ХИМИЯ ВОКРУГ НАС

О ВОДЕ

Остаточно одного взгляда на карту земного шара, чтоэы убедиться, насколько вода распространена в природе: океаны и моря, вечные льды Арктики и Антарктики, реки и озёра покрывают 3Д поверхности Земли. А ведь это ещё не всё. В атмосфере всегда находятся пары воды, зем­ная кора содержит около 9 процентов влаги. Кроме то­го, вода входит в состав всех растительных и животных организмов.

Вода играет исключительную роль во многих процес­сах, протекающих в мёртвой и живой природе. Она слу­жит человеку для питья, приготовления пищи и мытья. В технике вода используется для производства пара и как
охлаждающая жидкость. Естественные или искусственно созданные водопады («белый уголь») дают нам электро­энергию. Но самое замечательное и важное свойство воды заключается в том, что она растворяет очень многие вещества. Поэтому в природе и в химической промышлен­ности вода очень часто служит средой, в кото­рой протекают различные реакции.

Что такое растворы. Растворы являются слож­ными системами. Они со­стоят по меньшей мере из двух веществ: из раство­рителя и растворённого вещества. В растворе мо­жет находиться несколь­ко растворенных веществ одновременно. В стакане сладкого чая, нанример, содержатся растворённые вещества чая, окрашиваю­щие воду, и сахар. Раство­ры однородны и этим отличаются от смесей. Но ведь и химические соеди­нения однородны. Чем же от них отличаются раство­ры? Да тем, что рас­творы не имеют постоянного соста­ва. Мы можем растворить в литре воды 1, 2 или 100 граммов поваренной соли и во всех этих случаях получим однородный раствор. Хи­мическое же соединение, как мы уже говорили, имеет строго постоянный состав.

Растворы однородны потому, что растворитель «раз­дробляет» растворяемое вещество на отдельные молекулы, а иногда и на более мелкие частицы, с которыми мы по­знакомимся позже. Растворение вещества похоже на его испарение, а выделение вещества из раствора, то-есть кри­сталлизация — на сгущение паров в жидкость, конденса­цию (рис. 8).

При 20 градусах Цельсия в одном литре воды может раствориться 263,9 грамма поваренной соли. Если мы возьмём 300 граммов соли на литр воды, то 36,1 грамма останутся в виде кристаликов. Однако это не значит, что процесс растворения прекратился совершенно. Ведь все молекулы соли «равноправны», все они стремятся перейти в раствор. Но по мере того, как количество растворённой соли увеличивается, усиливается и стремление растворён­ных молекул выкристаллизоваться из раствора. К мо­менту, когда в 1 литре воды растворится 263,9 грамма соли, оба эти процесса уравновешиваются; число молекул, переходящих из кристаллов в раствор, становится равным числу молекул, выделяющихся из раствора на поверхно­сти кристаллов. Процессы, в том числе и химические реак­ции, протекающие, подобно описанному, в двух противо­положных направлениях, называют обратимыми. Когда скорости противоположно направленных процессов уравниваются, наступает равновесие. Раствор, нахо­дящийся в равновесии с ещё нерастворённым веществом, называют насыщенным. Насыщенный раствор — са­мый «крепкий», самый концентрированный раствор, какой только может дать растворяемое вещество (если не счи­тать редких случаев образования нестойких пересы­щенных растворов). Поэтому, когда говорят о ра­створимости вещества, всегда подразумевают то ко­личество вещества, которое образует насыщенный раствор.

Различные вещества растворяются в воде по-разному: одни хорошо растворяются, другие совсем не раство­ряются, а некоторые вещества смешиваются с водой в лю­бых отношениях — их растворимость не ограничена. Это видно из следующей таблички:

Растворимость вещества зависит от температуры. При

20 градусах в 100 граммах воды растворяется только 17,8 грамма соды, при 30 градусах — 29 граммов, а при 36 градусах уже 33,8 грамма.

А что же произойдёт, если мы приготовим насыщенный раствор соды при 36 градусах, а затем охладим его до 20 градусов? В растворе останется такое количество соды, которое растворяется при 20 градусах, а весь излишек вы­делится из раствора в виде кристаликов.

