несут противоположные заряды, а это значит, что они соединяются друг с другом, образуя соль:

Na OН+Н Сl → Н2О + NaCl,

Mg : (ОН)2 Н2SO4 → MgSO4 + 2H2O.

Поэтому реакция нейтрализации всегда даёт наряду с водой ещё и соль того или иного состава. Соли очень хорошо диссоциируют в растворе. Но они не одинаково хорошо в нём сохраняются. Устойчивость соли в растворе зависит от силы кислоты и силы щёлочи, образовавших её. Дело в том, что вода сама диссоциирует на водород­ный и гидроксильный ионы, хотя и очень слабо; из каж­дых 10 миллионов молекул воды только одна распадается на ионы. Но так как даже стакан воды содержит многие миллиарды миллиардов молекул, то и такая слабая дис­социация воды достаточна для того, чтобы ионы воды смогли образовать с ионами соли недиссоциированные молекулы кислоты или основания. Когда это может и когда не может произойти? Если соль получена из силь­ной кислоты и сильной щёлочи, то и соль, и кислота, и щёлочь одинаково хорошо диссоциируют и ионы воды на них не действуют. Так, ни поваренная соль, ни селитра, ни сернокислый натрий в растворе не изменяют­ся. Другое дело, если соль получена из кислоты и щёлочи не равной силы. Ионы воды тогда образуют с ионами соли недиссоциированные молекулы слабой ки­слоты или щёлочи. Это и наблюдается, например, в растворе уксуснокислого натрия:

То же самое происходит в растворе соды, Na2СО3, так как она — соль очень слабой угольной кислоты (Н2СО3) и очень сильной щёлочи (NaOH). И уксуснокислый натрий и сода образуют щелочные растворы, хотя и не со­держат в молекулах гидроксильных ионов. Наоборот, нашатырь (хлористый аммоний) образует кислые рас­творы, как и все другие соли сильных кислот и слабых щелочей.

Наши примеры показывают, что ионы воды могут вы­зывать реакцию разложения соли, прямо противополож­ную реакции нейтрализации. Эта обратимая реакция разложения солей водой называется реакцией гид­ролиза. Реакция гидролиза иногда очень полезна. Это показывает следующий пример.

Почему мыльная вода моет и стирает лучше, чем чи­стая? Хозяйственное и туалетное мыла — это натриевые соли так называемых «жирных» кислот. Обычное хозяй­ственное мыло — натриевая соль стеариновой кислоты. Стеариновая кислота — одна из самых слабых кислот, и поэтому её соли, в том числе и мыло, сильно гидроли­зуются:

Образующийся едкий натр даёт с отмываемыми жиро­выми веществами растворимое в воде мыло. Таким об­разом одна из причин моющего действия мыла — его гидролиз. Вторая причина — особый характер растворов мыла. Растворы мыла, если они не очень разведённые, служат одним из примеров коллоидных растворов, отличных от истинных растворов, о которых мы до сих пор говорили. Коллоидные растворы содержат не от­дельные молекулы растворённого вещества, а целые скопления связанных друг с другом и определённым об­разом расположенных молекул. Размеры таких коллоид­ных частиц — мицелл в сотни, а иногда в тысячи раз больше, чем размеры молекул в истинных растворах (Подробнее о коллоидных растворах см. брошюру Научно-популярной серии Гостехиздата: Б. Н. Суслов, «Между пылин­ками и молекулами»). Многие коллоидные растворы, в том числе и мыло, спо­собны давать пену. Пена «вбирает» в себя твёрдые ча­стички грязи и капельки масла или жиров с поверхности предметов, подвергаемых мытью. Чистая вода не спо­собна давать пену, и не может обладать такими же мою­щими свойствами, как мыльная. Но всё же моющие свой­ства мыла зависят и от применяемой воды.

Почему в жёсткой воде мыло плохо мылится? Лучше всего мыло мылится в чистой (дестиллированной) или в дождевой воде. Дождевая вода не содержит солей кальция или магния. Если же мы пользуемся жёсткой водой, то мыло свёртывается: оно вступает в реакцию двойного обмена с содержащимися в ней солями кальция и магния и образует нерастворимые в воде мыла:

Стеариновокислый натрий + сернокислый кальций → сернокислый натрий + стеариновокислый кальций (нерастворимое мыло).

Эти мыла уже не способны давать ни пену, ни достаточно щелочную реакцию раствора.

