Книга по химии для домашнего чтения - Борис Степин

7.13. ПОБЕДА ДЭВИ

«Два великих события потрясли Англию в 1816 г.: победа Веллингтона над Наполеоном и победа Дэви над рудничным газом».

(Из записок писателя Гроузера)

В 1812 г. на шахте Феллинга в Англии, вблизи г. Ньюкэстл, взрывом метана CH4 («рудничный газ») за несколько секунд было убито более 100 шахтеров, сотни остались калеками. Правительство обратилось за помощью к химику Дэви (см. 2.44). После долгих экспериментов, проведенных совместно с Фарадеем (см. 2.45), во время которых Дэви неоднократно повреждал лицо и руки осколками взрывающихся стеклянных сосудов, они предложили простую конструкцию шахтерской масляной лампы, не вызывающей в шахтах взрыва смеси метана с воздухом.

Дэви окружил пламя лампы металлической сеткой. Газ проникал вместе с воздухом через сетку к пламени, взрывался и тушил лампу, но через металлическую сетку взрыв из лампы не передавался наружу. Сетка охлаждала продукты взрыва до такой температуры, при которой воспламенение метана за пределами лампы становилось невозможным.

Дэви предложили взять патент на его изобретение, и он смог бы получать огромные доходы, но он отказался, заявив, что «лучшим вознаграждением за его работы будет сознание того, что я сделал добро мне подобным».

В угольных районах Англии Дэви стал наиболее популярным человеком. Благодарные шахтовладельцы подарили ему серебряный сервиз стоимостью 2500 фунтов стерлингов, а принц-регент даровал Дэви звание баронета.

7.14. ТРАГЕДИЯ САЛАНГА

Сотни афганских и советских солдат и офицеров погибли 3 ноября 1982 г. в тоннеле Саланг.

(См. «Известия» от 13 ноября 1989 г.)

Дорога через известный всему миру перевал Саланг в Афганистане представляет собой горный тоннель длиной более 4 км. В тот день из-за сильного снегопада много советской и афганской техники скопилось с двух сторон тоннеля. Начальник тоннеля вместо того чтобы установить одностороннее движение, разрешает колоннам автомашин движение с двух сторон тоннеля. В центре тоннеля неожиданно сталкиваются две машины, возникает затор, в который попадает еще около ста машин. Водители двигатели не глушат, так как знают, что из-за «севших» аккумуляторов снова им двигатели не завести. От работающих дизелей в тоннеле постепенно скапливаются монооксид углерода СО (угарный газ), диоксид азота NO2 и другие вредные продукты сгорания топлива. Один за другим находящиеся в тоннеле люди теряют сознание и умирают.

Монооксид углерода СО — бесцветный газ, без запаха и вкуса. Уже при концентрации этого газа 2 мг в 1 л воздуха у человека наступают потеря сознания и смерть: монооксид углерода вытесняет кислород из гемоглобина крови, нарушая тканевое дыхание, одновременно он поражает центральную нервную систему.

7.15. КАК ПОГИБ ЭКИПАЖ «МАЛЬБОРО»?

В 1890 г. парусник «Мальборо» с экипажем в 23 человека вышел из Новой Зеландии в Англию. Командовал кораблем капитан Хид, опытный моряк. Последний раз «Мальборо» видели вблизи Огненной Земли. В Англию парусник не прибыл. Считали, что корабль погиб в штормах, свирепствующих в этом районе. Спустя 23 года, в 1913 г., близ Пунта-Аренас у берегов Огненной Земли парусник увидели снова. Когда поднялись на его борт, то обнаружили странную, необъяснимую картину. Корабль оказался невредимым, но от экипажа остались одни скелеты, покрытые остатками одежды. Один скелет — у штурвала, десять — на вахте у своих постов, трое — на палубе у люка, шесть — в кают-компании. Казалось, людей сразила какая-то внезапная напасть. Вахтенный журнал был покрыт плесенью, и записи в нем были неразборчивы. Часть экипажа исчезла. Полагают, что в районе движения корабля произошло извержение подводного вулкана, выбросившего из воды большое количество ядовитых газов: монооксида углерода, дициана (CN)2, циановодорода HCN. Облако газа накрыло корабль и вызвало мгновенную смерть почти всего экипажа.

7.16. ЗЕЛЕНЫЙ ТУМАН

«Газ! Газ! Скорей! —Неловкие движенья,Напяливанье масок в едкой мгле.Один замешкался, давясь и спотыкаясь,Барахтаясь, как в огненной смоле,В просветах мутного зеленого тумана…»

(Уилфред Оуэн, английский поэт, убитый в бою в 1918 г. в возрасте 25 лет.)