Разницу в растворимости при различных температурах используют для очистки веществ от примесей. При этом большая часть примеси остаётся в растворе, а отделённые от него кристаллы оказываются более чистыми, они содер­жат меньше примеси. Повторяя кристаллизацию несколь­ко раз, можно получить химически чистое вещество.

Растворителем может быть не только вода, но и дру­гие жидкости — бензин, спирт, эфир и т. п.

Чем дождевая вода отличается от речной, а речная — от морской? Вода — хороший растворитель. Поэтому в природе она никогда не встречается в совершенно чистом виде. Она всегда содержит растворённые вещества. Раз­ницу между водами различного происхождения можно легко определить, испарив воду и определив количество и состав сухого остатка. Из всех природных вод наимень­ший сухой остаток даёт дождевая вода, значительно боль­ший — речная, а самый большой остаток даёт морская вода (рис. 9). Одна тонна дождевой воды (разумеется ос­вобождённой от частиц пыли) даёт при полном испарении не более 50 граммов твёрдого остатка, тонна речной воды до 1 600 граммов, а морской — около 35 килограммов!

Дождевая вода образуется из влаги воздуха и поэтому содержит очень мало растворённых веществ: кислород, азот, углекислоту, а иногда окислы азота и аммиачную се­литру (NH4NO3), образующиеся в воздухе при грозовых разрядах.

Сухой остаток морской воды содержит около 78 про­центов поваренной соли, около 11 процентов хлористого и 5 процентов сернокислого магния и очень мало — около

4 процентов — различных солей кальция (соли кальция используются микроорганизмами для построения рако­вин). Наоборот, в речной воде большая часть растворён­ных солей — до 94 процентов — соли кальция: сернокис­лая, углекислая и др.

Почему в чайнике нарастает накипь и как её снять*

При длительном пользовании чайником на его стенках и на дне нарастает слой накипи. Накипь состоит из со­лей. При нагревании вода частично испаряется, и плохо растворимый сернокислый кальций выпадает в осадок.

В образовании накипи участвуют и двууглекислые соли кальция и магния — Са (НС03)2 и (НСОзЬ; ПРИ тем~ пературе кипения воды они разлагаются и образуют зна­чительно менее растворимые углекислые соли, выпадаю­щие в осадок:

Са (НС03)2 —> СаС03 [ + Н20 + С02.

Снять накипь можно продолжительным кипячением в чайнике раствора соды. При этом идёт реакция двойного обмена, при которой сернокислый кальций переходит в уг­лекислый кальций:

СаБ04 + Кта2С03 -> СаС03 + Иа2504.

Углекислый кальций затем легко растворяется в уксус­ной кислоте.

Накипь в чайнике — ещё полбеды, а вот в паровых котлах она очень вредна, так как плохо проводит тепло. Уже пятимиллиметровый слой её требует полуторного расхода топлива для нормальной работы котла. Накипь к тому же и опасна. Закупоривая тонкие трубки, она мо­жет привести даже к взрыву котла. Поэтому воду перед использованием в паровых котлах часто освобождают от солей кальция и магния.

Эти примеры показывают, что технические свойства воды зависят от содержания в ней кальциевых и магние­вых солей. Различают «мягкую» и «жёсткую» воду. Жёст­кость воды тем больше, чем больше в ней кальциевых и магниевых солей. Чем их меньше, тем мягче вода.

В химической практике часто необходима чистая вода. Как её получить?

Чистая вода и её физические свойства. Вода легко очи­щается перегонкой, «дестилляцией». Этот способ очистки воды — воспроизведение процесса, постоянно протекаю­щего в природе: испарения воды с поверхности водоёмов, образования облаков и туч и возвращения воды на землю в виде дождя. Перегонка воды на химических заводах производится в специальных перегонных кубах (рис. 10). Пары кипящей воды, поступая в змеевик холодильника, вновь превращаются в воду, уже не содержащую раство­рённых твёрдых веществ. Подобным же образом очищают и другие жидкие вещества.

Чистая вода замерзает при нуле градусов, а кипит при 100 градусах (при атмосферном давлении). Она наиболее плотна при 4 градусах. Количество тепла, необходимое для нагревания одного грамма воды на один градус, при­нимают за единицу теплоты и называют её кало­рией. Для нагревания 1000 граммов воды на один гра­дус требуется уже килокалория, 1000 калорий.

