Kitabı oxu: «Занимательная химия»

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2025

Предисловие к 7-му изданию

Первое издание этой книги вышло в 1925 году, причем издательство ставило автору условие, что книга должна служить главным образом для развлечения читателя и лишь попутно для поучения.

За истекшие с того времени годы многое переменилось в нашем великом социалистическом отечестве. Химия вошла в программу средней школы, а среднее образование стало обязательным для всех. По инициативе гениального Сталина возникла, окрепла и продолжает энергично развиваться мощная химическая промышленность, на территории Союза выросли гигантские химические комбинаты, не виданные в мире по производительности и согласованности отдельных производств.

Все это потребовало от автора нового подхода к содержанию книги при переиздании ее в 1936 году.

Оставляя центром тяжести изложения описание простых и эффектных опытов, я не мог не сделать содержание книги более серьезным, чем оно было в предыдущих изданиях, не мог не коснуться, хотя бы попутно, особо выдающихся завоеваний нашей химической промышленности за последние годы. Их детальному рассмотрению посвящена другая моя работа – «Химия вокруг нас», и в книге, служащей главным образом пособием по химическому экспериментированию, нельзя, понятно, говорить о них подробно, но тем менее было бы можно о них совершенно умолчать.

Все это и заставило меня удалить из текста книги многое, служившее исключительно для развлечения читателя, не дававшее ему жизненно полезных сведений, и, наоборот, дополнить ее как описанием опытов, так и рассказом о том, что может расширить «химический кругозор» читателя.

Хотя книга не преследует учебных целей, все же я думаю, что незнакомый с химией вынесет из нее начальные понятия об этой науке; знакомый же найдет в ней указания на то, как использовать свои познания для постановки опытов в более эффектном виде.

Настоящая книга имеет в виду читателей, умеющих соблюдать осторожность в обращении с некоторыми не вполне безопасными веществами. Как следует обращаться с ними, чтобы не повредить себе и другим, указано в особом дополнении в конце настоящей книги; читатель, даже совершенно незнакомый с химическими манипуляциями, найдет там необходимые указания к их выполнению¹.

Для лекторов-экспериментаторов к тексту книжки приложен ряд дополнений справочного характера.

Автор 1936

Введение

Что такое химия

Один из героев французского писателя Мольера всю жизнь не знал, что он говорит… прозой.

Многие, впрочем, и сейчас этого не знают, как не знают и того, что всю жизнь имеют дело с химией.

«Как же, – скажут они, – мы даже не знаем, что такое химия!»

И мольеровский герой не знал, что такое проза, – потому-то и не подозревал, что он ею говорит. Кто знаком с химией, нашего утверждения опровергать не станет.

Химия – это наука о составе веществ и изменении их внутреннего строения. Веществ, а не вещей.

Вещь может быть сложной по своему устройству и простой по составу, и наоборот: с виду крайне простой, а по составу необычайно сложной.

Дверной замок – вещь. Собран он из многих отдельных частей, хитро прилаженных друг к другу, но все эти части и весь замок в целом сделаны из одного вещества – из железа. Сложная вещь по устройству, а по составу вещества – простая².

Вот как будто совсем простая вещь – полено дров. Между тем по составу веществ, в нем заключающихся, – одна из самых сложных в мире.

Химия и занимается не самими вещами, а теми веществами, из которых состоят вещи, минералы, растительные и животные организмы. Эти вещества могут быть химически сложными, разлагаемыми на простые, и химически неразлагаемыми (химическими элементами). Все газообразные, жидкие и твердые вещества, хотя и кажутся сплошными, состоят из отдельных частиц (молекул). Молекулы построены из атомов. Молекулы химических элементов – из одинаковых атомов, а сложных веществ – из разных. Химия изучает строение молекул, перегруппировку в них атомов при химических реакциях (взаимодействии веществ) и явления, сопровождающие эту перегруппировку.

«Вещество», материя, образует все отдельные вещества, весь окружающий нас мир. Зная это, трудно отрицать, что мы, и не будучи химиками, но всю жизнь имея дело с различными вещами, а следовательно, и с веществами, из которых они состоят, тем самым волей-неволей имеем дело и с химией.

Вставши утром, вы подошли к умывальнику и взяли в руки кусок мыла. Вот вы уже имеете дело с химией, в виде одного из ее продуктов, и с химическим процессом – действием мыла на кожу.

Вы зажгли свечу или лампу, затопили печь, наконец, просто закурили папиросу – опять-таки, не отдавая себе отчета, вы воспроизвели ряд химических явлений, и притом настолько интересных, что мне еще придется с вами поговорить о них подробно.

А сколько людей занято химией, чтобы доставить нам все необходимое для жизни!

Встав утром, вы оделись и обулись. Одежда, то есть пряжа и ткань, из которой она сделана, химически побелены и окрашены, кожа ботинок выдублена и вычернена. Все это химические процессы, как и предварительное изготовление нужных для этого белящих и красящих веществ.

Кстати, знаете, откуда получается большинство современных красок? Из темно-бурой каменноугольной смолы. Сотни различных ярких, радующих наш глаз красок добывают из нее химики; и сверх того, хотя смола пахнет прескверно, из нее же получают они благовонные ароматические вещества. Та же смола дает ряд ценных лекарств, помогающих при различных болезнях, обеззараживающие вещества и материалы для изготовления убийственных ядов.

Как видите, химия – наука разносторонняя.

Одевшись и умывшись, вы садитесь пить чай, и опять перед вами дары химии.

Листочки чайного дерева не просто засушены, они предварительно провялены, подвергнуты химическому процессу брожения.

В стакан с чаем вы положили кусок-другой сахара. Кто же не знает, что он выделывается на специальных заводах с помощью сложной химической обработки свекловичного сока?

Булка к чаю – продукт химических процессов брожения и печения теста.

Отпив чай, вы, скажем, садитесь за стол писать или рисовать – и видите, что и тут химия вместе с другими науками и техникой пришла вам на помощь, изготовив чернила, химический карандаш, краски и бумагу.

Химия – удивительная наука! Она научила нас познавать состав небесных тел и даже определять их возраст, она вручила нам оружие для борьбы со многими болезнями, она является основой и существом многочисленных производственных процессов. Благодаря химии и ее достижениям мы изучаем «поведение» вещества, увеличиваем количество и улучшаем качество нашей продукции.

Первым бессознательным химиком был доисторический дикарь, который зажег огонь. Быть может, это случилось много тысяч лет спустя после появления на Земле человека. Но и до этого времени люди дышали и питались; значит, и до этого в их организмах неведомо для них самих совершались химические процессы.

В наше время без химии и без знания ее обойтись невозможно. Нет отрасли человеческой жизни, которая не имела бы прямой или косвенной связи с этой великой наукой. Колхозника она учит, как удобрять обрабатываемую им почву, воину помогает поражать врага, врачу – лечить больных, художнику – писать картины, инженеру, рабочему – выплавлять металлы, производить стекло, сахар, керосин, бумагу и тысячи других продуктов. Даже поэту она подносит чернила, чтобы он мог зафиксировать продукты своего творчества, и типографскую краску, чтобы напечатать свои стихи.

Таким образом, часто сами этого не подозревая, мы тесно связаны с химией!

Познакомимся же с ней.

Но знакомство это произведем не по специальному учебнику химии, а по этой книге. Попытаемся на легких, интересных опытах узнать основы этой науки.

Нам, гражданам первого в мире Союза Социалистических Республик, знакомство с химией особенно нужно. Мы в большей или меньшей степени осведомлены о колоссальном процессе электрификации нашей обширной территории, но далеко не все мы знаем, что одновременно с электрификацией у нас широко развернута и химизация страны, то есть внедрение передовых достижений химии в нашу добывающую и обрабатывающую промышленность, в охрану народного здоровья и повседневный быт, в дело укрепления обороны нашей великой Родины³.

Раньше страна наша не имела химической промышленности, все необходимые ей химические продукты ввозились из-за границы. В итоге двух первых пятилеток мы создали и развиваем собственную химическую промышленность. У нас возведены и возводятся новые величайшие в мире химические комбинаты – группы связанных между собою химических заводов, вырабатывающих все главные основные⁴ и производные химические продукты⁵. Потребность в людях, знающих химию, растет у нас год от года.

Нет, не знать химии нам никак нельзя!

Достижения химии в СССР

Почему именно нам?

Потому что мы – граждане страны, которая первая в мире сбросила капиталистическое рабство и освободилась для свободного творческого труда.

Чьим интересам служили ученые-химики раньше?

Интересам правящих классов, интересам эксплуататоров чужого труда.

Средневековый алхимик под страхом тюрьмы и пыток тщился превращать в золото другие металлы. Он работал на какого-нибудь владетельного князька. Химики капиталистической эры волей-неволей являлись и являются слугами капитала. Изобретая сверхсильные взрывчатые вещества, придумывая все новые и новые отравляющие вещества – кого, как не капиталистов своей страны, поддерживают они против войск других стран и против готового восстать пролетариата?

И только у нас наука, и в том числе и химия, работает для улучшения жизненных условий трудящихся, для защиты социалистического отечества от покушений интервентов.

Поэтому-то именно у нас, в стране, которая при царизме плелась в хвосте других стран, ныне возникла химическая промышленность, которой в недалеком будущем предстоит стать первой в мире по количеству, качеству и разнообразию продукции.

