Интересные факты

1. Радий – элемент прогресса

Радиоактивность открыл А. Беккерель в 1896 г. При исследовании урана. Изучая это явление,  М. Склодовская-Кюри установила, что радиоактивность в большей мере проявляется у образцов природного урана, в меньшей – у металлического урана и слабее всего – у соединений урана. Это  явление она объясняла тем, что природные соединения урана могут содержать неизвестные элементы, активность которых значительно больше, чем урана. Сделав такое предположение, она решила доказать свою правоту, выделив этот гипотетически элемент в чистом виде. Так началась трудная, изнурительная, опасная работа, продолжавшаяся 45 месяцев.

В июле 1898 г. Был открыт полоний – радиоактивный элемент VI группы периодической системы Д.И. Менделеева, аналог теллура. В декабре того же года были выделены первые 0,1 г хлорида радия – радиоактивного элемента II группы, аналога бария.

Чем же примечателен радий? Он постоянно образуется из урана и столь же постоянно распадается на радон и альфа-частицы. Радий наличествует в земной коре до тех пор, пока в ней есть уран, но, поскольку уран там с каждым годом становиться все меньше, в земной коре уменьшается  и содержание радия. Радий относится к так называемым вторичным элементам, что означает, что в современной  земной коре нет радия, который был в первичном веществе Земли, а есть радий , который образуется  в настоящее время.

Радий не только свершил революцию в химии, физике и других науках, но оказал огромное влияние на развитие всего мира, на экономику, военное дело и международные отношения. С помощью радия впервые экспериментально была доказана сложность строения атома, превращаемость одного атома в другой, возможность использования атомной энергии для практических целей в недалеком будущем и т.д.

Радий очень дорог,  в начале XX в. 1 г радия стоил от 50 до 100 тыс. золотых рублей. За сто лет, прошедших после открытия радия, его было получено всего 2500 г.  

 (Г.Г. Диогенов, Иркутск,  научно- методический журнал «Химия в школе» 4` 2002)

2. Как академик С.И. Вольфкович однажды стал «светящимся монахом»

С.И. Вольфкович, советский химик-неорганик и технолог родился на Украине в с. Ананьево. После окончания в 1920 г. Московского института народного хозяйства почти 26 лет он был научным руководителем Института удобрений и инсектофунгицидов, занимаясь разработкой технологии производства минеральных удобрений и фосфора методом электротермической возгонки из апатитов и фосфоритов.

В 1920 г. Вольфкович  получал белый фосфор Р4 в электрической печи в одной из лабораторий Московского университета на Моховой. Фосфор попал на его одежду и даже на ботинки. Когда ночью он шел из университета по почти неосвещенным в то время улицам Москвы, его одежда излучала голубоватое сияние, а из-под ботинок высекались искры. Вскоре среди жителей Моховой улицы, да и по всей Москве стали передаваться фантастические рассказы о «светящемся монахе».

Белый фосфор светиться в темноте, так как постоянно присутствующий над ним его пар окисляется кислородом воздуха с выделением света.

(Познавательные и курьезные случаи из истории химии, «Химия в школе» май 1998)

3.        Своим появление на свет серная кислота обязана арабскому алхимику Джабир ибн Хайяну, жившему в VIII-IX в. В VIII в. Этот великий алхимик советовал получать это вещество так: «Перегони фунт кипрского купороса, полтора фунта селитры, четверть фунта квасцов и получишь воду, которая хорошо растворяет металлы».

До  XIV в. Серную кислоту называли купоросным маслом, так как получали из купоросов. Раствор оксида серы (VI) в концентрированной серной кислоте называется олеумом, а её смесь с концентрированной азотной кислотой – меланжем.

В природе серная кислота не встречается, поэтому её месторождений на Земле не обнаружено, но, оказывается, есть естественные «заводы» по производству этого вещества. В 30-е гг. экспедиция советского геохимика А.Е. Ферсмана обнаружила в центре пустыни Каракумы многочисленные холмы, состоящие из смеси песка и серы. Геологи собрали образцы серы, завернули в бумагу, упаковали в ящики и отправили в Ленинград. Когда же оказалось, что бумага и ящики прожжены, а из кусков серы капает маслянистая жидкость, анализ которой показал, что это серная кислота.

