стр. 1
(всего 40)

СОДЕРЖАНИЕ

>>

СБОРНИК
ЛУЧШИХ
РЕФЕРАТОВ



БАО-ПРЕСС
РИПОЛ КЛАССИК
Москва
2004
ББК 74.202.5
С54


Сборник лучших рефератов / Э. В. Велик, Т.И. Водолазская, О.В. Завязкнн, М П . Ильяшенко,
С54 А.А. Ильяшенко, С.А. Мирошниченко. - Москва: Издательство «БАО-ПРЕСС», ООО «ИД
«РИПОЛ классик», 2004. - 624 с..

ISBN 5-89886-078-9

Сборник включает рефераты и сообщения, подобранные в соответствии со школьной программой, но
основным учебным дисциплинам.
Эти работы дадут учащимся богатый дополнительный материал для текущих занятий, тестовых проверок
знаний, контрольных работ и др. Предлагаемые рефераты и сообщения отличаются глубиной разработки тем,
четкой структурой, достоверностью информации.
В книгу вошли следующие разделы: «Химия», «Русская и мировая литература», «Физика >, «Всемирная
география», «Астрономия», «Информатика», «Биология», «Экология», «Художественная культура мира»,
«История»
Издание рекомендовано старшеклассникам, а также преподавателям основных школьнык предметов.
ББК 74.202.5




Все права на книгу находятся под охраной издателей.
Ни одна часть данного издания, включая название
и художественное оформление, не может перерабатываться,
переиздаваться, ксерокопироваться, репродуцироваться
или множиться каким-либо иным способом.




© Велик Э. В., Водолазская Т. И.,
Завязкин О. В., Ильяшеньо М. П.,
ISBN 5-89886-078-9
Ильяшенко А. А., Мирошниченко С. Л,
© Издательство «БАО-ПРЕСС»,
оформление, 2004
Химия
Химия




ВОДОРОДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
План
1. Немного техники.
2. Водород как топливо.
3. Вместо топливного бака.
4. Топливный элемент.


чаях КПД двигателя увеличивается (во втором случае при-
1. НЕМНОГО ТЕХНИКИ
мерно на 20%) и выхлоп становится гораздо чище (содержа-
ние угарного газа (СО) и углеводородов (С„Н т ) уменьшится
'Америка поставила себе задачу: в ближайшие 10—15 лет
в полтора раза, оксидов азота (NOX) — до пяти раз. Такие
избавиться от нефтяной зависимости. Единственный выход —
двигатели и автомобили были сделаны и прошли все испыта-
как можно скорее запустить в серийное производство водо-
ния у нас и за рубежом примерно в 70—80-х годах. Однако,
родный автомобиль. Европа боится отстать, кроме того, евро-
учитывая затраты и конструкционные сложности, это может
пейцам приходится выполнять принятые у них нормы на вы-
быть только промежуточным, переходным этапом на пути к
брое вредных веществ автотранспортом, которые все время
третьему типу.
ужесточаются. В 1993 году были введены нормы «Евро^1>, в
1996 году - «Евро-2», в 1999 году - чЕвро-3», а с 2005 года Второй — это машины с двумя электроносителями, так
в Европе планируется ввести в действие еще более жесткие называемые гибридные. Его колеса приводят в движение элект-
нормы «Евро-4». В перспективе автомобилям совсем запре- ропривод, энергию которому поставляет аккумулятор, в свою
тят выбрасывать вредные вещества, и тогда нельзя будет обой- очередь заряжающийся от высокоэкономичного двигателя
тись без машины, работающей на водороде. внутреннего сгорания, работающего на водороде или смеси
водорода с бензином. Это очень выгодно, ведь КПД электро-
Главное препятствие к внедрению водородного автомо-
двигателя достигает 90—95 % в отличие от бензинового (35 %)
биля — отсутствие системы промышленного получения водо-
или дизельного (50 %), таким образом, общий КПД повыша-
рода в нужных объемах, систем его хранения, транспортировки
ется до 30 %', соответственно снижается расход топлива. Даже
и заправки автомобилей. По мнению американских специалис-
если для подзарядки аккумулятора используется бензин, объем
тов, такую систему удастся создать не раньше 2020^-2030 гг.
вредных выбросов позволит уложиться в нормы «Евро-4» с
На переходный период ведущие автомобилестроители пред-
десятикратным запасом. И все же получить совершенно чис-
ложат так называемые «гибридные автомобили»-: в них эконо-
тый выхлоп можно только у третьего типа автомобилей.
мичный двигатель внутреннего сгорания подзаряжает акку^
муляторную батарею, которая питает электрический двига- Третий — настоящий водородный автомобиль — это ма-
тель. Такие автомобили разрабатываются практически всеми шина с электродвигателем, который питается от топливного
ведущими автомобильными компаниями И уже серийно вы-. элемента, расположенного на борту автомобиля. Теоретиче-
пускаются в Японии. ски КПД топливного элемента, работающего на смеси водо-
род—воздух, может быть больше 85 %. Сейчас уже удалось
Классическая схема: двигатель внутреннего сгорания при-
получить двигатели с КПД около 75 % — это более чем в два
водит в движение колеса через механический привод. Нас.окру- ч
раза выше, чем в.лучших двигателях внутреннего сгорания. В
жают тысячи автомобилей, но мало кому приходит в голову,
условиях города такие машины получат пяти—шестикратное
что их эффективность катастрофически мала. Если взять так
преимущество перед обычными автомобилями.
называемые «условия городского цикла движения», то об-
щий коэффициент полезного действия (КПД) автомобиля —
10—12 % (за городом, где меньше светофоров, 15—17 %). Де-
вять литров бензина из десяти попросту улетают в атмосферу. 2. ВОДОРОД КАК ТОПЛИВО
Автомобили на водородном топливе условно можно раз-
делить на три класса. Существующие на сегодняшний день технологии произ-
Первый — это машины с обычным двигателем внутрен- водства водорода далеки от совершенства.
него сгорания, работающим на водороде или водородной сме- Несмотря на это, гиганты химической промышленности
си. Такие модели могут работать на чистом водороде или 5— и сегодня уже получают по 500 млрд. м3 водорода в год. По-
10% водорода добавляют к основному топливу. В обоих слу- ловина производимого количества идет на аммиачные удоб-
Водородный двигатель

во-бождения водорода. Можно хранить водород в жидком
рения, остальное — на производство стали, стекла, маргарина
виде. Но, во-первых, это требует охлаждения до температур,
и пр. В основном водород получают с помощью парового
близких к абсолютному нулю (соответственно, вырастает
риформинга природного газа: метан при высоких температу-
стоимость водорода), а во-вторых, заправленный таким об-
рах (900°С) в присутствии никелевого катализатора реаги-
разом автомобиль должен будет расходовать свое топливо
рует с паром. Пока что такой водород самый дешевый, одна-
как можно быстрее. Очень перспективное направление —
ко российские ученые знают, как удешевить производство
хранение водорода в наноструктурах (углеродных нанотруб-
еще в 2 раза.
ках), однако эти исследования находятся пока на начальных
Есть и другие технологии получения водорода, напри-
стадиях.
мер электролиз, крекинг или переработка биомассы (древеси-
ны, соломы). Каждый из этих вариантов имеет свои недостат- Наиболее перспективным ученые считают хранение во-
ки. Например, переработка биомассы: ее нагревают на 500— дорода в баллонах высокого давления — более 350 атм (ас-
600°С, после чего получаются спирты (этанол, метанол), кото- пектное число до 18 % при давлении выше 500 атм) или полу-
рые, в свою очередь, превращаются в водород. Можно на- чение его прямо на борту из другого топлива (метанола или
греть биомассу до более высоких температур (1000°С), тогда жидких углеводородов: бензина, дизельного топлива и пр.), в
она полностью превратится в газ и получится смесь Н2 и СО. специальных каталитических реакторах (аспектное число око-
Проблема в том, что сырья для такого процесса понадобится ло 10 %). Такие системы разработаны и российскими учеными
очень и очень мього. Если, например, всю плодородную тер- и при разумных габаритах обеспечивают запас водорода для
риторию Франции пустить на выращивание биомассы, то во- пробега в несколько сотен километров.
дорода, полученного из нее, не хватит даже на то, чтобы по- Конструкторы сталкиваются также и с другими пробле-
крыть потребности этой страны в топливе даже для ныне су- мами. Так, машина (прежде всего кабина) должна иметь систе-
ществующих автомобилей. му водородной безопасности.
Казалось бы, самый простой способ получения водо-
рода — электролиз (электрическое расщепление воды). Ре-
зультат — водород и кислород. Но в целом эффективность 4. ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
этого процесса не очень велика: надо затратить 4 кВт элек-
троэнергии, чтобы получить 1 м3 водорода, который, сго- Топливный элемент, работающий на водороде, — одна из
рая, даст лишь 1,8 кВт. Тем не менее, электролиз воды до- ключевых деталей в новом автомобиле. Топливный элемент
вольно перспективен и ему наверняка найдут применение, (иначе — электрохимический генератор) — это устройство для
тем более, что существуют выходы из «энергетической про- преобразования химической энергии в электрическую. То же
блемы». Во-первых, можно использовать энергию атомной происходит и в обычных электрических аккумуляторах, но в
электростанции в часы слабой нагрузки (когда вырабаты- топливных элементах есть два важных отличия:
вающаяся там энергия оказывается невостребованной) или, — они работают до тех пор, пока поступает топливо;
в конце концов, возобновляемые источники энергии (сол- — топливный элемент не нужно перезаряжать.
нечные батареи, энергия ветра, приливы и пр.). Во-вторых, Топливный элемент состоит из многих десятков яче-
эта технология активно развивается: электролиз для боль- ек, каждая примерно в сантиметр толщиной. Каждая ячейка
шей эффективности можно проводить при повышенном дав- состоит из двух электродов, разделенных электролитом. На
лением или температуре, что и пытаются сделать ученые. один электрод (анод) подводится топливо (водород), на
другой (катод) — окислитель (кислород воздуха). Водо-
Сейчас биологи активно разрабатывают еще одно направ-
род здесь не сгорает, химическая реакция окисления проис-
ление. Некоторые бактерии и водоросли в процессе фотосин-
ходит при низкой температуре в присутствии катализатора.
теза разлагают воду и выделяют водород. Проблема в том,
Смысл устройства в том, чтобы, используя эту реакцию,
что они делают это только в отсутствии кислорода, следова-
разделить положительный и отрицательный заряды в про-
тельно, процесс длится очень короткое время, так как при раз-
странстве и создать между ними напряжение. Поэтому элек-
ложении воды, естественно, образуется и кислород. Задача
тролит, заполняющий пространство между электродами,
ученых — с помощью генной инженерии продлить этот пери-
должен обладать способностью пропускать через себя про-
од, тогда солнечные районы нашей планеты будут обеспечены
тоны (т. е. ионы водорода) и не пропускать электроны. На
водородом.
аноде водород распадается на электроны и протоны, далее
протоны проходят через слой электролита, достигают като-
да и, соединяясь с кислородом, образуют воду. Однако в
3. ВМЕСТО ТОПЛИВНОГО БАКА
вопросах получения качественного и недорогого электро:
лита наука пока что испытывает огромные трудности. По-
Общая схема водородного двигателя понятна: электро-
лимерный электролит американской фирмы «Дюпон» стоит
двигатель, топливный элемент, водород для его работы. Про-
около 700 евро за м2, а на батарею для среднего автомобиля
блема заключается в том, что нужен некий аналог топливного
нужно десятки квадратных метров такого материала. По-
бака, а ведь водород в топливный бак не нальешь. Это на
нятно, что при такой стоимости электролита невозможно
сегодняшний день самая большая техническая трудность.
наладить серийный выпуск водородных автомобилей. Уче-
Ученые рассматривают довольно много вариантов. На- ными всего мира ведутся интенсивные исследования с це-
пример, можно хранить водород в аккумуляторах на основе лью удешевления этого материала и использования его при
гидридов интерметаллических сплавов (TiVaFe, CuNi и др.), более высоких температурах (150—200°С).
из которых по мере надобности постепенно высвобождается
В общем, топливный элемент на водороде вполне готов
чистое вещество. Но при этом варианте масса водорода в
к применению. Дело за малым: сделать его. компактнее и де-
общем объеме вещества (т. н. аспектное число) составляет
шевле. • .-..•. .' ......\
всего 5 %, к тому же возникает проблема со скоростью выс-
Химия


ВОДА — САМОЕ БОЛЬШОЕ БОГАТСТВО
НА СВЕТЕ
План
1. Характеристики природной воды.
1.1. Растворенные вещества.
1.2. Коллоидные частицы.
1.3. Взвешенные вещества.
1.4. Живые организмы.
2. Очистка воды.

Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать,
тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, чо ты необхо-
дима для жизни: ты — сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую но
объяснишь нашими чувствами...
Ты самое большое богатство на свете...
Антуаи де Септ-Экзюпери



диационном отношении, безвредна по химическому составу и
1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ
иметь благоприятные органолептнческие свойства», то есть цвет,
вкус, запах, мутность. Естественно, природная вода (за ред-
Самые высокие слова, какие можно сказать о воде, едва ли
чайшим исключением) этим требованиям не отвечает. По-
чрезмерны. Человек, как и все живое, в основном состоит из
этому специалисты затрачивают огромные усилия, чтобы
воды (эмбрион на 97 %, новорожденный — на 77 %, взрослый
сделать ее питьевой.
человек — на 60 %) и без воды существовать не может. Потеря
6—8 % воды вызывает плохое самочувствие, 10 % — необрати- Как правило, природная вода содержит растворенные ве
мые изменения в организме, а 15—20 % — смерть. А между тем щества, коллоидные частицы, взвешенные вещества и микро
для поддержания жизнедеятельности организму нужно не так организмы.
уж много: 2—2,5 литров в сутки. Хотя sa всю жизнь и набирает-
ся около 75 тысяч литров, но все равно это лишь малая часть от
1.1. Растворенные вещества
того, сколько человек расходует на самом деле.
В воде растворены газы (СО2, О2, H2S, CH 4 ), содержа-
Структура потребления воды человечеством ние которых зависит в основном от температуры, парциаль-
По расчетам американских ученых, структура потребле- ного давления и состава воды. В природной воде всегда
ния воды выглядит так: есть неорганические соли: гидрокарбонаты, х;:ориды и суль-
фаты щелочноземельных (Са, Mg, Mn, Fe) и щелочных
питье и приготовление пищн — 5 %,
металлов (Na, К). Ионы кальция и магния огределяют та-
смывной бачок в туалете — 43 %,
кое качество, как жесткость воды. При этом их гидрокарбо-
ванна и душ — 34 %,
наты создают временную жесткость, которуп можно уда-
мытье посуды — 6 %,
лить кипячением, а сульфаты, нитраты и хлориды ответ-
стирка — 4 %,
ственны за постоянную жесткость. С промышленными сто-
уборка помещения — 3 %,
ками в воду могут попадать также тяжелые металлы. Неор-
прочие нужды — 5 %.
ганические соли (в основном железа и марганца) формиру-
Средние данные утверждают, что на хозяйственно-быто-
ют вкус и цвет воды. На вкус и цвет влияют --акже органи-
вые нужды человеку нужно примерно в десять раз больше
ческие соединения: почвенные и торфяные гумусовые ве-
воды, чем только для питья и приготовления пищи.
щества (гуминовые и ульминовые кислоты, фульвокисло-
Центральным водоснабжением на Земле пользуются 1,1
ты и их соли). Природные воды содержат И другие продук-
млрд. человек (280 л в сутки на человека), еще 0,8 млрд. —
ты жизнедеятельности и разложения живых организмов:
берут воду из колонок (НО л в сутки), а остальная часть че-
растительные (галловая кислота, танин, фенслы) и живот-
ловечества использует только 50—60 л в сутки. Правду гово-
ные. Но, конечно, самые опасные органические соединения
рят, что развитие цивилизации можно измерять в литрах по-
попадают в воду из промышленных предприятий.
требляемой на душу населения воды... А ведь помимо быто-
вых потребностей каждого человека, есть еще расход на нуж-
ды промышленности и сельского хозяйства. Если и это под-
1.2. Коллоидные частицы
считать, то, например, в США суммарное потребление воды
достигает 7 000 л на человека в сутки! Коллоидные частицы — это мелкие загрязнения (меньше
0,1 мкм): частицы глин, соединения кремния, алюминия и же-
Здесь мы оставим в стороне промышленные и сельскохо-
леза, и опять же — продукты жизнедеятельности и распада
зяйственные нужды и вернемся к тому, что потребляет чело-
растений и животных. К поверхности коллоидных частиц при-
век. Требования к воде довольно жесткие. Закон гласит так:
крепляются ионы растворенных веществ, после чего они при-
«Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и ра-
Вода — самое большое богатство на свете

ибретают электрический заряд. Заряженные частицы уже не химический состав воды новое вещество, прежде в ней не
слипаются в более крупные и не оседают, а существуют неоп- содержавшееся».
ределенно долго в виде устойчивых, так называемых колло- Самыми подходящими электролитами оказались соли
идных, растворов. многовалентных металлов (соли алюминия, аммиачные и алю-
мокалиевые квасцы, алюминат натрия) и соли железа (хлорид
железа, сульфат железа). Чаще всего используют сульфат алю-
1.3. Взвешенные вещества
миния. Когда его добавляют в природную воду, он реагирует
Взвешенные частицы, загрязняющие воду, гораздо круп- с солями кальция и магния и превращается в гидроокись:
нее коллоидных (более 1-5 мкм). Эти частицы могут быть Образующийся А1(ОН)3 существует в виде микропленок
минерального и органического происхождения: песок, глина, с двойным электрическим слоем, которые могут быть как по-
илис-тые вещества. В отличие от коллоидных частиц их можно ложительно, так и отрицательно заряжены. Их заряд зависит
отфильтровать с помощью бумажного фильтра. от кислотности среды. В кислой среде А1(ОН)3 заряжен поло-
жительно, а потому присоединяет к себе коллоидные частицы
1.4. Живые организмы с противоположным зарядом, после чего образующиеся мас-
сивные комплексы легко осаждаются. Вода при этом обесцве-
В природной воде живет множество микро- и макроор- чивается, так как именно окрашенные гуминовые частицы за-
ганизмов: вирусы, бактерии, водоросли, планктон и др. Имен- ряжены отрицательно.
но они определяют эпидемическую безопасность (или опас- Очистку природной воды с помощью электролитов при-
ность) воды. меняют очень широко, и неудивительно, что этот процесс все
К сожалению, чаще всего воду берут из открытых водо- время совершенствуется. В частности, используется электро-
емов или поверхностных вод, которые грязнее, чем подзем- коагуляция, когда воду очищают в электролизере, где анод —
ные. Важнейшие факторы при выборе места очистки воды — алюминий или железо, а катод — любой электропроводящий
это качество исходной воды и, конечно, экономические воз- материал. При подаче алюминия происходит химическая кор-
можности. розия алюминия и его растворение, в результате чего опять же
В Украине, как впрочем и во всем мире, из всех требова- образуется гидроокись алюминия:
ний к качеству воды на первом месте стоит эпидемическая Этот метод имеет то преимущество, что при нем в воду
безопасность. Специалисты считают, что ради этого можно не попадают дополнительно ионы или СГ, и воду удается из-
даже дополнительно загрязнять воду химическими вещества- бавить не только от коллоидных частиц, но и от растворенных
ми. Органолептические характеристики официально на пос- газов, фенолов и радиоактивных соединений.
леднем месте, но, тем не менее, большинство стадий водоочис- Конечно, у электролитного очищения воды есть свои не-
тки направлены как раз на улучшение ее вида, вкуса и запаха, достатки: неполнота очистки и даже ухудшение качества воды
ведь именно по ним человек судит о качестве воды, которую по некоторым параметрам. Кроме того, образуется много осад-
пьет. Хотя нужно помнить, что даже прозрачная вода без по- ка, который надо как-то использовать. В принципе, из него мож-
сторонних привкусов и запахов может содержать диоксины, но делать строительные материалы или снова извлекать из йего
тяжелые металлы и ароматические углеводы. коагулянт, но все равно это большая проблема.
В целом, почти половина населения Украины пользова- Итак, мы получили чистую на вид воду. Но там, невиди-
лась и пользуется питьевой водой, не соответствующей сани- мые для глаз, могут жить возбудители дизентерии, брюшного
тарно-гигиеническим требованиям. тифа, холеры.
Убить бактерии можно многими способами: добавить
окислители (хлор и его соединения, озон, лерманганат калия и
2. ОЧИСТКА ВОДЫ другие), подействовать ультрафиолетовым и ионизирующим
излучениями, подогреть, обработать ионами тяжелых метал-
Основные стадии очистки воды — это осветление и обес- лов. Самый простой и экономичный способ — обеззаражива-
цвечивание, а потом обеззараживание. На первых двух стади- ние хлором и его соединениями.
ях из воды убирают взвешенные и коллоидные частицы. Но Рассмотрим подробнее механизм обеззараживающего
если от первых легко избавиться, отстояв и отфильтровав воду, действия хлора. Считают, что он проникает через оболочку
то коллоидные частицы всячески сопротивляются укрупне- клетки микроорганизма и взаимодействует с ферментами. Это
нию, после которого их было бы легко осадить. Известно до- нарушает обмен веществ и микроб погибает. Обычно для обез-
вольно много способов разрушения устойчивых коллоидных зараживания поверхностных источников применяют 2—3 мг
растворов: перемешивание и нагревание, ультрафиолетовое хлора на 1 л воды, процесс длится от 30 минут до 2 часов.
облучение, ионизирующее облучение, ультразвук, воздействие Хлор действительно эффективен и экономичен, но не Иде-
на частицы электрическим и магнитным полем. Однако на прак- ален. Он уничтожает бактерии, но не справляется с вирусами и
тике заряд частив снимают с помощью электролитов (их на- одноклеточными микроорганизмами. Кроме этого, хлор реа-
зывают коагулянтами). гирует с органическими соединениями, которые могут быть в
Очистку воды электролитами начали применять в Ев- воде, причем получаются очень ядовитые продукты. И нако-
ропе в XIX веке, хотя считается, что этот метод был известен нец, есть предположения, что из 100 случаев заболевания ра-
еще древним римлянам, грекам и египтянам. К очистке воды ком от 25 до 30 связано с использованием хлорированной
с помощью внесения в нее химических веществ (электроли- питьевой воды.
тов) в начале относились с подозрением. Барон Дельвиг, ав- Наиболее эффективный и безопасный заменитель хлора
тор первого в России руководства по устройству водопро- — озон. В воде он распадается до молекулярного кислорода —
водов и заведующий московским водопроводом, писал: О. Это цепная (радикальная) реакция, в ходе которой образу-
«Нельзя не осуждать всякого очищения, которое вводит в ется много промежуточных радикалов, взаимодействующих с
Химия

микроорганизмами и вызывающих их гибель. Чем выше кон- рязнители. Поэтому после обработки озоном воду обязатель-
центрация озона, рН среды, температура и чем меньше в воде но фильтруют.
органических примесей, тем эффективнее озон обеззаражива- Что же мы имеем на данный момент? Наиболее распро-
ет воду. Его рекомендуемая концентрация 0,75—3 мг/л, время страненные схемы водоочистки (в том числе в нашей стране)
реакции 5 минут. Озон уничтожает болезнетворные микроор- уже не обеспечивают необходимое количество г.итьевой воды.
ганизмы в 15—20 раз быстрее, а их споры — в 300—600 раз Всемирная организация здравоохранения рекомендует охра-
быстрее, чем хлор. Кроме того, озон не только обеззаражива- нять источники водоснабжения от загрязнений, так как это
ет, но и обесцвечивает воду, поскольку окисляет многие орга- избавит нас от необходимости сложной очистки воды. Одна-
нические загрязнения. Только не пытайтесь очистить воду ко в ближайшем будущем природные воды едва ли станут
озоном дома! Помните, что токсичен не только сам озон, но и настолько чистыми, что из них удастся получить питьевую
продукты окисления им органических соединений. После окис- воду высокого качества традиционными методами. Поэтому
ления озоном из органических соединений получаются спир- надо совершенствовать старые и вводить новые методы очист-
ты, карбонильные соединения, карбоновые кислоты и другие ки и обеззараживания воды. А также пить минеральную воду
вещества, которые часто более ядовиты, чем исходные заг- или пользоваться бытовыми фильтрами.




