Что интересно, за открытие новых элементов калия и натрия французское правительство во главе с Наполеоном наградило Дэви премией в 3000 франков, а также именной медалью – несмотря на то что в те времена Англия и Франция находились в состоянии войны. Война не помешала воздать должное заслугам ученого.
Вернемся к плавиковой кислоте, которая "не щадила" никого. При работе с ней двое французских химиков – Ж. Гей-Люссак (автор газовых законов, изучаемых в школьном курсе физики) и Л. Тенар – получили сильные ожоги. Эти двое молодых энтузиастов внимательно следили за новыми открытиями в химии. Сообщение о том, что английский химик Г. Дэви сумел получить щелочные металлы калий и натрий, послужило вдохновением для Гей-Люссака и Тенара, но они решили получать эти металлы не электролизом, как Дэви, а реакцией железных опилок с расплавленным гидроксидом калия (КОН) при высокой температуре. Поскольку образующийся металлический калий мог загореться на воздухе, реакцию проводили в закрытой емкости. Несколько раз происходили взрывы, в результате одного из них оба ученых едва не погибли, а Гей-Люссак провел в больнице около сорока дней.
Химики рисковали здоровьем буквально каждую минуту. Проведя ряд опытов с циановодородной кислотой (HCN), Гей-Люссак решил опубликовать полученные сведения. Кроме того, следовало также указать и вкус кислоты. К счастью, он был осторожен и попросил своего ассистента Т. Ж. Пелуза (ставшего впоследствии крупным химиком) принести морскую свинку. От одной капли на язык свинка погибла. Это не остановило исследователей, и, соблюдая осторожность, они продолжили изучение кислоты. При реакции с хлором было получено новое – тоже весьма токсичное – соединение хлорциан Cl-C≡N. Эти работы впоследствии легли в основу теории радикалов, которая некоторое время была общепринятой в органической химии.
Попытки выделить фтор при электролизе продолжались, при этом пострадали французский химик Эдмон Фреми и английский электрохимик Георг Гор. И все же в 1886 г. фтор удалось получить Анри Муассану, причем электрохимическим способом (давний совет Ампера оказался правильным). Когда Муассан докладывал Парижской академии наук о своем открытии, один его глаз был закрыт черной повязкой – "мстительный" фтор не мог не оставить о себе память.
Итак, насколько опасны сегодня упомянутые вещества фтор, плавиковая кислота, металлы калий и натрий? Газообразный фтор действительно агрессивен и ядовит, но опасности не представляет, поскольку он практически недоступен. Полученный в промышленных масштабах фтор используют в качестве фторирующего реагента при производстве различных фторсодержащих веществ. Зато если фтор входит в состав соединений, то он становится совершенно "безобидным" и часто весьма полезным. Метан, в котором атомы водорода частично или полностью замещены фтором (СF2H2, CF4), используют как хладагент (фреон) в холодильных установках. Фтор входит в состав полимера фторопласта – (CF2-CF2)n-, имеющего высокую теплостойкость и антифрикционные свойства (скользкого на ощупь). Из него изготавливают подшипники, не требующие дополнительной смазки, а также антипригарные покрытия сковородок – в быту он известен как тефлон. Фторсодержащие соли добавляют в некоторые зубные пасты для профилактики кариеса.
Применение плавиковой кислоты не очень разнообразно, главный потребитель – промышленность, производящая алюминий, который получают электролизом расплавленных солей. Лучше всего для этих целей подходит криолит Na3 [AlF6], но это очень редкий минерал, поэтому производство искусственного криолита осуществляется взаимодействием плавиковой кислоты, оксида алюминия (Al2O3) и соды (Na2CO3). Таким образом, одно из самых опасных и ядовитых веществ помогает получать один из самых распространенных металлов.
Плавиковая кислота незаменима для нанесения узоров на стекло. Для этого поверхность стекла покрывают парафином, а затем прорисовывают контуры, удаляя в нужных местах парафин. При действии водного раствора кислоты получается прозрачный узор, а при действии газообразного HF – матовый. Кроме того, кислоту используют для травления поверхности элементарного кремния, используемого в микросхемах компьютеров. Хранят кислоту в полиэтиленовых емкостях. Отравления и ожоги плавиковой кислотой ушли в прошлое, ее токсичность хорошо известна, и соблюдение элементарных правил позволяет организовать безопасное производство.
Не менее успешно используют в современных технологиях металлические натрий и калий. Прежде всего это сплав калия с натрием, который представляет собой подвижную жидкость, не замерзающую вплоть до –12,6 ℃ и закипающую только при 785 ℃. Это позволяет использовать такой сплав в ядерных реакторах в качестве эффективного теплоносителя с высокой теплопроводностью и теплоемкостью. Естественно, требуется внимательно следить за герметичностью всей системы, ведь при попадании сплава на воздух произойдет мгновенное возгорание.
Металлический натрий присутствует в виде паров в газоразрядных лампах, дающих яркий желтый цвет, – их используют при освещении улиц и автотрасс. Такие лампы особенно эффективны в условиях тумана, и, кроме того, у них высокая светоотдача и большой срок службы (свыше 28 000 часов).
Оба щелочных металла постоянно используются в качестве восстановителей при проведении различных химических реакций. Даже не приходится говорить о том, сколь распространены химические соединения этих элементов в быту, поскольку нам всем знакомы поваренная соль NaCl и сода Na2CO3.
Вернемся к началу нашего рассказа и, обобщая все изложенное, воздадим должное упорству и самоотверженности исследователей. Рискуя здоровьем, а иногда и жизнью, ученые смело входили в неизведанную область, что в итоге привело к получению веществ, успешно используемых в наши дни.
Судьба открытий и их авторов
Предвидеть результаты эксперимента, почувствовать обобщающее правило, угадать закономерность – это моменты удачи в творчестве многих ученых. Чаще всего прогноз распространяется только на ту область, которой занят исследователь, и далеко не каждому дана решимость храбро шагнуть далеко вперед в своих предсказаниях. Но порой способность к логическим построениям добавляет смелости.
Фундаментальный закон, открытый с помощью рассуждений
Идея о том, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц, возникла очень давно. Само слово «атом», обозначающее неделимую часть вещества, было введено мыслителями древности Левкиппом и Демокритом (около 500 г. до н. э.). Их идеи были затем развиты Эпикуром (около 300 г. до н. э.) и Лукрецием Каром (около 60 г. до н. э.). В своей знаменитой поэме «О природе вещей» Лукреций Кар в поэтической форме развивает цепочку размышлений, которая подводит нас к мысли о существовании невидимых мельчайших частиц материи:
…что существуют тела, которых мы видеть не можем.
Ветер, во-первых, морей неистово волны бичует,
Рушит громады судов и небесные тучи разносит…
…далее запахи мы обоняем различного рода,
Хоть и не видим совсем, как в ноздри они проникают.
Также палящей жары или холода нам не приметить
Зреньем своим никогда, да и звук увидать невозможно
[18].
Поэма остается актуальной и в наши дни, показывая чисто научный подход к изучению явлений. Исследователь, основываясь только на наблюдениях, приходит к важным выводам.