Товарищ Сталин сказал, что у нас не было химической промышленности, а теперь она есть. И она развивается такими темпами и в таких размерах, каких не видел мир.

То, на что в капиталистических странах требовались десятилетия, у нас было достигнуто в последние 6–8 лет.

У нас построены крупнейшие в мире заводы искусственных удобрений (в Щиграх, Черноречье, Березниках, Сталиногорске, Горловке и других местах), дающие возможность повысить урожайность наших социалистических колхозных и совхозных полей. В царской России искусственные удобрения главным образом ввозились из-за границы и применялись лишь в крупных помещичьих хозяйствах, крестьянские поля их не знали. Сейчас у нас выделывается почти миллион тонн различных удобрений, почти вдесятеро больше, чем ввозилось и изготовлялось до революции. У нас действуют крупнейшие сернокислотные заводы, а серная кислота, как узнаете в дальнейшем, является мерилом развития в стране химической промышленности вообще, так как применяется в большинстве химических производств. И этот-то необходимейший продукт химической техники в царской России выделывался в количестве, не превышавшем 250 тыс. тонн, то есть вдесятеро меньше, чем его производят в США, тогда как в 1935 году продукция наших заводов достигла 1,2 млн тонн, а на 1937 год запланировано увеличить ее до 1,8 млн тонн: увеличение против 1913 года более чем в семь с половиной раз.

Аналогичными темпами увеличивается продукция и всех других химических производств.

Не довольствуясь расширением производств, существовавших в довоенное время, мы создали многочисленный ряд новых. Типичным примером последних может служить производство синтетического каучука, нигде в мире не изготовляющегося в таких количествах, как у нас. Капиталистическая химия не смогла конкурировать с дешевым (благодаря рабскому труду туземцев) естественным каучуком тропических стран. Кроме того, эта задача оказалась не по плечу капиталистической технике. Небольшие заводы синтетического каучука, существовавшие в Германии во время войны, закрылись по ее окончании. Даже США не смогли развить у себя этой отрасли химической промышленности. Только у нас, при социалистическом народном хозяйстве, оказалось возможным построить крупные заводы синтетического каучука (в Ефремове, Ярославле, Воронеже и пр.).

У нас заново создана алюминиевая и магниевая промышленность, давшая возможность получения сплавов легких металлов, не уступающих в прочности стали. Одновременно освоение техники производства редких тугоплавких металлов дало нашему станкостроению такие сплавы, как «победит» и «сталинит», которые не уступают по твердости лучшим импортным.

Заново же созданы такие важные отрасли химической промышленности, как производство искусственных органических красок, азотистых соединений из азота воздуха, лекарственных веществ, йода, камфары, сахаристых веществ и винного спирта из древесины, искусственного шелка и десятки других производств, о которых и не грезила царская Россия.

Достаточно указать на необычайно сложное производство противомалярийного препарата акрихина и искусственного индиго, освоенное в 1935 году. Введены новые технологические методы производств при высоких температурах и давлениях, как, например, синтез аммиака из азота и водорода, синтез метилового спирта из газообразных окиси углерода и водорода и др.

Развертывание стахановского движения в химии уже повело к значительно более продуктивному использованию заводской аппаратуры. В декабре 1935 года производительность наших сернокислотных заводов в восемь раз превысила среднюю суточную производительность их в 1925 году, а суперфосфатных – даже более чем в 13 раз.

И, хотя в области химизации СССР нам остается сделать еще весьма многое как в смысле увеличения числа химических заводов и роста их производительности, так и в смысле приложения химии ко всем отраслям народного хозяйства, мы уверенно можем сказать, что и на этом участке мы уже догоняем, а в некоторых случаях и перегоняем передовые по технике капиталистические страны.

Все это стало возможным после освобождения нашего рабочего класса, нашей науки из цепей капитализма.

Глава I
Химическая «магия»
(реакции соединения)

Среди фокусов, которыми в прежние времена заезжие «профессора белой и черной магии» поражали обывателей глухих провинциальных городов, многие основаны на химии.

В сущности, это, конечно, не фокусы, а просто более или менее эффектно обставленные химические опыты, и все они легко могут быть проделаны каждым из вас.

Опыты эти приводили в трепет невежественное население дореволюционной провинции, не знавшее химических законов, положенных в основу всех этих «фокусов».

Я покажу вам несколько десятков таких опытов, и вы увидите, что они не только любопытны, но зачастую и весьма поучительны. Знакомство с сущностью этих опытов открывает нам главнейшие законы химии.

Послушная папироса

Одним из самых простых и в то же время наиболее мудреных фокусов для не знающих химии является такой: фокусник берет в рот папиросу и, показывая на стоящий перед ним стакан, говорит, что сейчас он соберет дым папиросы в этот стакан, да еще закрытый. При этом «профессор белой и черной магии» закуривает папиросу, а стакан прикрывает чайным блюдцем.

Действительно, по мере того как выкуривается папироса, стакан все более и более наполняется дымом (рис. 1).

Рис. 1. Стакан наполняется дымом

Этот опыт можно варьировать на разные лады. Можно предварительно выкурить папиросу и сказать публике, что вы сейчас сделаете то, чего никто из присутствующих сделать не может: соберете рассеявшийся по комнате дым и наполните им закрытый стакан.

Говоря так, вы обратите внимание зрителей на стакан, прикрытый куском картона, на котором стоит другой стакан, опрокинутый вверх дном. Еще лучше, если замените стаканы двумя узкими и высокими стеклянными цилиндрами с широкими фланцами (рис. 2).

Быстрым движением вы выдергиваете картонный листок, разделяющий стаканы или цилиндры, – и почти моментально они наполняются дымом.

Рис. 2. Видоизменение предыдущего опыта

Можно обойтись и без всякой посуды и изумить своих товарищей, покуривая сразу две трубочки, дым которых будет идти из одной в другую (рис. 3).

Рис. 3. Дым из одной трубки идет в другую

Я покажу вам этот фокус в его самой поучительной форме.

Смотрите. Я беру ленточку металла магния, порошок которого жгут для освещения помещений при фотографических съемках. Один конец ее укрепляю в пробке, пробкой же закупориваю бутылку с отрезанным дном, так что ленточка висит внутри нее. На тарелку наливаю воды, зажигаю магний снизу и ставлю бутылку в тарелку.

Вскоре бутылка наполняется белым дымом.

Я сейчас заставлю его перейти из бутылки в закрытый стакан. Стакан, находящийся на другом конце стола, прикрываю чайным блюдцем, как в фокусе с папиросой, и – смотрите внимательно – по мере того как редеет и исчезает дым в бутылке, он появляется и густеет в стакане (рис. 4).

Рис. 4. Дым исчезает в бутылке и появляется в стакане

Заметьте еще, что вода из тарелки проникла в бутылку и стоит там на более высоком уровне, чем снаружи в тарелке.

Не кажется ли вам это удивительным? Ведь от нагревания воздух в бутылке должен был расшириться, а не сжаться.

Но объясним химический смысл всех этих фокусов.

Конечно, дым от выкуренной папиросы рассеивается в воздухе, а в бутылке образуются белые хлопья: результат соединения кислорода воздуха с магнием – окись магния. Два простых вещества (химических элемента) дали сложное.

Поднятие воды под бутылкой объясняется тем, что часть находящегося в ней кислорода соединилась с магнием.

Ну а причина появления дыма в закрытом стакане?

На дно его я до начала опыта капнул несколько капель нашатырного спирта, а ту сторону блюдца, которая прикрывает стакан, смочил соляной кислотой.

Соляная кислота – это раствор в воде хлористоводородного газа, а нашатырный спирт тоже раствор в воде другого газа – аммиака. Оба летучи и, выделяясь из растворов и смешиваясь в воздухе, соединяются в виде дыма в микроскопические кристаллики нашатыря. Два сложных вещества (кислота и щелочь) дали другое сложное (соль).

Опыт объясняется, следовательно, просто, но вводит нас сразу в гущу химических понятий, давая нам сведения о существовании таких веществ, как кислоты, основания, соли.

Что они в отдельности собою представляют, мы узнаем из дальнейших опытов.

– Ну а как же с трубками, обменивающимися своим дымом? – напоминаете вы мне.

Да разве не догадались? В одну «фокусник» заранее вкладывает ватку, смоченную нашатырным спиртом, в другую – соляной кислотой. Конечно, он при этом не курит, то есть не втягивает воздух в себя, а, наоборот, выдыхает его через трубки, вдыхая носом.

Вот и весь секрет.

Три «кита» химии

Исследуя вещества, из которых состоит окружающий нас видимый мир, ученые разделили их по сходным признакам на группы.

Громадное большинство этих веществ удалось разложить на более простые, но часть их до самого последнего времени никак не поддавалась такому разложению, и им приписывалась абсолютная элементарность состава. Считалось, что все металлы и часть неметаллов являются теми «кирпичами мироздания», из которых построена вселенная.

Однако с 1919 года, когда одному английскому ученому удалось доказать сложность состава азота⁶, наше представление о делении веществ на простые и сложные значительно изменилось.

К этому делению я еще вернусь в дальнейшем, а пока укажу, что среди веществ, заведомо сложных, выделяются три группы, имеющие особо важное значение для прикладной химии: кислоты, основания и соли.