При стирке обычно добавляют к воде соду. Сода уве­личивает щёлочность раствора и тем самым облегчает отмывку жиров, удерживающих налипшие на ткань ча­стички грязи или пыли.

[:ua]Руда та паливо[:ru]Руда и топливо[:en]Ore and fuel

Из недр земли добывают множество полезных ископае­мых: руды, различные виды топлива (уголь, нефть» торф, горючие сланцы), глину, слюду и другие материалы, важные для совре­менной техники и промышленности.

Особенно нуж­ны для всех отрас­лей техники метал­лы. Но в недрах земли в свободном состоянии находят только наименее активные метал­лы — серебро, золо­то, платину. Ос­тальные металлы обычно встречают­ся в горных поро­дах в виде соеди­нений с кислоро­дом, серой и др. Если металл нахо­дится в соедине­нии, значит, он окислен. Выделить его можно только реакцией восста­новления.

Познакомимся с получением из руд самого важного для промышленности металла — железа.

Что происходит в доменной печи? Для выплавки же­леза используют главным образом две железные руды: бурый железняк Fe2О3 и магнитный железняк Fe3О4. Эти руды восстанавливаются окисью углерода при высокой температуре в специальных доменных печах (рис. 12). Печь загружают сверху смесью руды, кокса и шлакообразующих материалов (глины, известняков, песка), а снизу в неё вдувают нагретый до высокой температуры воздух. В нижней части печи, где приток воздуха достаточно ве­лик, кокс сгорает, образуя углекислоту. Поднимаясь вверх, углекислота встречает на своём пути раскалённый кокс и вступает с ним в реакцию, образуя окись угле­рода:

СО2 + С(кокс) = 2СО.

Окись углерода в свою очередь действует на окислы железа, отнимая у них кислород и восстанавливая их до металла:

По мере выгорания кокса вся масса в печи опускается вниз и попадает в зону более высокой температуры, где железо плавится и образуются шлаки.

Почему для выплавки чугуна берут кокс, а не камен­ный уголь? Для чего нужны глина, известняк, песок?

Каменный уголь содержит плавкие составные части, которые склеивают, «спаивают» отдельные его куски и этим затрудняют движение газов через смесь угля с рудой. Кокс же — это уголь, из которого нагреванием удалены все плавкие составные части. Поэтому куски кокса при горении не спаиваются и не затрудняют ни движение воздуха, ни стекание расплавленного металла в нижнюю часть домны, где температура особенно вы­сока. Но ведь именно здесь и вдувается воздух, — почему же восстановленное из руды железо не окисляется опять, встречаясь с воздухом в нижней части печи? Вот этому-то препятствуют шлаки — расплавленные сложные соеди­нения, образуемые при высокой температуре песком, из­вестью и глиной. Обволакивая капельки чугуна, шлаки защищают его от соприкосновения с воздухом. Скопляю­щиеся на дне печи чугун и шлак сами собой разделяются: более лёгкий шлак образует верхний, а более тяжёлый чугун — нижний слой расплавленной массы. Их выпу­скают из печи отдельно друг от друга.

Чугун — не чистое железо. Он содержит свыше 2,3 процента углерода в форме соединения — углероди­стого железа, сообщающего чугуну хрупкость. Чугун не поддаётся ковке. Если из чугуна выжечь часть углерода, то получится сталь. Выжигание угля ведут в специальных печах — мартеновских, бессемеровских. Сталь содержит около 1,5 процента углерода. Ковкое железо содержит только около 0,5 процента углерода и тоже получается выжиганием углерода из чугуна. Добавляя к чугуну при его переплавке другие металлы — хром, никель, молиб­ден и т. п., получают много сортов специальных сталей — с повышенной твёрдостью, прочностью, нержавею­щие и т. д.

Чем отличаются друг от друга дрова, торф и камен­ный уголь? Кое-что нам скажет табличка, в которой при­ведены данные о составе и теплотворной способности (количестве тепла, получаемого при сжигании одного килограмма топлива) различных видов твёрдого топлива:

Эта табличка показывает, что при переходе от дерева к антрациту содержание углерода увеличивается, содер­жание кислорода уменьшается, а содержание водорода и азота меняется не сильно. Эти различия не случайны: источником образования торфа и углей в природе явля­ются отмершие растения, и разница между торфом и углями зависит от того, насколько далеко зашло разло­жение растительных остатков.

