Владимир Рюмин
Занимательная химия
Забытое слово
В одной очень старинной басне есть такое выражение: «Изрядно насандалив нос…» В наше время, пожалуй, не всякий его поймет. Происходит же слово «насандалить» от слова «сандал», так кратко называют сандаловое дерево, растущее, как и кампешевое, в тропических краях. До открытия искусственных органических красок сандал был весьма популярен среди красильщиков. Теперь же его достать так же трудно, как и кампеш.
Отварите стружки сандала в слабом растворе щелочи (едкого натра или кали), разделите отвар на две порции и прибавьте к одной из них раствор хлористого кальция, а к другой – хлористого бария. Получите так называемые лаки фиолетового цвета, применявшиеся в обойном производстве. Другую часть стружек нужно настоять на спирту; спирт окрасится в очень красивый оттенок красного цвета. Оттого-то и применялся в старое время сандал в виноделии, что при его помощи из воды, спирта и карамели готовили «виноградные вина» без… единой виноградинки. Недаром в конце 80-х годов XIX века из Москвы вывозилось «виноградных вин» больше, чем ввозилось в нее, хотя, как известно, виноград в Москве не растет…
Отсюда понятно и выражение «насандалить нос». Известно, что от неумеренного употребления спиртных напитков нос краснеет, сандал же красит тоже в красный цвет.
«Канцелярское семечко»
Самой великолепной красной краской является кармин. Кто рисует акварелью, тот должен знать, что это самая дорогая краска. Вы знаете, из чего делают настоящий кармин? Это единственная краска, которая в наше время получается из животных. Раньше использовались красящие вещества, вырабатываемые организмами некоторых моллюсков (пурпур древних и сепия), а теперь и эти вещества и кармин готовят искусственно. Только еще, пожалуй, высокосортная акварельная краска этого цвета делается из карминовой кислоты, производимой самками насекомых кошенили. Кошениль – кактусовая ложнощитовка – насекомое, культивируемое на кактусах-опунциях[4]. Есть, однако, и у нас насекомое кермес, или дубовая кошениль, в которой содержится то же красящее вещество, как и в кошенили, и которая некогда служила источником для получения кармина. Было время, когда кермес составлял ценный предмет вывоза в Западную Европу из Украины и Польши. Польские паны даже собирали оброк со своих крепостных кермесом. Теперь европейский кермес совершенно забыт, да и привозную кошениль можно достать с большим трудом, в особенности настоящую. Подделывают же ее самыми разнообразными способами – вплоть до продажи вместо настоящих насекомых… комочков глины с примесью клея и дешевой краски, обсыпанных тальком… Раньше кошениль была в ходу у красильщиков и почему-то косила курьезное название «семечка», и притом «канцелярского». Но что это «канцелярское семечко» не что иное, как засушенные насекомые, в этом легко убедиться, размочив крупинку кошенили и рассматривая ее в увеличительное стекло. Красили этим препаратом, отваривая его в мягкой (это обязательно!) горячей воде и осаждая из раствора лаки. Лаками в красильном деле называются соединения естественных растительных и животных красок с солями металлов. Ничего общего с обыкновенным лаком – жидкостью, дающей при высыхании блестящую гладкую пленку, – они не имеют.
Из водного раствора краска осаждается квасцами; отфильтрованный осадок надо высушивать не нагревая. Если его растереть с примесью растительных клеящих веществ, то и получится кармин. Попробуйте, если случайно достанете кошенили, приготовить сами эту дорогую краску неподражаемого красивого оттенка, а заодно можете получить ряд карминовых лаков от темно-малинового до изжелта-красного цвета. Они тоже применяются в акварельной и масляной живописи.
Готовятся карминовые лаки растворением полученного квасцового осадка и приливанием к нему растворов уксуснокислого свинца, хлористого олова и других солей тяжелых металлов. Кармин применялся для подкраски вин и съестных, преимущественно кондитерских, продуктов. Лаки его шли, помимо окраски пряжи и тканей в ситценабивном и обойном деле, и для изготовления красных чернил.
Все это было и быльем поросло. Хотя и сейчас в некоторых руководствах химической технологии говорится о применении кошенили для крашения, но нигде она теперь уже для этого не применяется: ее вытеснили дешевые краски, полученные химическим путем.