Народная фантазия представляла Землю стоящей на трех китах. Наука давно освободила китов от этой непосильной для них задачи и предоставила Земле свободно нестись в мировом пространстве.

«Три кита химии», напротив, все еще несут свою службу, поддерживая стройную систему классификации веществ.

Из кислот вы, вероятно, ближе всего знакомы с уксусной, которой столовый уксус обязан своим вкусом. Возможно, что слыхали и о других кислотах пищевых веществ: молочной, яблочной, лимонной и пр. Из минеральных кислот, вероятно, знаете серную, а может быть, еще азотную и соляную.

Растворимые кислоты окрашивают раствор лакмуса (растительной краски, добываемой из некоторых лишаев) или пропитанную им бумажку в красный цвет. Все они содержат в своем составе элементы неметаллического характера (так называемые металлоиды).

Определять, что такое основания, пока не буду; я объясню вам это понятие несколько позже. Пока удовольствуемся сведением, что легко растворимые в воде основания (щелочи) имеют характерный «мыльный» вкус и окрашивают лакмус в синий цвет.

Вообще, как кислоты, так и щелочи меняют цвета многих красок, и притом не одинаково. Эта способность их даст нам богатый материал для проделывания очень эффектных опытов – химических фокусов.

При соединении кислот с основаниями образуются соли. Характерным примером последних будет хорошо вам знакомая обыкновенная поваренная соль, давшая свое название этому классу соединений. Однако не все соли солоны на вкус. Между ними есть и горькие (применяемая как лекарство сернокисло-магниевая соль так и называется горькой солью), есть и сладкие (уксуснокислосвинцовая недаром носит название свинцового сахара). Не вздумайте только пробовать их на вкус!

Все соли способны образовывать кристаллы, и многие из них не действуют на лакмусовую бумажку – многие, но далеко не все.

Соли не всегда бесцветны, как поваренная соль: многие из них окрашены. Соли могут вступать в химическое взаимодействие друг с другом, причем в некоторых случаях из растворимых солей получаются нерастворимые, из бесцветных – окрашенные, из солей одного цвета – соли другого цвета. Реакции, при этом происходящие, называются реакциями обменного разложения.

На этих свойствах солей основана целая серия поразительных опытов-«фокусов», которые я вам собираюсь показать.

Но гораздо важнее то, что на тех же свойствах держится техника производства кислот и оснований, солей, красок и крашения пряжи и тканей и других химических производств.

Самая нужная кислота

Крайне благоприятным обстоятельством для развития химической промышленности является тот факт, что самая важная из всех кислот является и самой дешевой.

Это серная кислота.

Количество серной кислоты, вырабатываемое в той или иной стране, является показателем развития в этой стране химической промышленности вообще.

Еще бы! Без серной кислоты химик «как без рук». Она необходима для получения большинства других кислот, как минеральных, так и органических, очень многих солей и других химических соединений. Она применяется для превращения древесины в газетную бумагу, для превращения крахмала в сладкую патоку, для получения многих красок и взрывчатых веществ, для очистки нефтяных продуктов, в технологии черных и цветных металлов, в коксобензольном и кожевенном производстве и в ряде других производств. И главное, при ее посредстве получаются ценные удобрения – суперфосфаты, на что уходит почти одна треть всей вырабатываемой у нас серной кислоты.

И вот этой-то необходимейшей кислоты в царской России производилось в 10 раз меньше, чем в США.

Советская власть, приступая к созданию у нас мощной химической промышленности, в первую очередь озаботилась всемерно развить производство серной кислоты. С 250 тыс. тонн в дореволюционное время до 1,8 млн тонн в 1937 году – вот каков рост сернокислотного производства. Увеличение продукции более чем в семь раз. Таких темпов капиталистическая техника не знает!

Катализаторы химических реакций

Не все реакции соединения идут так гладко, как показанное вам мною соединение хлористого водорода с аммиаком; во многих случаях вещества, могущие соединяться друг с другом, либо вовсе «не хотят» соединяться, либо соединяются крайне медленно.

В этих случаях прибегают к так называемым контактным реакциям (реакциям соприкосновения), происходящим при посредстве особых веществ – катализаторов, не входящих в состав конечного продукта реакции и остающихся по окончании реакции неизмененными.

Получение серной кислоты и является как раз примером таких контактных реакций.

Серная кислота получается соединением серного ангидрида с водой. Серный ангидрид получается, в свою очередь, присоединением атома кислорода к молекуле сернистого ангидрида.

С серой и сернистым ангидридом нам еще предстоит в дальнейшем познакомиться, а пока скажу, что сера, сгорая на воздухе, дает газообразный сернистый ангидрид, молекула которого состоит из одного атома серы и двух атомов кислорода. Серный же ангидрид – тело твердое, в молекуле которого имеется третий атом кислорода. Задача катализаторов – присоединить этот третий атом кислорода к молекуле сернистого ангидрида.

Решается она двояко: либо в свинцовую камеру вместе с сернистым ангидридом и парами воды вводят небольшое количество окислов азота, либо в камеру помещают губчатую платину. Первые отдают свой кислород сернистому ангидриду, а сами снова окисляются кислородом воздуха, вторая, сгущая на своей поверхности кислород, окисляет сернистый ангидрид в серный.

Сейчас в нашей химической промышленности широко пользуются катализаторами для получения весьма многих, преимущественно органических, соединений. Дореволюционная химическая промышленность использовать такие реакции не умела, да и самих производств, в которых они применяются, тогда не было.

Глава II
Превращение жидкостей
(Реакции обменного разложения)

Обстановка «магического кабинета», где я собираюсь демонстрировать вам серию опытов, подтверждающих перечисленные выше свойства «трех китов химии», весьма несложна.

Стол, пара совершенно одинаковых бутылок из бесцветного стекла, полдюжины тонкостенных чайных стаканов – вот и все, что пока мне понадобится.

Стол может быть заменен низеньким шкафом с раскрытыми дверцами, либо обыкновенным столом с табуретом или перевернутым вверх дном ящиком под ним. В последнем случае пространство между верхним краем стола, обращенным к зрителям, и полом должно быть закрыто свесившейся со стола скатертью.

Стаканы, если не гнаться за сценичностью опытов, можно заменить пробирками (рис. 5) – открытыми цилиндриками с тоненькими стенками, применяемыми в лабораториях.

На скрытой от взоров зрителей полке стола-шкафа помещаю запас реагентов (химических веществ, нужных для опытов): твердых – в баночках (рис. 6), растворенных – в склянках (рис. 7). Те и другие – с притертыми стеклянными пробками; на тех и других наклеены ярлычки с названиями веществ, в них содержащихся. Тут же в углу на всякий случай – противоядия против некоторых ядовитых веществ, без которых в этой серии опытов не обойдешься⁷.

Рис. 5. Пробирка

Рис. 6. Банка

Рис. 7. Склянка

Сядьте невдалеке против стола и смотрите внимательно: я начинаю.

Молоко… из воды

У известного американского писателя Брет-Гарта в повести «История одной руды» есть такая сценка:

«…Незнакомец обмакнул в склянку сухую былинку и стряхнул с нее каплю в воду. Вода осталась такой же чистой и прозрачной, как прежде.

– Теперь брось туда щепотку соли.

Кунго повиновался. В ту же минуту на поверхности воды показался беловатый пар, и вся вода стала молочного цвета.

– Это колдовство! – воскликнул Кунго.

– Это хлористое серебро! Неуч!»

Какая реакция описывается здесь романистом и верно ли она описана?

Следующий опыт даст вам ответ на эти вопросы.

На столе пустой стакан. Можете осмотреть его – в нем нет ничего магического; стакан как стакан.

Два таких же стакана, наполовину налитых каждый, насколько можно судить по виду, прозрачной чистой водой, держу в правой и левой руке.

Я сливаю воду из обоих стаканов одновременно в стакан, который стоит на столе (рис. 8).

Рис. 8. Молоко из воды

Чудеса! Лил воду, а стакан наполнился… молоком.

Но стоит подождать несколько минут, и иллюзия рассеивается: густой белый творожистый осадок опускается на дно стакана, а вода над осадком снова становится прозрачной. Поэтому, если, повторяя мой опыт, вы не захотите испортить его эффект, немедленно прячьте стакан с «молоком» в стол и переходите к другим фокусам. Я же открою вам секрет превращения.

В стаканах, которые я держал в руках, была налита не вода, а прозрачные водные растворы: в одном – обыкновенной поваренной соли (хлористого натрия), в другом – ляписа (азотнокислого серебра).

Имейте в виду, что ляпис ядовит, обращайтесь с ним с особенной осторожностью, в руки не берите, вынимайте его из баночки, в которой храните, пинцетом (рис. 9); баночка должна быть из темного стекла, так как на свету ляпис разлагается. На этом, между прочим, сообщу вам, и основано его применение в фотографии. Растворять азотнокислое серебро необходимо в перегнанной (дистиллированной) воде, купленной в аптеке, так как в обыкновенной воде оно дает муть.

