Из чего всё сделано? Рассказы о веществе - Любовь Николаевна Стрельникова

У каждого микроба есть свой набор отмычек и резаков. Называются они ферментами. Это такие молекулы белков, которые могут расщепить большую молекулу чужеродного вещества на мелкие съедобные части. А в химической промышленности очень часто нужны именно такие процессы. И почему бы не воспользоваться столь ценным умением микробов?

Надо признать, что ещё задолго до появления химии люди подружились с микробами и доверили им многие важнейшие технологии: превращение молока в сметану и сыр (здесь работают молочнокислые бактерии), виноградного сока в вино и изготовление теста для хлеба (дрожжи). Но лишь в 1917 году венгр Карл Эреки ввёл термин «биотехнологии», согласно которому к биотехнологиям стали относить все виды работ, при которых из сырьевых материалов с помощью живых микроорганизмов производят те или иные продукты.

Вот эти бревна превратятся в доски, дома и мебель

 А вот это их вершки и корешки, которые могут остаться гнить на лесоповале, а могут отправиться в переработку

Сегодня микроорганизмы трудятся на заводах и делают антибиотики, витамины, инсулин и многие другие лекарства, кормовые белки для сельскохозяйственных животных. Оказалось, что от таких ничтожных по размеру, невидимых невооруженным глазом работников только одна выгода. Снижается в несколько раз потребление энергии (экономия нефти!), сокращается расход дефицитной пресной воды, а выбросов почти никаких. Просто мечта любого технолога! Там, где классические химические технологии требуют высокой температуры, давления, едких реагентов, микробы справляются без нагрева и компрессоров, превращая промышленный реактор в обычную кастрюлю.

Понятно, что химики не отказываются от такого сотрудничества и придумывают всё новые процессы, где часть работы можно доверить микробам. Вот вам пример. Осенью 2008 года в сибирском городке Тулун, который расположен в тайге в 390 километрах от Иркутска, на берегу реки Ия, открылся небольшой цех, кстати, первый в мире, где начали производить очень ценное для химической промышленности вещество — бутанол. Это спирт, но его молекула в два раза больше молекулы обычного этилового спирта, который присутствует во всех алкогольных напитках разной крепости. Особенность этого цеха заключалась в том, что бутанол делают микробы. Причём делают из отходов после рубки деревьев.

Как вы думаете, какую часть высокой, стройной сосны, срубленной в тайге, продадут за хорошие деньги покупателям строевой древесины? Чуть больше одной трети ствола. Её вырежут из самой серединки, а вершки и корешки пойдут в отвал. Вот эти сучья и корни с пеньками, а также прочие отходы от лесозаготовок и деревопереработки, привозят на завод в Тулуне. Здесь их измельчают, отделяют смолу, перемалывают в порошок и направляют в реактор, где уже наготове природные вещества — ферменты. Они немедленно принимаются за дело и превращают целлюлозу древесины, о которой мы с вами уже не раз говорили, в сахара. А затем раствор сахаров отдают на растерзание микроорганизмам под названием «клостридии». Они-то и превращают сахара в прозрачную жидкость — бутанол.

Чистый бутанол хорош не только как сырьё для химической промышленности. Его можно заливать в бензобак вместо бензина, потому что современные автомобильные двигатели прекрасно потребляют его без всякой переделки. Вот вам ещё одно решение проблемы заправки автомобилей без использования нефти.

Природа была и будет главным учителем химиков. Она не только участвует в технологических процессах, отряжая на заводы своих крошечных трудолюбивых посланников, но и продолжает делиться с нами своими секретами и подбрасывать новые идеи. Их набор бесконечен и хватит на всех, кто захочет заниматься химией и создавать что-то новое и очень нужное. Например — микрочипы и суперматериалы для фантастических проектов.

 В этом инкубаторе микроорганизмов растут будущие рабочие химических предприятий

Сегодня с их помощью химики уже делают из древесных отходов замену бензину, который можно заливать в бензобак автомобилей

Нобелевская премия за простое вещество

У вас, возможно, сложилось представление, что с каждым годом химики синтезируют всё более сложные вещества, молекулы которых содержат всё большее количество разных атомов, и что с простыми веществами всё уже давно ясно. Но это далеко не так.

Давайте я расскажу вам историю об одном простом веществе, которое состоит из атомов одного элемента. И элемент этот проще некуда — уже хорошо вам известный углерод. И строение его простое — плоская сетка, сплетённая из правильных шестиугольных ячеек. И имя у него простое — графен.

Тем не менее за получение и изучение свойств этого вещества была присуждена Нобелевская премия по физике за 2010 год. Её получили Андрей Гейм и Константин Новосёлов, выпускники Московского физико-технического института, которые в последние годы работают в Манчестерском университете в Великобритании.

В этой истории много удивительного. Начнем с того, что формально графен был известен любому школьнику старших классов — ведь из его «листов» сложен графит. Физики-теоретики давно и детально описали свойства графена. Вот только получить его не удавалось вплоть до 2004 года.

Медаль лауреата Нобелевской премии — высшая награда в науке. Её учредил более ста лет назад Альфред Нобель, химик между прочим. Одно из его главных изобретений — динамит

Как же это сделали будущие нобелевские лауреаты? Очень просто. Взяли подходящий кристалл графита, приложили к его поверхности обычный скотч и — рванули. Простые решения зачастую оказываются самыми надежными и правильными. К скотчу прилип один-единственный слой графита — столь желанный графен. После этого скотч приложили к поверхности немного окисленной кремниевой пластины, и графен «прилип» к ней. Пришла пора детально изучить его удивительные физические свойства.

Но нас интересует химия. За немногие прошедшие после этого открытия годы химики разработали сразу несколько разных способов получения графена, и теперь это вещество считают одним из наиболее перспективных для будущей электроники.

Кстати, похожая история произошла в конце прошлого века. Началась она в 1973 году, когда российские учёные Д.А. Бочвар и Е.Г. Гальперн предсказали, что может существовать молекула, которую никто никогда не видел. Она должна быть составлена из 60 атомов углерода и напоминать по форме футбольный мяч. Вскоре эти молекулы были обнаружены в межпланетном пространстве с помощью спектров, которые мы обсуждали во второй главе.

В земных условиях фуллерен впервые получили в 1985 году американские учёные Роберт Керл, Харолд Крото и Ричард Смолли. Но в таком ничтожном количестве, что его нельзя было взвесить даже на самых чувствительных весах. Химики засучили рукава и такого напридумывали, что сегодня фуллерен синтезируют граммами и