Химия органическая и неорганическая
«Понятия меняются, слова остаются». Как это верно! Как часто приходится слышать: «Зажги электричество», «Погаси электричество», хотя говорящему отлично известно, что электрическую лампочку не зажигают и не гасят, а включают в цепь тока и выключают из нее. К словам, пережившим понятия, которые в них раньше вкладывались, относятся и обозначения двух отделов химии, по традиции именуемых неорганической и органической химией. Долгое время химики, не умея изготовить большинство тех сложных химических соединений, которые входят в состав органов растений и животных, объясняли свое неумение тем, что эти вещества образуются в растениях и животных под действием особой «жизненной силы» и не могут быть синтезированы в колбах и ретортах[5].
Такого же взгляда придерживался и знаменитый немецкий химик Веллер, которому личным опытом довелось убедиться в ошибочности этого взгляда. Он из несомненно неорганических соединений азота и углерода с кислородом получил сложное вещество, оказавшееся известным ранее типичным «органическим» соединением – мочевиной.
Теперь мы твердо знаем, что никакой «жизненной силы» для получения любого вещества, входящего в состав растений и животных, не нужно, что все они могут быть построены из составляющих их элементов. То обстоятельство, что еще не все они искусственно получены, нимало нас не смущает. Не полученные при современных средствах синтеза будут получены, когда эти средства усовершенствуются.
В действительности же все так называемые «органические» соединения – это соединения углерода. В отличие от других элементов углерод способен давать многие десятки тысяч соединений с другими простыми веществами. Исключительно для удобства изучения все многообразные соединения углерода сводятся в отдельную от химии других элементов дисциплину, «по старой памяти» называемую органической химией.
Самый же главный курьез состоит в том, что сейчас в курсах «органической» химии изучается громадное число таких углеродистых соединений, которых не найти ни в одном растении и ни в одном животном. Начало такому синтетическому построению «органических» веществ, не существующих в природе, творимых химиком в его колбах, ретортах и заводских аппаратах, положило случайное открытие восемнадцатилетнего студента Перкинса.
Перкинс задумал изготовить синтетически лечебное вещество хинин, извлекаемое из коры хинного дерева. Получив в течение своих изысканий какое-то новое соединение, он захотел изучить его растворимость и, растворив в спирте, увидел, что раствор имеет великолепный фиолетовый цвет.
«Нельзя ли его использовать в качестве краски?» – подумал Перкинс. Оказалось, что очень даже можно: раствор отлично окрашивает шерсть и шелк в красивый лиловый цвет. Перкинс махнул рукой на науку, бросил университет и основал первую в мире фабрику искусственных «органических красок». Вслед за ним сотни других химиков стали синтезировать все новые и новые соединения углерода, нашедшие применение не только в качестве красителей, но и как дезинфицирующие, анестезирующие (обезболивающие), лекарственные, отравляющие и взрывчатые вещества.
Фабрики красок – предприятия далеко не невинные
Во второй половине XIX века изучение и использование химии лучше всего было поставлено в Германии.
Производство искусственных органических красок, зародившееся в Англии, там не очень прижилось и вскоре перекочевало в Германию.
До мировой войны 1914–1918 годов Германия была чуть ли не монополистом в этой области, и даже США, с их высоко развитой техникой, импортировали краски для текстильной промышленности из Германии.
Вскоре после начала войны запасы купленных в Германии красок всюду истощились, и текстиль «обесцветился». Это, конечно, полбеды, а плохо было то, что немцы тотчас переключили свои фабрики красок на изготовление взрывчатых и отравляющих веществ.
Вскоре и в нашей стране удалось создать и развить свою красочную промышленность. Это очень сложная отрасль химической промышленности, и неудивительно, что добиться в ней успехов нам удалось только после настойчивых трудов.
В 40-х годах XX века мы овладели производством самых сложных органических красок, в том числе в конце 1935 года такой широко применяемой в текстильном деле краски, какой является индиго.
Чтобы дать вам понятие, какое это непростое дело, скажу, что изобретатель синтетического индиго Байер потратил на предварительные опыты огромное количество средств и… 20 лет упорного, настойчивого труда.
Что слаще сахара?
Тот сахар, который мы кладем в чай, принадлежит к большой группе органических соединений, называемых углеводами. Его молекула слагается из атомов углерода, водорода и кислорода. Из тех же химических элементов, но в других количествах построены и молекулы других сладких углеводов, например входящих в состав патоки. Все они менее сладки, чем свекловичный (он же и тростниковый) сахар.
Есть ли вещества слаще сахара? Да, есть. Ряд производных органической бензойной кислоты – сахарины – в 200–400 раз слаще сахара. Все они имеют неприятный привкус и, в отличие от сладких углеводов, не питательны. Первым был открыт так называемый ортосульфамин бензойной кислоты. Словечко для нехимика сложноватое, химику же оно поясняет строение молекулы этого вещества.