Рис. 9. Пинцет

При сливании растворов произошла химическая реакция (взаимодействие) – соли обменялись металлами, входившими в их состав. Получились: хлористое серебро, нерастворимое в воде и вскоре осевшее в виде снежно-белого осадка, и азотнокислый натрий (селитра), оставшийся в растворе. В последнем нетрудно убедиться, если, осторожно слив жидкость с осадка, выпарить ее в фарфоровой чашечке на спиртовой лампе. Когда вода выкипит, на дне останутся кристаллики селитры.

Маленькое замечание практического характера: оттого-то и нельзя растворять ляпис в водопроводной воде, что самая, казалось бы, чистая и на вкус совершенно пресная вода содержит всегда в растворе хотя бы следы поваренной соли. В лабораториях пользуются описанной реакцией для определения количественного содержания в воде хлористого натрия. Осадив его полностью из отмеренного количества испытуемой воды, осадок высушивают и взвешивают.

Химические соединения, в отличие от простой смеси веществ, происходят лишь при наличии строго определенных весовых отношений между составляющими их веществами. Зная вес образовавшегося хлористого серебра, химик умеет вычислить, какое количество соли было в испытуемой воде.

Вода и вино в одной бутылке (химические индикаторы)

А теперь, если хотите, я могу налить вам либо вина, либо воды, по вашему указанию, из… одной и той же бутылки.

Пожалуйста, осмотрите ее перед началом опыта.

Это убедит вас, что в бутылке не вино, а самая обыкновенная вода.

Вы просите налить вина.

Наполняю из бутылки один из стоящих передо мною стаканов, и по красивой окраске жидкости вы можете судить, что перед вами красное вино.

Но мне хочется выпить воды. Я переливаю вино в другой стакан, и оно снова превращается в воду (рис. 10).

Но пить воду эту нельзя. И вот почему.

Рис. 10. «Превращение вина в воду»

В бутылку налита действительно простая вода, но к ней было предварительно прибавлено несколько капель раствора фенолфталеина (ядовит!). На дно первого стакана я налил еще до начала опыта немного крепкого раствора соды, на дно второго – такой же раствор виннокаменной кислоты.

Фенолфталеин краснеет в щелочах и солях с преобладающими щелочными свойствами. Сода (углекислый натрий) как раз и есть такая соль. Она образована очень слабой угольной кислотой и резкой щелочью – едким натром. Кислоты разрушают эту окраску, поэтому при переливании окрасившегося от соды раствора в стакан с виннокаменной кислотой он снова обесцветился.

Кстати, о фенолфталеине.

Он постоянно применяется в химических лабораториях, служа для указания появления и исчезновения щелочной реакции растворов в так называемом объемном анализе веществ. Как и лакмус, он, следовательно, является химическим индикатором, то есть указателем реакции.

Заменяя фенолфталеин другой искусственной органической краской – метилоранжем, дающим желтую окраску в щелочах и красную в кислотах, можно в нашем опыте налить из бутылки с водой в один стакан белого вина, в другой – красного, а в третий – чистой воды. Но и в этом случае пить налитые «ви́на» нельзя!

Превращение воды в чернила и обратно

Передо мною две бутылки, одна – с водой, другая – пустая, и четыре стакана. Лью в них воду из бутылки, и вы видите, что в четных по порядку стаканах она превращается в чернила, а в нечетных остается сама собою.

Отлейте немного полученных чернил в пузырек и при случае удостоверьтесь, что ими отлично можно писать.

Беру пустую бутылку и сливаю в нее содержимое из всех стаканов. Встряхиваю бутылку, взбалтываю жидкость. Как видите, бутылка полна чистой воды. Чернил как не бывало!

Чтобы показать вам этот фокус, я предварительно в воде первой бутылки растворил с пол-ложки танина. Танин – это сложное дубильное вещество, заключающееся в так называемых чернильных орешках, наростах на листьях дуба, происходящих от повреждения их особыми насекомыми (орехотворками). В состав его входит органическая дигалловая кислота. В четные стаканы я тоже заранее прилил по нескольку капель крепкого раствора хлорного железа. С этим соединением, как и с другими солями железа, танин дает железо.

В бутылку, казавшуюся вам пустой, было мною налито на дно немного крепкого раствора щавелевой кислоты (ядовита!).

Совершенно таким же образом можно показать превращение воды в красные чернила и, наоборот, красных чернил в воду, заменив раствор танина раствором салицилового натрия (лекарство против лихорадки). С ним, как видите, могут иметь дело не только больные, но и здоровые.

Первые применяют его для лечения, вторые – для развлечения и поучения.

Мнимая ошибка физиков
(Обесцвечивание хлором)

Физика учит, что при смешении синего и желтого цветов получается составной зеленый цвет. В том же убеждены все 22 живописца⁸. А между тем я легко могу доказать вам, что такое утверждение ошибочно. Синий и желтый – дополнительные цвета, взаимно уничтожающие друг друга. Растворы синей и желтой краски при сливании дают бесцветную смесь.

Смотрите сами. В этом стакане, как видите, синяя жидкость, в этом – желтая. Выливаю их в третий стакан. Перед вами прозрачная вода: синий и желтый цвета уничтожили друг друга…

Почти уверен, что вас я не введу в заблуждение и вы сами разгадаете тайну такого «нарушения» законов оптики; но кто еще не видел показанных мною раньше опытов, тот, пожалуй, будет поставлен этим опытом в тупик.

Вы говорите, что в первом стакане у меня был щелочной раствор лакмуса, в другом – такой же раствор метилоранжа, а в третьем, куда я слил содержимое двух первых, – хлорная вода.

Вы правы: так оно и было!

Вода – в молоко, молоко – в воду
(Обратимость химических реакций)

Мы уже видели, что можно превратить воду в молоко, получая при сливании бесцветных растворов двух солей белый взвешенный в воде осадок.

Могу показать теперь и другой способ получения такого «химического молока» в отличие от ранее полученного, могущего превращаться снова в воду.

Вы уже настолько посвящены мною в секреты превращения различных жидкостей друг в друга, что нет надобности показывать вам этот опыт; достаточно будет, если я расскажу вам, как его надо проделать.

Возьмите два совершенно одинаковых графина. Наполните один из них наполовину прозрачным бесцветным раствором соды. Другой графин, со слабым раствором соляной кислоты, спрячьте на полке нашего «магического» стола. Не забудьте, что уровень жидкости в нем должен быть соответственно ниже, чем в первом, так как из первого вам придется часть раствора отлить. На стол поставьте стакан, наполовину наполненный раствором хлористого кальция. Все названные жидкости бесцветны, прозрачны и по внешнему виду ничем не отличимы от чистой воды.

Сказав, что вы умеете превращать воду в молоко, долейте из первого графина стакан, что стоит на столе.

Сода (углекислый натрий) даст с хлористым кальцием нерастворимый в воде углекислый кальций и остающийся в растворе хлористый натрий (поваренную соль). Жидкость в стакане замутится и издали будет вполне похожа на молоко. Поднесите стакан ко рту, как будто пробуя на вкус (не ядовито), сняв одновременно графин со стола и поставив его на полку.

Сделав вид, что вкус молока вам не понравился, незаметно подмените графин, взяв с полки тот, в котором у вас раствор соляной кислоты, и вылейте в него «молоко» обратно. Взболтайте жидкость и покажите зрителям, что она вновь обратилась в воду.

В этом случае действительно будет обратное превращение – только, конечно, не молока в воду, а углекислого кальция снова в растворимый хлористый кальций.

Но смотрите, не перепутайте второпях графины!

Превращение воды в «кровь»
(Реакция качественного анализа)

На столе перед вами стакан с водой. Беру кусок воска или парафина и отделяю от него крохотный кусочек, остальное передаю вам. Можете убедиться, что это действительно воск или парафин, которые в воде, как вам известно, нерастворимы.

Заодно осмотрите внимательно и мою «волшебную» палочку (рис. 11). Это самая обыкновенная стеклянная палочка. На ваших глазах прилепляю на ее конец свой кусочек воска и начинаю помешивать ею воду в стакане.

Рис. 11. «Волшебная» палочка

Ничего не происходит. Неужели опыт не удался? Подождите. Считайте до десяти. Как только вы скажете «десять», вода мгновенно превратится в «кровь».

Поднимаю стакан, и вы видите – он до краев полон «крови».

В крупинке воска, которую я отделил от целого куска, был предварительно залеплен мною крошечный кристаллик роданистого аммония. В воду заранее прилито несколько капель хлорного железа с соблюдением осторожности, чтобы вода не пожелтела. В противном случае следует вылить часть раствора и долить стакан чистой водой. Когда вы сказали «десять», я слегка надавил концом палочки на дно стакана: этим я раздавил кристаллик роданистого аммония, освободив его от восковой оболочки. С хлорным железом он дал роданистое железо, и последнее окрасило воду в кроваво-красный цвет.

Наш «фокус» ежедневно проделывают в химических лабораториях всего мира. Эта в высшей степени чувствительная реакция служит для обнаружения малейших следов железа при качественном анализе, то есть исследовании, из каких химических элементов состоит данное сложное вещество или смесь веществ.

Как одной краской красят в разные цвета
(Крашение по протраве)

Если вам не скучно посидеть несколько минут без дела, могу на ваших глазах отварить несколько листьев красной капусты в кипящей воде, чтобы извлечь из них сок, содержащий органическую краску, напоминающую по своим свойствам лакмус.

