Помоги проекту - поделись книгой:
Не праздное любопытство разбирает ученых. Нам пора задумываться над тем, где мы будем брать полезные ископаемые лет через тридцать — сорок: ведь запасы руд на сравнительно небольших глубинах изрядно оскудели, многие месторождения полезных ископаемых вычерпаны до дна. За последние тридцать лет добыто цветных и редких металлов больше, чем за всю предыдущую историю человечества, за сотни веков.
С каждым годом все больше строится заводов, все больше появляется машин. Значит, потребуется еще больше железных, медных, цинковых и других руд, нефти, угля, газа. Может быть, изучение верхней мантии поможет человечеству решить эту проблему?
Но десятилетние международные исследования, хотя они и позволили узнать много нового, ответа на все вопросы не дали. О загадочной верхней мантии ученые могут судить лишь по косвенным данным: ни одного камешка, ни одной песчинки добыть оттуда пока не удалось. А добыть надо — без этого невозможно точное знание.
Верхняя мантия находится сравнительно неглубоко. В некоторых местах до нее можно добраться, пробурив лишь километров десять — пятнадцать. Под дном океанов она лежит еще ближе.
Советские ученые решили пробиваться к ней с суши при помощи сверхглубоких скважин. Намечено пять районов на территории нашей страны, где будет вестись бурение на небывалую глубину. Я уже упоминал о проходке «прикаспийской скважины» и о некоторых трудностях, связанных с этим. Понятно, что проникновение в недра на 15 километров гораздо более сложно и требует очень серьезной подготовки. Первая такая сверхглубокая скважина заложена на Кольском полуострове. К середине 1975 года в Кольском гранитном монолите удалось просверлить вертикальное отверстие длиной 7260 метров. Новый рекорд глубины! Но это лишь половина намеченного.
Американцы предпочли другой путь: они пытаются бурить дно океана. Там придется прокладывать скважины гораздо меньшей глубины, но зато много дополнительных хлопот доставит капризная морская стихия.
Некоторые американские ученые считают, что есть еще и третий путь: отправить в недра нашей планеты «подземную лодку», которая с помощью атомной энергии, как раскаленная игла, расплавит и проколет камни и скалы на своем пути в верхней мантии… Как ни фантастично это предложение, его вполне серьезно обсуждают крупные специалисты. Да, говорят они, для осуществления подобного проекта потребуются огромные средства и годы напряженной работы. Но не исключено, что именно «атомная игла» поможет людям быстрее добраться до мантии.
Вот сколько трудностей приходится преодолевать еще и сегодня, чтобы узнать, что находится в земле, причем находится совсем рядышком, под самыми ногами! (Если взять наш пример с глобусом, то получится, что сверхглубокая скважина или подземная лодка пробьет его все-таки лишь на толщину двух-трех листов бумаги…)
Кстати, несколько слов об океане. Водная стихия — тоже неизведанная страна. Лет шестьдесят — семьдесят назад мы не знали о больших морских глубинах почти ничего. Да и сейчас знаем не много. Хотя люди снова и снова отправляются в рискованные глубоководные путешествия (сначала в гидростате — прочной стальной банке, а затем в батисфере, батискафе, мезоскафе и в других подводных аппаратах), океанские тайны все еще ждут своих открывателей.
Чем же интересен океан?
На его дне покоятся месторождения полезных ископаемых, удобрения, огромные запасы кормов для животных и пищи для человека. Даже морская вода представляет собой величайший склад богатств. В ней содержится столько солей, что их хватило бы покрыть поверхность всей Земли слоем толщиной в 45 метров. В воде океанов растворено также огромное количество дорогих металлов: никеля, серебра, урана, молибдена. Одного золота в ней 8 миллионов тонн. Надо только научиться извлекать эти драгоценности из морской пучины.
Об океане можно говорить без конца. Океан — это загадки, опасности, нетронутые сокровища. Наука океанология не менее интересна, чем физика, умеющая превращать ртуть в золото и извлекать из крошечных, невидимых крупиц вещества — атомов — такое сказочное количество энергии, о котором сорок лет назад еще и не мечтали. Она так же увлекательна, как радиоэлектроника, создающая умные машины, как медицина, которая уже начинает заменять износившиеся или больные органы новыми, здоровыми. Океан таит в себе столько же романтики, тайн и приключений, сколько биология, бионика, астрономия, космонавтика.
