Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров

«Серебряная вода» получила со временем широкое практическое применение в медицине и для консервирования пищевых продуктов.

Вода, зараженная бактериями дизентерии, брюшного тифа, стафилококка и стрептококка, после введения в нее полграмма серебра на литр делалась стерильной через полчаса. В медицине электролитические растворы серебра употребляются для лечения воспалений, язв желудка и двенадцатиперстной кишки.

Вода с точки зрения химика

Химики XVIII столетия считали воду элементом. Открытие водорода Кэвендишем в 1766 году и опыты по сжиганию газа дали Лавуазье повод усомниться в элементарности воды. В 1783 году Кэвендиш обнаружил, что «горючий воздух» (водород), полученный действием кислот на металлы, и одна пятая обыкновенного воздуха (то есть кислород) при сгорании дают воду. Казалось бы, все ясно, но Кэвендиша попутал флогистон. В то время в химии господствовало учение о флогистоне. Согласно этому учению, все горючие вещества содержат в себе невесомый, невидимый, неслышимый элемент флогистон. При сгорании вещество выделяет флогистон и превращается в негорючий продукт: горючее = флогистон + окалина. Восстановление окисла металла горючим углем так трактовалось флогистиками: окисел + флогистон = металл. Значит, флогистон из угля перешел в металл, а потому-де металл горит, а двуокись углерода — нет. Получив водород, Кэвендиш решил, что в его руках и находится неуловимый флогистон. А потому он и объявил, что вода есть не что иное, как «жизненный воздух» (кислород), присоединивший к себе флогистон.

Между тем во Франции А. Лавуазье разрабатывал антифлогистическую химию. Для него было ясно, что флогистона нет, но сложное ли тело вода, Лавуазье еще не мог сказать точно. Когда до него дошли вести об опыте Кэвендиша, Лавуазье торжественно повторил их при свидетелях. Получив воду сжиганием водорода, он подверг ее всевозможной проверке. Убедившись, что перед ним действительно чистая, дистиллированная вода, Лавуазье зачислил ее, в течение многих веков считавшуюся простым телом, в разряд сложных веществ. Вода состоит из «горючего воздуха» и «жизненного воздуха», из водорода и кислорода — это впервые обнародовал Лавуазье. В 1785 году он определил состав воды: по его данным, она содержала 85 процентов O2 и 15 процентов H2.

По современным данным, в воде 88,81 процента O2 и 11,19 процента Н2.

Первые шаги водорода

Ученый мир был взволнован, услышав о получении Кэвендишем газа, который был во много раз легче обыкновенного воздуха. В 1781 году итальянский профессор Т. Кавалло наполнял водородом мыльные пузыри: они взмывали вверх и лопались, соприкасаясь с потолком.

В 1783 году в Париже под руководством профессора Шарля был запущен первый воздушный шар, наполненный водородом — самым легким изо всех газов. Для этого потребовалось 18 кубических метров газа — количество огромное по тем временам. Шарль расположил по кругу 12 больших бочек, насыпал в них опилок и налил разбавленной серной кислоты. В бочки были вделаны свинцовые трубы, по которым водород поступал в общий приемник. Из приемника газ шел в воздушный шар.

Вскоре воздушные шары стали наполнять только водородом. Серная кислота в те времена была довольно дорога, и для получения водорода пользовались железо-паровым методом Лавуазье. Он пропускал через ружейный ствол, раскаленный докрасна, водяной пар. Вода разлагалась, выделялся газообразный водород. Кислород же, соединившись с железом, давал окалину.

В 1794 году при северной армии французов, боровшейся с австрийскими интервентами, был организован корпус военных аэростатов. В битве при Флерюсе французы запустили аэростат с военным инженером, сообщавшим о передвижении войск неприятеля.

В XX веке водород в аэростатах был заменен гелием, затем и они сами были вытеснены самолетами. Но аэростаты сыграли свою роль в тревожные дни 1941 года. Они подымались ночью над Москвой и другими крупными городами. Вражеские летчики вынуждены были сбрасывать бомбы с большой высоты, без прицела, чтобы не напороться на тросы, привязанные к аэростатам.

Водород в промышленности

Долгое время водород получали в основном для наполнения аэростатов. Вплоть до начала нашего века он не применялся в химической промышленности. Можно сказать, что в XIX веке не было промышленного производства этого газа. В больших количествах водород понадобился для синтеза аммиака. Потребовались миллионы кубометров водорода. Ведь для того чтобы получить 2 кубометра аммиака, необходим кубометр азота и три водорода:

N2 + 3H2 ↔ 2NH3.

В 1924 году у аммиака появился сильный конкурент по потреблению водорода. Это метиловый спирт — метанол — ценное сырье химической промышленности. Был внедрен в производство каталитический синтез спирта из окиси углерода и водорода:

СО + 2Н2 = CH3ОН.

Сейчас основным источником водорода служат водяной и коксовые газы, содержащие до 50–60 процентов водорода.

Немалое количество водорода идет на получение жидкого моторного топлива из угля. Уголь насыщают водородом, в технике этот процесс называется гидрированием. Он идет при большом давлении, высокой температуре и в присутствии железного или никелевого катализатора.

Большое значение имеет также гидрирование жиров. Жиры бывают животными и растительными. Сливочное масло вырабатывают из коровьего молока — это животный жир; подсолнечное — из семян подсолнечника — это жир растительный. Растительных жиров в мире производят почти в пять раз больше, чем животных, которые более питательны и вкусны. Животные жиры содержат большее количество водорода, чем растительные. «Нельзя ли добавить его в жиры растительные, чтобы повысить их калорийность?» — таким вопросом задались химики. Оказалось, можно. Для этого надо через жидкое растительное масло (подсолнечное, хлопковое, соевое, кунжутное), нагретое до 300 °C, пропустить водород. Причем на тонну масла необходимо 15 килограммов порошкообразного никеля — катализатора. По окончании реакции никель отделяют от масла фильтрованием через фильтрпресс. Получается твердый жир, из которого с небольшими добавками животного жира готовят маргарин — продукт, по калорийности мало уступающий сливочному маслу. Гидрированием растительных масел получают твердые жиры, пригодные для мыловарения.

Соединение или раствор?

Соединения водорода с элементами называются гидридами, а соединения водорода со щелочными и щелочноземельными металлами — солеобразными гидридами; они сходны по строению с галоидными солями. Эти гидриды очень активны: энергично реагируя с водой, они выделяют водород.

LiH + H2O = LiOH + Н2.

Интересны и по строению и свойствам летучие гидриды, особенно бороводороды (бораны) и кремневодороды (силаны).

По химическим свойствам бораны сходны с углеводородами. Бораны — отличное ракетное топливо: 1 килограмм пентаборана при сгорании выделяет больше тепла, чем 1 килограмм бензина (15 100 ккал/моль).

Третья обширная группа гидридов тяжелых металлов резко отличается от первых двух. Например, палладий в этой группе способен при комнатной температуре поглотить 850 объемов водорода. При