Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров
Голос космоса
Земная кора содержит 1 процент водорода по весу. Почти весь он находится в связанном состоянии — в воде и в органических соединениях: нефти, угле, растениях и т. д. В атмосфере — всего лишь пять стотысячных процента водорода.
Когда-то атмосфера Земли была восстановительной и содержала водорода во много раз больше. Появившийся в результате фотосинтеза растений кислород связал значительную часть водорода. С другой стороны, водород постоянно покидает земную атмосферу. Ведь это наилегчайщий газ, его молекулы наиболее подвижны. Он значительно быстрее других газов распространяется в пространстве.
Средняя скорость движения молекул водорода при комнатной температуре достигает 2 километров в секунду. Но в газе всегда есть молекулы, обладающие гораздо большей скоростью. Есть и движущиеся со скоростью 11,3 километра в секунду, достаточной для преодоления земного притяжения. Поэтому верхние, разреженные слои атмосферы постоянно теряют водород. Он улетает в космос. В космосе водород является преобладающим элементом. По современным подсчетам, часть вселенной, доступной наблюдению приборами, на 81 процент состоит из водорода, 18,7 процента из гелия и только 1 процент приходится на долю остальных 100 элементов таблицы Менделеева.
Радиоизлучение водорода — радиоизлучение вселенной. Нейтральные атомы газа, сталкиваясь между собой в межзвездном пространстве, излучают радиоволны длиною в 21 сантиметр. Это радиоизлучение повсеместно во вселенной, оно не поглощается космической пылью и доходит до самых отдаленных уголков Галактики. Оно позволяет узнать характер распределения водорода в Галактике, изучить движение межзвездного газа.
Радиолиния 21 сантиметр — основная и главная характеристика радиоизлучения вселенной; она открыта для изучения всем разумным существам. Надо думать, что наша планета не является исключением в бесконечной вселенной. Если мы предполагаем наличие мыслящих существ во вселенной, то и они по аналогии должны предполагать наше существование. Самый быстрый способ связи, известный нам, — это электромагнитные радиоволны. Наиболее разумная длина волны, данная нам природой, — 21 сантиметр.
Сейчас учеными разработана аппаратура для космической радиосвязи на волне 21 сантиметр. Уже начаты исследования двух близких к нашей системе звезд, похожих на Солнце, — тау Кита и эпсилон Эридана. До них 11 световых лет пути… И кто знает, может быть, к Земле на радиоволне 21 сантиметр летит сигнал, посланный жителями далеких миров тысячи лет назад?
Водород-два, водород-три…
В 1932 году из природного водорода выделили тяжелый изотоп — дейтерий. Его ядро состоит из протона и нейтрона. Оказалось, что в природном водороде на 5500 атомов протия (так был назван легкий водород 1Н) приходится один атом дейтерия — D. Дейтерий в два раза тяжелее протия и довольно сильно отличается от него. Например, протий становится жидким при –259,2 °C, а дейтерий — при –254,6 °C. Это различие в константах служит основой для выделения дейтерия: перегонкой жидкого водорода получают остаток, содержащий до 50 процентов дейтерия. Электролизом воды также можно получить тяжелый изотоп: более легкий протий быстрее выделяется на катоде, в остатке концентрируется дейтерий.
В 1939 году получен искусственно другой изотоп водорода — тритий, в три раза более тяжелый, чем протий.
Вскоре тритий был обнаружен в природной воде и атмосфере, правда в ничтожных количествах. Это самый редкий газ на Земле; в воде его в 1018 раз меньше протия.
Атмосфера Земли и ее поверхность содержит всего 1,8 килограмма трития — меньше, чем радона.
В 1962 году итальянским ученым удалось получить очень неустойчивый изотоп — водород-четыре; совсем недавно появилось сообщение о синтезе водорода-пять.
Элемент огня
Почти 90 процентов воды — это кислород, газ, с которым непосредственно связано существование всего живого на планете, вся история цивилизации, развитие науки и промышленности.
Борьба человечества на ранних стадиях развития за существование — борьба за огонь. Огонь — это горение, горение — потребление кислорода.
В 1774 году английский химик Пристли, нагревая окись ртути, обнаружил выделение неизвестного газа, в котором ярко загоралась тлеющая лучинка. В том же году была опубликована работа шведского аптекаря К. Шееле: в ней было описано получение того же самого газа из селитры, окиси ртути и сурика. И тот и другой придерживались теории флогистона: они назвали открытый газ «дефлогистированным», иначе — лишенным флогистона. По их мнению, открытый ими газ жадно отбирал флогистон у горящих тел; оттого-то в нем они и горели интенсивнее, чем в воздухе.
Когда об открытии Пристли узнал Лавуазье, он понял, что горение есть присоединение кислорода к горящему телу, а вовсе не выделение телом флогистона. Лавуазье в короткий срок создал антифлогистическую, кислородную теорию химии. Шееле и Пристли описали кислород; Лавуазье действительно открыл его для науки.
Уже Пристли заметил, что кислород необходим для дыхания. Лавуазье глубоко изучил процесс дыхания человека и пришел к выводу, что жизнь есть медленное… горение.
Спирт горит ярким пламенем, образуя углекислый газ, воду и тепло.
Человеческий организм, поглощая кислород, выделяет то же самое.
Вот состав воздуха вдыхаемого:
21 % O2, 0,03 % CO2, 78,97 % N2,
а вот выдыхаемого:
16 % O2, 5,03 % CO2, 78,97 % N2.
Проникая в организм, кислород соединяется в конечном счете с веществом тканей, образуя углекислый газ, воду и тепло, необходимое для существования самого организма.
Человеческий организм приспособился к существующему атмосферному давлению, а также к содержанию кислорода в воздухе. При общем давлении в 760 миллиметров кислород воздуха давит на поверхность Земли и, в частности, на живые организмы с силой около 160 миллиметров ртутного столба.
На вершине Эльбруса процентный состав воздуха тот же самый, что и у подножия горы, но давление почти в два раза меньше нормального, — на долю кислорода приходится всего лишь 80 миллиметров.
Альпинист, поднявшийся на вершину горы, резко чувствует уменьшение давления: кровь не успевает насыщаться кислородом. При восхождении на Эверест альпинисты имели при себе кислородные приборы, которые подают кислород в организм под нормальным давлением. Летчики широко пользуются этим прибором.
Впрочем, коренные жители высокогорных областей спокойно переносят разреженность атмосферы: их организм приспособился к условиям среды. Так, жители Перуанских Анд могут легко переносить грузы более 50 килограммов на высоте около 5 тысяч метров. Их сердце с большей силой гонит кровь в легкие, грудная клетка мощней, кровь снабжается кислородом интенсивнее, чем у жителей долины.
Иногда