Ну вот, отвар готов; сливаю его в три тарелки и приступаю к крашению.

В первую тарелку погружаю лоскуток белой ткани и вынимаю его зеленым; во вторую погружаю такой же лоскуток, но он становится пурпурным; третий лоскуток в третьей тарелке делается пунцово-красным.

Это химическое «чудо» и сотни ему подобных являются самым обыкновенным приемом красильщиков пряжи и тканей. Его знали еще красильные мастера Древнего Египта и Индии, где оно практиковалось за тысячи лет до нашей эры.

Называется оно окраской по протраве. Тряпочки, которые я погружал в одну и ту же краску, оттого окрашивались ею каждая в другой цвет, что я до начала опыта пропитал их различными веществами, после чего все их высушил. Первую я обработал раствором квасцов, вторую – раствором поташа, третью смочил соляной кислотой.

Одна и та же краска, вступая в химическую реакцию с разными протравами, дает различно окрашенные соединения.

Секрет старых красильщиков

Химики наших дней дали красильщикам пряжи и тканей такое обилие искусственных органических красок, что крашение естественными растительными красками почти совершенно вышло из употребления.

Во второй половине прошлого века было не так. Выбор красильных веществ в те времена не отличался особым богатством, так что мастерам красильного дела приходилось изыскивать способы, как одним и тем же красильным пигментом окрашивать пряжу и ткани в различные цвета.

Одной из излюбленных старыми мастерами красок был отвар кампешевого дерева. Его иногда можно найти в москательных лавках, так как приготовляемые из него краски безвредны и применяются для окраски пищевых веществ.

К сожалению, надо отметить, что безвредность не принадлежит к числу достоинств большинства искусственных органических и минеральных красок.

Если найдете в продаже кампешевое дерево (оно продается в виде стружек), отварите его в тонкостенной колбе, а за неимением таковой – хоть в глиняном горшке, но не в металлической кастрюле. Разлейте отвар по чашкам и прилейте к нему в одну чашку уксуса, в другую – раствора квасцов (двойная сернокислая соль алюминия и калия, натрия или аммония), в третью – раствора хлорного железа, и вы поймете, как одной и той же краской можно красить в разные цвета.

В капиталистических странах, где система обмана потребителей фирмами является основой для выкачивания прибыли, широко практикуется фальсификация пищевых продуктов (молока, мяса и др.). Суррогаты пищи ярко окрашиваются, великолепно упаковываются. Химия и здесь служит целям капиталистической конкуренции.

Для разоблачения подделок существуют сотни химических реактивов. Среди них находится и кампеш. Кампеш, например, служит прекрасным средством, чтобы уличить булочников в прибавке квасцов к муке, из которой выпекаются булки. Прибавляют же квасцы к муке с целью улучшить цвет хлеба и увеличить его пористость. Нельзя сказать, чтобы эта примесь была ядовита, но, во всяком случае, она не вполне безразлична для здоровья потребителей хлеба. Лучшим способом обнаружить ее является вымачивание испытуемого хлеба в свежем спиртовом настое кампешевых стружек, к которому прибавлено небольшое количество углекислого аммония. Пропитавшийся настоем кампеша хлеб вынимают из жидкости и сушат в теплой печке. Если в нем были квасцы, то в зависимости от их количества хлеб приобретает более или менее выраженный синий цвет. При отсутствии квасцов цвет высушенного хлеба будет красно-бурый.

Гораздо вреднее и опаснее, чем подмесь квасцов, прибавка к затхлой и низкосортной муке толченого порошка медного купороса. Между тем в царское время булочников неоднократно уличали в таком «сдабривании» хлеба.

Чтобы открыть эту примесь, хлеб смачивают раствором уксусной кислоты и затем – раствором желтой кровяной соли (железистосинеродистого калия). В случае присутствия солей меди хлеб при такой обработке окрашивается в шоколадно-коричневый цвет.

У нас в стране, где здоровье трудящихся является важнейшей государственной заботой, конечно, никаких подделок не производится, а сами подделки, если они и имеют место в корыстных целях, караются по всей строгости законов.

Забытое слово

В одной очень старинной басне есть такое выражение: «Изрядно насандалив нос…» В наше время, пожалуй, не всякий его поймет. Происходит же слово «насандалить» от слова сандал, как кратко называют сандаловое дерево, растущее, как и кампешевое, в тропических краях.

В былые дни, до открытия искусственных органических красок, сандал был весьма популярен среди красильщиков. Теперь же его достать так же трудно, как и кампеш, но все же иногда удается.

Отварите стружки сандала в слабом растворе щелока (едкого натра или кали), разделите отвар на две порции и прибавьте к одной из них раствора хлористого кальция, а к другой – хлористого бария. Получите так называемые лаки фиолетового цвета, еще сравнительно недавно применявшиеся в обойном производстве.

Другую часть стружек настойте на спирту; спирт окрасится в красный цвет очень красивого оттенка.

Оттого-то и применялся в старое время сандал в виноделии, что при его помощи из воды, спирта и карамели готовили «виноградные вина» без… единой виноградной ягодки. Недаром в конце 80-х годов прошлого века из Москвы вывозилось «виноградных вин» больше, чем ввозилось в нее, хотя, как известно, виноград в Москве не растет…

Отсюда понятно и выражение «насандалить нос». Известно, что от неумеренного употребления спиртных напитков нос краснеет, сандал же красит тоже в красный цвет.

«Канцелярское семечко»

Самой великолепной красной краской является кармин. Кто рисует акварелью, тот должен знать, что это самая дорогая краска, плитка которой ценится в 5–8 раз дороже, чем плитки красок других цветов, конечно, если кармин попался настоящий. К сожалению, подделывается он с прилежанием.

Вы знаете, из чего делают настоящий кармин?

Это единственная краска, которая в наше время получается из животных. Раньше использовались красящие вещества, вырабатываемые организмами некоторых моллюсков (пурпур древних и сепия), а теперь и эти вещества, и кармин готовят искусственно. Только еще, пожалуй, высокосортная акварельная краска этого цвета делается из кошенили. Кошениль – насекомое из породы тлей, и живет она на кактусах, растущих в Мексике.

Есть, однако, и у нас насекомое кермес, или дубовая кошениль, водящаяся на Украине, в которой содержится то же красящее вещество, как и в привозной кошенили, и которая некогда служила источником для получения кармина. Было время, когда кермес составлял ценный предмет вывоза в Западную Европу из Украины и Польши. Польские паны даже собирали оброк со своих крепостных кермесом.

Теперь европейский кермес совершенно забыт, да и привозную кошениль можно достать с большим трудом, в особенности нефальсифицированную. Фальсифицируют же ее за границей самыми разнообразными способами – вплоть до продажи вместо настоящих насекомых… комочков глины с примесью клея и дешевой краски, обсыпанных тальком…

Лет пятьдесят тому назад кошениль была в ходу у красильщиков и почему-то носила курьезное название «семечка», и притом «канцелярского». Но что это «канцелярское семечко» не что иное, как засушенные насекомые, в этом легко убедиться, размочив крупинку кошенили и рассматривая ее в увеличительное стекло.

Красили этим препаратом, отваривая его в мягкой (это обязательно!) горячей воде и осаждая из раствора лаки. Лаками в красильном деле называются соединения естественных растительных и животных красок с солями металлов. Ничего общего с обыкновенным лаком – жидкостью, дающей при высыхании блестящую гладкую пленку, – они не имеют.

Из водного раствора краска осаждается квасцами; отфильтрованный осадок надо высушивать, не нагревая. Если его растереть с примесью растительных клеящих веществ, то и получится кармин. Попробуйте, если случайно достанете кошенили, приготовить сами эту дорогую краску неподражаемого красивого оттенка, а заодно можете получить ряд карминовых лаков от темно-малинового до изжелта-красного цвета. Они тоже применяются в акварельной и масляной живописи.

Готовятся карминовые лаки растворением полученного квасцового осадка и приливанием к нему растворов уксуснокислого свинца, хлористого олова и других солей тяжелых металлов.

Кармин применялся для подкраски вин и съестных, преимущественно кондитерских, продуктов. Лаки его шли, помимо окраски пряжи и тканей в ситценабивном и обойном деле, и для изготовления красных чернил.

Все это было и быльем поросло. Хотя и сейчас в некоторых руководствах химической технологии говорится о применении кошенили для крашения, но нигде она теперь уже для этого не применяется: ее вытеснили дешевые и не уступающие ей анилиновые краски.

Химия органическая и неорганическая

«Понятия меняются, слова остаются». Как это верно! Как часто приходится слышать: «Зажги электричество», «Загаси электричество», хотя говорящему отлично известно, что электрическую лампочку не зажигают и не гасят, а включают в цепь тока и выключают из нее.

К словам, пережившим понятия, которые в них раньше вкладывались, относятся и обозначения двух отделов химии, по традиции именуемых неорганической и органической химией.

Долгое время химики, не умея изготовить большинство тех сложных химических соединений, которые входят в состав органов растений и животных, объясняли свое неумение тем, что эти вещества образуются в растениях и животных под действием особой «жизненной силы» и не могут быть синтезированы в колбах и ретортах.