Совершенно чистая вода — один из самых плохих про­водников электрического тока.

Как молекулы различных веществ ведут себя в воде?

По поведению в растворах все вещества можно разде­лить на 2 группы: вещества, проводящие электрический ток, — электролиты и вещества, не проводящие ток, — неэлектролиты. Поваренная соль — электро­лит, сахар — неэлектролит. Молекула сахара состоит из элементов-неметаллов (С, Н, О), а молекула соли — из металла (Ыа) и неметалла (С1). Мы уже познакомились раньше (стр. 21) с тем, что образованная металлом и не­металлом молекула состоит из положительно заряженной частички металла (атом, отдавший электрон) и отрица­тельно заряженной частички неметалла (атом, захватив­ший электрон). Из этих притягивающих друг друга части­чек состоит весь кристалл соли. При растворении в воде кристалл разрушается и составляющие его заряженные частички, ионы, становятся свободными и подвиж­ными, — вода препятствует взаимному притяжению этих частиц в 81 раз сильнее, чем воздух. Распад молекул

Электролитов называется электролитической диссоциацией. Стоит только удалить растворитель— испарить воду, — как ионы вновь образуют кристаллы. Название «ион» происходит от греческого слова «идущий». Оно дано заряженным частичкам потому, что под дейст­вием тока они перемещаются: ионы металлов — ка­

Тионы —• направляются к отрицательному полюсу, а ионы неметаллов — анионы — к положительному полю­су, как это показано на рисунке 11. Именно это движение

Ионов представляет электрический ток в растворе. Наш рисунок показывает также, что, дойдя до отрицательного электрического полюса, ион металла получает у него электрон и превращается в незаряженный атом; ион не­металла отдаёт свой электрон положительному полюсу и также превращается в незаряженный атом. Таким обра­зом, электрический ток превращает ионы в атомы. Но так действует только постоянный ток, ток, идущий толь­ко в одном направлении. Он используется в промышлен­ности для получения простых веществ — металлов, хлора и др. — из их солей. Такое разложение веществ током на­зывают электролизом.

Переменный ток, направление которого часто меняет­ся (например, в осветительной сети — 50 раз в секунду), тоже проходит через растворы электролитов. Но «раз­рядки» ионов и превращения их в атомы в этом случае уже нет: ионы только получают «толчки» то в одном, то в другом направлении и не успевают за такой короткий промежуток времени добраться до электродов.

Хотя ионы и заряжены, раствор в целом нейтрален, потому что число зарядов анионов равно числу зарядов катионов. Например, при электролитической диссоци­ации хлористого магния образуется один двухзарядный катион магния и два однозарядных аниона хлора:

1^С12^Л^++ + 2СГ.

Почему не все вещества диссоциируют в растворах? Молекулы сахара, спирта, эфира и др. не содержат эле­ментов-металлов. Неметаллы же, как мы уже знаем, образуют друг с другом соединения, в которых пары электронов оказываются в совместном владении ядер со­единяющихся атомов (рис. 5). Значит, молекулы таких соединений при растворении не могут образовать ионов.

Что такое «кислоты» и чем они отличаются от «щело­чей». Вода легко взаимодействует со многими окислами. Окислы металлов, соединяясь с водой, образуют щёлочи, а окислы неметаллов — кислоты. Едкий натр (каустик), гашёная известь — щёлочи. Наиболее известные ки­слоты — соляная, серная, азотная, фосфорная. Как же эти соединения диссоциируют в водных растворах?

В щелочах положительным ионом — катионом яв­ляется ион металла. Остальная же часть молекулы щёлочи — группа атомов ОН или гидроксил — даёт отрицательный ион, анион. Едкий натр диссоциирует в растворе на 2 иона:

ИаОН Иа+ + ОН".

Гашёная известь (гидрат окиси кальция) при диссоци­ации тоже даёт металлический ион и гидроксильный: Са(0Н)2^Са++ + 20Н -

У разных щелочей различны только положительные ионы. Отрицательным же ионом у всех щелочей является гидро­ксил-ион. Поэтому любое соединение, обра­зующее в водном растворе гидроксиль­ные ионы, причисляют к классу щелочей.

