Книга по химии для домашнего чтения - Степин Борис Дмитриевич

1.59. ВОДОРОСЛИ — АГАР — МАРМЕЛАД

Агар — ценнейший природный продукт, небольшие количества которого придают раствору свойства студня. Разбавленный (примерно 1%-й) нагретый водный раствор агара при охлаждении до 32–39° C уже превращается в студень. Напомним, что желатин образует студень лишь при +5° С. Агар имеет сложный состав. Это вещество полисахаридной природы включает длинные цепи, состоящие из фрагментов моносахарида галактозы СН2ОНСОСОН(СНОН)3. Молярная масса агара достигает 20 000–150 000 г/моль.

Агар получают из водоросли филлофоры, той же самой, из которой одно время выделяли иод (см. 1.58). Содержится агар и в красной водоросли анфельции, растущей в Белом море и на Дальнем Востоке. Подсушенные водоросли промывают водой и обрабатывают хлороводородной кислотой НСl, а затем полученную смесь нейтрализуют гидроксидом натрия NaOH и вываривают в специальных котлах несколько часов. Жидкость отфильтровывают, а остаток (агар) сушат и измельчают.

Пищевая промышленность не может без агара выпускать ни мармелад, ни желе, ни многие сорта конфет. Агар предохраняет джемы и варенья от засахаривания, увеличивает сроки хранения хлеба, не дает крошиться мороженому. Он идет на изготовление косметических кремов и зубных паст.

Агар совершенно безвреден, человеческий организм его не усваивает из-за отсутствия соответствующих ферментов.

1.60. «МЕФИЛЬ»

В одной из старинных рукописей есть упоминание о том, как арабский алхимик, попробовав на вкус бесцветную жидкость, полученную им при нагревании сухой древесины в реторте, мгновенно ослеп.

Алхимик получил древесный, или метиловый, спирт — метанол CH3OH. Метиловый спирт по внешнему виду и запаху почти неотличим от этилового (винного) спирта C2H5OH. Метанол — очень сильный яд. Прием внутрь всего 10–20 мл его приводит к потере зрения, а 30–50 мл — смертельная доза. Если этанол был известен с глубокой древности, то с метанолом человек познакомился намного позже. В России метанол получали в XVI в. под названием «мефиль», «камфин», «мефиловый спирт» и использовали для освещения домов, изготовления лаков и политур. Его извлекали из надсмольной воды — продукта сухой перегонки дерева (см. 1.50). Надсмольную воду обрабатывали известью (карбонатом кальция CaCO3), которая превращала уксусную кислоту CH3COOH в ацетат кальция:

2СН3СООН + CaCO3 = Ca(CH3COO)2 + CO2↑ + H2O↓

Смесь нагревали до кипения, отгоняя воду, метиловый спирт и ацетон. Конденсируя пары этих веществ, получали «сырой метиловый спирт» с примесью ацетона и других органических веществ. Затем «сырой спирт» еще раз подвергали перегонке и получали более или менее чистый продукт.

В наши дни метанол получают либо гидрированием монооксида углерода СО:

СО + 2Н2 ↔ CH3OH,

либо окислением метана CH4, содержащегося в природном газе.

2СН4 + O2 ↔ 2СН3ОН.

И в том, и в другом случае необходимо присутствие катализатора; процессы идут при высоком давлении и повышенной температуре.

1.61. КАКОЙ САХАР ЛЮДИ УЗНАЛИ РАНЬШЕ — СВЕКЛОВИЧНЫЙ ИЛИ ТРОСТНИКОВЫЙ?

Люди еще до начала новой эры использовали сахар, полученный из сахарного тростника. Сахарный тростник раздавливали каменными валами и добытый сок упаривали до кристаллизации сахара. Для очистки сахар растворяли в воде, добавляли молоко, упаривали, снимали пену и, охлаждая раствор, выделяли уже чистый сахар.