Такого же взгляда придерживался и знаменитый немецкий химик Велер, которому личным опытом довелось убедиться в ошибочности этого взгляда. Он из несомненно неорганических соединений азота и углерода с кислородом получил сложное вещество, оказавшееся известным ранее типичным «органическим» соединением – мочевиной.

Теперь мы твердо знаем, что никакой «жизненной силы» для получения любого вещества, входящего в состав растений и животных, не нужно, что все они могут быть построены из составляющих их элементов. То обстоятельство, что еще не все они искусственно получены, нимало нас не смущает. Не полученные при современных средствах синтеза – будут получены, когда эти средства усовершенствуются.

В действительности же все так называемые органические соединения – это соединения углерода. В отличие от других элементов углерод способен давать многие десятки тысяч соединений с другими простыми веществами. Исключительно для удобства изучения все многообразные соединения углерода сводятся в отдельную от химии других элементов дисциплину, по старой памяти называемую органической химией.

Самый же главный курьез, что сейчас в курсах «органической» химии изучается громадное число таких углеродистых соединений, которых не найти ни в одном растении и ни в одном животном.

Начало такому синтетическому построению «органических» веществ, не существующих в природе, творимых химиком в его колбах, ретортах и заводских аппаратах, положило случайное открытие 18-лет-него студента Перкинса.

Перкинс задумал изготовить синтетически лечебное вещество хинин, извлекаемое из коры хинного дерева. Получив в течение своих изысканий какое-то новое соединение, он захотел изучить его растворимость и, растворив в спирте, увидел, что раствор имеет великолепный фиолетовый цвет.

«Нельзя ли его использовать в качестве краски?» – подумал Перкинс. Оказалось, что очень даже можно, что раствор отлично окрашивает шерсть и шелк в красивый лиловый цвет.

Перкинс махнул рукой на науку, бросил университет и основал первую в мире фабрику искусственных «органических» красок. Вслед за ним сотни других химиков стали синтезировать все новые и новые соединения углерода, нашедшие применение не только в качестве красок, но и как дезинфицирующие, анестезирующие (обезболивающие), лекарственные, отравляющие и взрывчатые вещества.

Фабрики красок – предприятия далеко не невинные

Во второй половине прошлого века изучение и использование химии лучше всего было поставлено в Германии. Производство искусственных органических красок, зародившееся в Англии, там не привилось и вскоре перекочевало в Германию. До мировой войны 1914–1918 годов Германия была чуть ли не монополистом в этой области, и даже такая страна, как США с ее высокоразвитой техникой, импортировала краски для текстильной промышленности из Германии. А уж о царской России с ее отсталой техникой и говорить нечего.

Что же получилось?

Вскоре после начала войны запасы купленных в Германии красок всюду истощились, и текстиль «обесцветился».

Это, конечно, полбеды, а плохо было то, что немцы тотчас переключили свои фабрики красок на изготовление взрывчатых и отравляющих веществ, а царской России и переключать-то было нечего. Жалкие попытки создать собственную химическую промышленность не удались, и только при советской власти, да и то далеко не сразу, нам удалось создать и развить свою красочную промышленность. Это очень сложная отрасль химической промышленности, и неудивительно, что добиться в ней успехов нам удалось только после настойчивых трудов. Зато сейчас мы овладели производством самых сложных органических красок, в том числе в конце 1935 года такой широко применяемой в текстильном деле краски, какой является индиго. Чтобы дать вам понятие, какое это непростое дело, скажу, что изобретатель синтетического индиго Байер потратил на предварительные опыты несколько миллионов и… 20 лет упорного, настойчивого труда.

Сейчас нам уже не может угрожать опасность остаться без цветных материй, и, что гораздо важнее, сейчас Красная армия обеспечена собственными базами производства взрывчатых веществ.

Что слаще сахара?

Тот сахар, который мы кладем в чай, принадлежит к большой группе органических соединений, называемых углеводами. Его молекула слагается из атомов углерода, водорода и кислорода. Из тех же химических элементов, но в других количествах построены и молекулы других сладких углеводов, например входящих в состав патоки. Все они менее сладки, чем свекловичный (он же и тростниковый) сахар. Но на примере уксусно-свинцовой соли вы можете видеть, что и неорганические соединения могут иметь сладкий вкус. Металл бериллий раньше даже носил название глиций (сладкий), так как все его растворимые соединения сладковаты на вкус. Есть ли вещества слаще сахара?

Да, есть. Ряд производных органической бензойной кислоты – сахарины – в 200–400 раз слаще сахара. Все они имеют неприятный привкус и, в отличие от сладких углеводов, не питательны.

Первым был открыт так называемый ортосульфамин бензойной кислоты. Словечко для нехимика сложноватое, химику же оно поясняет строение молекулы этого вещества.

История его открытия довольно любопытна.

В 1879 году в лаборатории профессора Ремсена работал политический эмигрант из царской России, переселившийся в США, химик Фальберг. Как-то, придя из лаборатории домой обедать, он удивился: почему хлеб такой сладкий? Жена же его уверяла, что хлеб как хлеб, вовсе не сладкий. Фальберг попросил жену протянуть ему ее ломоть, чтобы он мог откусить от него, не беря в руки. Хлеб действительно оказался несладким. Тогда Фальберг сообразил, что, как ни тщательно он мыл руки перед обедом, все же, значит, на них сохранился вкус того вещества, которое он готовил в лаборатории в этот день, – сульфаминбензойной кислоты. Значит, она должна быть необычайно сладка на вкус. Бросив обед, химик помчался в лабораторию и убедился в правильности своего предположения. Изготовленное им соединение действительно оказалось в 280 раз слаще сахара.

Вскоре он стал готовить его фабричным путем, и немедленно у него нашлись конкуренты, запатентовавшие фабрикацию других, еще более сладких, производных бензойной кислоты.

В капиталистических странах сильно развита фальсификация сластей сахарином, но настоящее его назначение – заменять сахар больным, которым настоящий сахар есть вредно.

Золото растворимое и растворенное

В мрачные времена средневековая химия, преследуемая инквизицией, выродилась в алхимию – тайное знание, поставившее себе главной целью превращение простых металлов в золото.

Помните, что говорит Гоголь о человеческой жажде знаний, не угасавшей и в средние века?

«…А занятий алхимиею, считавшеюся ключом ко всем познаниям, венцом учености средних веков, в которой заключалось детское желание открыть совершеннейший металл, который бы доставил человеку все!.. Представьте себе какой-нибудь германский город в средние века, эти узенькие, неправильные улицы, высокие пестрые готические домики, и среди них какой-нибудь ветхий, почти валящийся домик, считаемый необитаемым, по растрескавшимся стенам которого лепится мох и старость, окна глухо заколочены – это жилище алхимика. Ничто не говорит в нем о присутствии живущего, но в глухую ночь голубоватый дым докладывает о неусыпном бодрствовании старца, уже поседевшего в своих исканиях, но все еще неразлучного с надеждой, – и благочестивый ремесленник средних веков со страхом бежит от жилища, где, по его мнению, духи основали приют свой и где, вместе духов, основало жилище неугасимое желание, непреодолимое любопытство, живущее только собою и разжигаемое собою же, возгорающееся даже от неудачи, – первоначальная стихия всего европейского духа, – которое напрасно преследует инквизиция, проникая во все тайны мышления человека: оно вырывается мимо и, облеченное страхом, еще с большим наслаждением предается своим занятиям»⁹.

В прекрасной сказке «Что рассказывал ветер о Вальдемаре До и его дочерях» Андерсен так описывает средневекового делателя золота: «Вальдемар До был горд и смел, но также и знающ. Он много знал. Все это видели, все об этом шептались. Огонь пылал в его комнате даже летом, а дверь всегда была на замке; он работал там дни и ночи, но не любил разговаривать о своей работе: силы природы надо испытывать в тиши. Скоро, скоро он найдет самое лучшее, самое драгоценное на свете – красное золото.

<…> От дыма и пепла, от забот и бессонных ночей волосы и борода Вальдемара До поседели, кожа на лице сморщилась и пожелтела, но глаза по-прежнему горели жадным блеском в ожидании золота, желанного золота.

<…> Но вот зазвонил колокол, в небе заиграло солнышко. Вальдемар До лихорадочно работал всю ночь, варил, охлаждал, мешал, перегонял. Он тяжело вздыхал, горячо молился и сидел за работой, боясь перевести дух. Лампа его загасла, но уголья очага освещали бледное лицо и впалые глаза. Вдруг они расширились. Глядит в стеклянный сосуд. Блестит… Горит, как жар. Что-то яркое, тяжелое. Он поднимает сосуд дрожащей рукой и, задыхаясь от волнения, восклицает: “Золото! Золото!”

<…> Он выпрямился и высоко поднял сокровище, лежащее в крупном стеклянном сосуде. “Нашел! Нашел! Золото!” – закричал он и протянул сосуд дочерям, но… рука его дрогнула, сосуд упал на пол и разбился вдребезги. Последний радужный мыльный пузырь надежды лопнул».

Попробуем и мы по примеру алхимиков поискать способ получения «золота из воды».

Пока вы читали отрывки из Гоголя и Андерсена, я вскипятил в двух колбах воду. Выливаю из них кипяток в третью, большей вместимости, и покрываю ее платком. Минуту терпенья!

Готово! Снимаю платок и передаю вам остывшую колбу.