Древесная масса в основном состоит из сложных со­единений — целлюлозы и лигнина, очень богатых кисло­родом (до 43 процентов). Оба эти вещества после гибели дерева разрушаются и дают разнообразные обогащенные углеродом продукты разложения. Из таблицы видно, что даже антрацит — наиболее древний из углей — не яв­ляется чистым углеродом, а содержит ещё кислород, во­дород и азот. Поэтому считают, что угли — смеси угле­рода со сложными соединениями, очень богатыми углеродом и бедными водородом.

Каменные угли в природе образовались за тысяче­летия. В течение этого времени древесная масса разла­галась без доступа воздуха, при невысокой температуре и под давлением вышележащих пород.

Нефть. Нефть — жидкое топливо. Оно особенно удоб­но потому, что его можно использовать в двигателях внутреннего сгорания — моторах автомашин, самолётов и т. п. Нефть удобнее транспортировать, чем уголь. Но самое главное преимущество нефти перед твёрдым топли­вом заключается в том, что нефть почти целиком состоит из горючих составных частей — углеводородов; кисло­родных соединений в нефти очень мало, и золы она также оставляет немного. Поэтому теплотворная способность нефти очень велика — до 11 000 килокалорий.

Нефтяные месторождения расположены в тех местах, где в древние геологические времена были моря. Это по­зволяет считать, что нефть образовалась в недрах земли, из останков морских животных и растений. Именно на дне морей могли накапливаться и разлагаться без до­ступа воздуха огромные количества останков животных и растений, постепенно покрываясь наносными отложе­ниями. Блестящее подтверждение эта точка зрения полу­чила в опытах академика Н. Д. Зелинского, получившего искусственную нефть из различных веществ, содержа­щихся в тканях животных и растений.

На нефтеперерабатывающих заводах производится перегонка нефти. При перегонке из нефти выделяют бен­зин (углеводороды нефти с температурой кипения не выше 200 градусов), керосин (углеводороды, кипящие при 200—300 градусах), а также лигроин, газойль. Из остатка нефти после отгонки бензина и керосина выделяют сма­зочные масла и вазелин. Вымораживая масляные погоны нефти, получают парафин. И бензин, и керосин, и нефтя­ные масла — сложные смеси различных углеводородов.

Нефть используется не только как топливо, нефть — важное сырьё для химической промышленности. Больше тысячи различных продуктов получают сейчас из нефти. Здесь и взрывчатые вещества, и различные красители для тканей, духи и лекарственные препараты, асфальт и пластмассы и т. п. (Подробнее о нефти и её переработке см. брошюру Научно-популярной серии Гостехиздата: Д. А. Катренко «Чёрное золото»). В деле переработки нефти огромное значение имеют исследования русских и советских учё­ных: Д. И. Менделеева, В. В. Марковникова, Н. Д. Зе­линского, В. Г. Шухова и многих других.

Как используют каменный уголь. Долгое время ка­менный уголь был только топливом, но в настоящее время он служит сырьём для целой отрасли нашего народного хозяйства — коксохимической промышленности. Коксо­химическая промышленность использует продукты сухой перегонки каменного угля. Сухая перегонка угля произ­водится в коксовых печах. Уже само их название показы­вает, что одним из главных продуктов перегонки угля является кокс. При перегонке образуются также светиль­ный газ, каменноугольный дёготь и «подсмольная вода». Каменноугольный дёготь является важным источником сырья для получения различных органических соедине­ний. В нём содержатся ценные продукты: бензол, наф­талин, карболовая кислота и многие другие. В подсмольной воде растворено много ценного газа аммиака, обра­зующегося при разложении азотистых составных частей угля. Светильный газ — удобное топливо.

Круговорот углерода в природе. Горение топлива, ды­хание и разложение углеродистых веществ — все эти про­цессы приводят к образованию углекислоты. При образо­вании каждой грамм-молекулы углекислоты (44 грамма) из углерода (12 граммов графита) и кислорода (32 грам­ма) выделяется 97 килокалорий тепла. Наукой уста­новлено, что чем больше тепла выделяется при образо­вании соединения, тем оно прочнее, устойчивее. Именно потому, что углекислота образуется с очень большим выделением тепла, она химически мало активна — для разрушения её молекулы нужно затратить много тепла. Поэтому химическая переработка углекислоты невыгодна.

