Лев Власов - Занимательно о химии

Допустим, встречаются два атома — натрия и фтора. У первого снаружи крутится один электрон, у второго — семь. Встречаются и моментально образуют прочнейшую молекулу фтористого натрия. А каким образом? Благодаря перераспределению электронов.

Натриевый атом легко расстается с наружным электроном. При этом он становится положительно заряженным ионом, и у него обнажается предыдущая электронная оболочка. Она содержит восемь электронов, и вырвать их из этого октета очень и очень непросто.

Атом фтора, напротив, с готовностью берет дополнительный электрон на внешнюю свою оболочку; тем самым она тоже становится восьмиэлектронной. И одновременно на сцене появляется отрицательно заряженный ион фтора.

Положительное притягивается к отрицательному. Электрические силы прочно стягивают противоположно заряженные ионы натрия и фтора. Между ними возникает химическая связь. Ее называют ионной. Это один из главных видов химической связи.

А вот второй.

Почему, скажем, существует такое соединение, как молекулы фтора F2? Ведь атомы фтора не могут сбрасывать электроны с внешней оболочки. Разнородно заряженных ионов здесь не получается.

Химическая связь между атомами фтора осуществляется с помощью пары электронов. Каждый из атомов выделяет по одному электрону в совместное пользование. И получается, что у первого атома на внешней оболочке появляется как бы восемь электронов и у второго тоже. Такую связь именуют ковалентной. Большая часть известных химических соединений получается с помощью химической связи первого или второго типа.

Пока химики не изобрели зеленого листа. Но свет уже применяется на практике для осуществления фотохимических реакций. Кстати, фотографические процессы — это пример деятельности фотохимии. Именно свет оказывается главным фотографом.

Не только световыми лучами ограничивается интерес химиков. Ведь есть еще рентгеновские и радиоактивные излучения. Они несут огромную энергию. Так, рентгеновы лучи в тысячи, а гамма-лучи в миллионы раз «интенсивней» световых.

Разве могли химики оставить их без внимания?

И вот в энциклопедиях и учебниках, специальных книгах и статьях, в популярных брошюрах и очерках появляется новый термин: «радиационная химия». Так называется наука, изучающая действия излучений на химические реакции.

Она молода, но и ей уже есть чем похвастать.

Например, нефтехимики широко применяют процесс крекинга нефти. Сложные органические соединения, содержащиеся в ней, при этом расщепляются на более простые. Образуются, в частности, углеводороды, входящие в состав бензина.

Крекинг — дело капризное. Его ведут при высокой температуре и в присутствии катализаторов. И в течение довольно продолжительного времени.

Это по-старому. А по-новому крекинг не нуждается ни в тепле, ни в химических ускорителях, не требует многих часов работы.

По-новому значит, с применением гамма-излучения. Оно проводит радиационный крекинг. Разрушает сложные органические молекулы. Излучение выступает как разрушитель.

Но не всегда.

Если поток электронов (бета-лучи) направить на легкие газообразные углеводороды — метан, этан или пропан, — происходит усложнение молекул, образуются более тяжелые жидкие углеводороды. Вместо радиационного разрушения — радиационный синтез.

Способность радиоизлучений «сшивать» молекулы используется в процессе полимеризации.

Всем известен полиэтилен. Но не все знают, что его приготовление — дело сложное. Оно не обходится без больших давлений, без специальных катализаторов и особой аппаратуры. А радиационная полимеризация ничего подобного не требует. И стоит радиационный полиэтилен вдвое дешевле.

Это лишь некоторые достижения радиационной химии. Они становятся все более внушительными день ото дня.

Но радиоактивное излучение для человека не только друг. И враг. Враг коварный и беспощадный, вызывающий лучевую болезнь.

Пока нет универсальных рецептов для борьбы с этим тяжелым недугом. Лучше всего не допускать возможности попасть под радиоактивное облучение.