Мы еще вспомним об океане. А сейчас нам пора отправляться в долгое путешествие по стране, которую называют Химией. Почему именно туда? Почему я не зову тебя поближе познакомиться с наукой об океане, с физикой, с биологией или электроникой?
Потому что химия сейчас — одна из самых важных наук. Без ее помощи не могут обойтись ни физики, ни биологи, ни океанологи, ни врачи, ни колхозники, ни строители, ни создатели новых машин. Дорога в космос, между прочим, в значительной мере проложена также химией.
Я приглашаю в это путешествие еще и потому, что Советское государство, наша партия и правительство уделяют химии очень большое внимание.
На создание новых научных лабораторий, химических заводов и цехов расходуются миллиарды рублей. За годы восьмой и девятой пятилеток наша промышленность увеличила выпуск многих важнейших веществ и синтетических материалов в четыре, пять и даже в шесть раз. К 1980 году мы будем производить химической продукции почти вдвое больше, чем сейчас.
«Химия — это область чудес. — писал Максим Горький, — в ней скрыто счастье человечества, величайшие завоевания разума будут сделаны именно в этой области».
Я зову в путешествие по Химии еще и потому, что это просто-напросто интересно. И может быть, ты увлечешься тем, что узнаешь в этой книжке, и уже сам, без моей помощи отправишься странствовать по обширным областям химии. Сколько раз тебе придется повстречаться с волшебством, фантазией наяву, неожиданностями! И может быть, ты решишь стать волшебником-химиком?..
И все-таки я вижу, что ты, мой друг, несколько разочарован. Вот, думаешь ты, если бы отправиться (хотя бы мысленно) в морскую пучину или в земные недра! Там все ново. А химия? О ней пишут газеты и журналы, рассказывают радио и телевидение. Ты о ней уж столько раз слыхал, что давным-давно все знаешь и тебя уже ничем «химическим» не удивишь…
Сказать, что ты знаешь химию и что она уже тебе неинтересна, — значит выглядеть хвастуном и несерьезным человеком.
Начнем с такого вопроса.
Что ты знаешь о «консервированных солнечных лучах»? Они имеют весьма разнообразный вкус. Если ты действительно знаком с химией, то сможешь в общих чертах объяснить, почему из одних и тех же лучей получаются столь непохожие «консервы». И уж тебе не составит никакого труда сказать, почему тайна превращения видимого света во вкусные продукты считается сейчас одной из самых больших, самых увлекательных тайн.
Ты, наверное, уже готов сдаваться: «Не знаю!» А для химии это довольно простые вопросы.
Когда ты прочтешь одну из следующих глав, ты легко убедишься в этом.
Или, скажем, знаешь ли ты, какое мыло можно есть? Это мыло создала химия. В свое время мы о нем еще поговорим.
Вот еще одна задача. Однажды туристы, путешествующие по Индии в большом автобусе, оставили его на ночь без присмотра. А утром на этом месте нашли лишь металлический остов. Оказалось, что это… термиты поужинали автобусом. Прожорливые насекомые съели все — и занавески на окнах, и кожаные кресла, и коврик на полу.
Как же поступить, чтобы подобное не повторилось с другими автобусами? Энтомологи — специалисты по насекомым — разводили руками: кому-кому, а им хорошо известен аппетит термитов. Знают они и то, что перед челюстями термитов устоять могут лишь самые твердые материалы — металл, камень. Но ведь не будешь же делать автобусные сиденья из стали или гранита!
Казалось, человек бессилен перед насекомыми. Но в дело вмешались химики.
— Да ведь все очень просто, — сказали они. — Надо делать и сиденья, и занавески, и ковры из… стекла!
И в самом деле, эти сиденья, хотя и получились очень мягкими, оказались не по зубам термитам.
Как же удалось сделать стекло мягким? Если ты хорошо знаешь химию, ты без промедления ответишь на этот вопрос. А если не знаешь, то тебе будет интересно почитать главу о стекле, тысяче его обличий и применений.
Нравятся ли тебе муравьи? Уж очень это трудолюбивый, храбрый и дружный народ. Люди издавна наблюдают за муравьями, изучают их жизнь. Более всего поражало ученых то, что у муравьев, впрочем, так же, как у пчел, ос, термитов, есть свой язык, совершенно непонятный науке.
Я имею в виду не звуки, которые муравьи издают с помощью «инструмента», сходного со «скрипкой» кузнечиков. И не «песню» вожака саранчи, созывающего свою прожорливую стаю. И не повелительное жужжание пчелиной матки. Нет. Было замечено, что даже тогда, когда насекомые не могут ни видеть, ни слышать друг друга, они каким-то неизвестным образом переговариваются о своих житейских делах — о пище, жилище, близости врага.
