Книга по химии для домашнего чтения - Борис Степин

6.62. КАТИОНЫ-НЕПОСЕДЫ

Если серебряную пластинку Ag изолировать от слоя расплавленной серы двумя пластинками твердого сульфида серебра Ag2S, положенными друг на друга, то по истечении одного часа масса серебра уменьшится почти на 0,1 г, а масса пластинки сульфида серебра, находящейся в контакте с расплавленной серой, увеличится в полном соответствии с реакцией

2Ag + S = Ag2S.

Масса же пластинки Ag2S, находящейся в контакте с пластинкой серебра, практически не изменится. Это означает, что реакция протекает на границе жидкой серы и слоя Ag2S за счет переноса катионов Ag+ и электронов от серебряной пластинки через два слоя сульфида серебра. На границе соприкосновения Ag2S с расплавом серы переместившиеся электроны превращают атомы серы, прилегающие к слою Ag2S, в сульфидные анионы S2-, а «пробежавшие» два слоя сульфида серебра катионы Ag+ присоединяют эти анионы, наращивая массу пластинки Ag2S.

6.63. РЕАКЦИЯ ПОДГОНЯЕТ САМА СЕБЯ

При изучении взаимодействия щавелевой кислоты с перманганатом калия в присутствии серной кислоты нетерпеливому экспериментатору может показаться, что реакция вовсе не идет.

Если к водному раствору щавелевой кислоты H2C2O4 (см. 3.31) добавить серную кислоту H2SO4 (см. 1.49) и затем немного разбавленного водного раствора перманганата калия KMnO4 розового цвета, то первая порция раствора перманганата калия будет обесцвечиваться оень медленно (см. 5.47). Но последующие порции добавляемого розового раствора KMnO4 обесцвечиваются все быстрее и быстрее, так как в растворе появляются катионы марганца [Mn(H2O)6]2+ , катализирующие реакцию. Такие реакции, продукты которых выступают в роли катализаторов, называют самоускоряющимися, или аутокаталитическими.

6.64. ОПЯТЬ САМОУСКОРЕНИЕ

К водному раствору диоксида серы SO2 добавили раствор триоксоиодата водорода HIO3 (иодноватой кислоты) и суспензию крахмала. Когда смесь станет синей?

В первый момент HIO3 окисляет SO2 до серной кислоты H2SO4:

Но как только в растворе появляется иодоводородная кислота III, начинается протекание еще двух реакций:

Скорость последней реакции (3) больше, чем реакции (2), и поэтому иод в растворе не появляется; раствор станет синим, когда весь SO2 будет окислен. Только в этом случае выделившийся иод сможет прореагировать с крахмалом с образованием продукта характерного синего цвета (см. 5.51).

Реакции (1), (2) и (3) являются цепными и аутокаталитическими, т. е. самоускоряющимися. Реакция (1) создает цепь, а реакции (2) и (3) ее развертывают. Если в первой реакции образуется 1 моль HI, то в третьей — уже 6 моль HI. Катализатором трех реакций является иодоводородная кислота. C ее появлением скорость реакций нарастает, достигает какого-то максимума, а затем уменьшается вследствие понижения концентраций исходных реагентов и продукта их взаимодействия HI.

HIO3 + 3SO2 + 3H2O = 3H2SO4 + HI. (1) HIO3 + 5HI = 3I2 + 3H2O, (2) I2 + SO2 + 2H2O = H2SO4 + 2HI. (3)

7. ХИМИЯ И БИОСФЕРА

Мы живем в мире простых и самых сложных химических веществ. Одни из них совершенно необходимы для жизни человека, а другие смертельно опасны, но без них нельзя создать лекарства и новые материалы. Есть и такие вещества, воздействие которых на живое определяется дозой: в малой дозе они полезны, а в большой — вредны. Этот раздел — попытка авторов вручить читателю компас в мире окружающих нас веществ.

7.1. ОТКУДА БЕРЕТСЯ КИСЛОРОД?

Ежегодно десятки миллиардов тонн кислорода расходуются на дыхание людей и животных, на нужды промышленности, которые все растут. А кислорода в воздухе пока практически не становится меньше.

Считают, что зеленые растения в результате фотосинтеза выделяют почти шесть тонн кислорода на каждую тонну кислорода, израсходованную на их дыхание. Причем 80% кислорода передают в атмосферу водоросли морей и океанов, так называемый фитопланктон, и лишь 20% — наземные растения. Поэтому-то океан часто и называют легкими Земли. В фитопланктоне, составной частью которого являются сине-зеленые водоросли, протекает реакция фотосинтеза:

6СO2 + 6Н2O = C6H12O6 + 6O2↑.