Разгадка пришла довольно скоро. Оказалось, что найденные серные холмы – это естественные производители серной кислоты. В условиях жаркой пустыни и интенсивной солнечной радиации сера легко окисляется в оксид серы (IV) SO2, а затем в оксид серы (VI) SO3. А катализаторами служат оксиды металлов, содержащиеся в песке. Получившийся серный ангидрид SO3 жадно поглощает ночную влагу и превращается в серную кислоту.

Серная кислота образуется и в атмосфере за счет окисления поступающего в нее сернистого газа SO2. Сейчас этот газ стал главным загрязнителем окружающей среды. Если раньше основным его поставщиком были вулканы, то сейчас кроме них промышленность всего мира выбрасывает в воздух 140-150 млн тонн сернистого газа в год. А это вдвое больше, чем его расходуется на промышленное производство серной кислоты.         

В атмосфере большая часть сернистого газа окисляется озоном в серную кислоту, которая тут же возвращается на Землю в виде кислотных дождей.

Серная кислота в заметных количествах обнаружена на Венере. Исследования космических аппаратов, побывавших на Венере, позволили предположить, что в определенных участках ее атмосферы идут дожди из концентрированной серной кислоты. Эти дожди, однако, не достигают поверхности планеты, где температура составляет примерно 470˚C. Поэтому в нижних слоях атмосферы испаряется и вновь поднимается вверх. Какой же химической стойкостью должна обладать обшивка космического корабля,  чтобы выдержать действие такой атмосферы!

Еще во второй половине XV в. Серную кислоту стали получать для медицинских целей совместным сжиганием серы т селитры в сосудах, стенки которых охлаждали водой. В 1554 г. Английские фармацевты Геснер и Корд разработали способ получения серной кислоты из серы и железного купороса.

Первый сернокислотный завод был построен в Англии в 1740 г. Там серную кислоту получали сжиганием смеси серы и селитры в металлических сосудах. Полученная кислота имела низкую концентрацию – 50-60%. До XIX в. Серная кислота была единственным веществом, которое производили фабричным методом.

(А.И. Куланина СШ № 72, Воронеж,  Научно-методический журнал «Химия в школе» 4` 2002)

4. Моделирование физико-химических процессов с помощью кодоскопа

Многие физико-химические процессы можно объяснить, используя кодоскоп.

Например, всем известно, что масло не растворяется в воде. Школьники часто объясняют это отталкиванием молекул воды и масла. Между тем действительной причиной несмешиваемости этих жидкостей является взаимное притяжение полярных молекул воды, обусловленное водородными связями и диполь-дипольным взаимодействиями. Молекулы масла – неполярны, а потому выталкиваются и образуют отдельный слой.

Моделирование этого явления с помощью кодоскопа позволяет понять суть межмолекулярных взаимодействий и создать зрительное представление о законах растворимости.

Из прозрачной пленки вырезают несколько прямоугольников и овалов. Концы овалов отмечают знаками «+» и «-» (они символизируют полярные молекулы воды). Прямоугольники закрашивают красным фломастером (это будут молекулы масла). Овалы и прямоугольники хаотически размещают на стекле кодоскопа. Глядя на экран, учащиеся предполагают, что заряженные овалы будут притягиваться друг к другу, образуя единую систему. Как только учитель сблизит овалы на стекле, красные прямоугольники неизбежно будут вытеснены, иллюстрируя взаимную нерастворимость масла и воды.

Эту демонстрацию можно сделать еще более убедительной, если молекулы воды заменить маленькими полосковыми магнитами, а молекулы масла – кусочками мрамора. Магниты и кусочки мрамора хаотически перемешивают в чашечке Петри и устанавливают ее на стекло кодоскопа. Между магнитами начинают действовать силы притяжения и достаточно легкого встряхивания чашечки, чтобы они взаимно сориентировались и образовали связный слой, вытесняя кусочки мрамора.

