Из чего всё сделано? Рассказы о веществе - Любовь Николаевна Стрельникова
Это памятник веществу, которое вам хорошо знакомо, — ржавчине. Она всегда образуется там, где железо встречается с кислородом и водой, в результате чего железо окисляется
С его участием протекают разнообразные реакции окисления, в которых «сгорают» вещества, поступающие с пищей в наш организм. А в результате выделяется много энергии — той самой, которую мы используем, чтобы двигаться и поддерживать постоянной температуру нашего тела, 36,6 градусов. Правда, в таких реакциях всегда выделяется диоксид углерода (СО2). Но, к счастью, мы умеем легко избавляться от него, выдыхая его в атмосферу.
Кислород — чрезвычайно активное вещество. Он так и ищет, с кем бы ему соединиться и что бы ему разрушить. Поэтому кислород вездесущ. Этот элемент присутствует в подавляющем большинстве веществ, из которых сделан мир и мы сами. Из тех веществ, с которыми вы уже познакомились в этой книге, — он есть в воде, в песке, глине и почти во всех минералах. В большинстве веществ, из которых сделано всё живое (химики называют их органическими веществами), во всём, что мы едим и носим, обязательно есть кислород.
Кислород никогда не успокаивается. Что бы ни подвернулось ему под руку, он первым делом пытается окислить «собеседника». Чаще всего ему это удается. Попалась железная крыша, и он начинает работать, превращая железо в ржавчину — соединения железа с кислородом. Правда, в случае с железом это долгий процесс. Но бывают быстрые, почти мгновенные реакции окисления. Возьмите яблоко, например антоновку, разрежьте, и через минуту-другую вы увидите, как срез начинает темнеть. Это вещества по имени «полифенолы», содержащиеся в яблоке, начинают окисляться.
Противиться активному кислороду не может и древесина, стоит только её поджечь. Горение — это ещё одна очень бурная реакция окисления, во время которой выделяется много тепла. Вот почему мы можем согреться у костра и сварить на нём еду
А горение? Это тоже реакция окисления с участием кислорода. Быстрая, красивая, но и опасная. При реакциях окисления выделяется тепло, благодаря которому можно погреться у костра или камина. Преющее сено, в котором происходит медленное окисление, становится теплым. Да и перегной, который на дачах кладут в парники, тоже разогревается от окисления и согревает растения. Но ведь и до пожара недалеко.
Поэтому очень полезный и необходимый для жизни кислород бывает и опасен, и вреден. Вот почему химики придумали разные вещества, которые защищают от этого агрессора. Их вводят в состав материалов, чтобы они не горели и не окислялись, чтобы дольше служили. Наш организм тоже придумал свою внутреннюю защиту от неуёмного кислорода. Бывают случаи, когда его надо сдерживать. Вот на эти случаи и есть вещества, называемые антиоксидантами, которые тормозят реакции окисления в наших клетках. Очень много таких веществ содержится, например, в зелёном чае. Поэтому люди, заботящиеся о своем здоровье, пьют именно его. Как ваши бабушка и мама. Я угадала?
Вообще, долгое пребывание в чистом кислороде приводит к смерти: об этом писали еще Пристли, Шееле и Лавуазье. Мыши в кислороде гибнут через три-пять дней, а болезненные изменения в их организме начинаются уже в первые часы. Так что относительно небольшое содержание кислорода в воздухе, точно рассчитанное природой, — это оптимум, отклоняться от которого не стоит.
Откуда берётся кислород?
В самом деле, откуда берётся кислород? Он же непрерывно расходуется на дыхание и окисление всего? А его количество в воздухе как будто и не уменьшается. Так и есть, и всё благодаря очередному химическому чуду, сотворённому природой.
Всё дело в растениях и водорослях. Они не едят борщ, котлеты с картошкой и компот. У них своя еда — вода, воздух и... свет. Они берут воду из почвы, из лужи или океана. Они всасывают через свои зелёные листочки и клетки диоксид углерода, которого много в атмосфере, потому что это главный продукт любой реакции окисления. Они улавливают солнечные лучи. А дальше начинается великое таинство под названием «фотосинтез». Из этих незамысловатых компонентов, то есть всего лишь из трёх элементов — водорода, кислорода и углерода, содержащихся в воде и диоксиде углерода, — растения в своих клеточках синтезируют величайшее множество самых разных органических соединений. Ведь из атомов водорода, кислорода и углерода, взятых в любом количестве, можно составить бесконечное количество комбинаций. Так получаются вещества, из которых состоят сами растения. Они позволяют им расти, цвести и размножаться.
Одни из главных поставщиков кислорода на Земле — цианобактерии, или сине-зелёные водоросли. Они живут в морях и океанах, поэтому морская вода такого красивого сине-зелёного цвета. Крошечные цианобактерии непрерывно поглощают воду и углекислый газ, а в атмосферу возвращают кислород. Этот процесс учёные называют фотосинтезом
Но кислород можно получить и в лаборатории без помощи живых существ. Если в стакан налить перекись водорода (из аптечки) и добавить капельку сока хрена или крови, то мгновенно начнётся бурная реакция, которая запечатлена на фотографии. Перекись водорода под действием компонентов сока хрена (ферментов) начнёт быстро разлагаться на воду и кислород. Он-то и поднимает такую пену
А что же кислород? В результате этих реакций растения выделяют в атмосферу кислород, чистейший и самый настоящий. «А разве самим растениям кислород не нужен?» — спросите вы. Нужен, обязательно нужен. Мы же знаем, что большинство реакций в живых организмах (а растения конечно же живые!) протекают с участием кислорода. Поэтому часть кислорода, который растения производят, они расходуют на свои нужды, на своё собственное «дыхание», а остальное отдают в атмосферу, чтобы все другие живые существа тоже могли дышать. Арифметика тут такая: на собственные нужды растения тратят лишь одну седьмую часть произведённого ими кислорода. Причём подавляющую часть этого вещества (80%) в атмосферу поставляют одноклеточные водоросли, живущие в океане, и лишь пятую часть (20%) — растения, живущие на земле. Вот почему океан и леса называют лёгкими нашей планеты.
Откуда мы всё это знаем? Ещё до того, как химики придумали разные приборы, позволяющие находить кислород где угодно и измерять его количество, они уже установили, что растения умеют производить этот волшебный газ. Один из первооткрывателей кислорода Джозеф Пристли поместил зелёную ветку мяты под стеклянный колпак с воздухом, в котором горела и потухла свеча. И оказалось, что живая зелёная ветка возвращает воздуху под колпаком способность поддерживать горение свечи.
«А ночью, когда нет света, фотосинтез останавливается?» Это замечательный вопрос, спасибо. Да, останавливается.