Из диоксида углерода CO2 и воды образуется глюкоза C6H12O6, а «нежелательный» кислород O2 выделяется в атмосферу. Энергия, необходимая для осуществления этого синтеза, передается фитопланктону солнечным светом (см. 5.1).

7.2. ПОЛЬЗА ПЕРОКСИДА

Пероксид водорода H2O2, вернее, его водный 3%-й раствор, известен как кровоостанавливающее средство при травмах кожи. Знаете ли вы, что его предлагают использовать и в более тяжелых случаях, как средство для лечения открытых ран?

При лечении открытых ран H2O2 служит для обогащения крови больного кислородом O2 непосредственно возле поврежденного места тела:

2Н2O2 = 2Н2O + O2↑.

После хирургической обработки раны пациенту делают инъекции 0,01%-го водного раствора пероксида водорода, вводя его в артерии, снабжающие кровью поврежденный орган или участок тела (см. 6.23).

7.3. СМЕРТЕЛЬНЫЙ СМОГ

В 1952 г. в Лондоне погибло от смога в течение трех-четырех суток более 4000 человек. В 1963 г. смог, опустившийся на Нью-Йорк, убил 350 человек. Постепенно гибнет под подушкой коричневого смога мегаполис Мехико.

Термин «смог» — производное от английских слов «смоук» (дым) и «фог» (туман). Смог образуется преимущественно над большими городами в результате действия солнечного света на воздух, загрязненный выбросами углеводородов, оксидов азота и других продуктов сгорания топлив в автомобильных двигателях, на тепловых и силовых станциях. Смог представляет собой туман с голубоватой дымкой, содержащий вредные для человека вещества: диоксиды азота NO2 и серы SO2, монооксид углерода СО и альдегиды. Смог поражает прежде всего слизистые оболочки глаз и дыхательных путей человека и животных. При больших концентрациях он действует удушающе. Потери урожаев сельскохозяйственных культур и природной растительности при систематическом действии смога оцениваются более чем в 1 млрд. долларов ежегодно, и цифра эта с каждым годом возрастает.

7.4. СТРАШНЫЙ БЕНЗПИРЕН

В последние 10–15 лет число заболеваний раком легких приблизилось к числу заболеваний раком желудка.

Считают, что вероятность заболевания раком легких на 70–80% зависит от внешней среды, от увеличения в воздухе канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, и прежде всего одного из наиболее опасных канцерогенов — бензпирена.

Бензпирен образует светло-желтые кристаллы. Попадание нескольких капель его спиртового раствора на кожу мыши вызывает в течение трех месяцев развитие раковой опухоли. Бензпирен присутствует в табачном дыме, в воздухе больших городов (см. 7.3). Главный его источник — автомобильный транспорт. Особенно много его выделяется с выхлопными газами автомобилей во время торможения, разгона, при работе двигателя на холостом ходу. Бензпирен содержится в дыме, образующемся при сжигании опавшей листвы. Во многих городах концентрация бензпирена в воздухе давно превысила в несколько раз предельно допустимые дозы, отсюда и рост пролонгированной смерти людей.

7.5. КАК ДЫШИТ ВОДОЛАЗ?

Известно, что водолазы-аквалангисты, выполняя работы на большой глубине, дышат не сжатым воздухом и не чистым кислородом, а кислородно-гелиевой смесью. Почему?

Газы, которые служат для обеспечения дыхания, при росте давления изменяют свою биологическую активность, причем каждый газ проявляет новые свойства, часто вредные для организма. Наш организм нуждается в постоянном притоке кислорода. Если содержание O2 при обычном давлении ниже 16%, то наступает явление кислородного голодания, вызывающего внезапную потерю сознания. Если же дышать чистым O2, то через двое-трое суток даже у совершенно здоровых людей наступает отек легких. При увеличении давления это явление наступает гораздо раньше: уже примерно через два часа на глубине 10–15 м при дыхании чистым кислородом могут наступить судороги, полная потеря сознания. Поэтому по мере увеличения глубины и, следовательно, степени сжатия вдыхаемого воздуха содержание в нем кислорода должно снижаться. Например, на глубине 100 м во вдыхаемой смеси допускается не более 2–6% O2, а на глубине 200 м — всего 1–3% O2. Весь остальной объем смеси занимает газ-разбавитель. В земной атмосфере таким газом-разбавителем служит азот. При нормальном давлении он инертен к нашему организму. Однако при погружении водолаза на глубину 40–60 м азот вызывает у человека «азотный наркоз», сходный с алкогольным опьянением (см. 7.9): нарушение критического мышления, беззаботное отношение к собственной безопасности, веселое настроение. Были случаи, когда подобное азотное опьянение приводило к гибели водолаза.