Только в 1747 г. немецкий химик и металлург Андреас-Сигизмунд Маргграф (1709–1782) обнаружил присутствие сахара в свекловичном соке. Но это открытие не использовалось до 1801 г., когда ученик Маргграфа, немецкий химик и физик Франц-Карл Ахард (1753–1821) организовал в Силезии небольшой завод по извлечению сахара из свеклы. Однако это производство не получило развития из-за технических трудностей, вызвавших высокую себестоимость сахара. Только в период наполеоновских войн из-за континентальной блокады, закрывшей ввоз в Европу тростникового сахара из Индии и Америки, приступили к созданию свеклосахарных заводов в России, Германии и Франции.

Сахар, полученный из сахарного тростника и сахарной свеклы, имеет один и тот же состав — это сахароза C12H22O11. Сахароза содержится во всех частях зеленых растений, но больше всего ее в соке сахарного тростника и сахарной свеклы (см. 6.16).

Сахароза — дисахарид, включающий шестичленное кольцо глюкозы C6H12O6 и пятичленное кольцо фруктозы C6H12O6, связанных химической связью. Если к раствору сахарозы добавить фермент инвертазу, то ее молекула расщепляется и образуется раствор, содержащий равные количества глюкозы и фруктозы.

1.62. «ЦЕЛОВАЛЬНИКИ БУМАЖНОГО ДЕЛА»

На Руси бумага впервые была использована для изготовления «Договорной грамоты» великого князя Симеона Гордого (1340 г.) и старейшей рукописной книги «Поучения Исаака Сирина» (1381 г.).

Бумага — тонковолокнистый листовой материал, один квадратный метр которого имеет массу не более 250 г. При большей массе материал называют картоном. Честь изобретения бумаги приписывают Цай Луню, жившему в Китае во времена Второй Ханьской династии — около 105 г. н.э. Сначала бумагу готовили из волокон молодого бамбука. В XIII–XIV вв. Самарканд, расположенный на торговых путях из Китая в Европу, превратился в мировой центр распространения технологии производства бумаги. Сырьем для производства бумаги стала древесина. Первая бумажная фабрика в России была построена на реке Пахре под Москвой в 1655 г. Специалистов по производству бумаги называли «целовальниками бумажного дела» и «подьячими азбучного дела».

Как же производится бумага? Основной компонент бумаги — целлюлоза — вещество оболочек растительных клеток, высокомолекулярный полисахарид (см. 1.36). Больше всего ее в древесине хвойных пород, меньше — в древесине лиственных пород, соломе и тростнике. Для извлечения целлюлозы древесную щепу подвергают варке либо в водном растворе гидросульфита кальция Ca(HSO3)2 (и других гидросульфитов), либо в водном растворе, содержащем гидроксид натрия NaOH и сульфид натрия Na2S, под давлением; температура при этом достигает 170° С. Щепа распадается на мелкие пучки волокон целлюлозы, а примеси переходят в раствор. В этой операции стараются наиболее полно удалить из целлюлозы лигнин, из-за присутствия которого бумага под действием света желтеет и становится ломкой. Затем целлюлозу промывают водой, удаляя все реагенты и примеси, и отбеливают при помощи хлора Cl2 или оксохлората кальция Ca(ClO)2, размалывают, смешивают с проклеивающими и наполняющими веществами — казеиновый клей, латекс, каолин, крахмал, краски и т. п. Образовавшуюся бумажную массу направляют в бумагоделательную машину, где она растекается на бесконечном сетчатом полотне. Из бумажной массы удаляется вода, масса спрессовывается и высушивается. Полученное таким образом бумажное полотно проходит валки каландра, делающие бумагу гладкой. А затем остается только смотать бумагу в рулоны и разрезать.

1.63. ИЗ ЧЕГО ДЕЛАЮТ БУМАГУ?

Бумагу производят из вискозных, асбестовых, найлоновых, полиэфирных, полиацетиленовых и акриловых волокон. Уникальны свойства бумаги из стекловолокна: она не горит, не поглощает влаги, устойчива к действию многих кислот. Началось производство бумаги из металлических и керамических волокон. «Керамическая» бумага выдерживает температуру до 2000° С, не взаимодействует с концентрированной серной кислотой H2SO4 и концентрированными водными растворами гидроксидов натрия и калия NaOH и КОН. Эти сорта бумаги требуются для медицины, космоса и электротехники. А бумага из найлоновых волокон идет на производство денег и географических карт.