Казалось бы, образование СО2 в природе должно ве­сти к непрерывному уменьшению количества других, бо­лее активных углеродистых соединений на Земле. В орга­низме человека за сутки сгорает в углекислоту около 100 граммов углерода, входящего в состав продуктов пи­тания. В среднем человек живёт около 60 лет. Значит, только один человек за свою жизнь превращает в угле­кислоту свыше 2000 килограммов углерода органических соединений. А ведь население земного шара — около 2 миллиардов человек. Да кроме того питаются и дышат также и животные и растения. Значит, углекислота должна была бы накапливаться в природе за счёт разру­шения органических соединений.

Однако этого не происходит. Углерод совершает в природе «круговорот»: процессы, идущие с образованием углекислоты, уравновешены процессами усвоения, асси­миляции углекислоты зелёными растениями (рис. 13). Растения питаются углекислотой, превращая её в углеводы и жиры. Ассимиляция углекислоты происходит, только под влиянием зелёного красящего вещества — пигмента растений хлорофилла и солнечного света. Хлорофилл улавливает, концентрирует энергию света и передаёт её молекулам углекислоты. В результате молеку­лы углекислоты «расшатываются», становятся более спо­собными к реакциям. Весь этот процесс назвали фото­синтезом. Его можно изобразить следующей схемой:

Процесс усвоения углекислоты растениями изучил великий русский учёный К. И. Тимирязев.

Животные не могут усваивать углекислоту и пользу­ются для пополнения запаса органических соединений растительной пищей.

Усвоение углекислоты растениями предотвращает и вторую катастрофу — полное израсходование свободного кислорода в природе. Ведь во всех процессах образова­ния углекислоты потребляется свободный кислород. Од­нако усваивая углекислоту, растения расщепляют её молекулу и выделяют свободный кислород — на каждый усвоенный ими атом углерода выделяется один атом сво­бодного кислорода. Таким образом не только углерод, но и кислород совершает в природе «круговорот».

[:ua]Їжа та харчування[:ru]Пища и питание[:en]Food and nutrition

Что такое голод. Пища для живого организма служит одновременно и топливом, и «строительным мате­риалом», используемым на построение различных тканей. Если организм полу­чает все необходи­мые для его роста и жизнедеятельности материалы — он сыт. Если же пища дли­тельное время содер­жит не все необходи­мые для организма вещества или содер­жит их в недостаточ­ном количестве, жиз­недеятельность орга­низма становится всё более и более вя­лой — организм ис­пытывает голод. Это относится к живот­ным и растениям.

Для нормальной деятельности орга­низма человека не­обходимо, чтобы пи­ща содержала бел­ки, жиры и углеводы (а кроме того некоторые соли и ви­тамины). Познакомимся с ними подробнее.

Углеводы. Истолчём в пудру обыкновенный сахар (свекловичный или тростниковый С12Н22О11). Насыплем её в узкий стаканчик (рис. 14) и обольём небольшим количеством крепкой серной кислоты. Кислота очень быстро отнимет от сахара воду — он обуглится, вспухнет и превратится в объёмистую ноздреватую массу. Эта реакция идёт с выделением большого количества тепла. Поэтому выделяющаяся из сахара вода испа­ряется, и над горлышком стаканчика хорошо видно обра­зование мелких капелек воды. Точно так же ведут се­бя глюкоза или виноградный сахар С6Н12О6, крахмал, а также вещество, из которого построены стенки кле­ток растений, — целлюлоза (клетчатка).

Из-за лёгкости разложения на угле­род и воду и из-за того, что формулы этих веществ вы­глядят так, как буд­то несколько атомов углерода соединены с несколькими моле­кулами воды (ведь С6Н12О6 можно пред­ставить, как 6С + 6Н2О!), этот класс соединений получил название «углево­ды». Строение про­стейшего углевода — глюкозы — изобра­жено на рисунке 15. Углеводы могут превращаться друг в друга, присоединяя или отщепляя при этом воду. Крахмал, например, можно превратить в простейший углевод — глюкозу. Тростниковый сахар С12Н22О11 также превращается в простейшие углеводы:

С12Н22О11 + Н2О → 2С6Н12О6.

Это превращение вызывают разбавленные кислоты и не­которые вещества, находящиеся в живых организмах. За­мечательно, что такая реакция осахаривания идёт при невысоких температурах — это имеет первостепенное зна­чение для усвоения углеводов растениями и животными. Возможна и обратная реакция — превращение простых углеводов в сложные: 2C6H12О6 → C12H22O11 + Н2О. Та­кие реакции идут при фотосинтезе в растениях и приводят к образованию крахмала и целлюлозы.