Продолжая демонстрацию, поместим в ту же чашечку магниты другой формы (они будут символизировать некое новое вещество полярной природы). Встряхнем чашечку еще раз. Новые магниты тут же окажутся среди своих «собратьев». Это значит, что новое полярное вещество распределилось в слое воды. Теперь добавим в чашечку кусочки мрамора другого цвета (новое неполярное вещество). После встряхивания они «растворяться» в неполярном слое масла. Обе демонстрации иллюстрируют древнейший закон химии: «подобное растворяет подобное».

Похожая техника может быть использована для демонстрации многих других явлений: гидратации ионов при электрической диссоциации, гидрофильного и гидрофобного взаимодействия, синтеза белков и т.п.

Моделирование микроскопических взаимодействий с помощью кодоскопа позволяет ясно представить механизм появления у веществ тех или иных макроскопических свойств. Важнейшая особенность такой методики – возможность демонстрации этих взаимодействии в динамике в отличие от статичных рисунков в учебниках.  

(Journal of Chemical Education. 1996. №6, научно-методический журнал «Химия в школе» май 1998)

5. Сверхпроводимость молекулярного кислорода.

За последнее десятилетие было установлено, что твердый молекулярный кислород при давлении выше 0,95 Мбар становиться металлическим, при этом изменяется его кристаллическая структура, электропроводность и оптические свойства. Недавно К.Симицу с коллегами (Кавагути, Япония) обнаружили, что металлический кислород при температуре ниже 0,6 К становиться сверх проводящим.

Используя наковальни из искусственных алмазов и криостат растворения 3Не/4He, они исследовали образец, который сжимали в камере диаметром 50мкм, достигая давления от 0,98 до 1,25 Мбар и прикладывая при этом также внешнее магнитное поле. Экспериментальная установка  позволяла наблюдать и фотографировать образец, измерять его электропроводность и магнитную восприимчивость.

(Nature 1998. V. 393. № 6687. Р. 767-769(Великобритания). Природа. 1998. №11.  Научно-методический журнал «химия в шоле» №7. 2000г. )

6.  Озоновая дыра появилась раньше, в другом месте и росла ввысь.

Британские метеорологи во главе с Дж.Шанклином и Х.Роскоу (Управление антарктических исследований) провели ряд озонометрических наблюдений на южнополярной станции «Вернадский» (ныне принадлежит Украине, а ранее, под названием "Фарадей", принадлежала Великобритании). Станция находится в одной из крайних северных точек Антарктиды.

Еще в июне 1997 г. было обнаружено, что началось образование озонной дыры, хотя обычно ее возникновение приходилось на август, т.е. на весну Южного полушария, а не на разгар зимы, причем максимальное истощение озона отмечалось в октябре. Зарождаясь во внутренних областях континента, дыра затем в течение двух месяцев охватывала всю Антарктиду, и лишенный озона воздух распространялся по всему Южному полушарию. Однако в 1997 г. озонная дыра разрасталась по периметру континента.

Наблюдения на станции "Вернадский" проводились с помощью анализатора французской разработки, который позволяет измерять плотность озонового слоя при значительно меньшей освещенности Солнцем, т.е. еще полярной зимой. Является ли установление новых условий развития озонной дыры следствием применения этого оборудования, или же в 1997 - 1998 гг. обычные время и место ее образования действительно изменились, пока остается неясным.

Изучение озонной дыры над Антарктидой проводили и другие исследователи. По данным Д.Хофмана (Национальное управление США по изучению океана и атмосферы, Боулдер, штат Колорадо), в октябре 1997 г. над Антарктическим континентом высота воздушного слоя, лишенного озона, возросла с 19 до 20.5 км (несколько лет назад не превышала и 14 км).

В прошлом полное разрушение озона не отмечалось в той области атмосферы, которая располагается выше 20 км. Но в 1997 г. запущенные со станции "Амундсен-Скотт" (Южный полюс) шары-зонды совсем не зарегистрировали озона на этих высотах. Тем не менее, столь беспрецедентное вертикальное распространение озонной дыры мало повлияло на общую концентрацию озона над Антарктидой. Минимум содержания этого газа составил 112 ед. Добсона, что близко к показателям за несколько последних лет; рекордно низкий (91 ед. Добсона) отмечался в 1993 г. Тогда это было связано с мощным извержением вулкана Пинатубо на Филиппинских о-вах, в ходе которого в воздушное пространство были выброшены миллионы тонн частиц, разрушающих озон.