ЧЕСТНАЯ СЕРА И НЕЧИСТАЯ СИЛА
План
1. «Портрет».
2. Виновница несчастий.
3. На страже чистоты.
4. Сера в организме — «внутренний ОМОН».


Жители Апеннин и Балкан, Малой Азии и Ближнего Востока
1. «ПОРТРЕТ»
хорошо знали об удушливых испарениях, которые исходили
из земли в некоторых местах. Их можно было, напзимер, наблю-
Сера - необычный химический элемент. Еще на заре
дать вблизи Неаполя, где расположены Флегренские поля —
цивилизации она вошла в мифы и священные обряды. На
нагромождение валов, трещин, провалов. Временами их зас-
Ближнем Востоке, а позже в христианской Европе ее счита-
тилают дым и сернистый газ. Считалось, что там олимпийские
ли веществом преисподней; запах горящей серы стал при-
боги сражались с гигантами.
знаком дьявола.
Сера также входит в состав нефти, асфальта, битума. При
Но элемент № 16 — это не только мистика. Он участво-
горении этих веществ распространялся характер шш запах, по
вал в природных катаклизмах и биохимических процессах,
которому безошибочно узнавали серу. Кстати, вопреки рас-
его изучали химики и металлурги, использовали врачи, садов-
хожему мнению, пахнет не сама сера, а ее соединения: сернис-
ники, ткачи, сукновалы, шляпники. В наше время серная кис-
тый газ, сероводороды и меркаптаны, знаменитые своим зло-
лота стала одним из главных веществ химической промыш-
вонием. Во влажном воздухе измельченная-cep.i окисляется и
ленности. Некоторые способы применения серы чисты, гу-
превращается в сернистый газ. Именно его имели в виду, ког-
манны и благородны, другие невольно напоминают о дьяволе
да говорили о запахе серы.
и нечистой силе. •
Что же особенного в этом шестнадцатом элементе, поче-
му его упоминают в сочинениях мистиков, художественной
литературе и даже в Библии? 2. ВИНОВНИЦА НЕСЧАСТИЙ
Отчасти это связано с распространением серы в природе,
отчасти — с ее химическими свойствами. Серы очень много в В истории отношений серы и людей были темные страни-
земной коре — 0,05 % по весу. Кое-где в Средиземноморье и цы. Выделяясь из вулканов и вулканических трещин, окись
на Ближнем Востоке ее полным-полно в почве в самородном серы или сероводород, случалось, губили тысячл несчастных.
виде. Сера (желтый камень) там обычно образовывалась при Это произошло с древнегреческим ученым Плинием Стар-
восстановлении сульфатов бактериями. Особенно много жел- шим, погибшим при извержении Везувия, и со множеством
того камня на Сицилии, там его добывают с древности до на- других людей.
ших дней. Примеси битумов, карбонатов, сульфатов, глины Много вреда приносили примеси серы металлам, сни-
иногда придавали ему необычные цвета, вплоть до красного, жая их прочность. И потому с древности до наших дней
бурого и черного. одна из главных задач металлургов — избавить руду от при-
месей серы.
Вблизи от вулканов встречаются желтые натеки, корки и
кристаллы серы. Элемент вырывался из недр в виде серово- Металлургия в древности была окружена тайной. И поз-
дорода, при окислении которого выделялся в свободном виде. же, п средние века, кузнецы были особыми людьми, их считали
Честная сера и нечистая сила

чем-то вроде колдунов. А в начале нашей эры из попыток потрудился в химических лабораториях, где с его помощью
усовершенствовать металлы возникл-1 алхимия. Многие суль- проводили качественный анализ металлов и их солей, зловоние
фиды блестят как металлы. Среди них пирит, железный кол- и ядовитость создали ему весьма дурную репутацию.
чедан (FeS2), халькозин, или медный блеск (CuS2), халькопи- Еще одно проявление серы может занять хоть и скром-
рит, или медный колчедан (CuFeS2). Шесть из семи металлов, ное, но интересное место в этом списке. Ведьмы, колдуны и
известных древним, встречаются в виде сульфидов. Возмож- прочие труженики магии, случается, сжигают волосы врага
но, алхимики считали эти руды несовершенными металлами, у или заказчика. При этом образуется сернистый газ, ведь в
которых есть одно ценное качество — блеск и нет другого — волосах молекулы белка кератина скреплены атомами серы.
ковкости. Однако из них путем обжига и восстановления мож-
но было получить настоящие металлы. Поскольку при прока-
ливании на воздухе из них выделялся сернистый газ, алхими- 3. НА СТРАЖЕ ЧИСТОТЫ
ки могли посчитать серу составной частью любой руды и лю-
бого металла, даже золота. Серой называли «горючее начало» Не стоит связывать серу с проделками нечистой силы.
металлов, ведь при обжиге она выгорала. Другой составной Согласно Библии, сам Господь использовал се для наказа-
частью, отвечающей за ковкость, считали ртуть. ния грешников на земле, в Содоме и Гоморре, и под землей.
Первые христиане избегали языческой мудрости и отно- в аду. Наверное поэтому в XIII—XVII веках в бредящей
сились к алхимикам враждебно. Они, возможно, приписывали дьяволом Европе нечистую силу связывали с запахом серы.
недоступное им знание проискам нечистой силы. Позже цер- Этот элемент стал той самой меткой, которой Бог шельму
ковь примирилась с алхимией, однако во время перехода от метил.
феодализма к капитализму их отношения вновь испортились. Люди тоже с незапамятных времен применяли серу при-
Напуганные инквизицией люди, в том числе и образованные, мерно для тех же целей. Одиссей, например, истребив ненавист-
опять начали считать алхимию подозрительным, колдовским ных соискателей руки Пенелопы, уничтожал самый их дух,
занятием, и не удивительно, что они связывали ее с происками сжигая серу. Серой языческие жрецы окуривали храмы во
дьявола. время церемоний. Может быть, они догадывались, что таким
К сожхтению, сознательное использование серы принес- образом можно прекратить распространение заразных болез-
ло не меньше бед, чем ее случайное участие в людских делах. ней. Наверное и эта процедура сыграла свою роль в приписы-
Самыми черными словами можно помянуть черный порох. вании нечистой силе запаха серы, ведь для первых христиан
Миллионы убитых людей, разрушенные крепости и города, языческие жрецы были слугами дьявола. Как бы то ни было,
катастрофы на пороховых заводах, порабощение народов, и, такой способ дезинфекции благополучно дожил до начала XX
между прочим, истребление многих видов животных — вот века. Врачи, правда, отмечали, что он помогает не при любой
счет, который можно предъявить его использователям. Чем не инфекции, зато весьма удобен, а иногда (например, при унич-
дьявольское снадобье? Именно так и называли его в Европе, тожении возбудителей холеры на поверхности предметов) и
как только он там появился, что, однако, не мешало наращи- вполне надежен.
вать производство черного пороха. В медицине сера нашла множество других примене-
На счету иприта жертв меньше, но его применение в XX ний. Ее часто использовали в виде мази при кожных забо-
пеке в качестве боевого отравляющего вещества ужаснуло леваниях. Великий философ, врач Авиценна в «Каноне ме-
общественность европейских стран. Это соединение, похожее дицины» приводит рецепты не менее двух десяткоз лекарств,
но запаху на горчицу (из-за этого его еще называли горчич- в состав которых входит сера. Ртутным эфиопом (черным
ным газом) впервые выпустили на врага германские войска. сульфидом ртути) и киноварью (красным сульфидом рту-
12 июля 1&17 года у бельгийского города Ипр облака ядови- ти) арабские медики лечили кожные болезни, а сульфидом
того газа накрыли англо-французские части. Мог ли подумать меди и цинка — глазные. Великий врач средневековья Па-
академик Зелинский, открывший в 1886 году дихлордиэтил- рацельс считал, что лихорадка и чума происходят от избыт-
сульфид, что синтезированное им соединение получит назва- ка серы в организме. Правда, он понимал под ней не эле-
ние иприт и станет причиной гибели и увечий 40 тысяч людей мент, а некое мифическое начало: раз оно было в природе
только в Первой мировой Еойне? Что миллионы снарядов с (макрокосме), оно должно было входить и в состав челове-
этим веществом сбросят в Балтийское море или отправят на ка (микрокосма).
склады, где они будут постепенно разрушаться, угрожая но- Дерматологи до сих пор выписывают препараты серы
выми катастрофами? для лечения чесотки и грибковых заболеваний. «При взаимо-
действии серы с органическими веществами образуются суль-
Не к таким страшным, но все же неприятным послед-
фиды и пентатионовая кислота, оказывающие противомик-
ствиям приводило сжигание серы вместе с полезными ископа-
робное и противопаразитарное действие», — пишет по этому
емыми. Когда началась промышленная революция и кочегары
поводу авторитетный медицинский справочник. Кстати, имен-
начали кормить углем ненасытные топки, окись серы вместе с
но эту мазь варила в кастрюльке булгаковская героиня, ведь-
дымом улетала в трубу. К тем же последствиям приводило и
ма Гелла, — ею она лечила больное колено Воланда.
сжигание нефти, и добыча самой серы, когда ее вываривали из
породы. И только несколько десятилетий назад ученые выяс- Атомы серы входят в состав огромного количества ле-
нили, что сернистый газ не просто загрязняет воздух, но и карств, перечислить которые невозможно. Самые знаменитые
превращается в кислотные дожди, которые губят растения. среди них - сульфаниламидные препараты. Они связываются
При этом особенно страдают хвойные леса. с одним из ферментов, вырабатываемых! микроорганизмом, и
ингибируют его, то есть не дают ферменту захватывать из ци-
В темных делах были замечены не только сама сера и се
топлазмы парааминобензойную кислоту и синтезировать фо-
двуокись, но также и сероводород. Этот газ выделяется из
лиевую. В результате такие микроорганизмы гибнут. Подоб-
трещин вблизи вулканов и образуется при гниении органиче-
ные препараты применяют и в ветеринарии.
гких остатков, которые всегда содержат геру. И хотя он немало
10 Химия

ния агрессивных соединений, которые образуются при окисле-
Сера помогает бороться с насекомыми, клешами и болез-
нии органических веществ. Входит сера и в состав кофермеята А
нями растений, которые вызывает все та же «нечисть»: бакте-
— одного из ключевых соединений в обмене белков, жиров и
рии и грибы. Молотую и коллоидную серу, известково-сер-
углеводов. Именно он направляет реакции, в холе которых из
ный отвар долгое время использовали для защиты растений
этих веществ образуется энергия. А поскольку энергия нужна
от грибковых заболеваний: мучнистой росы, гнилей, парши,
для борьбы с любыми вредными воздействиями, б'удь то вирусы,
пятнистости. Не было забыто и древнее окуривание.
бактерии или яды, кофермент А можно считать важным борцом
Соединениями серы консервировали плоды и овощи, за-
за здоровье организма и его внутреннюю чистоту.
щищали суда от обрастания и рыболовные сети от гниения.
Сера входит в состав множества соединений не только
Порошком серы обезвреживают пролитую ртуть. Наконец,
организма человека, но и окружающей среды. Среди них есть
сера помогает наводить чистоту в самом прямом смысле: суль-
яды и противоядия, вещества агрессивные и защитные, сопри-
фатная группа входит в состав молекул синтетических мою-
частные чистоте и связанные с нечистотами.
щих средств.
И в то же время сера ведет вполне мифическое суще-
ствование. Когда-то ее считали орудием кары для грешников,
меткой нечистой силы, мистическим началом металлов. В наши
4. СЕРА В ОРГАНИЗМЕ - «ВНУТРЕННИЙ ОМОН»
дни сведения о ядовитости пестицидов, содержащих серу, из
науки перекочевывают в мифы индустриальной эпохи. Исто-
В нашем организме тоже есть несколько соединений серы,
рия продолжается.
предназначенных для защиты, прежде всего — для обезврежива-




ХИМИЯ МЫЛА
План
1. Получение мыла.
2. Свойства мыла.
2.1. Горение мыла.
2.2. Взаимодействие мыла с кислотами и солями.



