Книга по химии для домашнего чтения - Борис Степин

9.42. ЧУДЕСА КАТАЛИЗА

Брат Г. Дэви (см. 2.44) Эдуард получил очень тонкий порошок платины черного цвета, который стали называть «платиновой чернью». Однажды Эдуард неосторожно просыпал немного этого порошка на фильтровальную бумагу, которой только что вытер пролитый этиловый спирт C2H5OH. C удивлением он увидел, как «платиновая чернь» раскалилась и светилась до тех пор, пока не исчез весь спирт вместе со сгоревшей бумагой. Так была открыта реакция каталитического окисления этилового спирта в уксусную кислоту (см. 3.32; 5.60).:

C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O

9.43. ВУЛКАНИЗАЦИЯ

Американский химик Чарльз Гудьир (1800–1860) считал каучук разновидностью кожи и пытался его модифицировать. Он смешивал сырой каучук с каждым попадавшимся под руку веществом: солил его, перчил, посыпал сахаром, речным песком. Однажды в 1841 г. он уронил кусок каучука, обработанного серой, на нагретую печь. На другой день, приготовляя печь к опыту, Гудьир поднял этот кусок и обнаружил, что каучук стал прочнее. Это наблюдение Гудьира легло в основу разработанного позднее процесса вулканизации резины. При вулканизации линейные макромолекулы каучука взаимодействуют с серой, образуя трехмерную сетку макромолекул. В результате вулканизации каучук превращается в резину. Впоследствии Гудьир писал: «Я признаю, что мои открытия не являлись итогом научного химического исследования… они явились результатом настойчивости и наблюдательности».

9.44. АДСОРБЦИЯ

В 1785 г. Ловиц (см. 2.21) занимался перекристаллизацией винной кислоты (см. 3.30) и часто получал не бесцветные, а бурого цвета кристаллы из-за оказавшихся в них примесей органического происхождения. Однажды он неосторожно пролил часть раствора на смесь песка и угля, находящуюся в песчаной бане, используемой для упаривания растворов. Ловиц постарался собрать пролившийся раствор, отфильтровал его от песка и угля. Когда раствор остыл, то выпали бесцветные прозрачные кристаллы кислоты. Так как песок не мог быть тому причиной, Ловиц решил проверить действие угля. Он приготовил новый раствор кислоты, насыпал в него угольный порошок, упарил и затем охладил после удаления угля. Выпавшие кристаллы снова оказались бесцветными и прозрачными.

Так Ловиц открыл адсорбционные свойства древесного угля. Он предложил хранить на кораблях питьевую воду в деревянных бочках со слоем угля. Вода не загнивала месяцами. Это открытие сразу же нашло применение в действующей армии, в боях с турками в 1791 г. в низовьях Дуная, где вода была непригодна для питья. Применил Ловиц древесный уголь и для очистки водки от сивушных масел, уксусной кислоты — от примесей, придававших ей желтую окраску, и во многих других случаях.

9.45. МЕЛЛИТОВАЯ КИСЛОТА

C целью очистить азотную кислоту HNO3 от примесей Ловиц (см. 2.21) насыпал в нее небольшое количество древесного угля и стал эту смесь кипятить. C удивлением он увидел исчезновение древесного угля и образование вместо него какого-то белого вещества, растворимого в воде и этаноле C2H5OH. Он назвал это вещество «растворимым углем». Взаимодействие угля с азотной кислотой протекает в соответствии с реакцией

12С + 6HNO3 = C6(COOH)6 + 6NO↑.

Через 150 лет установили, что Ловиц впервые получил бензолгексакарбоновую кислоту C6(COOH)6, старое название этого вещества — «меллитовая кислота».

9.46. СОЛИ ЦЕЙЗЕ

В 1827 г. датский химик-органик, фармацевт Вильям Цейзе (1789–1847) решил получить для одной из своих работ тетрахлоро платинат калия K2[PtCl4]. Для полноты осаждения этой соли, малорастворимой в этаноле, он вместо водного раствора H2[PtCl4] использовал раствор этой кислоты в этаноле C2H5OH. Когда к такому раствору Цейзе прилил водный раствор хлорида калия КСl, то неожиданно вместо осадка красно-коричневого цвета, характерного для K2[PtCl4], выпал осадок желтоватого цвета. Анализ этого осадка показал, что в его состав входят хлорид калия КСl, дихлорид платины PtCl2, вода H2O и, к удивлению всех химиков, молекула этилена C2H4 (см. 9.37): KCl PtCl2∙C2H4∙H2O. Эта эмпирическая формула стала предметом бурных обсуждений. Либих (см. 2.17), например, заявил, что Цейзе провел анализы неверно и представленная им формула — плод больного воображения. Только в 1956 г. удалось установить, что состав новой соли Цейзе установил правильно, и теперь формулу соединения записывают так: K[Pt(C2H4)Cl3]∙H2O и называют его моногидратом трихлороэтилен-платината калия.