Наверное, и до сих пор этот таинственный язык насекомых не давал бы покоя ученым, если б в дело не вмешалась химия. Именно она объяснила, как разговаривают насекомые, и даже расшифровала отдельные слова.
Чтобы снова не возвращаться к этому вопросу, я сразу расскажу, в чем тут дело. Язык оказался… химическим. А его слова — различные довольно сложные вещества.
Особенно хорошо развит химический язык у муравьев. Они пользуются им чуть ли не во всех случаях жизни. Каким образом?
Есть у муравьев особые железы, которые непрерывно вырабатывают капельки пахучих веществ — феромонов.
Отправляется, скажем, муравей по каким-то своим делам. Пройдет несколько шагов и, не останавливаясь, прижмется тельцем к земле или травинке.
И на ней останется пахучая черточка. Это и есть слово. Еще несколько шагов — еще слово. И так всю дорогу.
Куда бы ни убежал муравей, он не заблудится: черточки-слова приведут его к дому. На обратном пути он тоже «роняет на дорогу слова». И в зависимости от того, где он побывал, что нашел, их запах будет несколько иным. Как только на этот след наткнется другой муравей, он мигом поймет, что сказал первый: в какой стороне и как далеко находится пища, что это за пища. Если все это его заинтересовало, он бросается по следу, оставляя свои черточки-слова. За ним — третий, четвертый. Чем больше муравьев отправится за лакомой добычей, тем более ясно будет обозначен путь. Можно сказать, сама дорога будет кричать, звать каждого пробегающего неподалеку муравья:
— Скорей, скорей! Беги прямо, мимо разбитого кирпича! Потом налево. По хворостинке перейди канаву, взберись по стене дома к крайнему окну, пролезь в щель под раму. Там, на подоконнике, стоит забытая хозяйкой банка с вареньем! Оно очень вкусное!
Но стоит обидеть, потревожить одного-двух муравьев, как забегают, воинственно раскрыв клещи, все находящиеся по соседству его собратья. Они учуяли запах феромона тревоги. И каждый из них тоже выделит капельку этого вещества. Химическое слово «тревога» по цепи будет передано во все концы муравьиного государства, и муравейник взбудоражится, из подземелий повалят наружу толпы воинов. И горе обидчику, если он не поспешил унести ноги! Есть слова-феромоны, которые означают: «Всем собраться вместе!» Есть такие, которые побуждают муравьев обмениваться пищей, прислуживать матери-королеве, ухаживать за потомством.
Между собой муравьи и другие насекомые говорят на языке, совершенно непонятном другим. Даже муравьи разных видов не понимают друг друга. Впрочем, если надо говорить с врагами, то подбираются особые, «доходчивые» слова. Порой они разят, как меч. Одни насекомые выбрасывают вещества, отпугивающие противника. Другие «обращаются» к чужим со столь красноречивыми «словами», от которых буквально не поздоровится: врага обдают сильнодействующим ядом.
Когда химический язык насекомых будет достаточно хорошо изучен, мы сможем избавиться от многих неприятностей. Например, можно будет распылить вещества, которые прикажут вредителям сельского хозяйства собраться вместе. Они соберутся, а мы без лишних хлопот их всех и уничтожим. Или, придя в лес, вынешь из кармана пузырек, откупоришь его, и комары бросятся от тебя врассыпную. Они, оказывается, услышали отчаянный химический вопль: «Надвигается смертельная для всех комаров опасность!..»
Ну, я думаю, больше нет нужды доказывать, что химия — наука, в которой каждый найдет для себя увлекательное и полезное.
ДРАГОЦЕННЫЕ ПУЗЫРИ
И в горе посыпали голову пеплом… — Две тысячи пенистых братьев. — Не хотите ли отведать мыла? — Керосин вместо масла. — Пиво и пламя. — Сверкающий огненный камень. — Что делают из пузырей. — Мастеру — слава! — Роскошь во мраке. — Огненная река. — Видишь: во Владивостоке зажгли спичку? — Шелковистое стекло.