Как? Свинцовые блоки, многометровая толща бетона, толстенные слои металла и камня поглощают потоки радиоактивных лучей. Надежно. Но очень дорого, громоздко и неудобно. Вообразите себе самочувствие человека, одетого в свинцовый скафандр…

Химики, где вы? Неужели не сумеете изыскать средств более простых, но таких, чтобы надежно предохраняли человека от облучения?

Первые опыты (пока только опыты) в этом направлении уже сделаны.

Рентгеновы лучи моментально засвечивают фотопластинки и пленки. Разрушают светочувствительные слои бромсеребряной эмульсии.

А вот что сделали года четыре назад итальянские химики. Они смочили поверхность фотопластинки раствором неорганических соединений — сернокислого титана и селенистой кислоты. И выяснилось, что пластинка потеряла чувствительность не только к видимому свету, но и к рентгеновскому излучению.

В чем дело? Быть может, произошло химическое взаимодействие между этими веществами и бромистым серебром? И образовались новые соединения, устойчивые к облучению?

Отнюдь! Никакого химического взаимодействия не было, и фотопластинка восстанавливала свою былую чувствительность, стоило лишь хорошенько промыть ее водой. Словом, что здесь происходит, еще неясно. Есть только намек на совершенно неожиданную возможность защиты от облучения.

И воображение уже рисует человека, одетого в самый обычный костюм, пропитанный специальным химическим составом. Составом, который останавливает потоки смертоносных излучений.

Сотни и тысячи сложнейших органических соединений создали химики в своих лабораториях за последние годы. Таких сложных, что даже простое изображение их структурных формул на бумаге представляется делом нелегким. Во всяком случае, требует немало времени.

Среди побед, которыми могут похвастаться химики-органики, величайшая — это, бесспорно, синтез молекулы белка. Притом белка первостепенной важности.

Речь идет о химическом синтезе инсулина — гормона, управляющего обменом углеводов в организме.

Даже специалистам-химикам еще неясны некоторые детали строения этой белковой молекулы. Инсулин — это поистине молекула-гигант, хотя число входящих в нее элементов очень ограниченно. Но они располагаются в ней в самых причудливых сочетаниях.

А потому для простоты примем, что молекула инсулина состоит из двух частей, двух цепочек — цепи А и цепи В. И связаны друг с другом эти цепи так называемой дисульфидной связью. Иначе говоря, между ними как бы перекинут мостик, состоящий из двух атомов серы.

План генерального наступления на инсулин был следующим. Отдельно синтезировать цепи А и В. Затем соединить их, да так, чтобы между ними обязательно протянулся дисульфидный мостик.

Теперь немного арифметики. Чтобы получить цепь А, химикам понадобилось провести около сотни различных последовательных реакций. Построение цепи В потребовало больше ста. И ушло на это много месяцев кропотливейшего, труда.

Но вот обе цепи, наконец, получены. Надо их связать. Именно здесь и встретились основные трудности. Не раз постигали исследователей жестокие разочарования. И все же в один прекрасный вечер в лабораторном дневнике появилась лаконичная запись: «Молекула инсулина полностью синтезирована».

Двести двадцать три последовательных этапа потребовалось ученым, чтобы искусственно получить инсулин. Вдумайтесь только в эту цифру: до сих пор еще ни одно из известных химических соединений не было приготовлено с таким трудом. Десять человек не покладая рук работали около трех лет…

Биохимики же сообщают весьма любопытную вещь: в живой клетке белок синтезируется всего за… 2–3 секунды.

Три года — и три секунды! Насколько все-таки синтетический аппарат живой клетки совершеннее современной химии!

Химический музей

Если собрать величайших химиков мира и попросить их ответить на один-единственный вопрос: сколько химических соединений могут образовать элементы периодической системы, то это высокоавторитетное собрание не даст даже приблизительного ответа.

Нам известно самое простое химическое соединение: молекула водорода; Проще и быть не может. Ведь водород — самый первый, самый легкий представитель таблицы Менделеева.

А самое сложное? Тут всякая определённость исчезает. Химии знакомы поистине гигантские молекулы, состоящие из десятков, сотен тысяч и даже миллионов атомов И никто не в состоянии сказать, существует ли вообще какой-нибудь лредел сложности.