Спутниковые данные подтверждают информацию, полученную от приборов, поднятых на шарах-зондах. По сведениям П.Ньюмана (Центр космических полетов им.Годдарда НАСА, Гринбелт, штат Мэриленд), озонная дыра 1997 г. мало отличается по размерам от дыры предыдущего года. Введенные в последнее время международные предельно допустимые выбросы озонразрушающих агентов замедлили поступление в атмосферу хлора и брома. Их содержание в атмосфере стабилизировалось, хотя в стратосфере рост еще продолжается: чтобы массообмен достиг таких высот, необходимо около пяти лет. Вычисления показывают, что концентрация озона в стратосфере стабилизируется к 2000 г., а примерно с 2010 г. начнет падать.

Д.Хофман считает, что предел распространения озонной дыры по вертикали может оказаться удобным индикатором состояния атмосферы. Следует тщательно наблюдать за этим процессом в течение ближайших 10 - 15 лет, чтобы установить, когда он пойдет вспять. Другим индикатором может быть средняя площадь, занимаемая дырой. В конце 80-х и начале 90-х годов она резко расширялась, а теперь остается почти постоянной.

(science. 1997. V. 152 № 17. P. 262 (CША). Природа. 1998. № 10, научно-методический журнал «Химия в школе» №7 2000г.)

7. Одноклеточные водоросли приносят пользу

Основатель общества «Зеленое топливо» И.Берзин (Массачусетский технологический институт, США) предложил для сокращения газовых эмиссий теплоэлектроцентралей использовать водоросли. Идея проста: выбросы газов циркулируют в биореакторах, где одноклеточные водоросли усваивают СО2 в процессе фотосинтеза и бурно растут. Создаваемую таким образом биомассу будут затем сжигать для получения энергии. На ближайшее время намечен полномасштабный эксперимент с водорослью Dunaliella tertiolecta на ТЭЦ, работающей на природном газе.

 (Science et Vie. – 2006. - № 1060. – Р. 29 (Франция) Природа. – 2006 - № 10. Научно-методический журнал «Химия в школе» 4’ 2008)

8. Проблема парникового эффекта остается актуальной

Мировое лидерство в создании парникового эффекта занимают газовые выбросы при производстве электроэнергии (около 4%). Затем следуют выхлопные газы автотранспорта и авиации, а также промышленные выбросы (по 25%). В отличии от других развитых стран Франция основную часть энергии вырабатывает на атомных электростанциях (АЭС), а от них выбросы СО2 значительно меньше, чем от тепловых электроцентралей (ТЭЦ), работающих на ископаемом топливе. Таким образом, во Франции производство электроэнергии ответственно лишь за 12% выбросов СО2 , на первое место там выходят транспортные средства (около 30%), оставляя позади промышленность и сельское хозяйство (по 25%). (Terre Sauvage. – 2006. - № 213. – Р. XX (Франция). Природа.- 2006. - № 12. Научно-методический журнал «Химия в школе»  №4, 2008г. )

9. Водохранилища способствуют парниковому эффекту

Искусственные водохранилища выделяют большое количество таких парниковых газов, диоксид углерода и метан. Однако точные оценки отсутствуют, так как неизвестно, сколько этих газов выделялось с конкретной поверхности суши до тога, как она стала дном водохранилища.

Группа сотрудников университета провинции Манитоба (Виннипег, Канада), возглавляемая К.Келли, создала на севере провинции Онтарио экспериментальное водохранилище площадью 17 га.

Здесь, в сильно подоблачной лесистой местности, в течение двух лет они вели наблюдения за газообменом между атмосферой и подстилающей ее поверхностью.

Затем, подпрудив вытекавшую из болот речку, экспериментаторы затопили местность примерно на 1,3 м выше прежнего уровня и продолжали наблюдения в течение еще двух лет.

В результате установлено: прежняя подболоченная местность сначала играла роль поглотителя небольшого количества СО2 , а затем превратилась в его поставщика в воздушную среду; до затопления каждый квадратный метр ежегодно поглощал 6,6 г СО2  , а после затопления уже выделял около 130 г. СО2  и СН4.