История его открытия довольно любопытна. В 1879 году в лаборатории профессора Ремсена работал политический эмигрант из царской России, переселившийся в США, химик Фальберг. Как-то, придя из лаборатории домой обедать, он удивился, почему хлеб такой сладкий. Жена же его уверяла, что хлеб как хлеб, вовсе не сладкий. Фальберг попросил жену протянуть ему ее ломоть, чтобы он мог откусить от него, не беря в руки. Хлеб, действительно, оказался несладким. Тогда Фальберг сообразил, что, как ни тщательно он мыл руки перед обедом, все же, значит, на них сохранился вкус того вещества, которое он готовил в лаборатории в этот день, – сульфаминбензойной кислоты. Значит, она должна быть необычайно сладка на вкус. Бросив обед, химик помчался в лабораторию и убедился в правильности своего предположения. Изготовленное им соединение, действительно, оказалось в 280 раз слаще сахара. Вскоре он стал готовить его фабричным путем, и немедленно у него нашлись конкуренты, запатентовавшие фабрикацию других, еще более сладких, производных бензойной кислоты.
Настоящее назначение сахарозаменителей – заменять сахар больным, которым настоящий сахар есть вредно.
Золото растворимое и растворенное
В мрачные времена Средневековья химия, преследуемая инквизицией, выродилась в алхимию – тайное знание, поставившее себе главной целью превращение простых металлов в золото. Помните, что говорит Гоголь о человеческой жажде знаний, не угасавшей и в Средние века?[6]
«…А занятия алхимиею, считавшеюся ключом ко всем познаниям, венцом учености Средних веков, в которой заключалось детское желание открыть совершеннейший металл, который бы доставил человеку все!.. Представьте себе какой-нибудь германский город в Средние века, эти узенькие, неправильные улицы, высокие пестрые готические домики, и среди них какой-нибудь ветхий, почти валящийся домик, считаемый необитаемым, по растреснувшимся стенам которого лепится мох и старость, окна глухо заколочены, – это жилище алхимика. Ничто не говорит в нем о присутствии живущего, но в глухую ночь голубоватый дым докладывает о неусыпном бодрствовании старца, уже поседевшего в своих исканиях, но все еще неразлучного с надеждой, – и благочестивый ремесленник Средних веков со страхом бежит от жилища, где, по его мнению, духи основали приют свой и где, вместо духов, основало жилище неугасимое желание, непреодолимое любопытство, живущее только собою и разжигаемое собою же, возгорающееся даже от неудачи, – первоначальная стихия всего европейского духа, – которое напрасно преследует инквизиция, проникая во все тайны мышления человека: оно вырывается мимо и, облеченное страхом, еще с большим наслаждением предается своим занятиям».
В прекрасной сказке «Что рассказывал ветер о Вальдемаре До и его дочерях» Андерсен так описывает средневекового делателя золота: «Вальдемар До был горд и смел, но также и знающ. Он много знал. Все это видели, все об этом шептались. Огонь пылал в его комнате даже летом, а дверь всегда была на замке; он работал там дни и ночи, но не любил разговаривать о своей работе: силы природы надо испытывать в тиши. Скоро, скоро он найдет самое лучшее, самое драгоценное на свете – красное золото. От дыма и пепла, от забот и бессонных ночей волосы и борода Вальдемара До поседели, кожа на лице морщилась и пожелтела, но глаза по-прежнему горели жадным блеском в ожидании золота, желанного золота. Но вот зазвонил колокол, в небе заиграло солнышко. Вальдемар До лихорадочно работал всю ночь, варил, охлаждал, мешал, перегонял. Он тяжело вздыхал, горячо молился и сидел за работой, боясь перевести дух. Лампа его загасла, но уголья очага освещали бледное лицо и впалые глаза. Вдруг они расширились. Глядит в стеклянный сосуд. Блестит… Горит, как жар. Что-то яркое, тяжелое. Он поднимает сосуд дрожащею рукой и, задыхаясь от волнения, восклицает: «Золото! Золото!» Он выпрямился и высоко поднял сокровище, лежащее в крупном стеклянном сосуде. «Нашел! Нашел! Золото!» – закричал он и протянул сосуд дочерям, но… рука его дрогнула, сосуд упал на пол и разбился вдребезги. Последний радужный мыльный пузырь надежды лопнул».
Попробуем и мы, по примеру алхимиков, поискать способ получения «золота из воды».
Пока вы читали отрывки из Гоголя и Андерсена, я вскипятил в двух колбах воду. Выливаю из них кипяток в третью, большей вместимости, и накрываю ее платком. Минуту терпения! Готово! Снимаю платок и передаю вам остывшую колбу. Какая красота! Какой блеск! Она вся наполнена мельчайшими чешуйками золота, которые так и искрятся в лучах солнца. Ставлю потом колбу на сетку, лежащую на треножнике, зажигаю под сеткой спиртовую лампочку, – и через несколько минут «золота» как не бывало: оно сплошь растворилось в кипящей воде. Нет надобности, конечно, говорить, что это и не было золото.
В колбочках отдельно я вскипятил растворы уксуснокислого свинца (ядовит!) в дистиллированной воде и йодистого калия. Сливая их вместе, получим путем обменного разложения этих солей две новых – уксуснокислый калий, оставшийся в растворе, и йодистый свинец. Последний растворим только в горячей воде, а при охлаждении раствора выпадает из него в виде мелких чешуйчатых кристалликов с золотым блеском. Это, пожалуй, самый красивый из всех химических опытов.
По поводу внешнего сходства кристаллического йодистого свинца с крупинками золота и его растворимости в воде мне хочется сказать несколько слов об ошибке средневековых алхимиков и о возможности действительного получения золота из других веществ, а также и извлечения его из воды. Алхимики верили в существование «первичной материи» и не различали понятий о сложных и простых веществах. Их ошибка состояла в том, что они все свое внимание обратили на физические свойства тел, а не на их химический состав. Они надеялись, что, комбинируя разные вещества, обладающие отдельными свойствами золота, можно в конце концов получить и само золото. В особенности пленяла их мысль превратить в золото тяжелую и блестящую ртуть, придав ей твердость и желтый цвет. Оттого обычно они и смешивали ее для этого с твердой и желтой серой. По их мнению, сера должна была придать ртути недостающие последней свойства. Но мнение их было ошибочным, так как, соединяясь, вещества утрачивают свои физические свойства и приобретают новые.
Так, сера, соединяясь с ртутью, давала совсем не золото и даже не новый металл, а красную краску – киноварь. Зато они случайно оказались правы в предположении, что есть какая-то связь между золотом и ртутью. В 1924 году один германский ученый, пропуская через ртутные пары электрический ток высокого напряжения, превратил, как он думал, после долгого времени, часть ртути – правда, крайне ничтожную – в золото. Это открытие было опровергнуто дальнейшими опытами, но, во всяком случае, оно не имеет практического значения: такое искусственное золото обошлось бы в 10 ООО раз дороже добываемого в золотоносных породах. С теоретической же стороны оно было бы очень интересно, лишний раз доказывая, что державшееся свыше ста лет разделение веществ на сложные и простые чисто условно. Впрочем, для химика-практика это мало меняет дело, так как получать искусственное золото заводским путем вряд ли когда-нибудь будет доступно. Скорее мы можем рассчитывать научиться выделять его из морской воды.
Чего только не содержит в себе вода морей и океанов! Омывая берега континентов и островов, питаясь водами рек, сбегающих со всей поверхности суши, за миллионы веков своего существования океаны накопили в себе колоссальные запасы всевозможных химических соединений, выщелачиваемых водою из земной коры. В числе этих веществ обнаружено в морской воде и золото в виде соединения с хлором. Но какой же это слабый раствор! В 200 ООО тоннах океанской воды содержится не более 1 грамма золота (а по новейшим анализам даже и того меньше). Самые бедные земные золотоносные породы, разработка которых уже почти не оправдывается, содержат в 1200 раз больше этого металла.
Но зато количество воды в океанах так колоссально велико (1200 миллионов кубокилометров), что, если бы выделить из нее все это золото, его получилось бы около 4 миллиардов тонн. Все население земного шара исчисляется приблизительно в 7 миллиардов. На долю каждого из нас, следовательно, приходится теоретически около полутонны морского золота. Столько весит золотой «кубик», грани которого равны 30 сантиметрам.
Не думайте, что попыток химического извлечения золота из недр океана не делалось. Их было много, некоторые из них были с научной точки зрения более или менее удачны, но с экономической стороны все они пока не более успешны, чем попытки древних алхимиков превратить в золото дешевые металлы. Золото океанов ждет еще того химика, который найдет дешевый способ извлечь его на поверхность.