В кислотах же роль металла всегда играет водород. Кислоты диссоциируют так:

НС1 Н+ + СГ; H2S04 л 2Н+ + S04'

Соляная кислота серная кислота

Н3Р04 ЗН+ + РОГ

Фосфорная кислота

Мы видим, что все кислоты образуют ионы водорода и отличаются только отрицательными ио­нами. Значит, ионы водорода и служат признаком кислот. Именно от них зависят реакции кислот: водород любой кислоты вытесняется активным металлом или обмени­вается на металл при смешении кислоты со щёлочью.

Многие окрашенные вещества меняют цвет при дей­ствии кислот и щелочей. Например, фиолетовая краска — лакмус синеет от действия щелочей и становится красной от кислоты. Лакмусом часто пользуются для распознава­ния кислот и щелочей.

Кислоты отличаются по силе, по активности. Так же различаются и щёлочи. Чем больше молекул кислоты или щёлочи распадается в растворе на ионы, тем сильнее кис­лота или щёлочь, тем легче они вступают в реакцию и тем быстрее она идёт.

К сильным щелочам относятся едкий натр, едкий ка­лий, к сильным кислотам — соляная, серная, азотная.

Что получается при смешении кислоты со щёлочью. Кислота даёт ион Н+, щёлочь — ОН~. При смешении ки­слоты со щёлочью из водородных и гидроксильных ионов обязательно образуется вода, так как оба эти иона про­тивоположно заряжены и стремятся соединиться в моле­кулу. Эта реакция происходит с выделением тепла, и поэтому смесь растворов сама разогревается.

Образование воды из Н+ и ОН“ называют реак­цией нейтрализации. Какова же судьба в этой реакции иона металла из щёлочи и отрицательного иона кислоты? Они тоже несут противоположные заряды, а это значит, что они соединяются друг с другом, образуя соль:

Na ЮН + Н] Cl — Н20 + NaCl,

Mg :(OH)^+H^ so4 — MgS04 + гн2о.

Поэтому реакция нейтрализации всегда даёт наряду с водой ещё и соль того или иного состава. Соли очень хорошо диссоциируют в растворе. Но они не одинаково хорошо в нём сохраняются. Устойчивость соли в растворе зависит от силы кислоты и силы щёлочи, образовавших её. Дело в том, что вода сама диссоциирует на водород­ный и гидроксильный ионы, хотя и очень слабо; из каж­дых 10 миллионов молекул воды только одна распадается на ионы. Но так как даже стакан воды содержит многие миллиарды миллиардов молекул, то и такая слабая дис­социация воды достаточна для того, чтобы ионы воды смогли образовать с ионами соли недиссоциированные молекулы кислоты или основания. Когда это может и когда не может произойти? Если соль получена из силь­ной кислоты и сильной щёлочи, то и соль, и кислота, и щёлочь одинаково хо-рошо диссоциируют и ионы воды на них не действуют. Так, ни поваренная соль, н^ селитра, ни сернокислый натрий в растворе не изменяют­ся. Другое дело, если соль получена из кислоты и щёлочи не равной силы. Ионы воды тогда образуют с ионами соли недиссоциированные молекулы слабой ки­слоты или щёлочи. Это и наблюдается, например, в растворе уксуснокислого натрия:

СН3СОО'На+ + Н+ОН - + ОН - + СН3СООН.

Уксуснокислый натрий вода едкий натр уксусная кислота

Диссоциирован не диссоциирована

То же самое происходит в растворе соды, Ыа2СОз, так как она — соль очень слабой угольной кислоты (Н2СОз) и очень сильной щёлочи (ЫаОН). И уксуснокислый натрий и сода образуют щелочные растворы, хотя и не со­держат в молекулах гидроксильных ионов. Наоборот, нашатырь (хлористый аммоний) образует кислые рас­творы, как и все другие соли сильных кислот и слабых щелочей.

Наши примеры показывают, что ионы воды могут вы­зывать реакцию разложения соли, прямо противополож­ную реакции нейтрализации. Эта обратимая реакция разложения солей водой называется реакцией гид­ролиза. Реакция гидролиза иногда очень полезна. Это показывает следующий пример.