С поверхности естественно возникших озер эти газы выделяются в значительно меньших количествах. Источниками загрязнения воздушной среды над водохранилищами  служат торф, гниющий сфагнум, затопленные деревья. Метан образуется в результате гниения зеленой массы при недостатке кислорода. Важно, что он в большей мере способствует парниковому эффекту, чем углекислый газ.

Обнаружено также, что в водохранилищах содержание токсичной метилртути повышается в 39 раз, достигая примерно 1нг/л. Это вещество способно накапливаться в тканях рыб, что подтверждается жалобами населения провинции Квебек на отравление улова, которое возникло после строительства крупного каскада электростанций в районе залива Джеймс-Бей. Представители компании, строившей ГЭС, отрицали этот факт и заявляли, чт о по окончании гниения растительности химический состав водохранилища придет к естественной норме. (Environment Science and Technology. 1997. V.31. (США); New Scientist. 1997. V154 (Великобритания) Природа. 1998. №6. Научно-методический журнал «Химия в школе» №3, 2000г.)

10. Проблема связанного азота

Не смотря на то что в атмосфере содержание азота достигает 75%, большинство нуждающихся в нем организмов не может потреблять его непосредственно из воздуха. Сначала азот должен быть связан с водородом или кислородом, а затем – образовать либо аммиачные производные, либо нитраты. В естественных условиях такая фиксация происходит во время грозовых разрядов и в процессе жизнедеятельности некоторых бактерий, что дает биосфере до 150 млн. тонн связанного азота в год.

В последние десятилетие человек вносит  в почву все больше минеральных азотсодержащих удобрений.

Американское экологическое общество, которое возглавляет химик П. Витусек (Вашингтон, США), опубликовало отчет по этой проблеме. В нем указывается, что в результате человеческой деятельности количество связанного азота на нашей планете уже удвоилось по сравнению с естественным уровнем и это сильно повлияло на её экологическое состояние.

Перенасыщение азотом природных вод ведет к бурному развитию токсичных водорослей, а тем самым – к массовым заморам рыбы и других водных организмов. Соединения азота в воздухе приводят к появлению смога, гибели деревьев, мхов, кустарников и другим нежелательным последствиям.

За период с 1980 г. По 1999 г. В почву в виде удобрений было внесено больше связанного азота, чем за всю предшествующую историю сельского хозяйства. В ряде лесов Северной Европы содержание азота в почве в 10 раз превышает  естественный уровень. Помимо азотных удобрений (основного источника азота в почве), немаловажную роль играют сжигание ископаемых топлив и массовое выращивание бобовых культур, содержащих азотфиксирующие бактерии.

Авторы отчета полагают, что до 80% оксида азота, который поступает в атмосферу и способствует образованию смога и кислотных дождей, - это продукты человеческой деятельности.

Положение усугубляется уменьшением площади лесов и травянистых угодий, осушение заболоченных местностей, расчисткой все новых участков под пахотные земли, что ускоряет циклический обмен связанного азота.

С другой стороны, излишек связанного азота может снижать содержание в атмосфере диоксида углерода, обладающего сильным парниковым воздействием на климат, так как стимулирует  поглощение деревьями углерода из атмосферы в процессе фотосинтеза.

Авторы призывают специалистов – экологов, фитологов, метеорологов, химиков атмосферы – расширить  исследования с целью выработки рекомендаций, в первую очередь, относительно количества и качества химических удобрений.

(Ecological Application. 1997. August (США); New Scientist. 1997. V. 154 (Великобритания). Природа. 1998. №6. Научно-методический журнал «Химия в школе» №3, 2000г.)

11. Устрицы гибнут от кадмия

Содержащийся в воде Мирового океана кадмий угнетает метаболизм устриц, что ведет к их массовой гибели. Такой факт выявил биолог Ж.Лэнниг (Университет Шарлотты, штат Северная Каролина, США), изучавшая устриц Crassostrea virginica. Концентрация кадмия в океанской воде независимо от его происхождения – природного или промышленного – очень мала. Но устрицы фильтруют воду и накапливают этот тяжелый металл в своей мускулатуре, а механизм его выведения из организма у них отсутствует.

 (Природа. – 2006. -  № 7. Научно-методический журнал «Химия в школе» № 9, 2008г. )