Окисляясь в живых организмах при дыхании, угле­воды выделяют большое количество тепла.

Углеводы — не только пищевой материал, но и важное промышленное сырьё. Они используются для производ­ства винного спирта, хлопчатобумажных тканей, искус­ственного шёлка, бумаги, бездымного пороха, пластмасс и т. п.

Жиры. Жиры — вторая необходимая часть нашей пищи. Это — сложные вещества, особенности которых удобнее всего пояснить на более простых примерах.

Если нагреть винный спирт с каким-либо водоотнимающим веществом, например с серной кислотой, то две его молекулы отщепляют воду и образуют простой эфир, в котором атом кислорода связывает остатки двух молекул спирта:

Ещё легче происходит отщепление воды от одной моле­кулы спирта и одной молекулы уксусной кислоты:

При этой обратимой самопроизвольно идущей реакции получается сложный эфир, в котором атом кисло­рода связывает остаток молекулы спирта с остатком кис­лоты. Сложные эфиры дают любые кислоты и любые спирты, в том числе и трёхатомный спирт — глицерин. Трёхатомным он называется потому, что в его молекуле есть 3 спиртовые группы ОН; формула глицерина СН2ОН—СНОН—СН2ОН. Жиры и являются сложными эфирами, образованными глицерином и жирными ки­слотами, т. е. глицеридами жирных кислот. В состав жиров входят стеариновая кислота С17Н35СООН, пальмитиновая C15H31COOH и менее богатые водородом (ненасыщенные) кислоты, например олеиновая кислота С17Н33СООН.

В образовании жиров участвуют все три спиртовые группы глицерина. Значит, одна молекула жира обра­зуется из одной молекулы глицерина и трёх молекул жир­ной кислоты. Это и указывается в названиях жиров: тристеарин — жир, образованный глицерином и стеариновой кислотой; триолеин — жир, получающийся из олеиновой кислоты и глицерина, и т. д.

О приблизительном составе некоторых натуральных жиров даёт представление следующая табличка:

Мы видим, что в жирах животного происхождения преоб­ладают насыщенные глицериды, а в растительных мас­лах — ненасыщенные.

Триолеин, как и другие ненасыщенные глицериды и соединения, можно перевести в насыщенные (тристеарии), действуя водородом в присутствии катализаторов — ве­ществ-посредников, облегчающих и направляющих реакцию. В промышленности такой процесс проводится с растительными маслами и носит название «гидрогениза­ция жиров». Получаемые при этом насыщенные продукты используются для мыловарения, изготовления марга­рина и т. п.

Как и все сложные эфиры, жиры гидролизуются, омыляются водой, ещё лучше — кислотами и осо­бенно хорошо — щелочами. При действии щёлочи на жиры получаются мыла (отсюда и название реакции — «омыление»):

Тристегрин + едкий натр → глицерин + мыло.

Обыкновенное мыло и есть натриевая соль стеариновой кислоты.

Жиры в организмах составляют запас пищевых мате­риалов. При сгорании они выделяют много тепла.

Белки. Белки — тот сложный материал, из которого состоит вещество живой клетки — протоплазма. Кроме углерода, водорода и кислорода, молекулы белков всегда содержат азот, а в ряде случаев — еще серу, фосфор и некоторые другие элементы.

Состав и строение белков узнают с помощью гидролиза — расщепления белков водой под влиянием кислот. При продолжительном гидролизе белки дают соединения, называемые аминокислотами. Примером их может служить аминоуксусная кислота NH2—СН2—СООН, отли­чающаяся от уксусной тем, что вместо одного атома Н она содержит остаток аммиака — аминогруппу NH2. Ам­миак — слабая щёлочь. Поэтому аминокислоты прояв­ляют одновременно и свойства кислот, и свойства щело­чей. Но ведь кислоты и щёлочи обязательно взаимодей­ствуют друг с другом! Значит, одна молекула аминокислоты может сразу образовать соединение с двумя другими такими же молекулами, реагируя с одной из них как с кислотой, а со второй — как со щёлочью. При этом на одном конце новой, втрое большей молекулы опять окажется аминогруппа, а на другом — группа СООН. Эта молекула может образовать с двумя другими ещё большую молекулу. В действительности так и проис­ходит: образующиеся в природе белки имеют очень боль­шие молекулы, в 2000—10 000 раз более тяжёлые, чем молекулы воды. Так, яичный белок имеет молекулярный вес 34 000, белок гемоглобина — около 66 000, а жела­тина — 150 000.