нец он объявил, что закончил. Но мальчик возразил: «Мастер
1. ПОЛУЧЕНИЕ МЫЛА
Кристофер, вы еще не чисты». Мальчик тер его тряпичной
мочалкой. Это продолжалось не менее часа» [3].
Согласно греческой мифологии, у бога врачевания Ас-
клепия были дочери Гигея и Панацея. Панацея «ведала» исце- Люди давно поняли, как важна гигиена для здоровья:
лением, а Гигея — здоровьем. От имени Гигея произошло сло- «умываясь, он вспоминал, как она заставляла тщательно мыться
во «гигиена». Гигиенические воззрения греков и римлян со- с мылом, говорила, что это убережет от вшей и чирьев» [4].
ставили основу античного культа тела. Римские бани — термы Моющие средства, среди которых важное место занимает мыло,
— были не только местом, где можно помыться, но и средото- облегчают процесс мытья, стирки и, бесспорно, стали предме-
чием общественной жизни: «В общественных банях он бывал том первой необходимости. В годы войн, разрухи и лихолетья
редко: разве что появится вызывающий восхищение ритор, о мыло, наряду с продуктами питания, относилось к категории
котором идет молва, или когда происходили особенно инте- строго нормируемых, жизненно необходимых товаров.
ресные состязания» [1]. Писатель-фантаст Кир Булычев, повествуя о путеше-
О гигиене в средневековой Европе единого мнения нет. ствии в мир древнегреческого мифа, приводит любопытный
Одни полагают, и это всячески обыграно в многочисленных диалог: «Не знаю, какие сумочки носили гречанки, но мне сум-
книгах и фильмах, что люди в то время мылись крайне редко: ка нужна. Я положу лишь то, что кладут все женщины мира:
«Свадьба состоится через три недели, какой резон мыться рань- зеркало, гребень, мыло... — Никакого мыла! Оно еще не изо-
ше? В мое время девушки не стремились лишний раз раздеть- бретено!» [5]. Однако это заблуждение: в те легендарные вре-
ся под предлогом смывания грязи. Частое мытье — грех перед мена уже пользовались мылом. Описываемые события автор
Господом» [2]. относит к VI в. до н. э., а мыло как обыденная вещь уже упо-
минается в тексте VII в. до н. э. («умылся мылом и много
Другие опровергают это: «Крис считал, что средневеко-
употребил на себя щелоку...»).
вые люди были грязными и вонючими, облепленными много-
летней грязью. Но все обстояло не так: эти люди, казалось, Что же такое мыло? Мылом называют соли щелочных
делали фетиш из чистоты. Рядом находилась лохань с испус- металлов и высших жирных кислот, преимущественно стеа-
кавшей нар водой и лежала скроенная из грубой ткани рука- риновой, пальмитиновой и олеиновой. Традиционное мыло
вица для мытья. Крис принялся усердно скрести себя. Нако- получали расщеплением жиров щелочами, т. с. для получе-
Химия мыла

ния мыла нужны жиры и щелочи - вещества, известные с трия и аммония, практически нерастворимы в воде, и мыло
древнейших времен. плохо мылится в воде, содержащей большое количество со-
«Сварить» мыло, в принципе, можно из любого природ- лей кальция или магния, — образующиеся в результате об-
ного жира. Можно обойтись без едкого натра или кали, заме- менных реакций соли выпадают в осадок. Поэтому гидро-
нив их содой (поташом), а то и растительной золой, но каче- ксид кальция для получения мыла не используют: «Обработ-
ство продукта и условия проведения процесса при этом, разу- ка жира известью дает нерастворимое и, следовательно, бес-
меется, будут существенно отличаться. Избежать осложнения полезное мыло, тогда как при обработке содой получилось
можно, придерживаясь такой методики. бы растворимое мыло, которое могло пригодиться колонис-
В керамическом или стальном сосуде расплавьте 70 г го- там в быту» [6, стр. 152].
ияжьего и 30 г свиного жира, при перемешивании порциями Помимо мыла для мытья и стирки можно использовать
добавьте раствор 25 г едкого натра и 30 мл воды и грейте множество синтетических веществ либо даров природы:
смесь 30 мин на кипящей водяной бане, добавляя по мере «Пусть принесет в умывальню побольше мыла, хвоща, пота-
испарения воду: ша, кипрского корня, диких бобов, отвара лотоса и вообще
Добавьте 100 мл 20%-ного раствора хлорида натрия и, всяких моющих средств...» [7]. Мытье (стирка) — совокуп-
нагревая смесь, добейтесь разделения фаз. Снимите затвер- ность сложных взаимосвязанных и взаимообусловленных
физико-химических процессов, сводящихся в конечном счете
О
к распределению загрязнений в моющей среде. Не вдаваясь в
II
/ СИ - О - С - R подробности, рассмотрим действие мыла.
о о Моющий эффект обусловлен процессами, происходящи-
ми на поверхности раствора, где в связи со спецификой стро-
II
II

си - о - С -с-
-R ONa
•ЗНаОК
ения сосредоточены молекулы мыла (такие вещества называ-
жир
ются поверхностно-активными — ПАВ).
о МЫДП
СИ, -- О П
В воде растворимые соли мыла диссоциируют на ионы:
1*
II
-о-
II
R--сн- -ОН
СП, ( -—
RCOONa + HCl & RCOO" + Na\
1
Анион состоит из протяженного гидрофобного («не лю-
CIL-- О Н
бящего воду») углеводородного фрагмента — «хвоста» -R и
глицерин
гидрофильной («любящей воду») «головы» - СОО˜. Нали-
девгаий ири охлаждении слой мыла и осторожно промойте чие «не любящего воду» фрагмента приводит к тому, что в
небольшим количеством холодной воды; завернув в ткань, растворах мыло существуют в виде макромолекулярных об-
отожмите, тщательно размните и, подогрев, придайте желае- разований — мицелл — совокупности анионов, ориентирован-
мую форму. Из-за остатков щелочи использовать получен-
ных гидрофобными «хвостами» внутрь, а заряженными «го-
пый продукт п быту нельзя, но для изучения химических
ловами» наружу, где формируется слой из полярных молекул
свойств мыла он пригоден.
воды — растворителя. Увидеть мицеллы без специальной ап-
паратуры нельзя, но, проделав несложный опыт, можно кос-
венно убедиться в их существовании.
2. СВОЙСТВА МЫЛА Алхимический принцип «подобное растворяется в по-
добном» лежит в основе действия моющих средств. Мыло
2.1. Горение мыла способствует смачиванию поверхности и проникновению мо-
ющей среды между загрязнителем и загрязненным телом.
При горении мыла образуются углекислый газ, вода и
«Подобное в подобном» — у гидрофобной поверхности за-
минеральная соль, которая затрудняет дальнейший ход про-
грязнителя находятся гидрофобные «хвосты» мыла. Вокруг
цесса. Например, полное окисление стеарата натрия протекает
гидрофильных «голов» формируется внешний слой из моле-
следующим образом:
кул воды — происходит то же, что и при растворении мыла.
2C,7H,5COONa + 52О2 -> 35СО2 + 35Н2О + Na2CO3. Образовавшиеся мицеллы достаточно прочны, чтобы обеспе-
Однако в реальных условиях не весь содержащийся в чить дробление загрязнителя, отрыв его частиц от загрязнен-
мыле углерод успевает прореагировать с кислородом и на- ного тела и переход в объем моющей среды.
блюдается выделение углерода в виде сажи.
Итак, эффективность действия моющих средств зависит
Как соль, образованная слабой кислотой t сильным ос- от ряда факторов, а именно от способности:
нованием, мыло подвергается гидролизу, и его раствор имеет
переносить грязевые частицы (от электростатических вза-
щелочную реакцию. Оно также вступает в реакцию обмена.
имодействий между частицами загрязнения и пеной);
дробить загрязнения и равномерно распределять их в
2.2. Взаимодействие мыла с кислотами и солями объеме моющей среды (от эмульгирующей способности);
смачивать тела (способствовать проникновению моющей
Если к раствору мыла в дистиллированной воде добавить
среды между частицами загрязнителя и загрязненного тела).
несколько капель серной или соляной кислоты, а затем раствора
В реферате использованы факты и примеры из следую-
медного калия или железного купороса, то наблюдается выпаде-
щих художественных произведений: Г. Сенкевич «Камо гря-
ние осадков малорастворимой в воде кислоты или соли:
деши» [1], А. Белянин «Рыжий рыцарь» [2], М. Крайтон «Стре-
RCOONa + HCl -> RCOOHi + NaCl; ла времени» [3], К. Фоллет «Столпы земли» [4], К. Булычев
«Покушение на Тесея» [5], Ж. Берн «Таинственный остров»
2RCOONa + CuSO4 -» (RCOO) 2 Cul + Na2SO4.
[61, В. Нефф «Перстень Борджа» [7].
Соли высших жирных кислот, кроме солей калия, на
12 Химия


ЯДЫ И ТОКСИНЫ
План
1. Характеристика токсичности.
2. Белковые токсины.
3. Небелковые токсины.
4. Животные яды.
5. Растительные яды.
6. Яды, содержащиеся в грибах.
7. Синильная кислота и цианистый калий.



