Книга по химии для домашнего чтения - Борис Степин

На Руси бумага впервые была использована для изготовления «Договорной грамоты» великого князя Симеона Гордого (1340 г.) и старейшей рукописной книги «Поучения Исаака Сирина» (1381 г.).

Бумага — тонковолокнистый листовой материал, один квадратный метр которого имеет массу не более 250 г. При большей массе материал называют картоном. Честь изобретения бумаги приписывают Цай Луню, жившему в Китае во времена Второй Ханьской династии — около 105 г. н.э. Сначала бумагу готовили из волокон молодого бамбука. В XIII–XIV вв. Самарканд, расположенный на торговых путях из Китая в Европу, превратился в мировой центр распространения технологии производства бумаги. Сырьем для производства бумаги стала древесина. Первая бумажная фабрика в России была построена на реке Пахре под Москвой в 1655 г. Специалистов по производству бумаги называли «целовальниками бумажного дела» и «подьячими азбучного дела».

Как же производится бумага? Основной компонент бумаги — целлюлоза — вещество оболочек растительных клеток, высокомолекулярный полисахарид (см. 1.36). Больше всего ее в древесине хвойных пород, меньше — в древесине лиственных пород, соломе и тростнике. Для извлечения целлюлозы древесную щепу подвергают варке либо в водном растворе гидросульфита кальция Ca(HSO3)2 (и других гидросульфитов), либо в водном растворе, содержащем гидроксид натрия NaOH и сульфид натрия Na2S, под давлением; температура при этом достигает 170° С. Щепа распадается на мелкие пучки волокон целлюлозы, а примеси переходят в раствор. В этой операции стараются наиболее полно удалить из целлюлозы лигнин, из-за присутствия которого бумага под действием света желтеет и становится ломкой. Затем целлюлозу промывают водой, удаляя все реагенты и примеси, и отбеливают при помощи хлора Cl2 или оксохлората кальция Ca(ClO)2, размалывают, смешивают с проклеивающими и наполняющими веществами — казеиновый клей, латекс, каолин, крахмал, краски и т. п. Образовавшуюся бумажную массу направляют в бумагоделательную машину, где она растекается на бесконечном сетчатом полотне. Из бумажной массы удаляется вода, масса спрессовывается и высушивается. Полученное таким образом бумажное полотно проходит валки каландра, делающие бумагу гладкой. А затем остается только смотать бумагу в рулоны и разрезать.

1.63. ИЗ ЧЕГО ДЕЛАЮТ БУМАГУ?

Бумагу производят из вискозных, асбестовых, найлоновых, полиэфирных, полиацетиленовых и акриловых волокон. Уникальны свойства бумаги из стекловолокна: она не горит, не поглощает влаги, устойчива к действию многих кислот. Началось производство бумаги из металлических и керамических волокон. «Керамическая» бумага выдерживает температуру до 2000° С, не взаимодействует с концентрированной серной кислотой H2SO4 и концентрированными водными растворами гидроксидов натрия и калия NaOH и КОН. Эти сорта бумаги требуются для медицины, космоса и электротехники. А бумага из найлоновых волокон идет на производство денег и географических карт.

1.64. ЗНАМЕНИТЫЙ КОНФЛИКТ ФРАНЦУЗСКИХ ХИМИКОВ БЕРТОЛЛЕ И ПРУСТА

Спор между Бертолле (см. 2.41) и Жозефом-Луи Прустом (1754–1826), членом Парижской академии наук, шел о возможности существования соединений переменного состава (нестехиометрических соединений). Спор длился почти восемь лет — с 1801 до 1808 г. Все химики разделились на два лагеря. В конце концов победу в этом споре одержал Пруст. Суть спора была в следующем. Бертолле во время похода в Египет (1798 г.), куда он сопровождал Наполеона, обнаружил, что кристаллизация соды, карбоната натрия Na2CO3, в одном из египетских озер в естественных условиях вызывает либо появление десятиводного соединения Na2CO3∙10H2O, либо безводного Na2CO3. Это и другие наблюдения за природными процессами дали Бертолле повод утверждать, что вещества взаимодействуют друг с другом в различных соотношениях в зависимости от их исходного количества, и поэтому продукты реакций не имеют постоянного состава. Если же взять одинаковые соотношения исходных веществ и соблюдать условия, в которых протекает реакция, неизменными, то можно получить соединения определенного постоянного состава.

Пруст считал выводы Бертолле несостоятельными. Он показал, что если один химический элемент образует несколько соединений со вторым, то их состав изменяется скачком, а не постепенно, как утверждал Бертолле. Он писал: «Свойства истинных соединений неизменны, как и соотношения их составных частей… Японская киноварь имеет такой же относительный состав, как и испанская» (киноварь — сульфид ртути состава HgS).

Утверждение Пруста получило в химии название «закона постоянства состава», и почти все химики того времени признали этот закон как всеобщий закон природы.

Однако в начале нашего столетия стали накапливаться факты, опровергающие закон Пруста. Этот закон оказался справедливым только для молекулярных соединений — газообразных и жидких веществ, молекулярных кристаллов. К твердым веществам с ионной химической связью закон постоянства состава неприменим. Оба химика оказались правы: химическая организация вещества может быть дискретной (для соединений постоянного состава) и непрерывной (для соединений переменного состава, или нестехиометрических).

2. ЭПИЗОДЫ ИЗ ЖИЗНИ ХИМИКОВ

Выдающиеся химики жили, любили, страдали и радовались, как и все остальные люди. У одних жизнь складывалась благополучно уже с детства, другие часто испытывали невзгоды, но не падали духом, преодолевали, казалось бы, невозможное. Одни из них сохраняли чистую совесть и доброе имя до конца своих дней, другие поддавались корысти, зависти, суетному тщеславию, оказывались «придворными подхалимами» из-за орденов и званий, страха перед сильными мира сего, а иногда — и авантюристами. Приведенные в этой главе рассказы дают представление об их жизни и судьбе.

2.1. МИХАИЛ ВАСИЛЬЕВИЧ ЛОМОНОСОВ — ПЕРВЫЙ РУССКИЙ УЧЕНЫЙ-ЭНЦИКЛОПЕДИСТ

Семья Ломоносова

Ломоносов (1711–1765) родился в деревне Мишанинской, расположенной на острове Куростров в дельте Северной Двины, в семье крестьянина-помора Василия Дорофеевича Ломоносова и дочери просвирницы погоста Елены Ивановны.

Ломоносов был единственным сыном в семье. Отец Ломоносова Василий Дорофеевич занимался в основном рыбной ловлей и зверобойным промыслом, хотя семья Ломоносовых и обладала сравнительно крупным земельным наделом. Одним из первых в своем крае Василий Дорофеевич построил двухмачтовый корабль — гукор, по тем временам крупнейший по грузоподъемности на Белом море. Ломоносов впоследствии писал, что отец «довольство кровавым потом нажил». В девятилетием возрасте он лишился матери. Вторая жена отца — Федора Михайловна Ускова — умерла через три года после замужества. Третья жена отца, вдова Ирина Семеновна, женщина пожилая и сварливая, оказалась для тринадцатилетнего мальчика злой мачехой, что и послужило одной из причин ухода из дома Михаила в возрасте девятнадцати лет.

Уже в 13–14 лет Михаил стал самостоятельно читать «Грамматику» Мелетия Смотрицкого, «Арифметику» Леонтия Магницкого, «Псалтырь» Симеона Полоцкого и выучил их наизусть, а потом называл эти учебники «вратами своей учености». Вместе с отцом Михаил Ломоносов ходил в дальние плавания — к Новой Земле и Шпицбергену на промысел тюленя, нерпы и моржа. Отец Ломоносова погиб в возрасте 60 лет в 1744 г. во время очередного плавания. В этом году Михаил Васильевич после учебы в Германии уже работал в Петербургской академии наук (см. 1.7).

Как попал Ломоносов в солдаты прусской кавалерии

В 1740 г. Ломоносов тайно, без разрешения Петербургской академии наук, бежал из Германии, где он находился на учебе. По дороге на родину Ломоносов выдавал себя за немецкого студента. На одном постоялом дворе недалеко от Дюссельдорфа его увидел прусский офицер, вербовавший рекрутов в гвардию короля Фридриха-Вильгельма I. Офицеру понравились высокий рост и крепкое телосложение Михаила. Во время ужина он подпоил Ломоносова и обманным путем завербовал его в прусскую кавалерию. На другой день Ломоносов вместе с другими рекрутами был отправлен в крепость Везель.

Однажды ночью, когда солдаты спали, Ломоносов решился бежать из крепости. В темноте, минуя часовых, он дополз до первого и второго валов крепости, переплыл без шума оба рва, сумел затем перелезть через высокий частокол и выбрался в открытое поле. До границы было семь верст, которые надо было преодолеть до рассвета. Едва Ломоносов одолел две версты, как услышал выстрел, означавший, что его побег обнаружен. Михаил напряг все силы и вскоре оказался за границей.

Моменты из жизни Ломоносова