Почему мыльная вода моет и стирает лучше, чем чи­стая? Хозяйственное и туалетное мыла — это натриевые соли так называемых «жирных» кислот. Обычное хозяй­ственное мыло — натриевая соль стеариновой кислоты. Стеариновая кислота — одна из самых слабых кислот, и

Поэтому её соли, в том числе и мыло, сильно гидроли­зуются:

Стеариновокислый + вода едкий + стеариновая

Натрий натр кислота

Образующийся едкий натр даёт с отмываемыми жиро­выми веществами растворимое в воде мыло. Таким об­разом одна из причин моющего действия мыла — его гидролиз. Вторая причина — особый характер растворов мыла. Растворы мыла, если они не очень разведённые, служат одним из примеров коллоидных растворов, отличных от истинных растворов, о которых мы до сих пор говорили. Коллоидные растворы содержат не от­дельные молекулы растворённого вещества, а целые скопления связанных друг с другом и определённым об­разом расположенных молекул. Размеры таких коллоид­ных частиц — мицелл в сотни, а иногда в тысячи раз больше, чем размеры молекул в истинных растворах[24]). Многие коллоидные растворы, в том числе и мыло, спо­собны давать пену. Пена «вбирает» в себя твёрдые ча­стички грязи и капельки масла или жиров с поверхности предметов, подвергаемых мытью. Чистая вода не спо­собна давать пену, и не может обладать такими же мою­щими свойствами, как мыльная. Но всё же моющие свой­ства мыла зависят и от применяемой воды.

Почему в жёсткой воде мыло плохо мылится? Лучше всего мыло мылится в чистой (дестиллированной) или в дождевой воде. Дождевая вода не содержит солей кальция или магния. Если же мы пользуемся жёсткой водой, то мыло свёртывается: оно вступает в реакцию двойного обмена с содержащимися в ней солями кальция и магния и образует нерастворимые в воде мыла:

Стеариновокислый натрий + сернокислый кальций —> сернокислый натрий + стеариновокислый кальций (нерастворимое мыло).

Эти мыла уже не способны давать ни пену, ни достаточно щелочную реакцию раствора.

При стирке обычно добавляют к воде соду. Сода уве­личивает щёлочность раствора и тем самым облегчает отмывку жиров, удерживающих налипшие на ткань ча­стички грязи или пыли.

З недр земли добывают множество полезных ископае­мых: руды, различные виды топлива (уголь, нефть, торф, горючие сланцы), глину, слюду и другие материалы, важные для совре­менной техники и промышленности.

Особенно нуж­ны для всех отрас­лей техники метал­лы. Но в недрах земли в свободном состоянии находят только наименее активные метал - %00о лы—серебро, ЗОЛО - 500° —

То, платину. Ос - 800°-------------

Тальные металлы обычно встречают­ся В горных поро - /000О

Дах в виде соеди - 0________

Нений с кислоро­дом, серой и др.

Если металл нахо­дится в соедине­нии, значит, он окислён. Выделить его можно только реакцией восста­новления.

Познакомимся с получением из

Руд самого важного для промышленности металла — железа.

Что происходит в доменной печи? Для выплавки же­леза используют главным образом две железные руды: бурый железняк Ре20з и магнитный железняк Ре304. Эти руды восстанавливаются окисью углерода при высокой температуре в специальных доменных печах (рис. 12). Печь загружают сверху смесью руды, кокса и шлакообра­зующих материалов (глины, известняков, песка), а снизу в неё вдувают нагретый до высокой температуры воздух.

В нижней части печи, где приток воздуха достаточно ве­лик, кокс сгорает, образуя углекислоту. Поднимаясь вверх, углекислота встречает на своём пути раскалённый кокс и вступает с ним в реакцию, образуя окись угле­рода:

С02 + С (кокс) = 2СО.

Окись углерода в свою очередь действует на окислы железа, отнимая у них кислород и восстанавливая их до металла:

Fe304 + СО — 3FeO + С02; FeO + СО — Fe + С02.

Магнитный закись закись железо

Железняк железа железа

По мере выгорания кокса вся масса в печи опускается вниз и попадает в зону более высокой температуры, где железо плавится и образуются шлаки.

Почему для выплавки чугуна берут кокс, а не камен­ный уголь? Для чего нужны глина, известняк, песок?