обычно наступает из-за паралича дыхательной мускулатуры.
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ТОКСИЧНОСТИ
Этот токсин ке переносит повышенных температур и разру-
шается при кулинарной обработке, поэтому отравления им
Ядовитые веществ с древних времен привлекали к себе
редки.
особое внимание. С ними связано множество легенд и преда-
ний. Так, белому мышьяку (As2O3) в течение многих веков С токсином столбняка (продукт соответствующей бактерии)
— вторым по ядовитости соединением (LD M - 3,0001 мкг/кг)
сопутствовала слава «порошка для наследников», а в Венеции
знаком практически каждый: его (но в несколько измененном
при ДЕоре дожей держали специалистов-отравителей. Агата
виде) вводят во время прививок. Третье место по токсичности
Кристи в своих детективах часто травила героев мышьяком.
(LD50 = 0,019 мкг/кг) занимает бета-бунгаротоксин, который
Вместе с тем, давно известно, что соединения, ядовитые в боль-
вырабатывается в ядовитой железе змеи бунгарос (она водит-
ших дозах, могут быть целебными в малых, о чем говорил еще
ся в Южной Азии). Почти равен ему по ядовитости токсин —
в первой половине XVI в. Парацельс. Например, традицион-
продукт дифтерийных бактерий, для него LDS0 - 0,24 мкг/кг.
ное орудие убийц — оксид мышьяка в небольших дозах (до 5
Для сравнения: величина LD^ для токсина скорпиона равна
мг) полезен: его назначают внутрь в качестве общеукрепляю-
9 мкг/кг, для токсина гремучей змеи — 50 мкг/кг, для токси-
щего и тонизирующего средства. Недаром алхимический сим-
на очковой змеи — 75 мкг/кг, а смертельная для человека доза
вол мышьяка —' змея — изображен в гербе медицины.
яда кобры составляет 200 мкг/кг.
. Для характеристики токсичности того или иного соеди-
нения чаще всего используют понятие летальной дозы — LD50,
которая вызывает гибель 50 % подопытных животных. Как
правило, дозу измеряют массой яда, приходящегося на 1 кг 3. НЕБЕЛКОВЫЕ ТОКСИНЫ
массы животного. Однако использование понятия летальной
дозы имеет свои ограничения. Во-первых, величину LD50, опре- Из небелковых токсинов самые ядовитые выделены из
деленную, например, для мышей, очень редко можно перено- морских организмов. Их молекулярная масса значительно мень-
сить на других животных. Ядовитость никотина для человека ше: так, у палитоксина она равна 2679, a LDj,, •* 0,45 мкг/кг.
примерно такая же, как и цианистого калия (50-100 мг или ' Источник палитоксина — шестилучевые кораллы зоонтарин.
1-2 капли), тогда как козы и косули вообще мало восприим- Не исключено, что в действительности токсин продуциру-
чивы к никотину. Во-вторых, экспериментально определен- ется вирусом, находящимся в симбиозе с кораллами. Еще
ная, скажем, на мышах доза LD 50 зависит от того, введен ли яд более ядовит майтотоксин (LD 3 0 - 0,05 мкг/кг) и сигуаток-
подкожно, внутривенно, внутримышечно или перорально (че- син (LD 5 0 « 0,35 мкг/кг), выделенные из одноклеточных
рез пищевой тракт). Наконец, даже заведомо нелетальная доза жгутиковых (динофлагелляты), которые найдены в неко-
может привести к серьезному поражению того или иного орга- торых видах плацктона. При размножении данофлагеллят
на, особенно в долгосрочной перспективе, и вызвать в конеч- в воде скапливаются вещества, окрашивающие ее в ржаво-
ном счете гибель организма. Тем не менее величину LDM ши- красный цвет; это явление известно с древнейших времен и
роко используют на практике, в том числе для сравнения ток- получило название «красного прилива». Оно сопровожда-
сичности самых разных классов химических соединений. ется массовой гибелью рыб и других морских организмов, а
также массовыми отравлениями людей, употребляющих в
пищу морепродукты (яды накапливаются в рыбах и мол-
люсках). Сигуатоксин выделен из внутренностей многих
2. БЕЛКОВЫЕ ТОКСИНЫ
рыб, например мурены и макрели.
Самые ядовитые из известных веществ — это высокомо-
лекулярные белковые соединения, вырабатываемые бактери-
ями. Чемпион среди токсинов (так называют белковые яды 4. ЖИВОТНЫЕ ЯДЫ
растительного и животного происхождения) — ботулиниче-
ский токсин: для него LD-0 = 0,00003 мкг/кг," т. е. для гибели Один из самых знаменитых видов животных ядов (зоо-
организма его нужно примерно в 300 млн. раз меньше, чем токсинов) — тетродотоксин. Он содержится в коже и яйцах
цианистого калия. Ботулин — белок с молекулярной массой некоторых жаб, в яйцах калифорнийского тритона, в слюнных
150 000, вырабатываемый бактериями, которые размножают- железах осьминога. Но наибольшую известность ему принес-
ся в испорченных или неправильно хранящихся продуктах ла рыба фугу, у которой яд содержится в яичниках и печени.
питания (колбаса, консервы) при отсутствии кислорода. Смерть Фугу — излюбленное лакомство японцев, однако готовить се
Яды и токсины 13

позволено лишь поварам, имеющим специальную лицензию, рые съедобные грибы — шампиньоны, поплавки и др. Поэто-
поскольку даже двухчасовое кипячение яд не разрушает. Для му отравление этим грибом составляет 90 % всех грибных
тетродотоксина LD50 - 10 мкг/кг, то есть одного миллиграмма отравлений. Для человека смертельная доза аманитина равна
этого яда достаточно, чтобы убить человека. Тетродотоксин 5—7 мг. Если вспомнить, что в одном грибе в среднем содер-
относится к нейротроиным ядам, которые блокируют прони- жится 8 мг аманитина, станет понятным английское название
цаемость мембран нейронов вегетативной нервной системы для бледной поганки — death cup, то есть чаша смерти. Признаки
ионов натрия, что практически мгновенно прерывает нервный отравления — боль в животе, неукротимая рвота, понос с
импульс. На основе тетродотоксина производят обезболива- кровью. Интересно, что для лечения используют подкожные
ющие препараты. инъекции другого яда — атропина.
В продуктах жизнедеятельности микроскопических
(плесневых) грибов содержатся очень ядовитые микотокси-
ны (от греч. mykes — гриб). Самые токсичные из них — пенит-
5. РАСТИТЕЛЬНЫЕ ЯДЫ
рем (LD M - 1 мг/кг), выделенный из плесени Penicillium
crustocum, и афлатоксин Bl (LD^ =• 1,7 мг/кг). При употреб-
Из ядов растительного происхождения (фитотоксины)
лении коровами кормов, загрязненных афлатоксином В1, вы-
самый сильный — гликопротеин рицин (LD50 - 0,1 мг/кг), ос-
сокотоксичный яд (в несколько измененной форме) выделя-
новной токсичный компонент бобов клещевины. Белковая
ется с молоком. Всего известно более 15 различных афла-
часть рицина состоит из 560 аминокислотных остатков, поли-
токсинов — основных загрязнителей пищевых продуктов.
сахаридная составляет около 20 % молекулярной массы, ко-
Афлатоксин В1 оказался самым мощным из известных пече-
торая равна 62 400. В организме рицин вызывает структур-
ночных канцерогенов, его действие проявляется уже при
ную перестройку клеточных мембран и нарушает внутрикле-
дозах 0,01 мг/кг. В ряде стран Азии и Африки выявлена пря-
точный синтез белков. При попадании капелек рицина в лег-
мая корреляция (связь) между частотой заболеваемости ра-
кие его токсичность примерно такая же, как у нервно-парали-
ком печени и содержанием афлатоксинов в пище. Детальное
тического газа зарина: в некоторых странах изучали способы
изучение микотоксинов началось после массового отравле-
боевого применения рицина в виде аэрозоля.
ния в Англии индеек, вызванного плесенью в арахисе, кото-
Два хорошо известных растительных яда — никотин
рым кормили птиц. Оказалось, что в плесени присутствовал
(LD 5 0 - 0,3 мг/кг) и стрихнин (LD S0 * 0,75 мг/кг), который
афлатоксин В1. Этот же микотоксин привел к таинственной
содержится в рвотных орешках (семена Strychnos гшх vomica),
смерти археологов после вскрытия пирамиды Тутанхамона
— относятся к алкалоидам. Регулярное вдыхание табачного
(так называемое «проклятье фараонов»). К счастью, вероят-
дыма вызывает медленное, но неотвратимое разрушение орга-
ность съесть заметные количества микотоксинов мала благо-
нов человека. Вред курения особенно очевиден из того факта,
даря нашему инстинктивному отвращению к плесени И непри-
что взрослого человека может убить инъекция никотина, вы-
ятному запаху пораженных ею продуктов.
деленного из одной-единственной сигары.
В медицине широко применяют алкалоид атропин. Он
содержится в красавке,' белене, дурмане и других растениях
семейства пасленовых. Хотя атропин не так токсичен, как мно- 7. СИНИЛЬНАЯ КИСЛОТА И ЦИАНИСТЫЙ
гие другие алкалоиды (для него LDj,, = 400 000 мкг/кг), имен- КАЛИЙ
но этот яд — наиболее частая причина отравления в средних
широтах. Маленькие дети принимают сладкие черные ягоды Вероятно, самый известный яд — синильная кислота и
белладонны за вишневые и могут отравиться насмерть, съев ее калиевая соль (цианистый калий). Для этих соединений
всего три-четыре ягоды. LD S 0 = 10 мг/кг, что почти в миллиард раз больше, чем у
ботулинического токсина. Синильная кислота при попадании
в организм связывается с ферментом цитохромоксидазой и
блокирует клеточное дыхание. Это соединение может быть
6. ЯДЫ, СОДЕРЖАЩИЕСЯ В ГРИБАХ
причиной отравлений при горении полимеров (образуется при
термическом разложении нейлона и полиуретанов), при упот-
Относительно простое строение имеют яды, содержащи-
реблении в пищу ядер абрикосовых косточек: в них цианид
еся в высших грибах. Из них один из самых токсичных —
находится в связанном состоянии в виде амигдалина, смер-
мускарин, который присутствует в мухоморе красном (Amanita
тельная доза составляет 1 г. Это количество амигдалина со-
rriuscana) и других грибах. Уже в дозах 0,001 мкг/кг мускарин
держится в 100 г абрикосовых ядер. Еще менее ядовит «бе-
снижает амплитуду и частоту сердечных сокращений, в боль-
лый мышьяк» (As2O3), для которого LD50 =15,1 мг/кг.
ших дозах вызывает спазмы мышц, судороги, слюнотечение.
Для человека при приеме внутрь LD50 *• 0,7 мг/кг. Если сравнить токсичность различных соединений (в еди-
ницах моль/кг) от их молекулярной массы, то окажется, что
Значительно сложнее устроена молекула бициклическо-
существует прямолинейная зависимость: чем больше масса мо-
го октапептида альфа-аманитина, который содержится в блед-
лекулы, тем токсичнее соединение. Однако из этого не следу-
ной поганке. И если красный мухомор вряд ли спутаешь с
ет, что можно отравиться полиэтиленом.
другими грибами, то бледная поганка очень похожа на некото-
14 Химия


УГЛЕРОД
План
1. Распространение в природе
2. Физические и химические свойства углерода
3. Народнохозяйственное значение углерода
4. Углерод в организме


