Властелин Окси-мира, стр. 15
И только после этого ринулся в открытый бой. «На этот раз, – писал химик тех лет, – он входит во все детали теории флогистона, он преследует его по пятам; он, так сказать, схватывается со Шталем врукопашную и не выпускает его до тех пор, пока не опрокинет на землю».
Кислородная теория горения многим показалась убедительной.
Лавуазье поддержали Монж, Лаплас, Кузен – какое созвездие имён! Математик, астроном, физик… и ни одного химика. Все видные химики того времени – Кэвендиш, Бертолле, Маке, Боме – выступили против. И самое поразительное, с особым упорством боролись с кислородной теорией Пристли и Шееле – химики, открывшие кислород!
Борьба была жёстокой и трудной. История сохранила нам день, когда фронт противников Лавуазье был прорван. 6 августа 1785 года на заседании Академии наук Бертолле публично заявил об отказе от старых взглядов. В марте 1789 года, незадолго до начала французской буржуазной революции, вышел капитальный труд Лавуазье «Начальный курс химии». Первый курс химии, из которого был изгнан флогистон. С этого момента кислород, по выражению знаменитого шведского химика Берцелиуса, «сделался осью, вокруг которой вращается вся химия».
ПО МНЕНИЮ ПИНГВИНА
Одной хорошей, толстой книги о кислороде нет. Есть много книг. Но с этим, в конце концов, мы примирились. Хуже другое: в книгах содержатся разные, иной раз прямо противоположные утверждения. Ясно, среди них есть ошибочные. В 1942 году я этого не знал и стал «Химиком № 28». Теперь последствия могли быть серьёзнее – нам предстояло работать с кислородом. (Кстати, недавно, уже в 1963 году, я перечёл литературу по кислороду. Книг стало больше; ошибки, увы, сохранились.)
«Кислород – самый распространённый элемент и на Земле и вообще в природе», – так я писал в своём злополучном школьном сочинении. Так иногда пишут и сейчас.
Надежда Фёдоровна – она знала химию – поставила тут вопрос. А стоило бы два вопроса – по количеству ошибок.
В мире, в котором мы живём, кислород действительно самый распространённый элемент. Земная кора состоит главным образом из глины, песка и других пород, богатых кислородом. Вода (а вода занимает 3/4 земной поверхности) – почти чистый кислород. В воздухе его 23 процента. Растения, животные, сам человек больше чем наполовину «построены» из кислорода.
Всё это так. И однако только на основании нашего опыта нельзя судить о земном шаре и тем более о природе вообще. Иначе возможны всякие неожиданности. Скажем, по мнению пингвина, природа состоит в основном из льда. Между тем верблюд, живущий в Сахаре, искренне убеждён, что самым распространённым «элементом» является песок, тогда как вода встречается на земле чрезвычайно редко…
Очень приятно написать о «своём» элементе, что он самый-самый. Но чего нет, того нет. На Земле (а земной шар, как известно, сплошной и не похож на футбольный мяч) больше всего железа – 67 процентов. Кислород занимает второе место. На Земле по одним данным – 12, по другим – 29 процентов кислорода.
При всём том его запасы огромны. Если бы атмосферный кислород превратился в жидкость, земная поверхность покрылась бы сплошным океаном глубиной больше 2 метров. Мы буквально утонули бы в этом кислороде. А ведь кислород, содержащиеся в атмосфере, – лишь ничтожная часть всего кислородного «хозяйства» Земли.
А в природе, во Вселенной? (Вопрос, кстати, совсем не такой абстрактный, ведь кислород – это жизнь на других мирах.) К сожалению, Вселенная гораздо беднее кислородом, чем наша Земля. Учёные считают, что в природе на 100 молекул водорода приходится 20 молекул гелия и лишь 7 молекул остальных элементов, вместе взятых. Видимо, по распространённости кислород занимает третье-четвёртое место, значительно уступая гелию и особенно водороду. Его содержание измеряется долями процента.
Другое обычное заблуждение связано с окислением и горением. Может ли кислород окисляться? Почему вода не горит? Эти вопросы вошли в химические викторины.