Каменный уголь содержит плавкие составные части, которые склеивают, «спаивают» отдельные его куски и этим затрудняют движение газов через смесь угля с рудой. Кокс же — это уголь, из которого нагреванием удалены все плавкие составные части. Поэтому куски кокса при горении не спаиваются и не затрудняют ни движение воздуха, ни стекание расплавленного металла в нижнюю часть домны, где температура особенно вы­сока. Но ведь именно здесь и вдувается воздух, — почему же восстановленное из руды железо не окисляется опять, встречаясь с воздухом в нижней части печи? Вог эгому-то препятствуют шлаки — расплавленные сложные соеди­нения, образуемые при высокой температуре песком, из­вестью и глиной. Обволакивая капельки чугуна, шлаки защищают его от соприкосновения с воздухом. Скопляю­щиеся на дне печи чугун и шлак сами собой разделяются: более лёгкий шлак образует верхний, а более тяжёлый чугун — нижний слой расплавленной массы. Их выпу­скают из печи отдельно друг от друга.

Чугун — не чистое железо. Он содержит свыше 2,3 процента углерода в форме соединения — углероди­стого железа, сообщающего чугуну хрупкость. Чугун не поддаётся ковке. Если из чугуна выжечь часть углерода, то получится сталь. Выжигание угля ведут в специальных печах — мартеновских, бессемеровских. Сталь содержит около 1,5 процента углерода. Ковкое железо содержит только около 0,5 процента углерода и тоже получается выжиганием углерода из чугуна. Добавляя к чугуну при его переплавке другие металлы — хром, никель, молиб­ден и т. п., получают много сортов специальных сталей — с повышенной твёрдостью, прочностью, нержавею­щие и т. д.

Чем отличаются друг от друга дрова, торф и камен­ный уголь? Кое-что нам скажет табличка, в которой при­ведены данные о составе и теплотворной способности (количестве тепла, получаемого при сжигании одного килограмма топлива) различных видов твёрдого топлива:

Эта табличка показывает, что при переходе от дерева к антрациту содержание углерода увеличивается, содер­жание кислорода уменьшается, а содержание водорода и азота меняется не сильно. Эти различия не случайны: источником образования торфа и углей в природе явля­ются отмершие растения, и разница между торфом и углями зависит от того, насколько далеко зашло разло­жение растительных остатков.

Древесная масса в основном состоит из сложных со­единений — целлюлозы и лигнина, очень богатых кисло­родом (до 43 процентов). Оба эти вещества после гибели дерева разрушаются и дают разнообразные обогащённые углеродом продукты разложения. Из таблицы видно, что даже антрацит — наиболее древний из углей — не яв­ляется чистым углеродом, а содержит ещё кислород, во­дород и азот. Поэтому считают, что угли — смеси угле­рода со сложными соединениями, очень богатыми углеродом и бедными водородом.

Каменные угли в природе образовались за тысяче« летия. В течение этого времени древесная масса разла­галась без доступа воздуха, при невысокой температуре и под давлением вышележащих пород.

Нефть. Нефть — жидкое топливо. Оно особенно удоб­но потому, что его можно использовать в двигателях внутреннего сгорания — моторах автомашин, самолётов и т. п. Нефть удобнее транспортировать, чем уголь. Но самое главное преимущество нефти перед твёрдым топли­вом заключается в том, что нефть почти целиком состоит из горючих составных частей — углеводородов; кисло­родных соединений в нефти очень мало, и золы она также оставляет немного. Поэтому теплотворная способность нефти очень велика — до 11 ООО килокалорий.

Нефтяные месторождения расположены в тех местах, где в древние геологические времена были моря. Это по­зволяет считать, что нефть образовалась в недрах земли, из останков морских животных и растений. Именно на дне морей могли накапливаться и разлагаться без до­ступа воздуха огромные количества останков животных и растений, постепенно покрываясь наносными отложе­ниями. Блестящее подтверждение эта точка зрения полу­чила в опытах академика Н. Д. Зелинского, получившего искусственную нефть из различных веществ, содержа­щихся в тканях животных и растений.

На нефтеперерабатывающих заводах производится перегонка нефти. При перегонке из нефти выделяют бен­зин (углеводороды нефти с температурой кипения не выше 200 градусов), керосин (углеводороды, кипящие при 200—300 градусах), а также лигроин, газойль. Из остатка нефти после отгонки бензина и керосина выделяют сма­зочные масла и вазелин. Вымораживая масляные погоны нефти, получают парафин. И бензин, и керосин, и нефтя­ные масла — сложные смеси различных углеводородов.

