Удивительная химия - Леенсон Илья Абрамович. Страница 10
В результате «горения» звезд и взрыва сверхновых звезд в космическом пространстве оказались все известные химические элементы. Остатки сверхновых звезд в виде расширяющихся туманностей, «разогретых» радиоактивными превращениями, сталкиваются друг с другом, конденсируются в плотные образования, из которых под действием гравитационных сил возникают звезды нового поколения. Эти звезды (в их числе и наше Солнце) уже с самого начала существования содержат в своем составе примесь тяжелых элементов; такие же элементы содержатся и в окружающих эти звезды газопылевых облаках, из которых образуются планеты. Так что элементы, входящие в состав всех окружающих нас вещей, в том числе И нашего тела, родились в результате грандиозных космических процессов…
Почему же одних элементов образовалось много, а других — мало? Оказывается, в процессе нуклеосинтеза с наибольшей вероятностью образуются ядра, состоящие из небольшого четного числа протонов и нейтронов. Тяжелые ядра, «переполненные» протонами и нейтронами, менее устойчивы и их во Вселенной меньше. Существует общее правило: чем больше заряд ядра, чем оно тяжелее, тем меньше таких ядер во Вселенной. Однако это правило выполняется не всегда. Например, в земной коре мало легких ядер лития (3 протона, 3 нейтрона), бора (5 протонов и 5 или 6 нейтронов). Предполагают, что эти ядра по ряду причин не могут образоваться в недрах звезд, а под действием космических лучей «откалываются» от более тяжелых ядер, накопившихся в межзвездном пространстве. Таким образом, соотношение различных элементов на Земле — отголосок бурных процессов в космосе, которые происходили миллиарды лет назад, на более поздних этапах развития Вселенной.
При благоприятных условиях атомы разных элементов могут соединяться между собой в более сложные образования — молекулы. Это могут быть простейшие двухатомные частицы, например, молекулярный водород, состоящий из двух атомов водорода (Н2), «осколок» молекулы воды, называемый гидроксилом (ОН), цианид (CN).
Процессы объединения атомов в молекулы широко распространены во Вселенной и всегда происходят там, где для этого есть подходящие условия. Таким условиям, например, отвечает умеренная температура, которая должна быть не слишком высокой (десятки-сотни градусов Цельсия) и не слишком низкой (иначе атомам не хватит энергии для взаимодействия друг с другом, т. е. для химической реакции). В межзвездной среде условия для образования молекул не очень благоприятные, хотя бы из-за чрезвычайной разреженности вещества (несколько атомов в 1 см3, тогда как в каждом кубическом сантиметре воздуха их 3,7-1019). Тем не менее в космосе обнаружены многие молекулы, в том числе и довольно сложные, содержащие большое количество разных атомов. Насколько далеко может зайти процесс усложнения молекул в межзвездной среде? Не могут ли таким способом возникнуть какие-либо формы жизни? Наука пока не в состоянии ответить на эти вопросы — мы ведь даже толком не знаем, как возникла жизнь на Земле и действительно ли она возникла на нашей планете или была каким-то образом «занесена» из космоса…
Доподлинно известно, что в благоприятных условиях возможно соединение в определенном порядке многих тысяч атомов, при этом образуются такие сложные образования, как молекулы белков, молекулы наследственности ДНК, содержащие десятки тысяч атомов.
Полагают, что Солнечная система образовалась примерно 4,6 миллиарда лет назад. За это время и возникло окружающее нас богатейшее разнообразие неорганических и органических соединений. И все они образовались из химических элементов, уже имевшихся в Солнечной системе в момент ее образования. Процесс образования сложных соединений из отдельных атомов и простейших молекул называют «химической эволюцией». В этом процессе, который длился миллиарды лет, еще много «белых пятен», в частности — как из простых молекул возникли сложные, состоящие из многих тысяч атомов; как эти сложные молекулы дали начало простейшим живым существам; наконец, как шло последующее развитие — от простейших одноклеточных микроорганизмов до высших животных и «венца природы» — мыслящего человека.
КАК РАБОТАЮТ ХИМИКИ
Все мы постоянно находимся в мире, где царствуют числа. Этими числами измеряется все: иена — на хлеб или на гектар леса, время — до окончания урока или до выключения двигателя ракеты, расстояние — между шкафом и диваном и между скоплениями галактик, масса — атома урана и урожая пшеницы, температура — тела больного и чугуна в доменной печи… А еще измеряются сила электрического тока и сила света, плоские и телесные углы, площади и объемы, скорости и ускорения, плотности тел и их сжимаемость, твердость и давление, энергия и мощность, жесткость воды и влажность воздуха, частота и период колебаний, электрический заряд и электропроводность, магнитный поток и магнитная восприимчивость, яркость и освещенность, прозрачность и мутность, интенсивность радиации и период полураспада… Перечислять можно очень долго. И, конечно, не химики первыми начали производить измерения. И не физики. Без измерений могут обходиться только животные. Уже первобытные люди должны были считать дни до начала наступления холодов или дни до периода дождей и разлива рек. Конечно, единицы измерения, если не считать «естественных», таких как сутки и год, у всех были разные: масса и длина ячменного зерна, расстояние между концами вытянутых пальцев кисти или между поднятой рукой и ногой (во всех таких случаях речь, естественно, шла только о средних величинах; иногда эти величины узаконивали, «привязывая», например, к длине локтя или ступни монарха).
Понятно, что у каждого племени, а потом и у каждого народа появлялись свои единицы измерения; это вносило большие неудобства в общение между ними. И такие неудобства до сих пор окончательно не изжиты, хотя еще в середине XX века была принята Международная система единиц (СИ). Вот и приходится переводить английские единицы давления psi (pounds per square inch, т. e. фунты на квадратный дюйм) в привычные дня нас килограммы на квадратный сантиметр (атмосферы), градусы Фаренгейта, по неудобной формуле, — в градусы Цельсия, морские и географические мили — в километры, футы — в метры, фунты — в килограммы, галлоны и баррели — в литры, даты по лунному календарю и по хиджре (где летоисчисление ведется с 662 года, когда пророк Мухаммед переселился из Мекки в Медину) — в даты по «новому» (а иногда и по «старому») стилю солнечного календаря, не говоря уже о пересчете наших рублей в украинские гривны или ангольских кванз в свазилендские лилангени. Как совершенно справедливо заметил М. И. Грамм, автор «Занимательной энциклопедии мер. единиц и денег», если бы знаменитая Книга рекордов Гиннеса появилась лет 200 назад, в ней почти никто не смог бы разобраться — настолько непохожи были в разных странах единицы измерения чего угодно. Немецкий математик п физик Иоганн Ламберт (1728–1777) в своей книге «Пирометрия» (этот термин дословно означает «измерение теплоты») описал 19 разных температурных шкал, которыми пользовались в XVIII веке! Сейчас от них остались только три, но и это слишком много.
К счастью, теперь хотя бы в научных публикациях в большей или меньшей степени используется единая система мер — СИ (или SI — от французского Systeme International d’Unites — Международная система единиц, так что говорить «система СИ» не совсем правильно: получается «система системы»). Оговорка «в большей или меньше степени» необходима потому, что единицей объема в СИ служит кубический метр или его дольные единицы — кубический дециметр и кубический сантиметр. Химики же привыкли использовать для этой цели литры и миллилитры (по правде говоря, 1 дм3 и 1 л практически не различаются). Вместо единицы энергии джоуль химики по старинке еще продолжают использовать калории. Но вот дюймы вместо сантиметров или фунты и унции вместо килограммов и граммов в химических работах уже не встретишь.