Белки делятся на растворимые (в воде, в слабых рас­творах солей, в водно-спиртовых смесях) и нераство­римые. Растворимые белки при нагревании свёртыва­ются. Такой переход совершается, например, при вар­ке яиц.

Кожа, волос и шерсть — тоже белки. Хотя они и не растворяются ни в каких растворителях, их можно гидролизовать кипячением с кислотами и таким образом узнать их состав. Молекулы нерастворимых белков ещё крупнее, чем молекулы растворимых белков. При гидролизе мно­гих из них сначала образуется желатин, а затем клей, то-есть растворимые белки, а уже потом гидролиз идёт дальше, до образования аминокислот.

Организмы животных, особенно — высших, не обла­дают способностью «синтезировать», то-есть строить аминокислоты и белки из простейших веществ. Они получают белки в готовом виде из пищи и только пере­страивают их. Растения же синтезируют аминокислоты и белки из углекислоты, воды и минеральных азотистых со­единений — солей азотной кислоты, аммиака. В сельском хозяйстве азотистые удобрения применяют именно для усиления питания растений азотом, который идёт для синтеза белков. Таким образом, азот, подобно углероду и кислороду, тоже совершает в природе «круговорот», пере­ходя от простых минеральных соединений к очень слож­ным органическим соединениям — белкам. При распаде, гниении белков азот опять выделяется в виде простых соединений — аммиака и его солей, а частью — в виде свободного азота. Этот круговорот азота в природе изо­бражён на рисунке 16.

Катализаторы в живых организмах. Почему в вино­граде накапливается сахар состава С6Н12О6, в свёкле — сахар С12Н22О11, а в картофеле — более сложный угле­вод — крахмал? Почему у коровы — травоядного живот­ного — накапливается сало, а не растительное масло? Конечно, это отчасти объясняется различием условий, при которых протекают химические процессы в том или другом организме: различной температурой, разным осве­щением и т. п. Но главное здесь — присутствие в организмах тех или иных «ферментов» или, как их ещё назы­вают, «энзимов». Это — биологические катали­заторы, особые вещества, ускоряющие и направляю­щие биохимические процессы. Многие процессы в природе протекают избирательно, то-есть в определённом направ­лении, и это помогает организмам растений и животных перерабатывать пищу в вещества, свойственные именно данному виду организма. Поэтому нет ничего удивитель­ного в том, что в картофеле накапливается именно крах­мал, а в свёкле — сахар. Всё это — результаты реакций, направляемых ферментами.

В таблице на стр. 56 мы видели, что в растительных маслах содержится тристеарин, составляющий основу го­вяжьего сала. Мы отметили также, что триолеин при из­вестных условиях может присоединять водород и пре­вращаться в тристеарин. Установлено, что эта реакция происходит и в живых организмах под влиянием восста­новительных ферментов. Жир триолеин перерабатывается в организмах травоядных животных в сало.

Наши примеры показывают, что белки, жиры и угле­воды не просто включаются из пищи в состав тканей и клеток организма, а проходят соответствующую «кухню». Они гидролизуются, окисляются, восстанавливаются, рас­щепляются и снова образуют сложные вещества — белки, жиры и углеводы, но уже иного состава и строения, нуж­ного для данного вида организма.

В качестве примеров ферментов, направляющих такие реакции в организмах, можно привести «диастаз», содер­жащийся в слюне, вызывающий осахаривание крахмала, «пепсин» желудка, «трипсин» поджелудочной железы и «эрепсин» кишечника — гидролизующие белки, «липазу» печени, омыляющую жиры.

Почему в тесто нужно добавлять дрожжи или питье­вую соду? Не всегда белки, жиры и углеводы пищевых продуктов находятся в удобной для усвоения форме. Хлебные злаки богаты питательными веществами, но не­посредственно в пищу они не идут, а подвергаются пред­варительной обработке — помолу, варке, выпечке. Для чего это нужно?

Размеры растительных клеток очень малы: отдельные клетки можно рассмотреть только в микроскоп. Даже са­мый тонкий помол не доводит измельчение зерна до от­дельных клеток. А ведь белковые вещества и крахмал находятся внутри растительной клетки, стенки которой состоят из целлюлозы, стойкого вещества, почти не поддающегося перевариванию в желудке. Чтобы организм мог извлечь питательные вещества из такой растительной клетки, необходимо разрушить её стенки. Это разрушение и происходит под действием воды и высокой температуры при выпечке хлеба или при варке картофеля.

