Занимательно о химии - Власов Лев Григорьевич

Особый интерес для науки представляют металлоорганические соединения. Обязательное условие их существования — связь между атомом металла и атомом углерода.

Почти все металлы главных подгрупп Большого дома могут входить в состав металлоорганических соединений.

Свойства этих веществ чрезвычайно разнообразны.

Одни со страшной силой взрываются даже при температурах много ниже нуля. Другие, напротив, обладают завидной термической устойчивостью.

Одни чрезвычайно активны химически, тогда как другие не очень-то подвержены всевозможным внешним воздействиям.

И все до единого ядовиты. Кроме металлоорганических соединений германия. Их безобидность остается пока загадкой.

Диапазон применения элементоорганических соединений чрезвычайно широк и практически неисчерпаем. Где только они не «работают»! С их помощью получают пластмассы и каучуки, изготовляют полупроводники и сверхчистые металлы. Они выступают в роли лекарственных препаратов и средств для борьбы с вредителями растений, они входят в состав ракетных и моторных топлив. Они являются, наконец, ценнейшими химическими реактивами и катализаторами, позволяя проводить многие важные процессы.

В нашей стране сложилась крупнейшая школа химиков-элементооргаников. Ею руководит академик Александр Николаевич Несмеянов. Недавно за свои работы он был удостоен Ленинской премии.

ТЭС — это сокращение. Так называют соединение, для практической деятельности человека полезное чрезвычайно. Оно помогает экономить бензин. Правда, никто еще не подсчитал, сколько именно литров сэкономил ТЭС за всю свою историю. Но, без сомнения, подсчет дал бы весьма внушительное число.

Так что ж в конце концов такое это загадочное ТЭС? Химик скажет: металлоорганическое соединение углеводорода этана с металлическим свинцом. Отнимите у каждой из четырех молекул этана (C 2H 6) по атому водорода и присоедините углеводородные остатки (этилы — С 2Н 5) к одному-единственному атому свинца. Вот тогда вы и получите вещество с довольно простой формулой Pb(C 2H 5) 4. Его называют тетраэтилсвинец, а сокращенно ТЭС.

ТЭС — это тяжелая жидкость чуть зеленоватого цвета, с еле уловимым запахом свежих фруктов, но отнюдь не безвредная. Она относится к числу сильных ядов. Сам по себе ТЭС особого интереса не представляет. Вещество как вещество, химику известны куда более любопытные соединения. Но стоит в бак с автомобильным бензином добавить всего полпроцента ТЭСа, как начинаются чудеса.

Сердце автомобиля или самолета — двигатель внутреннего сгорания. Принцип его работы прост. В цилиндре сжимается смесь бензина с воздухом. Затем она воспламеняется с помощью электрической искры. Происходит взрыв, выделяется энергия, а за счет ее и работает двигатель.

Многое зависит от степени сжатия смеси. Чем оно сильнее, тем выше мощность мотора. И тем экономнее расходуется топливо. Это — в идеале. А в действительности смесь не может сжаться достаточно сильно. Отсюда возникают «заболевания» двигателя: неполное, неравномерное сгорание топлива приводит к перегреву двигателя, к быстрому изнашиванию его деталей. Да и расход бензина неоправданно возрастает.

Инженеры вносили в конструкцию двигателей всевозможные улучшения, химики старались изготовить более чистые сорта бензина. «Заболевание» в какой-то мере поддавалось излечению, но не до конца. Моторы продолжали «стучать» и перегреваться; неравномерные взрывы смеси (детонация) укорачивали сроки их службы.

В результате долгих размышлений ученые пришли к выводу: детонацию можно подавить, заставить смесь сгорать равномерно, но сделать это удастся, лишь изменив каким-то путем свойства самого топлива.

Каким?

Ответ на этот вопрос упорно искал американский инженер Томас Миджли. Сначала он предложил совершенно неожиданный выход из положения: бензин надо… окрасить в красный цвет. Тогда топливо приобретет способность поглощать больше тепла, станет более летучим. И смесь бензина с воздухом удастся сжать сильнее.

Миджли «окрасил» бензин, добавив к нему немного йода. И, о радость, бензин действительно стал детонировать меньше. Но стоило исследователю вместо йода употребить обычную краску, как двигатель снова оказался во власти прежних бед.

Стало быть, цвет здесь ни при чем. Однако огорчение Миджли оказалось кратковременным. Его осенила блестящая мысль: вероятно, существуют вещества, ничтожные добавки которых существенно повышают качество бензина.

Йод делал это лишь в слабой степени. Нужно было искать другие вещества, простые и сложные. Ученые испробовали десятки и сотни соединений. Практики и теоретики работали бок о бок. Теоретики, наконец, пришли к очень важному заключению. Вещества-антидетонаторы следует искать среди соединений элементов с большим атомным весом. Например, стоит испытать соединения свинца.

Но как ввести свинец в бензин? Ни сам металл, ни его соли в бензине нерастворимы. Существует один-единственный способ: взять какое-нибудь органическое соединение свинца.

Тогда-то и было произнесено впервые слово «тетраэтилсвинец», ТЭС. Это случилось в 1921 году.

Добавки (и притом ничтожные) ТЭСа к бензину действительно оказались чудесными. Качество горючего резко улучшилось. Смесь бензина с воздухом удалось сжать в два раза сильнее. А это означало, что при той же скорости машины расход бензина сократился вдвое. «Сердца» автомобилей и самолетов стали работать без перебоев.

А вот любопытная экономическая справка: мировое производство ТЭСа ныне столь велико, что создается угроза довольно быстрого исчерпания естественных ресурсов свинца.

У ТЭСа есть одно неприятное качество — высокая токсичность. Вы, вероятно, видели на баках многих грузовых автомобилей предостерегающую надпись: «Этилированный бензин — яд!» С бензином, содержащим ТЭС, нужно обращаться очень осторожно.

ТЭС — пионер среди антидетонаторов топлива. Он остался важнейшим среди них и в настоящее время. Но ученые серьезно подумывают о его замене другим веществом, столь же эффективным, но совершенно безвредным.

Одно из них уже найдено. Его именуют ЦТМ. Если хотите узнать, что это такое, прочтите следующий рассказ.

Металлоорганических соединений в наши дни известно очень много: одним десятком тысяч здесь уже не ограничишься. Но лет пятнадцать назад в металлоорганике существовал досадный провал. Химикам никак не удавалось включить в органические молекулы так называемые переходные металлы. Металлы, которые в периодической системе Менделеева располагаются в побочных подгруппах. А таких металлов без малого пять десятков. Если и доводилось химикам получать их органические соединения, то они оказывались чрезвычайно непрочными, эдакой «металлоорганической экзотикой».

В 1951 году вмешался в дело (как это не раз бывало в истории науки) Его Величество Случай. Английский химик Паусон дал задание своему студенту Кили. Нельзя сказать, чтобы задание было таким уж сложным. Кили надлежало синтезировать углеводород с довольно длинным названием: дициклопентадиенил. Для этого требовалось спарить два пятичленных углеродных цикла. Иными словами, из двух соединений с формулой С 5Н 5получить одно: С 10Н 8(предполагалось, что 2 атома водорода должны отщепиться).

Кили знал, что такая реакция пойдет только в присутствии катализатора, и выбрал хлористое железо.

В одно прекрасное утро Паусон и Кили от удивления развели руками. Продуктом реакции оказалась не бесцветная жидкость, а красивые оранжевые кристаллы, притом весьма стойкие. Они выдерживали нагревание почти до 500 градусов — дело в органике далеко не столь уж частое.