Я пригласил тебя в путешествие по Химии еще и потому, что страна эта находится совсем недалеко. Не надо тратить недели и месяцы на дорогу. И каким бы нетерпеливым ты ни был, тебе не придется ждать, когда же появятся берега волшебной страны. К химическому берегу можно приплыть, не выходя из квартиры. Клеенка на столе, фанера, из которой сделан шкаф, велосипедная шина, авторучка… Сколько можно рассказать о них неожиданного! Или вот этот книжный лист. Ведь бумага, и типографская краска — это едва ли не самые драгоценные подарки химии.
Но времени у нас мало, а химический берег (даже та часть, которая заключена в одной твоей квартире) столь широк и велик, что нам следует торопиться: надо познакомиться хотя бы с самым интересным.
Где это самое интересное? Здесь же, рядом. В мыльнице. Да, да, прежде всего мы будем говорить с тобой об обыкновенном мыле. О том самом мыле, которое нам почти так же необходимо, как хлеб, вода, воздух. В самом деле, чем можно его заменить? Песком? Пемзой? Ими и на руках не всякую грязь ототрешь, а мыть лицо или стирать одежду лучше и не пробовать.
Сейчас даже трудно поверить, что было время, когда о мыле люди и не слыхали. А ведь оно появилось сравнительно недавно. Но история не сохранила имени того, кто его изобрел. Хотя, может быть, никакого изобретателя никогда и не было, а все произошло случайно. Примерно так. У древних людей существовал обычай (он сохранился кое-где и теперь): готовясь к празднику, смазывать волосы растительным или животным жиром. А в связи с печальными событиями, в дни траура и горя, на голову сыпали золу. Выражение «посыпать голову пеплом» живет и поныне во многих языках.
Что же произойдет, если вслед за праздником придет беда и если после умасливания голов их придется посыпать пеплом? Очевидно, жир и зола смешаются — и образуется довольно неприятного вида корка. Но если вытерпевшую столько невзгод голову опустить в воду и потереть, то не только зола и жир, но и вся другая грязь немедленно отмоется.
Так случилось раз, другой. Люди заметили это. И в конце концов решили, что приготовлять такую моющую смесь гораздо удобнее в горшке, а не на своей голове.
Но однажды посудина с жиром и золой оказалась у огня, разогрелась, смесь в ней закипела. Хозяйка, заметив это, испуганно отодвинула горшок.
— Вот несчастье! Наверное, испортилось добро…
И долго потом не могла успокоиться. А когда горшок остыл, поддела пальцем комочек варева, окунула руки в воду, потерла ладонь о ладонь. На руках появились и чуть слышно зашелестели, лопаясь, белые пузырьки. Вода их смывала, а вместе с ними исчезала и грязь. Такими чистыми руки у древней хозяйки никогда не были. Это родилось мыло.
С тех пор вот уже 2000 лет все люди пользуются этим мылом. И рецепт его приготовления остался прежним: жир и щелочные вещества (в золе содержится сода и поташ) смешивают и нагревают на огне. В туалетное мыло, кроме того, добавляют различные смягчающие и пахучие вещества.
И вот что интересно: люди веками употребляли мыло и не знали, как, почему оно снимает грязь. Заметили только, что оно хорошо моет тогда, когда хорошо мылится — образует много пены, пузырей. Если же вода жесткая (например, морская) и мыло в ней сворачивается катышками, то проку от такого мытья немного.
Как теперь установили ученые, пена — первое свидетельство, что мыло разошлось в воде на миллиарды мельчайших частиц — молекул — и что эта невидимая рать готова приняться за наведение чистоты.
Грязь в большинстве случаев — это не что иное, как множество маленьких капелек жира, приставших вместе с пылинками к одежде или рукам. Однако вода ничего сделать с жиром не может: она скатывается с него, а грязные пятна остаются на своем месте. Но если в воде есть молекулы мыла, то они находят жировую каплю, окружают ее плотным кольцом и вцепляются в нее.
Здесь надо сказать несколько слов об этих необычных молекулах. Как мы уже знаем, мыло можно получить, если жир, смешанный с едкой щелочью, нагреть до кипения. При этом жир распадется на более простые вещества, которые называют жирными кислотами. Молекулы этих кислот напоминают… головастиков: у каждой из них есть «головка» (карбоксильная группа СООН) и «хвост» — цепочка атомов углерода и водорода. При варке мыла углеводородный «хвост» остается неизменным, а вот «голова» преображается. К ней присоединяется щелочной металл. Получается, так сказать, головастик со вставным металлическим зубом. Теперь это уже молекула не жирной кислоты, а мыла. И, надо признать, довольно странная молекула.