При варке злаков зёрна крахмала разбухают и обра­зуют клейкую массу. Если к тесту не прибавлены дрож­жи, то после выпечки получается твёрдая, непористая масса (галеты), тоже не легко перевариваемая. Под влиянием же дрожжей, содержащих фермент кислотного брожения, тесто «скисает» — из содержащихся в нём углеводов образуются в небольших количествах уксусная и молочная кислоты. Это брожение сопровождается вы­делением углекислоты. Углекислота придаёт тесту нозд­реватость, разрыхляет его, особенно сильно — при нагре­вании во время выпечки. Это делает хлеб несравненно более удобоваримым.

Такого же результата можно добиться и без дрожжей, воспользовавшись веществами, которые разлагаются при температуре выпечки хлеба и выделяют углекислоту (на­пример, углекислым аммонием (NH4)2CО3 или питьевой содой NaHCO3):

При замене дрожжей этими веществами тесто уже не нужно оставлять «подходить», так как в этом случае углекислота образуется не за счёт медленной реакции брожения углеводов, а за счёт быстрого разложения соли, идущего только при нагревании.

Что общего имеется в скисании теста, образовании уксуса из винограда, простокваши из молока, спирта из крахмала? Общим во всех этих случаях является то, что все эти превращения — реакции с участием ферментов. Как и образование уксусной и молочной кислот в тесте, так и превращение виноградного вина в уксус при стоя­нии на воздухе происходит под влиянием бактерий. Они попадают в вино из воздуха, выделяют ферменты кислот­ного брожения и вызывают реакцию:

Таким же образом из молока при стоянии на воздухе получается простокваша; она содержит молочную кис­лоту, образующуюся из молочного сахара.

Брожение под влиянием бактерий может происходить только у таких веществ, которые являются подходящей для бактерий питательной средой. В виноградном вине винного спирта немного и бактерии в нём хорошо разви­ваются. Но если эти же бактерии поместить в чистый спирт (96-процентный), то они погибнут. Поэтому спирт не превращается в уксусную кислоту, когда в него попа­дают бактерии, вызывающие кислотное брожение.

Однако для многих бактерий сам уксус — плохая среда. Поэтому его применяют для консервирования (маринования) пищевых продуктов.

Производство винного спирта — пример искусствен­но осуществляемого ферментативного процесса. Исход­ные материалы для него (картофель, зерно) богаты углеводами, в частности — крахмалом. Однако не все углеводы способны бродить. Бродят только простейшие углеводы; более сложные углеводы, например крах­мал, должны быть предварительно «осахарены» — пре­вращены в простейшие углеводы. Образование винного спирта из крахмала — сложный процесс, Каждая его стадия идёт под влиянием специального фермента, как это показывает следующая схема:

Необходимый для осахаривания крахмала фермент диа­стаз содержится в солоде — проросших зёрнах ячменя. Образование же и брожение глюкозы происходит под влиянием ферментов, вырабатываемых дрожжевыми грибками, — мальтазы и зимазы.

Протекающие в живых организмах процессы ещё бо­лее сложны. Но и здесь наблюдается такое же строгое «разделение труда» — каждый из ферментов «заведует» каким-либо одним направлением превращения веществ.

[:ua]Висновки[:ru]Заключение[:en]Conclusion

В нашем кратком очерке мы осветили лишь некоторые интересные явления, происходящие в природе и в технике. Но нельзя забывать, что современная химия про­никла во все области народного хозяйства. На предприя­тиях и заводах создаются в настоящее время материалы, не встречающиеся в природе в готовом виде. Наряду с природным сырьём они стали основой современной тех­ники. Это нетрудно показать на нескольких примерах.

Авиация требует топлива высокого качества. Химия от­крыла пути улучшения качества и увеличения количества бензинов, выделяемых из нефти. Химия дала также спо­собы искусственного получения углеводородов и важных добавок для составления наиболее высококачественных авиабензинов; эти углеводороды и добавки получаются теперь сотнями тысяч тонн. Новый этап в развитии авиа­ции — применение реактивных двигателей — также ока­зался возможным потому, что химия нашла для этой цели ряд новых материалов, в том числе и новые виды топлива.