Так было получено первое соединение из необычной группы комплексных соединений, называемых «π-комплексами». В таких комплексах нет обычной химической связи металла, находящегося внутри квадратных скобок, с каким-либо одним атомом органической частицы. Реакция, которую осуществил Цейзе:

H2[PtCl4] + KCl + C2H5OH = K[Pt(C2H4)Cl3]∙H2O↓ + 2НСl.

В настоящее время K[Pt(C2H4)Cl3] получают, пропуская этилен через водный раствор тетрахлороплатината калия K2[PtCl4]:

K2[PtCI4] + C2H4 = K[Pt(C2H4)Cl3] + KCl.

9.47. ШМЕЛЬ-СПАСИТЕЛЬ

Куртуа — первооткрыватель иода (см. 4.39 и 9.8) — однажды чуть не погиб. В 1813 г. после одной из своих работ он слил в пустую склянку для отходов остатки водного раствора аммиака NH3 и спиртового раствора иода I2. Куртуа увидел образование в склянке черно-коричневого осадка, который его сразу заинтересовал. Он отфильтровал осадок, промыл его этанолом C2H5OH, вынул из воронки фильтр с осадком и оставил его на лабораторном столе. Время было позднее, и Куртуа решил проанализировать осадок на следующий день. Когда утром он открыл дверь в лабораторию, то увидел, как залетевший в помещение шмель сел на полученный им осадок. Тотчас же раздался сильный взрыв, который разнес на куски лабораторный стол, а комната наполнилась фиолетовыми парами иода.

Куртуа потом говорил, что шмель спас ему жизнь. Вот так было получено и опробовано очень опасное в обращении вещество — моноаммиакат нитрида трииода I3N∙NH3. Реакция синтеза этого вещества:

3I2 + 5NH3 = I3N∙NH3↑ + 3NH4↑.

Реакция, протекающая при взрыве, вызываемом самым легким прикосновением или небольшим встряхиванием сухого I3N∙NH3:

2(I3N∙NH3) = 2N2↑ +3I2↑ + 3H2↑.

9.48. НЕУДАЧНЫЙ ОПЫТ

Фтор F2 был получен французским химиком Муассаном (см. 1.45) неожиданно. В 1886 г. он, изучив опыт предшественников, подверг электролизу безводный фтороводород HF в платиновой У-образной трубке. C удивлением Муассан заметил выделение на аноде фтора, а на катоде — водорода. Окрыленный успехом, он повторил опыт на заседании Парижской академии наук, но… фтора не получил. Опыт не удался. После тщательного изучения причин неудачи Муассан установил, что использованный им в первом опыте фтороводород содержал примесь гидрофторида калия KHF2. Эта примесь обеспечивала электропроводность раствора (безводный HF — неэлектролит) и создавала необходимую концентрацию ионов F- у анода:

2F- — 2e- = F2↑.

C тех пор фтор получают методом Муассана, используя раствор фторида калия KF в HF:

KF + HF = KHF2.

9.49. АСПАРТАМ

Аспартам (в России — «сладекс») — вещество, рекомендуемое для употребления страдающим диабетом и тучным людям, в 100–200 раз слаще сахарозы (см. 1.61). Он не оставляет после себя горького металлического привкуса, присущего сахарину (см. 9.7). Сладкий вкус аспартама был обнаружен в 1965 г. случайно. Химик, работавший с этим веществом, откусывал заусенец и почувствовал сладкий вкус. Аспартам представляет собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде. Это крохотный белок. Он усваивается организмом человека и является источником нужных ему аминокислот. Аспартам не стимулирует образование зубного кариеса, а его усвоение не зависит от выработки организмом инсулина.

9.50. КАРБИД

В 1862 г. немецкий химик Вёлер (см. 2.18) пытался выделить металлический кальций из извести (карбоната кальция CaCO3, см. 3.23) путем длительного прокаливания смеси, состоящей из извести и угля. Он получил спекшуюся массу сероватого цвета, в которой признаков металла не обнаружил. C огорчением Вёлер выбросил эту массу как ненужный продукт на свалку во дворе. Во время дождя лаборант Вёлера заметил выделение какого-то газа из выброшенной каменистой массы. Вёлера этот газ заинтересовал. Анализ газа показал, что это ацетилен H2C2, открытый Э. Дэви в 1836 г. (см. 6.29). Вот так впервые был открыт карбид кальция CaC2, взаимодействующий с водой с выделением ацетилена: