Соль >> Белые кристаллы и ядовитый газ
Белые кристаллы и ядовитый газ:
-
Говорят, Эдмунд Клерихью Бентли написал следующие строки еще в школе, на уроке химии:
Сэр Хамфри Дэви
Был страшен в гневе.
Он позором покрыт:
Ведь им натрий открыт.
Это было первое произведение в жанре клерихью. псевдобиографический стишок из двух пар рифмованных строчек, причем одной рифмой должно было обязательно служить имя героя эпиграммы. Это признанный жанр юмористической поэзии, хотя мало кто может процитировать хотя бы одно клерихью.
Упомянутый сэр Хамфри Дэви родился в 1778 году, он был англичанин, химик-самоучка и служил помощником аптекаря в Корнуолле. Пневматическое общество Бристоля предложило ему заняться изучением медицинского применения газов, о чем двадцатилетний юноша мог только мечтать. Сведений о том, каков он был в гневе, не сохранилось, зато известно, что он очень любил закись азота — веселящий газ, с которым долго экспериментировал и нашел, что это вещество хотя и вызывает приятное опьянение, но не грозит никаким похмельем. Его знаменитые друзья, в том числе и поэты Роберт Саути и Сэмюэл Тейлор Колридж, с удовольствием участвовали в его опытах. Однако Дэви пришлось убедиться, что не все газы одинаково хороши: он едва не погиб, экспериментируя с монооксидом углерода — угарным газом.
Бристольские опыты Дэви вызвали резкую критику консервативных политиков: знаменитый Эдмунд Берк не только назвал эксперименты с газом «атеистическими», но и усмотрел в них причину Французской революции.
Несколько лет спустя эксперименты Дэви с электролизом — он пропускал электрический ток через химические соединения, чтобы разложить их, — принесли ему огромную известность, а его химические лекции в Королевском обществе были столь блестящими, что считались модным культурным событием. Но в 1812 году он разочаровал поклонников: женился на богатой вдове и вместо чтения лекций отправился путешествовать по Европе.
Блестящий ученый, Дэви знал толк не только в публичных выступлениях, но и в роскошной жизни. Кроме того, он был мастером саморекламы: о каждом из невероятного множества крупных научных открытий, которые он сделал, тут же становилось широко известно. Электролизом он смог впервые выделить некоторые элементы, а в 1807 году получил чистый натрий — седьмой по распространенности элемент на Земле. Это был первый шаг к пониманию природы соли.
О том, что СУЩЕСТВУЮТ различные виды солей, каждая из которых имеет свои особые свойства, было известно испокон веку. Уже древние египтяне знали разницу между поваренной солью и содой, но они не понимали, как устроены эти вещества, и не смогли бы их синтезировать. И калиевая, и натриевая селитра уже в Средние века была хорошо известна китайцам, которые употребляли селитру при изготовлении пороха. После того как о порохе узнали в Европе, у селитры появился практически безграничный рынок сбыта, но о том, чем объясняются ее свойства, было по-прежнему очень мало известно.
Уже в XVI веке селитру использовали, чтобы сохранить мясо и сделать его более красным: считалось, что таким образом улучшается естественный цвет мяса. В Польше XV века выпотрошенную дичь просто вымазывали изнутри смесью соли и пороха, в состав которого входила калийная селитра. Прошли столетия, прежде чем стал ясен механизм этого процесса: бактерии разлагают нитрат калия (калийную селитру) или нитрат натрия (натриевую, или, как ее часто называют, чилийскую селитру), так что нитраты превращаются в нитриты. Последние вступают в реакцию с белком миоглобином, окрашивая мясо в розоватый цвет. Кроме того, в результате реакции получается некоторое количество так называемых нитрозаминов — эти вещества могут вызывать рак. Сегодня закон ограничивает количество нитратов в пище уровнем «приемлемого риска». Впрочем, цель, ради которой приходится идти на риск — чтобы ветчина была более розового цвета, — не кажется вполне бесспорной.
Из века в век разные типы солей различали по вкусу. В Большом Соленом озере явно было много концентрированного хлорида натрия, потому что вода его имела приятный соленый вкус, в то время как «горький и тошнотворный» вкус Мертвого моря свидетельствовал о присутствии хлорида магния. В ходе старинного процесса выпаривания морской воды происходит следующее: когда раствор становится перенасыщенным, то есть концентрация соли в нем достигает 26% (средняя соленость океанической морской воды — 3,6%), она кристаллизуется и выпадает из жидкости. Но со временем выяснилось, что по мере дальнейшего насыщения раствора из него начинает осаждаться множество других солей.
В 1678 году доктор Томас Растел из Дройтвича писал:
Помимо белой соли, о которой говорилось выше, у нас есть еще и другой сорт, который называют комковатой солью. Она прилипает ко дну чанов, и после того как белая соль вычерпана, комковатую откалывают стальной киркой. Это самая сильная соль, какую я видел, и ее по большей части используют, чтобы солить бекон и говяжьи языки: бекон от нее делается краснее, чем от другой соли, а жирное мясо становится более плотным.
Слово «химия» появилось еще в начале XVII века, но вплоть до конца столетия эта область исследований не считалась самостоятельной наукой. Несмотря на то что химики довольно рано смогли определить некоторые из солей, осаждавшихся из рассола, очень немногие люди того времени, по-видимому, имели отчетливое представление о том, что такое соль.
Книга Бернара Палисси с соблазнительным названием «Как стать богатым, а также Истинный способ, коим любой во Франции сможет взрастить и приумножить свои сокровища и владения» была издана в 1636 году, и в ней утверждалось, что «сахар есть соль». В перечень «разнообразных солей» Палисси включает также «виноградную соль, которая придает вкус и аромат вину». Неудивительно, что он приходит к выводу, что «все соли перечислить невозможно». Джон Ивлин в своем «Рассуждении о соленьях», написанном уже в 1699 году, также упоминает, что сахар иногда называют «индейской солью».
Похоже, солью в те времена могло считаться любое вещество, представляющее собой белые кристаллы. Однако уже в первой половине XVII века положение стало понемногу меняться. Иоганн Рудольф Глаубер, немецкий химик, обнаружил в воде целебного источника недалеко от Бонна некое вещество, которое он назвал sal mirabile— «чудесная соль». На самом деле это был обводненный сульфат натрия, но Глаубер этого знать не мог, поскольку до того момента, когда Дэви откроет натрий, оставалось еще без малого две сотни лет. Глаубер объявил, что открытое им вещество — таинственно действующее лечебное средство, и продавал его в качестве соли для ванн, невероятно полезной для здоровья. «Чудесная соль» стала столь знаменитой, что и сегодня — хотя сейчас ее больше используют не в быту, а в металлургии, текстильной промышленности и других производствах — она называется глауберовой солью.
Глаубер обладал коммерческой смекалкой, чтобы сохранить в тайне состав нового вещества и сколотить на нем состояние, но при этом в достаточной степени оставался ученым, чтобы обнаружить следующее: когда серная кислота вступает в реакцию с поваренной солью и получается соляная кислота (процесс, хорошо известный уже сотни лет), то осадок, который всегда выбрасывали, — это как раз и есть «чудесная соль».
Несколько позже Неемия Грю, британский ботаник, который первым выяснил и доказал, что растения имеют пол, изучил прославленный источник целебной воды в Эпсоме в английском графстве Суррей. Он выделил из воды вещество, которое стало называться эпсомская соль. Сейчас это соединение чаще называют сульфатом магния и применяют не только в медицине, но и в текстильной промышленности, а также для изготовления взрывчатки, спичечных головок и фейерверков.
Но сам Неемия Грю продвинулся в изучении нового вещества гораздо меньше, чем Глаубер в своих исследованиях «чудесной соли». Лишь после многих лет опытов химик Каспар Нейман в 1715 году обнаружил, что эпсомскую соль можно получить, добавив серную кислоту в маточный раствор— темную, кроваво-красную жидкость, остающуюся после того, как из концентрированного рассола выпадет хлорид натрия.
Через некоторое время лондонский химик Джон Браун выяснил, что эпсомскую соль можно выварить из маточного раствора и без серной кислоты. Кроме того, он выделил из раствора еще одну соль (сейчас ее называют хлорид магния), что повлекло за собой целую цепь научных событий, включая открытие нового элемента — магния, о чем Дэви объявил в 1808 году. В 1828 году Антуан Бюсси изобрел способ получения этого металла в промышленных количествах, и сейчас магний широко используется для предотвращения коррозии стали, для изготовления легких металлических сплавов, взрывчатых веществ и электрических лампочек.
В начале XVIII века, когда Нейман экспериментировал с маточным раствором, эту жидкость называли горечью или рапой и солевары либо просто выливали ее, либо скармливали скоту, а то и отдавали беднякам в качестве дешевого источника соли. Голландцы выяснили, что горечью хорошо мыть окна. Но несмотря на призывы ученых, большинство солеварен продолжали выбрасывать ее.
В 1792 году из рапы был получен карбонат натрия — сода. Природная сода использовалась еще с древних времен — например, в стекольном деле. «Натрий» по-английски — sodium, и Дэви назвал так новый элемент именно потому, что сода была одним из наиболее известных его соединений.
Искусственное получение соды открыло путь для развития бесчисленных отраслей промышленности. Гидрокарбонат натрия, или питьевая сода, используется в пищевых продуктах, а также в стекольном деле и текстильной индустрии. Карбонат натрия применяется для изготовления бумаги, пластмасс, детергентов и искусственной вискозы.
Ко времени Гражданской войны сода продавалась в США повсеместно, широкое распространение получили и содовые фонтаны — сифоны для изготовления газированной воды.
Популярный женский журнал той эпохи приводит рецепт изготовления газированных напитков:
Налейте в высокий стакан лимонного, малинового, клубничного, ананасового или любого другого кислого сиропа, в количестве, достаточном, чтобы у напитка был очень сильный вкус. Затем долейте ледяной воды до половины стакана и добавьте полчайной ложки питьевой соды (ее можно купить у аптекаря). Как следует перемешайте чайной ложкой. Напиток тут же вспенится, и его надо пить, пока пена не исчезнет. Если постоянно иметь в доме сироп и соду, то их очень легко смешать с ледяной водой, и в вашем распоряжении всегда будет чрезвычайно приятный напиток. Он почти не отличается от содовой, которую можно купить в лавке, но цена его будет неизмеримо меньше.
«Годис Лэдис Бук», 1860
В ТЕЧЕНИЕ ОЧЕНЬ долгого ВРЕМЕНИ соду и поташ часто путали. Слово potash само по себе описывает процесс изготовления карбоната калия: в глиняном горшке (pot) кипятили древесную золу (ash). Подобно соде поташ широко применялся задолго до того, как был химически осмыслен. Помимо прочего, он был необходим для изготовления стекла и мыла.
Пока не было налажено коммерческое производство пекарской соды — карбоната натрия, — в выпечке тоже использовали поташ. Кулинарная книга Амелии Симмонс, опубликованная в 1796 году сначала в Хартфорде, а потом в Олбани, считается первой кулинарной книгой Америки не только потому, что она вышла в свет вскоре после Войны за независимость, но и потому, что была написана американкой и для американцев. Рецепты ее гигантских пирогов требуют невероятного количества продуктов: например, для «пирога независимости» следовало взять двадцать фунтов муки, пятнадцать фунтов сахара, десять фунтов масла и двадцать четыре яйца. Во многих рецептах упоминается и жемчужная зола — поташ: он был необходим для того, чтобы тесто хорошо всходило.
Шесть фунтов муки, 2 фунта меду, 1 фунт сахару, 2 унции корицы, 1 унция имбиря, корка от небольшого апельсина, 2 чайные ложки поташа, 6 яиц. Поташ растворить в молоке, перемешать все ингредиенты и замесить тесто. При необходимости добавить молока, выпекать 20 минут.
Амелия Симмонс Американская кулинария, 1796
В 1807 году Хамфри Дэви присоединил кусок поташа к полюсам электрической батареи, и на отрицательном полюсе стал осаждаться металл. Как рассказывал его кузен Эдмунд, сэр Дэви в экстазе начал плясать по комнате, понимая, что открыл новый элемент. Он назвал его в честь поташа: potassium, то есть калий.
До КОНЦА XVIII ВЕКА ТКАНИ БЕЛИЛИ следующим образом: вымачивали в пахте, а потом расстилали на земле, чтобы их за несколько недель выбелило солнце. Места, где это делали, назывались белильные поля и занимали огромную площадь. Но одним из следствий промышленной революции XIX века было огромное количество сажи, летевшей из фабричных труб и толстым слоем покрывавшей все вокруг. Найти место для белильных полей близ промышленных городов становилось все труднее и труднее. Необходимо было найти какой-то другой способ беления тканей.
В 1774 году, за двенадцать лет до открытия кислорода, швед Карл Вильгельм Шееле впервые описал некое вещество с резким запахом, обладающее в числе прочего отбеливающими свойствами. Прошло еще десять лет, однако открытие не находило себе практического применения. В 1786 году великий французский химик Клод Луи Бертолле показал, что если новое вещество (Бертолле считал, что это оксид элемента мурия) растворить в поташе, то получится жидкий отбеливатель. Через год с небольшим промышленное отбеливание стало одной из главных отраслей британской текстильной индустрии.
В 1810 году Дэви, разложив электролизом поваренную соль, выяснил, что в действительности «оксид мурия» — это новый элемент, зеленоватый газ, который он назвал хлором (от греческого хлорос— зеленый).
Хлор используют не только для отбеливания: он входит в состав пластмасс и искусственного каучука, и для него, как и для многих научных открытий, в конце концов нашлось военное применение. В 1914 году, в начале Первой мировой войны, взрывали наполненные хлором канистры, но затем артиллерийские снаряды стали начинять карбонилхлоридом, который был гораздо более эффективен. Это вещество называется горчичный газ; оно ответственно за смерть восьмисот тысяч человек.
Химики и ПРЕДПРИНИМАТЕЛИ понемногу осознавали, что соли — это весьма специфическая группа веществ. Они часто встречаются вместе, и вещество, которое мы теперь называем «просто солью», с многих точек зрения вовсе не самое ценное в этой группе. В 1744 году член Парижской академии наук Гийом Франсуа Руэль сформулировал определение, которое выдержало испытание временем: соль — это любое вещество, получившееся в результате реакции кислоты и основания.
О кислотах и основаниях было известно давно, но никто не понимал до конца, что это такое. Кислоты были кислыми и могли растворять металлы. Основания были мыльными на ощупь. Но Руэль понял, что между кислотами и основаниями есть природное сродство: природа стремится к завершенности, а кислота и основание, подобно хорошим супругам, дополняют друг друга. Кислоты нуждаются в электроне, которого им недостает, а основание пытается избавиться от лишнего. В результате реакции они образуют хорошо сбалансированное соединение — соль.
Выяснилось, что соль — настоящий микрокосм, модель одной из старейших космогонических систем. Китайская вера в инь и як и большинство мировых религий, современная наука и основные принципы кулинарии — везде в основе лежит представление о том, что две противоборствующие силы разрешатся в гармонию, стоит одной обрести недостающее, а другой — избавиться от лишнего. Кристаллик соли — вещь крошечная, но вполне совершенная.
СВОЙСТВА соли, как в свое время и свойства селитры, интересовали не только ученых, но и военных, желавших обеспечить себя все более эффективными взрывчатыми веществами. В XIX веке было обнаружено, что хлорат калия — более мощная взрывчатка, чем порох, в состав которого входит нитрат калия. А магний имеет еще более впечатляющие взрывчатые свойства. Индустрия взрывчатых веществ быстро развивалась, и часть этих производств тоже отравляла людей.
Газ от этих фабрик имеет столь вредоносную природу, что уничтожает все своим воздействием и одинаково губителен и для здоровья, и для имущества. От него сгорает хлеб в полях, сады и огороды не плодоносят, а многие здоровые деревья превращаются в гниющие голые палки. Скот и птица также чахнут и тощают. Мебель в домах тускнеет, а когда мы испытываем действие газа на себе, что случается часто, нас поражает кашель и головная боль.
Слушания в городском совете города Нъюкасл-эпон-Тайн, 9 января 1839 г.
Солеварни, и так уже давно закоптившие небо угольным дымом и окалиной, теперь предлагали окружающей среде еще более широкий ассортимент отравляющих веществ. Соль штата Нью-Йорк больше не приносила прибыли, но ее теперь использовали для производства кальцинированной и каустической соды, бикарбоната натрия и других химикатов. Сиракузы превратились в центр химического производства, которое хоть и отсрочило на несколько лет окончательное закрытие солеварен, но зато почти уничтожило своими отходами озеро Онондага.
К 80-м годам XIX века Америка покрылась сетью железных дорог, и век каналов кончился. 15 мая 1918 года была закрыта и секция канала Эри, проходившая через Сиракузы. Пятью годами позже городские власти за 800 ООО долларов купили сооружения канала, засыпали его и разбили на этом месте бульвар Эри. Местная соляная промышленность тоже исчезла. В 1930-х годах солеварни были ликвидированы, и город начал очищать озеро, чтобы его берега стали вновь пригодны для отдыха.