Какая красота! Какой блеск! Она вся наполнена мельчайшими чешуйками золота, которые так и искрятся в лучах солнца.

Ставлю потом колбу на сетку, лежащую на треножнике, зажигаю под сеткой спиртовую лампочку – и через несколько минут «золота» как не бывало: оно сплошь растворилось в кипящей воде.

Нет надобности, конечно, говорить, что это и не было золото.

В колбочках отдельно я вскипятил растворы уксуснокислого свинца (ядовит!) в дистиллированной воде и йодистого калия (применяется как лекарство). Сливая их вместе, получим путем обменного разложения этих солей две новые – уксуснокислый калий, оставшийся в растворе, и йодистый свинец. Последний растворим только в горячей воде, а при охлаждении раствора выпадает из него в виде мелких чешуйчатых кристалликов с золотым блеском.

Это, пожалуй, самый красивый из всех химических опытов.

По поводу внешнего сходства кристаллического йодистого свинца с крупинками золота и его растворимости в воде мне хочется сказать несколько слов об ошибке средневековых алхимиков и о возможности действительного получения золота из других веществ, а также и извлечения его из воды.

Алхимики верили в существование «первичной материи» и не различали понятий о сложных и простых веществах. Их ошибка состояла в том, что они все свое внимание обратили на физические свойства тел, а не на их химический состав. Они надеялись, что, комбинируя разные вещества, обладающие отдельными свойствами золота, можно в конце концов получить и самое золото. В особенности пленяла их мысль превратить в золото тяжелую и блестящую ртуть, придав ей твердость и желтый цвет. Оттого обычно они и смешивали ее для этого с твердой и желтой серой. По их мнению, сера должна была придать ртути недостающие последней свойства.

В этом случае они впадали в глубокую ошибку, так как, соединяясь, вещества утрачивают свои физические свойства и приобретают новые. Так, сера, соединяясь с ртутью, давала совсем не золото и даже не новый металл, а красную краску – киноварь. Зато они случайно оказались правы в предположении, что есть какая-то связь между золотом и ртутью.

В 1924 году один германский ученый, пропуская через ртутные пары электрический ток высокого напряжения, превратил, как он думал, после долгого времени, часть ртути – правда, крайне ничтожную – в золото.

Это открытие было опровергнуто дальнейшими опытами, но, во всяком случае, оно не имеет практического значения: такое искусственное золото обошлось бы в 10 тыс. раз дороже добываемого в золотоносных породах; с теоретической же стороны оно было бы очень интересно, лишний раз доказывая, что державшееся свыше ста лет разделение веществ на сложные и простые чисто условно.

Впрочем, для химика-практика это мало меняет дело, так как получать искусственное золото заводским путем вряд ли когда-нибудь будет доступно. Скорее мы можем рассчитывать научиться выделять его из морской воды.

Чего только не содержит в себе вода морей и океанов! Омывая берега континентов и островов, питаясь водами рек, сбегающих со всей поверхности суши, за миллионы веков своего существования океаны накопили в себе колоссальные запасы всевозможных химических соединений, выщелачиваемых водой из земной коры.

В числе этих веществ обнаружено в морской воде и золото в виде соединения с хлором.

Но какой же это слабый раствор!

В 200 тыс. тонн океанской воды содержится не более одного грамма золота (а по новейшим анализам даже и того меньше). Самые бедные земные золотоносные породы, разработка которых уже почти не оправдывается, содержат в 1200 раз больше этого металла.

Но зато количество воды в океанах так колоссально велико (1 200 000 000 куб. км), что, если бы выделить из нее все это золото, его получилось бы около 4 млрд тонн.

Все население земного шара исчисляется приблизительно в 2 миллиарда. На долю каждого из нас, следовательно, приходится теоретически около двух тонн морского золота.

Столько весит золотая плита длиной и шириной в один метр и толщиной в дециметр!

Не думайте, что попыток химического извлечения золота из недр океана не делалось.

Их было много, некоторые из них были с научной точки зрения более или менее удачны, но с экономической стороны все они пока не более успешны, чем попытки древних алхимиков превратить в золото дешевые металлы.

Золото океанов ждет еще того химика, который найдет дешевый способ извлечь его на поверхность. Впрочем, к тому времени оно перестанет быть мерилом цены. В будущем, когда капиталистический строй повсюду будет уничтожен, золото станет таким же технически применяемым металлом, как и все остальные.

Золото в СССР

Печальным геологическим фактом для капиталистических хищников является то весьма для нас приятное обстоятельство, что наша страна, страна социализма, заключает в недрах поверхности своей территории величайшие в мире запасы рудного и рассыпного золота. На это еще в прошлом веке указывал известный австрийский геолог Зюсс, в этом мы теперь убеждаемся с каждой новой разведкой наших золотоносных земель.

В царской России добыча золота велась хищнически и примитивными средствами. При всей жадности капиталистов к золоту ни искать, ни добывать его они не умели. И тем не менее все же по добыче золота царская Россия долгие годы стояла на четвертом месте в мире, добывая в среднем ежегодно около 32 тонн этого «презренного, но обольстительного (для капиталистов) металла».

Это составляло около 10 % всей мировой добычи.

При советской власти золотопромышленность была механизирована и химизирована, и сейчас по продукции она вышла на второе место в мире. Выйдет и на первое. Это только вопрос времени.

При советской власти, широко поставившей геологические разведки полезных ископаемых, были обнаружены феноменальные богатства недр нашей страны. Найдены и уже разрабатываются месторождения таких металлов, о наличии которых во времена царизма даже не подозревалось, потребность в которых удовлетворялась полностью импортом из-за границы. Таковы, например, никель, олово и ряд редких металлов, необходимых для выделки специальных сортов стали. Не подозревали и о существовании многих богатых месторождений золота, как, например, в Казахстане. Разработка же известных месторождений велась так, что сейчас из отвалов старых разработок у нас химическим путем извлекают тонны золота, ускользнувшие от прежних предпринимателей-хищников, умевших только «пенки снимать» и получавших свои барыши за счет эксплуатации рабочих.

Сейчас даже в золотоносных местах, давно известных, находят крупные самородки золота, как, например, найденный в конце 1935 года самородок весом свыше 13 кг.

Кстати сказать, не думайте, что он уж очень велик. Золото – тяжелый металл, его удельный вес 19,3, так что из самородка указанного веса можно отлить плитку размерами: 20 см длины, 10 – ширины и 3 с половиной – толщины. Хорошее пресс-папье на письменный стол стоимостью в 18 тыс. рублей.

Настанет время, когда золото и будет идти на такие изделия.

«Когда мы победим в мировом масштабе, – говорил Ленин, – мы, думается мне, сделаем из золота общественные отхожие места на улицах нескольких самых больших городов мира. Это было бы самым “справедливым” и наглядно-назидательным употреблением золота для тех поколений, которые не забыли, как из-за золота перебили десять миллионов человек и сделали калеками тридцать миллионов в “великой освободительной” войне 1914–1918 гг. …»¹⁰.

Частично и сейчас золото используется как технический металл, а не только на чеканку золотой монеты. Его соли применяются в фотографии и медицине, в стекольном и керамическом производствах. Рубиново-красное стекло окрашено одним из соединений золота – кассиевым пурпуром алхимиков. С примесью лигатуры, то есть серебра или меди для придания ему твердости, оно идет на ювелирные изделия, а в чистом – для золочения предметов из других металлов.

Интереснейшим примером последнего применения золота является гальваническое золочение каркаса звезд с драгоценными самоцветами, установленных в конце 1935 года на двух кремлевских башнях.

Из раствора его цианистых солей золото гальваническим током осаждается на поверхность других металлов, соединенных с отрицательным полюсом гальванической ванны.

Способ давно известный, но никогда еще нигде в мире не было случая гальванического золочения предметов таких размеров, как эти звезды. Их диаметр по 5 метров, поверхность, покрываемая золотом, 30 кв. м у каждой.

Реакция велась в продолжение 4,5 часов, осажденный слой имеет толщину от 20 до 25 микронов (тысячных долей миллиметра). Как ни тонок такой слой, он вполне гарантирует прочность позолоты на 200–250 лет.

Исторический курьез

Гальваническое золочение, о котором сказано выше, – это частный случай гальваностегии – покрытия одного металла другим при помощи электрохимического процесса разложения током соли данного металла. Гальваностегия и гальванопластика (получение металлических копий с рельефных изображений) были открыты в 1838 году Морицем Якоби.

И где? В России времен Николая Палкина.

Кем? Архитектором и даже профессором архитектуры.

Но Якоби, ничем в архитектуре не прославившийся, оказался выдающимся электрохимиком, сделавшим ряд ценных изобретений. Главнейшее из них – гальванопластика. Заметив, что осевшая на отрицательном полюсе гальванического элемента медь, отделяясь от него, дает с него слепок, Якоби стал покрывать слепки с рельефных изображений графитом и осаждать на них слой меди, получая копии оригиналов.

Он писал своему великому современнику Фарадею: «Я буду иметь честь послать вам рельеф из меди, оригинал которого сделан из пластического вещества, поддающегося в руках художника всем изменениям. При помощи этого метода сохраняются все мельчайшие особенности оригинала, теряющиеся при отливке».

Французская академия наук наградила за это открытие Якоби золотой медалью.