(А = 3,560 Е). Заметное превращение алмаза в графит наблю-
дается при температурах свыше 1 400°С в вакууме или в инерт-
ной атмосфере. При атмосферном давлении и температуре
1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ В ПРИРОДЕ
около 3 700°С графит испаряется.
Углерод (лат. Carboneum, С) — химический элемент IV Жидкий углерод может быть получен при давлении'выше
группы периодической системы Менделеева. Известны два 103 Мпа и температурах выше 3 700°С. Для твердого углеро-
стабильных изотопа 12С (98,892%) и 13С (1,108%). да (кокс, сажа, древесный уголь) характерно также состояние
Углерод известен с глубокой древности. Древесный с неупорядоченной структурой — «аморфный» углерод, кото-
уголь служил для восстановления металлов из руд, алмаз — рый не представляет собой самостоятельной модификации; в
как драгоценный камень. Значительно позднее стал приме- основе его строения лежит структура мелкокристаллического
няться графит для изготовления тиглей и карандашей. графита. Нагревание некоторых разновидностей «аморфно-
В 1778 г. К. Шееле, нагревая графит с селитрой, обна- го» углерода выше 1 500—1 600°С без доступа воздуха вызы-
ружил, что при этом, как и при нагревании угля с селитрой, вает их превращение в графит. Физические свойства «аморф-
выделяется углекислый газ. Химический состав алмаза был ного» углерода очень зависят от дисперсности частиц и нали-
установлен в результате опытов А. Лавуазье (1772) по изуче- чия примесей. Плотность, теплоемкость, теплопроводность и
нию горения алмаза на воздухе и в результате исследований электропроводность «аморфного» углерода всегда выше, чем
С. Теннанта (1797), доказавшего, что одинаковые количества графита.
алмаза и угля дают при окислении равные количества угле- Карбин получен искусственно. Он представляет собой
кислого газа. Углерод как химический элемент был признан мелкокристаллический порошок черного цвета (плотность р
только в 1789 г. А. Лавуазье. Латинское название carboneim 3
(4°С) - 1,9—2 г/см ). Построен из длинных цепочек атомов
углерод получил от сагЪо — уголь. углерода, уложенных параллельно друг другу.
Среднее содержание углерода в земной коре составляет Лонедейлит найден в метеоритах и получен искусствен-
2
2,3 • 10˜ % по массе. Углерод накапливается в верхней части но; его структура и свойства окончательно не установлены.
земной коры (биосфере): в живом веществе 18 % углерода, в Электронная конфигурация внешней оболочки углеро
древесине — 50 %, в каменном угле — 80 %, в нефти — 85 %, в 2 2
да 2s 2p :
антраците — 96 %. Значительная часть углерода литосферы
сосредоточена в известняках и доломитах.
Число собственных минералов углерода — 112, исклю-
чительно велико число органических соединений углерода —
углеводороды и их производные. Для углерода характерно образование четырех ковалгпт-
С накоплением углерода в земной коре связано накопле- ных связей, обусловленное возбуждением внешней оболочки
ние и многих других элементов, сорбируемых органическим до состояния 2s(2p3:
веществом и осаждающихся в виде нерастворимых карбона-
тов и т. д.
По сравнению со средним содержанием углерода в зем-
ной коре, человечество в исключительно больших количествах
извлекает углерод из недр (уголь, нефть, природный газ), т. к. Поэтому углерод способен в равной степени как притя-
эти ископаемые — основные современные источники энергии. гивать, так и отдавать электроны. Химическая связь может
осуществляться за счет образования sp3-, sp2- и sp-гибридных
Углерод широко распространен также в космосе; на Солн-
це он занимает четвертое место после водорода, гелия и кис- орбиталей, которым соответствуют координационные числа
лорода. 4, 3 и 2. Число валентных электронов углерода и число вален-
тных орбиталей одинаково — это одна из причин устойчиво-
сти связи между атомами углерода.
Уникальная способность атомов углерода соединяться
2. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
между собой с образованием прочных и длинных цепей и цик-
УГЛЕРОДА
лов привела к возникновению громадного числа разнообраз-
ных соединений углерода, изучаемых органической химией.
Известны четыре кристаллические модификации угле-
В соединениях углерод проявляет степени окисления -4;
рода: графит, алмаз, карбин и лонедейлит.
+2; +4. Атомный радиус 0,77 Е, ковалентные радиусы 0,77 Е,
Графит — серо-черная, непрозрачная, жирная на ощупь,
0,67 Е, 0,60 Е соответственно в одинарной, двойной и тройной
чешуйчатая, очень мягкая масса с металлическим блеском.
связях; ионный радиус С'" 2,60 Е, С' 0,20 Е. При обычных
Алмаз — очень твердое кристаллическое вещество. Кри-
условиях углерод химически инертен, при высоких темпера-
сталлы имеют кубическую гранецентрированную решетку
Углерод 15

турах он соединяется со многими элементами, проявляя силь- один другой элемент периодической системы. Между атома-
ные восстановительные свойства. ми углерода, а также между углеродом и другими элементами
Все формы углерода устойчивы к щелочам и кислотам и образуются прочные химические связи, которые, однако, мо-
медленно окисляются только очень сильными окислителями, гут быть разорваны в сравнительно мягких физиологических
например хромовой смесью (смесь концентрированных HNO3 условиях (эти связи могут быть одинарными, двойными и трой-
и КС1О3) или кислородом: ными).
Способность углерода образовывать 4 равнозначные ва-
2С + О2 (недост.) 2СО
лентные связи с другими атомами создает возможность для
С + О2 (изб.) построения углеродных скелетов различных типов — линей-
«Аморфный» углерод реагирует с фтором при комнат- ных, разветвленных, циклических.
ной температуре, графит и алмаз — при нагревании. Непосред- Показательно, что только всего три элемента (С, О, Н)
ственно соединение углерода с хлором происходит в электри- составляют 98 % общей массы живых организмов. Этим до-
ческой дуге; с бромом и йодом углерод не реагирует, поэтому стигается определенная экономичность в живой природе: при
многочисленные галогениды углерода синтезируют косвен- практически безграничном структурном разнообразии угле-
ным путем. Из оксигалогенидов общей формулы СОХ2 (где X родистых соединений небольшое число типов химических свя-
— галоген) наиболее известна хлорокись СОС12 (фосген). зей позволяет намного сократить количество ферментов, не-
При температурах выше 1 000°С углерод взаимодейству- обходимых для расщепления и синтеза органических веществ.
ет с металлами, давая карбиды: Особенности строения атома углерода лежит в основе раз-
Все формы углерода при нагревании восстанавливают личных видов изомерии органических соединений (способность
окислы металлов с образованием свободных металлов (Zn, к оптической изомерии оказалась решающей в биохимической
Cd, Си, Pb и др.) ИЛИ карбидов (СаС2, Мо2С, WC, ТаС и др.): эволюции аминокислот, углеводов и некоторых алкалоидов).
Согласно теории А. И. Опарина, первые органические
соединения на Земле имели абиогенное происхождение. Ис-
СаО + ЗС -?-* СаС2 + СОТ. точниками углерода служили метан (СН 4 ) и цианистый водо-
Углерод реагирует при температурах выше 600—800°С с род (НСН), содержавшиеся в первичной атмосфере Земли. С
водяным паром и углекислым газом: возникновением жизни единственным источником неоргани-
ческого углерода, за счет которого образуется все органичес-
>СО + Н2Т;
кое вещество биосферы, является двуокись углерода (СО 2 ),
находящаяся в атмосфере, а также растворенная в природных
Q-
водах в виде HCOj. Наиболее мощный механизм усвоения
Все формы углерода нерастворимы в обычных неорга-
(ассимиляция) углерода (в форме СО2) — фотосинтез — осу-
нических и органических растворителях, но растворяются в
ществляется повсеместно зелеными растениями. На Земле су-
некоторых расплавленных металлах (например, Fe, Ni, Co).
ществует и эволюционно более древний способ усвоения СО2
путем хемосинтеза; в этом случае микроорганизмы-хемосин-
тетики используют не лучистую энергию Солнца, а энергию
3. НАРОДНОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ
окисления неорганических соединений.
Народнохозяйственное значение углерода определяется Большинство животных потребляют углерод с пищей в
тем, что свыше 90 % всех первичных источников потребляе- виде уже готовых органических соединений. В зависимости
мой в мире энергии приходится на органическое топливо, гла- от способа усвоения органических соединений принято раз-
венствующая роль которого сохранится и на ближайшие де- личать автотрофные и гетеротрофные организмы.
сятилетия, несмотря на интенсивное развитие ядерной энерге- Применение для биосинтеза белка и других питательных
тики. Только 10 % добываемого топлива используется в каче- веществ микроорганизмов, использующих в качестве един-
стве сырья для основного органического синтеза и нефтехи- ственного источника углерода углеводороды нефти, — одна
мического синтеза, для получения пластичных масс и др. из важных современных научно-технических проблем.
I [омимо стабильных изотопов углерода, в природе рас-
и
пространен радиоактивный С (в организме человека его со-
держится 0,1 мк Кюри). С использованием изотопов углерода
4. УГЛЕРОД В ОРГАНИЗМЕ
в биологических и медицинских исследованиях связаны мно-
гие крупные достижения в изучении обмена веществ и круго-
Углерод — важнейший биогенный элемент, составляю-
ворота углерода в природе. Так, с помощью радиоуглеродной
щий основу жизни на Земле, структурная единица огромного
метки была доказана возможность фиксации растениями и
числа органических соединений, участвующих в построении
тканями животных, установлена последовательность реакции
организмов и в обеспечении их жизнедеятельности (бионоли-
меры, а также многочисленные низкомолекулярные биологи- фотосинтеза, изучен обмен аминокислот, прослежены пути
чески активные вещества — витамины, гормоны, медиаторы и биосинтеза многих биологически активных соединений и т. д.
др.). Значительная часть необходимой организмам энергии Применение | 4 С способствовало успехам молекулярной био-
образуется в клетках за счет окисления углерода. Возникно- логии в изучении механизмов биосинтеза белка и передачи
вение жизни на Земле рассматривается в современной науке наследственной информации. Определение удельной актив-
как сложный процесс эволюции углеродистых соединений. 14
ности С в углеродсодержащих органических остатках по-
зволяет судить об их возрасте, что используется в палеонто-
Уникальная роль углерода в живой природе обусловле-
логии и археологии.
нп его свойствами, которыми в совокупности не обладает ни
16 Химия


ХЛОР
План
1. Историческая справка.
2. Распространение в природе.
3. Физические и химические свойств:).
4. Получение хлора.
5. Применение хлора.
6. Хлор в организме.
7. Отравление хлором.




1. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА 3,814 Мпа. Теплота плавления 90,3 кДж/кг; теплота испарения
288 кДж/кг; теплоемкость газа при постоянном давлении
0,48 кДж/(кг-к). Хлор хорошо растворяется в TiCl4, SiCI4, SnCI,
Хлор (лат. Chlorum), Cl — химический элемент VII груп-
И в некоторых органических растворителях (особенно в гексэнн
пы периодической системы Менделеева, атомный номер 17, атом-
и четыреххлористом углероде).
ная масса 34,453; относится к семейству галогенов. При нор-
мальных условиях хлор — желто-зеленый газ с резким раздра- Молекула хлора двухвалентна ( С ! 2 ) . Степень термиче-
жающим запахом. Природный хлор состоит из двух стабиль- ской диссоциации С12 + 243 кДж 2С1 при 1 000 К равна 2,07 х
ных изотопов: М С1 (75,77%) и 37С1 (24,23%). Искусственно по- 4
х Ю- %, при 2 500 К - 0,909 %.
лучены радиоактивные изотопы с массовыми числами 32, 33, Внешняя электронная конфигурация атома Cl 3s 2 3p 5 . В
34, 36, 38, 39, 40 и периодами полураспада Т 1/2 соответствен- соответствии с этим хлор в соединениях проявляет степени
3б К
но 0,31; 2,5; 1,56 сек; 3,1-105 лет, 37,3; 55,5 и 1,4 мин. С1 и С1 окисления - 1 , + 1 , +3, +4, +5, +6 и +7. Ковалентный радиус
используются как изотопные индикаторы. атома 0,99 Е, ионный радиус С\- 1,82 Е, сродстве! атома хлора к
электрону 3,65 эВ, энергия ионизации 12,97 эВ.
Хлор получен впервые в 1774 г. К, Шееле взаимодей-
ствием соляной кислоты с пиролюзитом Мп л О 2 . Однако толь- Химически хлор очень активен, непосредственно соеди-
ко в 1810 году Г. Дэви установил, что хлор — элемент и назвал няется почти со всеми металлами (с некоторыми только в при-
его chlorine (от греч. слова chloros — желто-зеленый). В 1813 сутствии влаги или при нагревании) и с неметаллами (кроме
году Ж. Л. Гей-Люссак предложил для этого элемента назва- углерода, азота, кислорода, инертных газов), образуя соот-
ние хлор. ветствующие хлориды:
с металлами:
кС1 2 + 2Ме -> 2МеС1„,
2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ В ПРИРОДЕ с неметаллами:
Si + 2С12 -* SiCl 4 + Q.
Хлор встречается в природе только в виде соединений,
2S + С12 S 2 C! 2 .
2
среднее содержание хлора в земной коре 1,7 • 10˜ % по массе, в
I, + ЗС1 2 -> 21С13.
кислых изверженных породах — гранитах — 2,4 • 10˜2 %, в ос-
новных и ультраосновных — 5 • 10" 3 %. Основной путь, кото- Хлор вступает в реакцию со многими соединениями:
рым хлор попадает в земную кору — водная миграция. В виде замещает ОН" в предельных углеводородах:
иона Or он содержится в Мировом океане (1,93 % ) , подземных
ROH + С1- ?=> RC1 + ОН-,
рассолах и соляных озерах. Число собственных минералов (пре-
присоединяется к ненасыщенным соединениям'
имущественно природных хлоридов) — 97, главный из них —
СН, - СН2 + С12 -> С Н , - СН 2 .
каменная соль NaCi. Известны также крупные месторождения
II
хлоридов калия и магния и смешанных хлоридов: сильвин КС1, Cl C1
сильвинит (Na, К) С1, корналит КС1 • MgCl 2 • 6Н 2 О, каинит Хлор вытесняет бром и йод из их соединений г подоро
КС1 • MgSO 4 • ЗН 2 О, бишофит MgCl 2 • 6Н 2 О. В истории Земли дом и металлами:
большое значение имело поступление содержащегося в вул-
MgBr 2 + Clj -> MgCl 2 + Br2,
канических газах HCI в верхние части земной коры.
2KI + Cl 2 -> 2KC1 + Ij,
2HHal + Clj -> 2HC1 + Hal 2 (Hai - Br, I).
Из соединений хлора с этими элементами он вытггпясггя
3. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
фтором:
ХЛОРА
2МеС1„ + nF 2 -> 2MeF, + nCl.T.
Хлор имеет температуру кипения 34,05°С, температуру плав- Щелочные металлы в присутствии влаги взаимодейству-
ления — 10ГС. Плотность газообразного хлора при нормальных ют с хлором с воспламенением, большинство металлов реаги-
условиях 3,214 г/дм3; насыщенного пара при 0°С — 12,21 г/дм3; руют с сухим хлором только при нагревании. Сталь, а также
жидкого хлора при температуре кипения — 1,557 г/см3; твердого некоторые металлы стойки в атмосфере сухого хлора в усло-
хлора при 102°С — 1,9 г/см 3 . Давление насыщенных паров виях невысоких температур, поэтому их используют для изго-
хлора при 0°С 0,369 Мпа, при 25°С - 0,772 Мпа, при 100 °С - товления аппаратуры И хранилищ для сухого хлора. Фосфор
Хлор 17

