Брайан Клегг - Вселенная внутри вас
Уровень кислотности в желудке постоянно меняется, и иногда это может вызвать дискомфорт. Порой кислота из желудка попадает в такие места пищеварительного тракта, где ей быть не положено. В качестве примера можно привести так называемый рефлюкс, когда кислота выталкивается из желудка в пищевод. Такие проблемы обычно возникают в результате неправильного режима питания (например, переедания или приема пищи прямо перед сном), хотя порой могут вызываться и физическими причинами вроде грыжи пищеводного отверстия диафрагмы.
Вы хотите как можно быстрее избавиться от неприятных ощущений? Примите антацид. Его действие представляет собой простую химическую реакцию.
Хотя существуют различные виды антацидов, большинство из них содержат соли угольной кислоты, например карбонат кальция или магния. Частью любого карбоната является атом углерода, соединенный с тремя атомами кислорода.
Съешьте кусок камня
Карбонат кальция – очень распространенный минерал. Он придает твердость яичной скорлупе и является главной составляющей частью известняка, мрамора и мела. Таким образом, принимая средство от изжоги, вы фактически едите растолченный камень (правда, я бы не рекомендовал пользоваться такими дешевыми заменителями).
Карбонаты отлично взаимодействуют с кислотами. К сожалению, мы наблюдаем это в случае выпадения кислотных дождей. Сооружения из мрамора и особенно из более мягкого известняка разрушаются буквально на глазах. Скульптуры теряют очертания, а надписи полностью исчезают, из-за чего на могильных плитах порой ничего нельзя прочитать.
Но то, что плохо для камней, полезно для желудка.
Карбонат кальция вступает в реакцию с соляной кислотой. Простейшая химическая реакция заключается в том, что части молекул различных веществ меняются местами. В основе этого явления лежат энергетические причины. Для соединения атомов внутри молекулы всегда необходима энергия, но межатомные связи бывают разными. Если при переходе от одной конфигурации атомов к другой происходит высвобождение энергии, то реакция осуществляется без труда. Это то же самое, что бросить с высоты некий предмет. Не составляет никакого труда скатить валун с вершины к основанию холма, потому что при этом высвобождается потенциальная энергия. Совсем другое дело – закатить валун на вершину, потому что здесь надо вложить массу энергии.
Эксперимент: химия в желудкеПоложите в стакан таблетку антацида (выберите самое
простое средство, а не дорогостоящий препарат двойного действия) и добавьте немного уксусной кислоты. Вы увидите, как из таблетки выходят пузырьки. Такая же реакция происходит и у вас в желудке. При этом выделяется углекислый газ. Уксусная кислота намного слабее соляной, поэтому эффект не столь бурный. Если реакция не происходит, то вы, возможно, взяли таблетку, покрытую защитной оболочкой.
Повторите эксперимент, разломив таблетку надвое. Реакция идет более активно. Отчасти это объясняется тем, что вы разрушили защитную оболочку, но причина также и в увеличении площади взаимодействия карбоната с кислотой.
При соединении карбоната кальция и соляной кислоты возникает бурная реакция, которая заканчивается образованием трех молекул. Соляная кислота состоит из одного атома водорода и одного атома хлора. В ходе реакции хлор связывается с кальцием, образуя хлорид кальция, а пары атомов водорода присоединяются к атому кислорода, образуя воду. От молекулы карбоната остается только двуокись углерода, то есть углекислый газ. В результате уровень кислотности снижается и ваш желудок успокаивается (будем надеяться).
«Вредное» соединение
Двуокись углерода – простое химическое соединение, которое в наши дни пользуется дурной славой. Если бы мы снимали фильм про Джеймса Бонда, этот газ играл бы роль злодея, решившего установить господство над миром. Такую репутацию он заслужил из-за того, что, являясь парниковым газом, вносит свой вклад в глобальное потепление. Действительно, слишком большое содержание углекислого газа в атмосфере не приводит ни к чему хорошему. Но не следует мазать его исключительно черной краской, потому что в силу ряда причин мы не смогли бы без него жить.
Во-первых, парниковый эффект имеет и положительные стороны. В атмосфере он играет роль зеркала, отражающего тепло. Свет Солнца в основном пронизывает атмосферу и нагревает поверхность Земли. Она отдает тепло в виде инфракрасных лучей низкой энергии. Часть из них улавливается молекулами углекислого газа, а затем излучается опять же в инфракрасном диапазоне, но в разных направлениях. Какая-то часть рассеивается в пространстве, а какая-то возвращается на Землю. Таким образом, углекислый газ как бы выполняет функцию одеяла, укрывающего планету и поддерживающую на ней пригодную для жизни температуру.
Правда, если вы хотите увидеть, к чему может привести избыток углекислого газа, отправляйтесь на Венеру. Считается, что когда-то она напоминала по условиям Землю, но 97 процентов углекислого газа в атмосфере привели к парниковому эффекту, вышедшему из-под контроля. Средняя температура на Венере составляет 480 °С, а порой доходит и до 600 °С. У нас углекислый газ составляет лишь 0,039 процента по объему, но благодаря парниковому эффекту (в котором участвуют и другие газы, например водяной пар и метан) средняя температура на Земле на 33 °С выше, чем была бы без него. Если бы не парниковый эффект, средняя температура на Земле составляла бы -18 °С, что существенно ограничило бы возможность жизни на ней.
Еще одна чрезвычайно важная черта углекислого газа заключается в том, что он является пищей для растений. Как уже было сказано, жизненный цикл обитателей Земли базируется на растениях. В них нуждаются даже плотоядные животные, поедающие других животных, так как в конце пищевой цепи вы непременно обнаружите растение. Растения поглощают углекислый газ из воздуха, используя углерод в процессе фотосинтеза и вырабатывая в качестве побочного продукта кислород, которым мы дышим.
Добавьте немного шипучки
Еще одно свойство углекислого газа, на этот раз не столь серьезное, было обнаружено сравнительно давно. В 1756 году шотландский врач Джозеф Блэк впервые получил чистую двуокись углерода. Спустя 11 лет Джозеф Пристли, открывший впоследствии кислород, начал изучать свойства этого газа в пивоварне Лидса. Один из экспериментов заключался в пропускании пузырьков углекислого газа через воду. Часть газа при этом растворялась, придавая обычной воде привкус альпийских минеральных вод.
Пристли совсем забыл об этом опыте и вспомнил о нем лишь в 1772 году на ужине у герцога Нортумберлендского в Лондоне. Развлекая гостей, хозяин предложил им морскую воду, опресненную методом дистилляции. Гости сочли ее слишком безвкусной, и тогда Пристли объявил, что знает, как улучшить вкус. На следующий день он приготовил содовую. В то время Пристли получал углекислый газ в ходе реакции серной кислоты с мелом, весьма схожей с той, что происходит в желудке при приеме таблетки антацида. Впоследствии его выгнали из пивоварни за то, что он испортил целую партию пива, пытаясь растворить двуокись углерода в эфире. К сожалению, Пристли так и не поставил производство содовой воды на коммерческую основу. Спустя несколько лет этим изобретением воспользовался швейцарец Иоганн Швеппе.
Менделеев и его таблица
Должно быть, в школе химия ассоциировалась у вас с громоздкой периодической таблицей элементов. Так вот, эта таблица позволяет предсказать, как поведет себя кислота в вашем желудке, если выпить таблетку антацида. Когда Дмитрий Иванович Менделеев представил ее научной общественности, она стала настоящим прорывом в химии. Русский ученый был не единственным и далеко не первым, кто пытался обнаружить какой-то порядок в многообразии различных элементов, из которых состоит окружающий мир. Но он оказался самым упорным и настойчивым в раскладывании пасьянса из карточек с названиями элементов и в итоге сумел расположить их так, чтобы придать смысл всей картине.
Принципы, лежащие в основе периодической таблицы, достаточно просты. В ней есть несколько рядов, в которых элементы располагаются друг за другом слева направо в порядке возрастания массы. Эти ряды разделяются на колонки, в которых объединяются элементы со схожими свойствами. Сам того не осознавая, Менделеев поместил в каждую колонку элементы, у которых внешний слой имел одинаковое количество электронов (или одинаковое количество недостающих электронов). Поскольку именно эти электроны определяют характер связи атома с другими элементами, от них зависят и химические свойства.
Периодическая таблица элементов