Глава III
Опыты с газами

Много лет тому назад один известный ученый писал другому: «Опишу вам опыт страшный и ужасный…» А речь-то шла всего-навсего о разряде лейденской банки, опыты с которой теперь безбоязненно проделывает любой школьник.

Однако ученый был прав, называя опыт «ужасным», так как он иной раз оканчивался смертью экспериментатора (например, смерть Доппельмайера в 1750 году).

Отчего же то, что казалось раньше страшным, да и в самом деле таким было, теперь никого не пугает?

Оттого, что люди научились как следует обращаться с лейденской банкой, чтобы ее разрядом не причинять вреда ни себе, ни другим.

Химику подчас приходится иметь дело с веществами куда опаснее лейденской банки.

Даже при самом поверхностном знакомстве с этой благодетельной, но и грозной наукой нельзя избежать встречи с веществами, могущими оказаться очень опасными при неумелом обращении с ними.

Немало химиков поплатились здоровьем и даже жизнью, впервые работая с такими веществами.

Зато теперь мы знаем, как обезопасить те страшные силы, которые в них скрыты, и безбоязненно проделываем с ними всевозможные опыты.

«Нет плохих ролей, а есть плохие актеры», – уверял какой-то драматург. Так и мы скажем, что «нет опасных веществ, а есть неумелые экспериментаторы».

Мы постараемся не попасть в их число. Хотя и говорят: «Тот не ездок, кто под конем не бывал; тот не химик, у кого ни разу водород не взорвало», – с последним я не согласен. Химик должен быть осторожен и аккуратен, а у осторожного и аккуратного человека никаких непредвидимых «случаев» быть не должно.

А потому, приняв все меры предосторожности, займемся теперь получением «страшных газов».

Кто не слышал об убийственных газах на полях сражений последней мировой войны? Кто не читал предсказаний, что последующие войны станут «химическими», что в них главная роль отведется отравлению противника смертоносными, всюду проникающими ядами?

На первый раз мы познакомимся с газом, хотя и неядовитым и не применяемым в химической войне, но тем не менее весьма опасным и требующим наибольшей осторожности при его получении.

Самый легкий газ

Самый легкий из всех газов называется водородом. Он в 14 раз легче воздуха. Воздух же, надо заметить, в 770 раз легче воды.

Таким образом, вода, с которой мы все так хорошо знакомы, заключает в своем составе наиболее легкое из всех известных нам на земле веществ.

А что это так, что вода не простое тело и водороду недаром дано его прозвище, я сейчас вам докажу.

Мы все безбоязненно пьем воду, она необходима для поддержания нашей жизни, она в количестве 58 % входит в состав нашего тела.

Дело в том, что водород не растворен в воде, как сахар в стакане чая: он вместе с другим газом, кислородом, образует воду. В том-то и заключается удивительная тайна химических превращений, что вещества, вступая в соединения друг с другом, дают совершенно новые тела, а не простую смесь начальных веществ. Водород и кислород – газы. Смешиваясь, они дают смесь газов; соединяясь – воду.

Перейдем к некоторым опытам.

Перед вами две двугорлые склянки, наполненные каждая на две трети водой; их горла плотно заткнуты проваренными в парафине мягкими и упругими пробками; через первую пробку первой склянки пропущена почти до самого дна склянки стеклянная трубка, оканчивающаяся воронкой. Вторая пробка этой склянки соединена с первой пробкой второй склянки изогнутой под прямыми углами стеклянной трубкой, которая в первой склянке опущена лишь немногим ниже пробки, а во второй доходит почти до дна. Из последней пробки выходит газоотводная трубка, изогнутая, как показано на рис. 12. Оттянутый кончик ее с узким отверстием погружен в воду пневматической ванны. Роль последней может играть обыкновенная глубокая тарелка.

Рис. 12. Добывание водорода

Раньше чем приступить к опыту, я самым тщательным образом замазываю все пробки (кроме первой) замазкой, чтобы газ, который мы станем добывать, не нашел нигде выхода через зазоры между стеклом и пробкой.

Наполнив два-три узких и высоких стеклянных цилиндра водой, я прикрываю их квадратными кусочками матового стекла. Цилиндры при нужде можно заменить обыкновенными бутылками из-под минеральной воды или из-под кваса – словом, достаточно толстостенными. Здесь же на столе у меня штатив с пробирками и полотенце; как можно дальше от прибора для добычи газа, всего лучше на особом столике, поставленном в нескольких шагах от первого, – спиртовая лампочка с колпаком (рис. 13).

Рис. 13. Спиртовая лампочка

В школах обычно добывают водород в подобных приборах, действуя серной кислотой на цинк.

Вы, вероятно, знаете, что серную кислоту наливают в стаканчики, которые на зиму ставят между двойными рамами окон. Она в высшей степени гигроскопична, то есть отлично сушит воздух, отнимая от него влагу; оттого-то в этом случае окна и не «потеют». Обратите внимание, что с осени ее наливают не более четверти стакана, а к весне стаканчики почти полны.

Металлы в большинстве случаев хорошо растворяются в серной кислоте, образуя соответствующие сернокислые соли и вытесняя из кислоты водород.

Применяемый для наполнения аэростатов водород долгое время добывали подобным образом; только вместо дорогого цинка брали дешевое железо в виде железного лома.

Однако я покажу вам другой способ получения интересующего нас газа. Он гораздо удобнее и менее опасен.

Не будем забывать, что серная кислота – это вещество, с которым чем меньше будем иметь дела, тем лучше, особенно когда нельзя обойтись каплей-другой, а приходится манипулировать с относительно большими количествами ее.

Я воспользуюсь тем, что многие металлы вытесняют водород не только из кислот, но и из воды. Правда, в большинстве случаев такое разложение происходит лишь при очень высокой температуре, но, по счастью, есть некоторые металлы, способные разлагать воду и при обыкновенной температуре.

Рис. 14. Неосторожный опыт с водородом

К таким металлам принадлежит кальций. Я храню его в баночке с плотно притертой пробкой. Как видите, он залит какой-то жидкостью. Это керосин, на который кальций не действует химически. Зато на воздухе этот металл быстро окисляется, ржавеет, превращается в известь (негашеную). Тот же процесс происходит под водой, только в этом случае образовавшаяся окись соединяется с избытком воды в водную окись кальция (так называемую гашеную известь).

Вынув кусочек серовато-белого металла щипчиками, осторожно обсушиваю его пропускной бумагой, удаляя следы керосина, не касаясь металла руками.

Теперь смотрите: я вынимаю из первой склянки первую пробку, быстро бросаю куски кальция в воду, сейчас же вновь закупориваю банку и обмазываю пробку замазкой.

Куски металла, упав на дно склянки, покрываются пузырьками газа, которые, оторвавшись от поверхности кусков, быстро всплывают вверх. Вскоре жидкость в банке кажется словно кипящей. Выделяющийся газ вытесняет, вернее – увлекает с собой воздух и идет с ним вместе во вторую склянку, а оттуда из газоотводной трубки – в окружающую атмосферу, булькая пузырьками через воду.

Наполнив одну из пробирок водой, закрываю ее большим пальцем, переворачиваю и опускаю ее конец в воду тарелки, играющей у нас роль пневматической ванны. Отвожу палец в сторону и держу отверстие пробирки над отверстием трубки. Пузырьки газа, ранее выходившие через воду, идут в пробирку, вытесняя из нее воду. Вскоре пробирка наполняется газом. Опять закрываю ее пальцем, вынимаю из воды и быстро несу к столику, на котором стоит спиртовая лампочка. Держа пробирку отверстием вниз, подношу ее к пламени и открываю.

Слышали свист? Он показывает, что водород в пробирке смешан с воздухом и обращаться с ним надо осторожно.

Нужно, следовательно, подождать немного, пока выделяющийся водород вытеснит следы воздуха из аппарата. А чтобы не сидеть без дела, прочтите страничку из книги одного английского химика о том, как иногда может быть опасен взрыв водорода.

Вот что он пишет:

«Несколько лет тому назад рабочие, занятые при постройке большого парового котла для германского военного судна, по небрежности оставили внутри его несколько кусков цинка; им в голову не приходило, что этим они могут причинить смерть многим своим товарищам и повергнуть много рабочих семей в глубокое отчаяние. Паровик был поднят на судно и установлен на место. Несколько времени спустя судно отправилось в пробное плавание. Трюм был переполнен занятыми кочегарами; машины впервые дрогнули и быстро погнали мощное судно по морю. Вода за это время нагрелась до чрезвычайно высокой температуры, и цинк быстро растворялся в ней, освобождая при этом значительное количество водородного газа. Этот газ вместе с воздухом образовал в паровике страшно взрывчатую смесь. Люди, работавшие вокруг паровика, конечно, ничего этого не подозревали, а между тем котел постепенно наполнялся все больше и больше этой смертельной смесью. Как вдруг, без малейших предупредительных признаков, с ослепительным блеском и оглушительным громом большой паровик разорвался на части, убив или искалечив всех находившихся в помещении людей, а само судно наполнилось облаком перегретого пара. Причина взрыва осталась тайной, пока в остатках паровика не нашли кусочков цинка.

Таким образом, мы видим, что силы химического сродства, находясь под контролем, становятся полезными слугами, а вне контроля – страшными господами»¹¹.