воспламеняется в атмосфере хлора, образуя РС13, а при даль- ция, натрия и лития электролизом расплавленных хлори-
нейшем хлорировании — РС1 5 : дов. В 1975 году мировое производство хлора составляло
2Р + С12 -> 2РС15. около 23 млн тонн.
Сера с хлором при нагревании дает S2C12, SC12 и другие Применяются два основных метода электролиза водных
SnClm. Мышьяк, сурьма, висмут, стронций, теллур энергично . растворов NaCI: в электролизерах с твердым катодом и порис-
взаимодействуют с хлором. Смесь хлора с водородом горит той фильтрующей диафрагмой; в электролизерах с ртутным
бесцветным или желто-зеленым пламенем с образованием катодом. По обоим методам на графитовом или оксидном ти-
хлористого водорода (это цепная радикальная реакция): тано-рутениевом аноде выделяется газообразный хлор. По
первому методу на катоде выделяется водород и образуется
Н, + С1, 2НС1.
раствор NaOH и NaCI, из которого последующей переработ-
Максимальная температура водородно-хлористого пла- кой выделяют товарную каустическую соду. По второму ме-
мени 2 200°С. Смеси хлора с водородом, содержащие от 5,8 до тоду на катоде образуется амальгама натрия, при ее разложе-
88,3 % Н 2 , взрывоопасны. нии чистой водой в отдельном аппарате получаются раствор
С кислородом хлор образует окислы: С12О, С1О2, С12О6, NaOH, водород и чистая ртуть, которая вновь идет в произ-
С12О;, С12Оа, а также гипохлориты (соли хлорноватистой кис- водство. Оба метода дают на 1 тонну хлора 1,125 тонны NaOH.
лоты НС1О), хлориты (соли хлористой кислоты НС1О2), хло-
Электролиз с диафрагмой требует меньших капитало-
раты (соли хлорноватой кислоты НС1О3) и перхлораты (соли вложений для организации производства хлора, дает более
хлорной кислоты НС1О4). Все кислородные соединения хло- дешевый NaOH. Метод с ртутным катодом позволяет полу-
ра образуют взрывоопасные смеси с легко окисляющимися чать очень чистый NaOH, но потери ртути загрязняют окру-
веществами. Окислы хл«ра малостойки и могут самопроиз- жающую среду. В 1970 году по методу с ртутным катодом про-
вольно взрываться, гипохлориты при хранении медленно раз- изводилось 62,2 % мировой выработки хлора, с твердым като-
лагаются, хлораты и перхлораты могут взрываться под влия- дом — 33,6 % и прочими способами — 4,3 %. После 1970 года
нием инициаторов. начали применять электролиз с твердым катодом и ионооб-
Хлор в воде гидролизуется, образуя хлорноватистую и менной мембраной, позволяющей получать чистый NaOH без
соляную' кислоты: использования ртути.
С12 + Н 2 О *» НС1О + НС1.
При хлорировании сухой гидроокиси кальция получают
хлорную известь: 5. ПРИМЕНЕНИЕ ХЛОРА
Са(ОС1)2 СаС12 2Н 2 О.
2С12 + 2Са(ОН) 2
хлорная Одной из важных отраслей химической промышленно-
известь сти является хлорная промышленность. Основные количе-
При хлорировании органических соединений хлор либо ства хлора перерабатываются на месте его производства в хлор-
помещает водород: содержащие соединения. Хранят и перевозят хлор в жидком
R - Н + С1, - RC1 + НС1, виде в баллонах, бочках, железнодорожных цистернах или в
либо присоединяется по кратным связям: специально оборудованных судах. Для индустриальных стран
характерно следующее применение хлора: на производство
\ / \
С-С, хлорсодержащих органических соединений — 60—75 %; на про-
С - С +С1 2
/I 1\
\ изводство неорганических соединений, содержащих хлор, -
С1 Г.]
10—20 %, на отбелку целлюлозы и тканей — 5—15 %, на сани-
образуя различные хлорсодержащие органические соеди- тарные нужды и хлорирование воды — 2—6 % от общей выра-
нения. ботки.
Хлор образует с другими галогенами межгалогенные со- Хлор применяется также для хлорирования некоюрых
единения. Фториды C1F, C1F3, C1F5 очень реакционноспособ- руд с целью извлечения титана, ниобия, циркония и др.
ны; например, в атмосфере C1F3 (стеклянная вата) самовос-
пламеняется. Известны соединения хлора с кислородом и фто-
ром - оксифториды хлора: C1O3F, C1O2F3, C1OF, C1OF3 и пер-
б. ХЛОР В ОРГАНИЗМЕ
хлорат фтора FC1O4.
Хлор — один из биогенных элементов, постоянный ком-
понент тканей растений и животных. Содержание хлора в ра-
4. ПОЛУЧЕНИЕ ХЛОРА стениях — от тысячных долей процента до целых процентов, у
животных — десятые и сотые доли процента. Суточная по-
Хлор начали получать в промышленности в 1785 году требность взрослого человека в хлоре (2—4 г) покрывается
язаимодействием соляной кислоты с двуокисью марганца или за счет пищевых продуктов. С пищей хлор поступает обычно
пиролюзитом: .. в избытке в виде хлорида натрия и хлорида калия. Особенно
богаты хлором хлеб, мясные и молочные продукты.
HCI С12Т + 2Н 2 О.
В организме животных хлор — основное осмотически
В 1867 году английский.химик Г. Дикон разработал спо-
активное вещество плазмы крови, лимфы, спинномозговой
соб получения хлора окислением НС1 кислородом воздуха в
жидкости и некоторых тканей. Хлор играет важную роль в
присутствии катализатора. С конца XIX — начала XX в. хлор
водно-солевом обмене, способствуя удержанию тканями воды.
получают электролизом водных растворов хлоридов ще-
Регуляция кислотно-щелочного равновесия в тканях осуще-
лочных металлов. По этим методам в 70-х годах XX в. про-
ствляется наряду с другими процессами путем изменения в
изводилось 90—95 % хлора в мире. Небольшое количество
распределении хлора между кровью и другими тканями. Хлор
\гчпрл пплучпют попутно при производстве магния, каль-
18 Химия

ких концентраций хлора отмечаются стеснение и боль в груди,
участвует в энергетическом обмене у растений, активируя как
сухой кашель, учащенное дыхание, резь в глазах, слезотече-
окислительное фосфорилирование, так и фотофосфорилиро-
ние, повышение содержания лейкоцитов в крови, повышение
вание. Хлор положительно влияет на поглощение корнями
температуры тела. Возможны бронхопневмония, токсический
кислорода.
отек легких, депрессивные состояния, судороги. В легких слу-
Хлор необходим для образования кислорода в процессе
чаях выздоровление наступает через 3—7 суток. Как отдален-
фотосинтеза изолированными хлоропластами. В состав боль-
ные последствия наблюдаются катары верхних дыхательных
шинства питательных сред для искусственного культивиро-
путей, рецидивирующий бронхит, пневмосклероз; возможны
вания растений хлор не входит. Возможно, для развития рас-
активизация туберкулеза легких.
тений достаточны весьма малые концентрации хлора.
При длительном вдыхании небольших концентраций хло-
ра наблюдаются аналогичные, но медленно past ивающиеся
формы заболевания.
7. ОТРАВЛЕНИЯ ХЛОРОМ
Профилактика отравлений: герметизация производства
и оборудования, эффективная вентиляция, при необходимо-
Отравления хлором возможны в химической, целлюлоз-
сти использование противогаза. Предельно допустимая кон-
но-бумажной, текстильной, фармацевтической промышленно-
центрация хлора в воздухе производственных псмещений —
сти. Хлор раздражает слизистые оболочки глаз и дыхатель-
1 мг/м3. Производство хлора, хлорной извести и других хлор-
ных путей. К первичным воспалительным изменениям обыч-
содержащих соединений относится к производствам с вред-
но присоединяется вторичная инфекция. Острое отравление
ными условиями труда.
развивается почти немедленно. При вдыхании средних и низ-




ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ
План
1. Механизм парникового эффекта.
2. Парниковые газы.
3. Влияние деятельности человека на усиление парникового эффекта.
4. Отрицательные последствия парникового эффекта.


1. МЕХАНИЗМ ПАРНИКОВОГО ЭФФЕКТА пара в атмосфере определяется планетарным круговоротом
воды и при сильных широтных и высотных колебаниях в це-
Образное название «парниковый эффект» получило при- лом практически постоянно.
родное явление, суть которого заключается в том, что атмо- Остальные 40 % теплового излучения Земли задержива-
сфера задерживает идущее от земной поверхности тепловое ют другие парниковые газы, в том числе более 20 % — угле-
излучение (подобно пленке над огородным парником). кислый газ.
Энергия, поступающая на нашу планету от Солнца, опре- Основные источники углекислого газа в атмосфере —
деляет ход всех биологических процессов на Земле. Из обще- извержения вулканов и естественные Лесные noacs ры. На заре
го количества этой энергии 20 % поглощается атмосферой, геобиохимической эволюции Земли (то есть тогда, когда воз- .
34% отражается облаками и земной поверхностью и уходит никли первые биологические соединения) углекислый газ по-
обратно в космос. Оставшиеся 46 % энергии доходят до зем- ступал в Мировой океан через подводные вулканы и выде-
ной поверхности и нагревают ее. Нагретая земля в свою оче- лялся в атмосферу.
редь излучает длинноволновую инфракрасную (тепловую) ра- До сих пор нет точных оценок содержания углекислого
диацию, которая частично уходит в космос, а частично остает- газа в атмосфере на ранних этапах ее развития. A.v ериканский
ся в атмосфере, задерживаясь входящими в ее состав газами и геохимик Д. Марэ полагает, что содержание углекислого газа
нагревая приземные слои воздуха. в атмосфере в первый миллиард лет ее существования было в
1000 раз больше, чем в настоящее время, — около 39 %. Тогда
температура воздуха в приземном слое достигала почти 100°С,
2. ПАРНИКОВЫЕ ГАЗЫ
а температура воды в Мировом океане приближалась к точке
кипения (сверхпарниковый эффект).
Газы, задерживающие тепловое излучение и препятству-
С появлением фотосинтезируюших организмов стал дей-
ющие оттоку тепла в космическое пространство, называются
ствовать мощный механизм изъятия из атмосферы и океана
парниковыми газами.
углекислого газа — ведь он необходим для фотосинтеза. Свя-
Благодаря парниковому эффекту среднегодовая темпе-
занный живыми организмами, углекислый газ стал отклады-
ратура у поверхности Земли в последнее тысячелетие состав-
ваться в осадочных породах и парниковый эффект стал посте-
ляет примерно 15°С. А без него она опустилась бы до -18°С и
пенно уменьшаться, пока не установилось равновесие в био-
существование жизни на Земле стало бы невозможным.
сфере, при котором содержание углекислого газа з атмосфере
Основной парниковый газ — водяной пар, задерживает
составляло 0,03 %.
до 60 % теплового излучения Земли. Содержание водяного
Парниковый эффект 19

3. ВЛИЯНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА мата, впервые были высказаны в конце XIX — начале XX в. В
1922 году английский герцог Шерлок выдвинул идею, что эти
НА УСИЛЕНИЕ ПАРНИКОВОГО ЭФФЕКТА
изменения прямо связаны с содержанием углекислого газа в
атмосфере, а следовательно, и с возрастающими масштабами
С началом эпохи индустриализации в атмосферу стал по-
использования ископаемого горючего топлива.
ступать углекислый газ, образующийся в результате сжигания
ископаемого топлива; На Международной конференции ученых по проблеме
антропогенного изменения климата, прошедшей в Торонто в
С + О2 —» СО2 — реакция сжигания угля;
1988 году, был сделан вывод, что последствия усиления пар-
С8Н8 + 5О2 —> ЗСО2 + 4Н2О — реакция сжигания газа;
никового эффекта уступают лишь последствиям мировой ядер-
С
25Н52 + 3 8 О 2 -> 25СО2 + 26Н2О - так сгорает мазут. ной войны. Тогда при ООН была создана межправительствен-
Выбросы углекислого газа в атмосферу значительно воз- ная группа экспертов по проблемам изменения климата, кото-
росли во второй половине XX века. Основной причиной этого рая занялась всесторонним изучением проблем влияния чело-
стала колоссальная зависимость современной мировой эконо- века на изменение климата. О результатах их работы сказано в
мики от ископаемых видов топлива. В настоящее время, на- докладе: «Выбросы в атмосферу, вызванные человеческой де-
пример, ископаемое топливо обеспечивает 75% мирового про- ятельностью, приводят к существенному увеличению концент-
изводства электрической энергии. По оценкам экспертов рации парниковых газов. Это увеличивает парниковый эф-
ООН, с начала XX в. увеличение выбросов углекислого газа фект, что приводит к дополнительному нагреву земной по-
составляло от 0,5% до 5% в год. В результате только за счет верхности».
сжигания топлива в атмосферу поступило 400 млрд. тонн уг- По мнению ряда ученых, средняя температура на планете
лекислого газа. Согласно расчетам специалистов, сейчас ат- возросла по сравнению с доиндустриальным периодом (конец
мосфера содержит на 25 % углекислого газа больше, чем его XIX ст.) примерно на 0,6°С. По самым оптимистическим про-
было накоплено за последние 160 тысяч лет. По мнению неко- гнозам, к 2025 г. повышение температуры составит 2,5°С, а к
торых ученых, произошло нарушение биосферного углерод- концу XXI столетия — почти 6°С.
ного круговорота: поступление углекислого газа в атмосферу Среди важных проблем, связанных с усилением парни-
стало превышать его потребление живыми организмами. кового эффекта и потеплением климата, выделяется проблема
В настоящее время в мире в результате сжигания топли- повышения уровня Мирового океана за счет таяния матери-
ва на тепловых электростанциях, промышленных предприя- ковых и морских льдов и проблема теплового расширения
тиях и в автомобильных двигателях в атмосферу ежегодно воды в океане. За прошедшее столетие уровень Мирового
выбрасывается более 5 млрд. тонн углекислого газа. Еще 1 — океана повысился на 10—25 см, а к концу XXI столетия может
2 млрд. тонн его уходит в атмосферу за счет сжигания лесов, повыситься уже на 1—2 м. Если же произойдет разрушение
главным образом, тропических. Леса исчезают с поверхности ледовых щитов Антарктиды и Гренландии, то уровень океана
планеты с катастрофической скоростью, за последние два века повысится на 10 м, а это повлечет исчезновение с карты мира
их площадь сократилась вдвое. Влажные тропические леса десятков государств.
начали интенсивно сгорать с середины XX в. (в среднем они Постепенное повышение уровня Мирового океана так
исчезают со скоростью 1 га в минуту или 5 тыс. км2 в год). же вынудит сотни миллионов людей мигрировать из прибреж-
25 % промышленных выбросов углекислого газа в ат- ных зон, дельт рек и островов. Вода затопит многие примор-
мосферу за счет сжигания топлива дают США и страны Евро- ские города, серьезно пострадают места нереста рыб. Больше
союза, 11 % — Китай, 9 % — Россия. всех пострадают Китай, Египет, Бангладеш, Нидерланды, Япо-
К другим парниковым газам, появление которых в ат- ния, США.
мосфере в значительном количестве обусловлено хозяйствен- Потепление климата приведет также к высвобождению
ной деятельностью человека, относятся: метана, находящегося в лоне вечной мерзлоты в виде гидрата
метан СИ,, поступающий с рисовых полей (около 110 метана. Гидрат метана — это твердое вещество, состоящее из
млн. тонн в год); в результате утечек природного газа при кристаллов воды и металла, поглощенного под давлением во-
иефте- и угледобыче (до 50 млн. тонн в год). Доля его влия- дой. По оценкам, в зоне вечной мерзлоты метана содержится
ния на усиление парникового эффекта составляет 15 %; во много раз больше, чем во всей живой материи на Земле.
фторхлоруглеводы (фреоны), утечка которых происхо- Повышение средних температур на земном шаре может
дит на промышленных и других объектах. Доля их влияния вызвать и существенные изменения в течении процессов био
12-24%; сферы:
оксиды азота, попадающие в атмосферу вследствие сжи- — нарушение круговоротов главных биологических эле
гания топлива в реактивных самолетных и ракетных двигате- ментов;
лях, применения азотных удобрений в сельском хозяйстве. - изменения характера облачности и связанные с этим
Доля их влияния 5—6 %. климатические изменения;
В последние годы отмечается постепенное возрастание — изменение распределения осадков по регионам;
содержания этих парниковых газов в атмосфере. - смещение климатических зон и, в частности, увеличе
ние пустынь;
-- нарушение биологических ритмов развития растений
и вследствие этого — длительные периоды неурожаев глав-
4. ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ
ных сельскохозяйственных культур.
ПАРНИКОВОГО ЭФФЕКТА
Таким образом, парниковый эффект - это сложнейшее
явление, в котором тесно переплелись и взаимодействуют при-
Предположения, что последствиями хозяйственной дея-
родные процессы и результаты человеческой деятельности.
тельности ЧРЛОВРКЯ могут стать значительные изменения кли-
20 Химия

ИНТЕРЕСНЫЕ И ОПАСНЫЕ СВОЙСТВА РТУТИ
лопротеидов. Более того, циркулирующие в крэви «свобод-
Ртуть — единственный металл, находящийся при комнат-
ные» атомы ртути, попавшие туда из легких, также образуют
ной температуре в жидком состоянии. Она обладает многими
соединения с белковыми молекулами. Нарушение нормаль-
интересными особенностями, которые раньше использовали
ной работы белков-ферментов приводит к глубским наруше-
для. эффектных лекционных опытов. Например, она хорошо
ниям в организме и прежде всего в центральной нервной сис-
растворяется в расплавленном белом фосфоре (он плавится
теме, а также в почках.
при 44°С), а при охлаждении этого необычного раствора ртуть
выделяется в неизменном состоянии. При встряхивании рту- Другой возможный источник отравления — органиче-
ти с водой, эфиром, скипидаром, уксусной кислотой, раствора- ские производные ртути, в которых ее атомы езязаны с ме-
ми различных солей и даже с соками растений, а также при тальными радикалами "СН3. Эти чрезвычайно ядовитые и лег-
растирании ртути с сахаром, жиром и другими веществами ко летучие соединения образуются в результате так называе-
получается серая эмульсия, состоящая из мельчайших капе- мого биологического метилирования. Оно происходит под дей-
лек ртути. Еще одна красивая демонстрация была связана с ствием микроорганизмов, например плесени, и характерно не
тем, что при охлаждении до -39°С ртуть затвердевает, а ее только для ртути, но и для мышьяка, селена, теллура. Если при
твердые кусочки при соприкосновении слипаются так же лег- неосторожной работе соединения этих элементов случайно
ко, как и жидкие ее капли. Если же охладить ртуть очень силь- попадут внутрь, они начинают выделяться, в том числе при
но, например жидким азотом, до температуры -196°С, вставив дыхании, в виде зловонных газообразных димсгилпроизвод-
в нее предварительно палочку, то после замерзания ртути по- ных, так что соседство с таким химиком станет невыносимым!
лучался своеобразный молоток, которым лектор легко заби- Но это, оказывается, не самая большая неприятность, которую
зал гвоздь в доску. Конечно, всегда оставался риск, что от может причинить биологическое метилирование ртути. Ртуть
такого «молотка» отколятся маленькие кусочки, которые по- и ее биологические соединения широко используются на мно-
том доставят много неприятностей. Другой опыт был связан с гих производствах, например при электролитическом получе-
«лишением» ртути ее способности с легкостью разбиваться на нии хлора и гидроксида натрия. Эти вещества со сточными
мельчайшие блестящие шарики. Для этого ртуть подвергали водами попадают на дно водоемов. Обитающие -ам микроор-
действию очень малых количеств озона. При этом ртуть теря- ганизмы превращают их в диметилртуть (CH3),Hg, которая
ла подвижность и налипала тонкой пленкой на содержащий ее относится к числу наиболее ядовитых веществ. Диметилртуть
сосуд. далее легко переходит в водорастворимый катисн. Оба веще-
ства поглощаются водными организмами и попадают в пище-
• •• . Понятно, почему сейчас подобные опыты не проводят-
вую цепочку — сначала они накапливаются в растениях и мель-
ся. То, что ртуть ядовита, знают все. Недаром не только ртуть,
чайших организмах, затем — в рыбах. Метилированная ртуть
но и ее соединения, например, сулема, не используются в школь-
очень медленно выводится из организма: месяцами у людей и
ных кабинетах химии. В то же время ртуть находит очень
годами — у рыб. Поэтому концентрация ртути вдоль биологи-
широкое применение во многих производствах (один ученый
ческой цепочки непрерывно увеличивается и в рыбах-хищни-
насчитал их около 3 тысяч!). Металлическую ртуть использу-
ках, которые питаются другими рыбами, ртути может оказать-
ют в электрических контактах-переключателях; для заполне-
ся в тысячи раз больше, чем в воде, из которой она выловле-
ния вакуумных насосов, выпрямителей, барометров, термо-
на. Именно этим объясняется так называемая «болезнь Мина-
метров, ультрафиолетовых ламп; в производстве хлора и ед-
мата» — по названию приморского города в Японии, в кото-
кого натра, при пломбировании зубов и т. д., — список можно
ром за несколько лет от отравления ртутью умерло 50 человек
продолжать очень долго. Ртуть есть в каждом доме — в меди-
и многие родившиеся дети имели врожденные уродства. Опас-
цинском термометре или в лампе дневного света, поэтому све-
ность оказалась настолько велика, что в некоторых водоемах
дения о ядовитости ртути нужны не только специалистам.
пришлось приостановить лов рыбы — настолько она оказа-
Из всех соединений ртути наиболее опасны легко раство- лась «нашпигованной» ртутью. Страдают от поеаания отрав-
римые и легко диссоциирующие ее соли, например HgCl2 — ленной рыбы не только люди, но и рыбы, тюлени.
сулема; ее смертельная доза при попадании в желудок состав-
ляет от 0,2 до 0,5 г. Но так ли опасна металлическая ртуть? Для ртутного отравления, в том числе и парами, харак-

стр. 1
(всего 40)

СОДЕРЖАНИЕ

>>