Есть готовые ответы. Кислород окисляться не может, потому что окисление – процесс соединения веществ с кислородом. А вода не горит, ибо сама является продуктом горения, «золой». В одной книге мне встретился «хитрый» опыт: кислород направляют в струю водорода, и получается, что он вроде бы горит. Всё, однако, кончается благополучно. Это шутка. Горит, конечно, водород…
Но кислород – без всяких шуток – окисляется. А вода и лёд при высокой температуре горят. Поэтому горящую нефть, бензин, керосин нельзя тушить водой. Лёд горит ярким белым пламенем, если бросить в него зажжённый термит – смесь порошкообразного алюминия с ржавчиной. Обычно алюминий отнимает кислород у окиси железа. Но, оказавшись среди льда, он отнимает кислород и у него, поскольку лёд тоже окись, только не железа, а водорода. Получается, что лёд сгорает: кислород воды соединяется с алюминием, водород, оставшись в одиночестве, сгорает в атмосферном воздухе.
Ещё нагляднее реакции кислорода и воды с фтором. Кислород чрезвычайно активный окислитель, именно поэтому и думают, что никакой другой элемент не может его окислить. А фтор ещё активнее. В атмосфере фтора кислород сгорает. Образуются OF2 и O2F2. Обратите внимание, кислород стоит на непривычном для него месте, первым. Это значит, что не он окислил металл (как, скажем, в FeO) или водород (H2O), его окислил фтор!
А вода? Она отлично горит во фторе и в веществе, которое называется трифторид хлора. Процесс горения протекает очень бурно, с образованием видимого пламени, с большим выделением тепла.
С фтором и трифторидом хлора химики раньше работали редко. Да и сейчас ими занимаются немногие. Но скоро будет иначе: фтор и его соединения имеют большое будущее. А пока что история с «негорючей» водой является примером того, что наш повседневный опыт – это ещё далеко не истина…
Уступая фтору, кислород тем не менее обладает высокой активностью. Земля устроена так, что достаточно полное представление об этом его качестве мы получаем редко, только во время взрыва.
Между тем рубидий, цезий и барий загораются в воздухе уже при комнатной температуре. Натрий и калий вспыхивают во влажном кислороде. Даже самые «спокойные» металлы (железо, кобальт, никель), если их сильно измельчить, воспламеняются сами собой. Например, железная пыль, рассеянная в воздухе, вдруг, без всяких видимых причин, накаляется добела…
По активности кислород уступает фтору; по распространённости на Земле – железу. Иначе говоря, он занимает два вторых места. Но спортсмен знает, что два вторых места часто важнее одного первого. В данном случае – именно так. Два вторых места сделали кислород важнейшим элементом земной жизни.
Запасы фтора сравнительно невелики, и это нас совсем не беспокоит. Если бы на Земле было мало железа, человеку пришлось бы трудно. Однако он вышел бы из положения, заменив железо сплавом других металлов, синтетическими материалами.
Кислород нельзя заменить.
В истории кораблекрушений отмечены случаи, когда человек жил без пищи (но с водой) около трёх месяцев. Без воды (с сухой пищей) – 6 – 8 дней. Без кислорода смерть наступает через 4 – 6 минут.
Горение веществ в кислороде – главный источник энергии на Земле. Реакции окисления играют решающую роль в промышленности. «Мы не ошибёмся, – отметил академик П. Л. Капица, – если скажем, что 80 процентов всех процессов, имеющих место в технике, основано на применении кислорода».
Не будем, однако, повторять ошибки, о которых говорили. Не стоит представлять себе дело так, словно горение и дыхание возможны только в кислороде.
Горение – то есть «быстро протекающая химическая реакция, сопровождающаяся выделением тепла и света», – может идти и без кислорода. Многие металлы горят в атмосфере хлора. Окись натрия и окись таллия горят в углекислом газе. А фтор окисляет вещества, перед которыми даже кислород бессилен, и горение в нём идёт с ещё большим выделением тепла и света.
Можно представить себе и дыхание без кислорода. На Земле есть так называемые анаэробные бактерии – кислород им не нужен. В принципе допустимы и другие живые существа, которые дышали бы фтором, хлором или углекислым газом.