Нефть используется не только как топливо, нефть — важное сырьё для химической промышленности. Больше тысячи различных продуктов получают сейчас из нефти. Здесь и взрывчатые вещества, и различные красители для тканей, духи и лекарственные препараты, асфальт и пластмассы и т. п. [25]). В деле переработки нефти огромное

Значение имеют исследования русских и советских учё­ных: Д. И. Менделеева, В. В. Марковникова, Н. Д. Зе­линского, В. Г. Шухова и многих других.

Как используют каменный уголь. Долгое время ка­менный уголь был только топливом, но в настоящее время он служит сырьём для целой отрасли нашего народного хозяйства — коксохимической промышленности. Коксо­химическая промышленность использует продукты сухой перегонки каменного угля. Сухая перегонка угля произ­водится в коксовых печах. Уже само их название показы­вает, что одним из главных продуктов перегонки угля является кокс. При перегонке образуются также светиль­ный газ, каменноугольный дёготь и «подсмольная вода». Каменноугольный дёготь является важным источником сырья для получения различных органических соедине­ний. В нём содержатся ценные продукты: бензол, наф­талин, карболовая кислота и многие другие. В подсмоль- ной воде растворено много ценного газа аммиака, обра­зующегося при разложении азотистых составных частей угля. Светильный газ — удобное топливо.

Круговорот углерода в природе. Горение топлива, ды­хание и разложение углеродистых веществ — все эти про­цессы приводят к образованию углекислоты. При образо­вании каждой грамм-молекулы углекислоты (44 грамма) из углерода (12 граммов графита) и кислорода (32 грам­ма) выделяется 97 килокалорий тепла. Наукой уста­новлено, что чем больше тепла выделяется при образо­вании соединения, тем оно прочнее, устойчивее. Именно потому, что углекислота образуется с очень большим выделением тепла, она химически мало активна — для разрушения её молекулы нужно затратить много тепла. Поэтому химическая переработка углекислоты невыгодна.

Казалось бы, образование С02 в природе должно ве­сти к непрерывному уменьшению количества других, бо­лее активных углеродистых соединений на Земле. В орга­низме человека за сутки сгорает в углекислоту около 100 граммов углерода, входящего в состав продуктов пи­тания. В среднем человек живёт около 60 лет. Значит, только один человек за свою жизнь превращает в угле­кислоту свыше 2000 килограммов углерода органических соединений. А ведь население земного шара — около

2 миллиардов человек. Да кроме того питаются и дышат также и животные и растения. Значит, углекислота должна была бы накапливаться в природе за счёт разру­шения органических соединений.

Однако этого не происходит. Углерод совершает в природе «круговорот»: процессы, идущие с образованием углекислоты, уравновешены процессами усвоения, асси­миляции углекислоты зелёными растениями (рис. 13). Растения питаются углекислотой, превращая её в углеводы и жиры. Ассимиляция углекислоты происходит,

Только под влиянием зелёного красящего вещества — пигмента растений хлорофилла и солнечного света. Хлорофилл улавливает, концентрирует энергию света и передаёт её молекулам углекислоты. В результате молеку­лы углекислоты «расшатываются», становятся более спо­собными к реакциям. Весь этот процесс назвали фото­синтезом. Его можно изобразить следующей схемой:

Солнечный свет

Углекислота + вода --------------- ------- > сахар + кислород.

Хлорофилл

Процесс усвоения углекислоты растениями изучил великий русский учёный К. И. Тимирязев.

Животные не могут усваивать углекислоту и пользу­ются для пополнения запаса органических соединений растительной пищей.

Усвоение углекислоты растениями предотвращает и вторую катастрофу — полное израсходование свободного кислорода в природе. Ведь во всех процессах образова­ния углекислоты потребляется свободный кислород. Од­нако усваивая углекислоту, растения расщепляют её молекулу и выделяют свободный кислород — на каждый усвоенный ими атом углерода выделяется один атом сво­бодного кислорода. Таким образом не только углерод, но и кислород совершает в природе «круговорот».