Применение немецкими войсками в первую мировую войну хлора в качестве отравляющего вещества было неожиданным. Вначале для химической защиты кустарно изготовляли маски из марли, пропитанной водным раствором тиосульфата натрия Na2S2O3, который реагирует с хлором Cl2 в соответствии с реакцией

Na2S2O3 + Cl2 + H2O = Na2SO4 + S↓ + 2НСl.

Образующиеся сульфат натрия Na2SO4, сера S и хлороводород HCl оставались во влаге марли и не попадали в легкие человека.

Когда немцы стали применять кроме хлора и другие отравляющие вещества: хлорпикрин, иприт, адамсит и др., — то наши маски перестали спасать солдат. Однако скоро в России были изобретены и стали широко использоваться противогазы Куманта—Зелинского—Авалова. Инженер Кумант предложил резиновую маску, к которой прикреплялся сам противогаз, а химик Зелинский (см. 2.37) внес оригинальную идею: использовать активированный березовый уголь как абсорбент. Инженер Авалов изобрел клапан, и дышать в противогазе стало несравненно легче.

Газообразный хлор оказывает сильное раздражающее действие на глаза и легкие человека: при концентрации более 2 мг хлора на 1 л воздуха быстро наступает смерть. Для борьбы с хлором химики предложили «антихлор». Это название дали веществам, легко вступающим в реакцию с хлором и обезвреживающим его. Кроме тиосульфата натрия Na2S2O3 к антихлорам относят сульфит натрия Na2SO3, гидросульфит натрия NaHSO3, аммиак NH3, пероксид водорода H2O2. C первыми двумя веществами хлор взаимодействует в присутствии воды с образованием сульфата натрия и хлороводорода:

Na2SO3 + Cl2 + H2O = Na2SO4 + 2НСl, 2NaHSO3 + 2Сl2 + 2Н2O = Na2SO4 + H2SO4 + 4НСl.

Реакции хлора с аммиаком и пероксидом водорода протекают с выделением соответственно азота N2 и кислорода O2:

2NH3 + 3Сl2 = 6HCl + N2, H2O2 + Cl2 = 2HCl + O2.

Антихлор применяют как дегазирующее средство при утечке хлора, а также для устранения его разрушающего действия при отбеливании тканей из натуральных волокон.

7.17. БИОГАЗ

Жизнедеятельность человека связана с образованием большого количества бытовых и промышленных отходов, чаще всего животного и растительного происхождения, которые носят название биомассы. Если биомассу систематически не перерабатывать, то в ней будет погребено все население Земли. Биомасса заключает в себе большие запасы энергии. В отсталых странах ее варварски уничтожают простым сжиганием, загрязняя при этом атмосферу. Но биомассу можно превратить в полезное для человека сырье, если ее перерабатывать в специальных установках без доступа воздуха при помощи анаэробных бактерий, разлагающих биомассу с образованием биогаза. Биогаз состоит главным образом из метана CH4. Многие водяные растения, водоросли, засоряющие каналы и водоемы, отходы древесины могут быть использованы для получения биогаза, производство которого быстро растет во всех странах: например, в Китае у населения имеется более 4 млн. небольших генераторов биогаза. Остаток от переработки биомассы содержит много азота и может служить ценным удобрением, а сам биогаз используют для отопления, приготовления пищи, для получения электроэнергии.

7.18. ДЕФИЦИТ ПРЕСНОЙ ВОДЫ

Много ли пресной воды нужно человеку? И хватит ли ее растущему населению Земли?

Чтобы выжить, человеку требуется около 1,5 л воды в сутки. На бытовые нужды один человек расходует от 200 до 600 л воды. Много ее потребляет промышленность. Например, для выплавки 1 т стали нужно до 200 м3 воды, а для выпуска 1 т бумаги требуется почти 20 000 м3 воды.

Боды на Земле много — 1,4 млрд., км3, но из этого количества только 35 млн. км3, или 2,5%, приходится на долю пресной воды. Однако большая ее часть, 24 млн. км3, находится в форме ледников и снежного покрова Антарктиды, Гренландии и Арктики, а также в подземных запасах. В реках и озерах, основных источниках пресной воды, сосредоточено всего 95 000 км3, или 0,007%, от общих запасов воды на Земле. Таким образом, ресурсы пресной воды очень ограниченны и более чем любой другой фактор определяют предельную численность населения конкретного региона. Пресная вода становится критическим ресурсом, который вскоре положит верхний предел экономического развития некоторых стран. Благоразумие требует, чтобы любое государство научилось управлять запасами пресной воды.