Ее углеводородный «хвост» ненавидит воду, но любит родственные, углеводородные вещества — например, масло, жир. А у «головы» прямо противоположные вкусы: более всего ей мила вода. В результате молекулы обладают необычайной активностью. Мыльный раствор — это неисчислимые тучи молекул-головастиков, которые, раздираемые противоречивыми желаниями, мечутся во всех направлениях. Оказавшись у поверхности воды, они успокаиваются: ведь это так удобно — оставить в жидкости лишь «головы», а «хвосты» высунуть наружу, подальше от ненавистной влаги! Но еще приятней, если молекулам удастся отыскать, например, на ткани, погруженной в раствор, грязное масляное пятно. Огромные стаи головастиков жадно набрасываются на него и приклеиваются «хвостами». Благодать: «головы» — в любимой воде, «хвосты» — в желанном жире!
Ну, а теперь, если мы станем тереть ткань рукой, молекулы мыла, отрываясь от пятна, будут уносить с собой и ничтожные кусочки грязи. На оставшийся жир тут же набросятся новые молекулы. Так будет продолжаться до тех пор, пока вся грязь не перейдет в раствор. Получается, что благодаря мылу масляная капля стала смачиваться водой и разрушаться.
Следует добавить, что смытые частицы вернуться на ткань уже не смогут; каждая из них теперь окружена плотной толпой головастиков.
Такой принцип действия мыла ученые назвали поверхностной активностью: ведь его молекулы энергично работают, проявляют активность на поверхности масляной капли, точнее говоря, на границе двух сред — соды и жира.
А зачем нужно изучать всю эту технологию борьбы мыла с грязью? Моет — и хорошо, пусть себе моет и впредь!
Но эти исследования помогли сделать большое открытие. Обнаружилось что поверхностно-активных веществ множество. Попробовали ими стирать и мыть — оказалось, что зачастую это им удается неплохо.
За последние 30 лет (всего лишь!) у мыла появилось более двух тысяч пенистых братьев, помощников и конкурентов. Многовековая монополия мыла на борьбу с грязью кончилась.
Сейчас химики чуть ли не каждый месяц изобретают все новые поверхностно-активные вещества. Для чего? Чем им не угодило наше доброе мыло?
От него, оказывается, блекнут шелка, шерстяные и синтетические ткани портятся. Мало того. На мыло уходит огромное количество пищевого жира. Суди сам: один кусок мыла — это 250 граммов растительного масла. (А на лучшие сорта туалетного мыла идет, в основном, говяжье и свиное сало.) Прикинь, сколько жира в месяц расходует на стирку и мытье одна твоя семья! А сколько семей в твоем селе или городе? А во всей стране? Подсчитано: если бы сейчас варили мыло только из масла, то, чтобы удовлетворить потребности населения нашей планеты, пришлось бы засеивать подсолнечником и другими масличными культурами все поля Европы. И всего этого урожая едва-едва хватило бы на мыло.
Теперь понятно, почему химики стали думать над тем, чтобы заменить мыло другим поверхностно-активным веществом, для выработки которого не нужен пищевой жир.
Естественно, что искать такое вещество следовало среди химических родственников мыла, точнее — родственников жирных кислот. Вот, например, близкое семейство: спирты. Их молекулы тоже устроены наподобие головастиков. Правда, «голова» у них иная — гидроксильная группа ОН. Но ведь молекулы жирных кислот все равно приходится переделывать, чтобы образовалось мыло. А если перестроить спиртовую молекулу, не удастся ли получить тот же результат?
Опыты с винным спиртом и другими так называемыми низшими спиртами (у их молекул очень короткий углеводородный «хвостик») успеха не принесли. Тогда ученые стали присматриваться к тем членам спиртового семейства, которые обладают длинными и длиннющими «хвостами».
Эти вещества — их вырабатывают не из пищевых продуктов, а из нефти — и на спирт-то непохожи: они представляют собой либо густую маслянистую жидкость, либо напоминают мазь, либо даже пребывают в твердом состоянии — будто воск. Может быть, они способны переродиться в заменитель мыла? Недаром же они носят такой громкий титул: высшие жирные спирты. Жирные! Как и те кислоты, из которых делают мыло…
Стали экспериментировать; вместо старой «головы» пристраивали к молекуле новую: например, остаток серной кислоты, или аммиака, или аминов. Проверили, что получается. Получались молекулы-головастики, которым тоже были свойственны противоречивые чувства — с водолюбивой «головой» и «хвостом»-водоненавистником.
Поделиться книгой: