Борис Степин - Книга по химии для домашнего чтения
Медленно опускаемый снаряд героев Жюля Верна не мог вызвать взрыва пироксилина, хотя в пушку для полета на Луну было заложено 181 600 кг этого вещества (напомним, что один английский и американский фунт равен примерно 454 г).
В России производство пироксилина для получения бездымного пороха началось с 1893 г. Д.И. Менделеев (см. 2.13) в 1890–1893 гг. предложил на основе зарубежного опыта и своих работ технологию производства пироксилина, названного им пироколлодием.
1.37. «ГРЕМУЧИЙ СТУДЕНЬ» И «БАЛЛИСТИТ»
«Сайрес Смит… решил установить над ямой с нитроглицерином козлы и подвесить к ним железный брусок, прикрепив его веревкой, сплетенной из лиан. Сделав все это, Сайрес Смит зажег свободный конец веревки, пропитанный серой… Раздался взрыв неописуемой силы. Казалось, весь остров дрогнул до самых своих недр».
(Жюль Верн, «Таинственный остров».)Нитроглицерин (или тринитрат глицерина) — бесцветная маслообразная ядовитая жидкость, взрывающаяся от удара, встряски, иногда просто от прикосновения, — был открыт в 1846 г. итальянским химиком Асканио Собреро (1812–1888). Он осторожно смешивал глицерин с охлажденной смесью концентрированной азотной HNO3 (см. 1.48) и серной H2SO4 (см. 1.49) кислот:
СН2(ОН)СН(ОН)СН2(ОН) + 3HNO3 = CH2(ONO2)CH(ONO2)CH2(ONO2) + 3H2O.А. Собреро был так напутан огромной взрывчатой силой нитроглицерина, что хотя он и работал в Артиллерийской академии Турина, но никогда не пытался предложить это вещество для военных целей.
Русский химик Н.Н. Зинин (см. 2.32) и генерал-майор артиллерии В.Ф. Петрушевский (1829–1891) пытались на основе нитроглицерина создать более безопасное взрывчатое вещество для русской армии во время Крымской войны 1853–1856 гг. Они же и разработали промышленный метод получения нитроглицерина. Этими же вопросами интересовался и шведский инженер Нобель (см. 2.30), который после обсуждения с Зининым возможности использования нитроглицерина в качестве взрывчатого вещества предложил пропитывать им пористую «землю» — кизельгур, трепел и др. Так был получен динамит (см. 9.10). Взрыв динамита быстр и разрушителен («бризантен»), поэтому он и применяется не в огнестрельном оружии, а лишь для подрывных работ при строительстве каналов, дорог и туннелей.
В 1875 г. Нобель, растворив пироксилин в нитроглицерине, получил желатинообразную массу, названную им «гремучим студнем». «Гремучий студень» оказался сильнейшим взрывчатым веществом. Позднее его стали использовать для производства еще одного вида бездымного пороха — «баллистита».
1.38. ЗАМОРСКИЕ ХИМИЧЕСКИЕ ТОВАРЫ
В 1581 г. английская королева Елизавета по просьбе Ивана Грозного отправила в Россию 13 больших кораблей под командованием Джона Горсея. Корабли доставили к устью Северной Двины порох и сырье для его производства: селитру (см. 1.33), серу (см. 1.35) и…, как ни странно, косметические средства. Царица и ее окружение, жены бояр имели сильное пристрастие к румянам и белилам.
1.39. «ГОРЮЧИЙ ПАР»
М.В. Ломоносов (см. 2.1) в статье, опубликованной в 1745 г., писал: «При растворении какого-либо неблагородного металла, особенно железа, в кислотных спиртах из отверстия склянки вырывается горючий пар, который представляет собой не что иное, как флогистон».
Ломоносов рассказывает о получении водорода («горючий пар», «флогистон») при действии кислот («кислотные спирты») на железо, цинк и другие металлы:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑.Ломоносов считал, что водород выделяется из металлов. Только в 1766 г. английский химик Кавендиш (см. 2.8), ничего не зная о работах Ломоносова, получил водород в реакции
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑и назвал его «горючим воздухом». В отличие от Ломоносова Кавендиш считал, что «горючий воздух» — это соединение флогистона с водой (см. 1.40; 1.42).
1.40. СПОРЫ О ФЛОГИСТОНЕ
«Химики сделали из флогистона смутное начало, которое не определено в точной мере и которое поэтому пригодно для любых объяснений, в которые его хотят ввести».
(А. Лавуазье, 1783 г.)Целая плеяда замечательных химиков — Ломоносов (см. 2.1), Шееле (см. 2.7), Кавендиш (см. 2.3), Пристли (см. 2.11) — искала способы выделения флогистона из различных веществ, но так и не смогла их найти. Что же это за «составная часть веществ — флогистон»? Термин «флогистон» (от греческого — воспламеняющийся, горючий) употреблялся врачами со времен Аристотеля (см. 4.2) для указания на особо воспаленное состояние органов дыхания. Понятие о флогистоне для объяснения химических реакций ввел в обиход Георг-Эрнст Шталь (1659–1734), придворный врач герцога Саксен-Веймарского, а затем — прусского короля Фридриха-Вильгельма I. Шталь был членом Прусской академии наук и президентом Медицинской коллегии Пруссии. Он считал, что флогистон — составная часть всех горючих тел. По его мнению, флогистон выделяется при горении или обжигании веществ и, соединяясь с воздухом, образует пламя или огонь. Из воздуха флогистон выделить химическим путем уже нельзя. Только растения могут извлекать его, а через употребление растений флогистон переходит в животные организмы. Чем больше флогистона содержит вещество, тем более оно способно к горению. По Шталю, уголь состоит из почти чистого флогистона, но флогистон не является углеродом. Металлы, по представлению Шталя, являются сложными веществами, состоящими из «известей» и флогистона. Металлы, теряя флогистон, превращаются в «извести», из которых, добавляя флогистон, можно снова получить металлы. Со временем флогистон начали считать особой невесомой жидкостью, способной переливаться из одного тела в другое.
Ломоносов допускал, что флогистон — реальное материальное тело, состоящее из корпускул.
Первый удар по теории флогистона нанес Лавуазье (см. 2.28) в 1775 г. после открытия кислорода. Он показал, что никакого флогистона в природе не существует. Металлы под воздействием кислорода превращаются в оксиды (по Шталю — «извести»), а уголь, сгорая, переходит в диоксид углерода CO2.
1.41. «СВЕТИЛЬНЫЙ ГАЗ»
C развитием металлургии в России увеличивалось и производство кокса из каменного угля путем нагревания последнего без доступа воздуха. Побочные продукты коксования угля в основном содержали водород H2, метан CH4, аммиак NH3 и каменноугольную смолу. После отделения смолы газ пропускали через воду, которая растворяла аммиак, а оставшиеся газообразные продукты — водород и метан — составляли основу так называемого «светильного газа», который употребляли для освещения городских улиц и для других бытовых нужд. Пропуская газообразные продукты коксования каменных углей через водные растворы серной кислоты H2SO4 или хлороводорода НСl, получали сульфат аммония (NH4)2SO4 или хлорид аммония NH4Cl (нашатырь, см. 1.44).
Выделение газа при нагревании угля без доступа воздуха впервые наблюдал в 1681 г. немецкий алхимик и врач Иоганн-Иоахим Бехер (1635–1682). Только через 100 с лишним лет «светильный газ» нашел практическое применение. В 1792 г. английский инженер Уильям Мурдок построил промышленную установку по сухой перегонке угля для газового освещения своего дома и фабрики. В 1814 г. уже целый квартал Лондона имел газовые фонари (см. 9.21).
1.42. ВОЗДУШНЫЕ ШАРЫ
В июне 1794 г. для наблюдения за передвижением армии интервентов во время боя при Флёрюсе (Франция) был использован привязной воздушный шар, заполненный водородом.
Способ получения водорода действием разбавленной серной кислоты H2SO4 на железо Fe (см. 1.39) был очень дорогим. Лавуазье (см. 2.28) и французский военный инженер Жан Мёнье (1754–1793) предложили первый промышленный метод получения водорода, заключающийся в пропускании водяного пара через раскаленный орудийный ствол:
3Fe + 4Н2O = 4Н2↑ + (FeFe2)O4[10].Производительность такого примитивного процесса была крайне мала. Поэтому для заполнения водородом воздушного шара Жан Кутель (1748–1835) — французский инженер и командир воздухоплавательной роты — и Николя Конте (1755–1805) — французский химик — создали более крупную установку, состоящую из семи чугунных труб, вмазанных в печь и заполненных железными опилками. При прохождении водяного пара через раскаленные докрасна железные опилки образовывался водород, который очищался пропусканием через воду и водную суспензию гидроксида кальция Ca(OH)2.
Производительность такой установки, использовавшей 200 кг железных опилок, составляла 24 м3 водорода в час. В России аналогичную установку впервые создал в 1803 г. русский химик, академик Яков Дмитриевич Захаров (1765–1836), незнакомый с работами французских химиков. Его установка вмещала 819 кг железных стружек и производила 91 м3 водорода в час. Свою установку Захаров использовал для наполнения водородом воздушного шара (см. 2.14).