Шины, камеры и множество других частей самолётов и автомашин изготовляются из каучука и резины. Однако природа не слишком щедро наделила земной шар каучу­коносными растениями, да и произрастают они далеко не везде. Химии пришлось разрешить вопрос о синтезе кау­чука из простых и доступных видов сырья. В настоящее время синтетический каучук получается в количествах, в несколько раз превышающих количества добываемого натурального каучука. Родина синтетического каучука — СССР. Первый промышленный способ синтеза каучука разработал академик С. В. Лебедев. По этому способу советская химическая промышленность выпустила первый в мире синтетический каучук. Организация этого важней­шего производства проходила при личном содействии товарищей И. В. Сталина и С. М. Кирова. В настоящее время вырабатывается уже много сортов синтетического каучука, не только не уступающих натуральным каучукам, но и превосходящих их. Сырьём для этих произ­водств служат спирт, ацетилен, а также некоторые газы, получаемые при переработке нефти.

Химия дала текстильной промышленности ряд новых синтетических материалов, из которых вырабатываются прочные красивые шёлковые ткани и другие изделия.

Новые созданные химией материалы — пластмассы — заменили для многих технических целей металлы и стекло. Различные детали автомобилей, самолётов и дру­гих машин, а также множество предметов домашнего обихода изготовляется теперь из пластмасс.

Не так уж давно красители для тканей добывались только из растений и животных. Число этих красителей было невелико, а способы их выделения из сырья очень сложны и трудоёмки. Химия создала тысячи сортов кра­сителей самых разнообразных цветов и оттенков, совер­шенно вытеснивших из употребления красители естествен­ного происхождения.

Взрывчатые вещества — соединения с громадным за­пасом внутренней, химической энергии. Они неустойчивы и в природе не существуют. Все они являются исключи­тельно продуктами производства химической промышлен­ности и находят применение в оборонном деле, при гор­ных, земляных и т. п. работах.

Немало жизней спасли синтетические лекарственные препараты — стрептоцид, сульфидин, сульфазол и мно­жество других. Некоторые синтетические препараты дей­ствуют не только на человека и животных. Разработаны способы получения ряда соединений, получивших на­звание «ростовых веществ». Они приобрели большое зна­чение в садоводстве и других отраслях сельского хозяй­ства, влияя на рост и созревание растений. Напомним, кстати, что сельское хозяйство требует огромных коли­честв удобрений, вырабатываемых химической промыш­ленностью.

Ни производство красителей, взрывчатых веществ, ле­карственных препаратов и пр., ни производство искус­ственного волокна, пластмасс или каучука невозможны без кислот, щелочей и солей. Поэтому-то производство кислот, щелочей и солей составляет «основную» химиче­скую промышленность.

Добавим к сказанному, что и металлургия многое чер­пает из химии: способы переработки руд, составление новых сплавов, защита металлов от коррозии — всё это тесно связано с химией.

Значение химии в народном хозяйстве было особенно подчёркнуто при рассмотрении 3-го пятилетнего плана развития народного хозяйства СССР на XVIII съезде партии, происходившем в 1939 году. В этом плане особенное внимание уделялось развитию химической промышленности. Поэтому 3-я сталинская пятилетка вошла в историю под названием «пятилетка химии».

Химия как наука стояла на очень высоком уровне и в дореволюционной России. Работы М. В. Ломоносова, Д. И. Менделеева, А. М. Бутлерова, В. В. Марковникова, А. Е. Фаворского, Н. Д. Зелинского и многих других рус­ских учёных заложили основы современной химии и сде­лали русскую химию самой передовой. Достижения рус­ской химии широко использовались за границей, но в Рос­сии до Октябрьской революции химической промышлен­ности почти не существовало; страна была в полной за­висимости от английской, французской и особенно герман­ской химической промышленности.

После Великой Октябрьской социалистической рево­люции положение коренным образом изменилось. В СССР, создана мощная передовая химическая промышленность, освободившая страну от иностранной зависимости. Эта промышленность с честью выдержала такую строгую про­верку, какой была Великая Отечественная война 1941—1945 годов, потребовавшая невиданных в истории челове­чества количеств взрывчатых веществ, моторного топлива, каучука и всех других видов химической продукции.

В СССР созданы десятки крупных превосходно осна­щённых научно-исследовательских институтов, в которых тысячи советских химиков разрабатывают научные и на­роднохозяйственные проблемы.

Наши химическая наука и химическая промышлен­ность идут и развиваются своими, независимыми от капи­талистических стран, путями и активно участвуют в ре­шении общенародной задачи, поставленной перед трудя­щимися нашей Родины товарищем Сталиным — в по­строении экономического фундамента для перехода к коммунизму.