Дуглас Коупленд. Планета шампуня[
42]
В этой книге мы немало говорили о том, как без особых сложностей превращать одни вещества в другие. Хотя эти яркие метаморфозы могут сначала показаться волшебством, при некотором старании вы сможете разобраться в свойствах разных химических элементов, вывести закономерности их взаимодействия, научиться предвидеть ход и итог реакции и наконец обратить знания в силу и управлять сложными цепочками химических реакций, чтобы добиться нужного вам результата.
Далее в этой главе мы увидим, как относительно развитая цивилизация, потратившая на возрождение жизнь нескольких поколений и крепко утвердившаяся, сможет освоить более сложные промышленные процессы, необходимые для ее движения вперед, ведь примитивных методов, о которых мы говорили, обсуждая получение соды, на все не хватает. Но сначала поговорим о том, как можно с помощью электричества получить важнейшие для возрождения цивилизации сырьевые продукты и постичь поразительные законы, действующие в мире химических превращений.
Периодическая таблица и электролиз
Мы уже видели, как технологии генерации и распределения электроэнергии открывают широчайшее поле для решения множества задач, связанных с восстановлением цивилизации, и помогают наладить коммуникацию с далекими странами. Но первым практическим применением электричества в истории — и на первых порах перезагрузки оно также окажется бесценным — было расщепление веществ на простые составляющие, то есть электролиз.
Например, если пропустить ток через рассол (раствор хлорида натрия), то у отрицательного электрода жидкость закипит пузырями водорода от расщепившихся молекул воды, а у положительного — пузырями газообразного хлора. Водород можно использовать для наполнения летательных аппаратов и как сырье для процесса Габера — Боша (о котором мы поговорим дальше), хлор же входит в состав отбеливателей, применяемых в производстве бумаги и текстиля, о чем шла речь в главе 4. А если вы немного усовершенствуете схему, то сможете получить еще и гидроксид натрия (каустическую соду), образующуюся в электролите, которая, как мы видели, представляет собой удивительно полезную щелочь. Электролиз чистой воды (с небольшим добавлением каустической соды для усиления электропроводимости) даст вам водород и кислород.
Даже алюминий из скальной руды можно извлечь с помощью электролиза — из-за высокой химической активности его нельзя выплавить на угле или коксе. Алюминий — самый распространенный металл в земной коре и главная составляющая глины, материала, освоенного человеком в числе первых. И при этом до появления в конце 1880-х гг. метода плавки и электролиза его руды алюминий был слишком дорог для широкого применения[
43].
К счастью, возрождающемуся человечеству не нужно будет сразу добывать алюминий из руды. Этот металл настолько устойчив к коррозии, что столетиями не подвергается порче, и температура плавления у него относительно невелика (660 °C), что позволяет его переплавлять в примитивной печи, которая описана на с. 140–141.
Применение электролиза позволит синтезировать ряд важных для существования цивилизации веществ, пропустив применявшиеся на протяжении столетий менее эффективные методы их получения. К тому же электролиз поможет вам и в научном познании мира: он разлагает вещества на чистые строительные блоки — химические элементы. Например, в 1800 г. ученые с помощью электролиза убедительно доказали, что вода вовсе не элемент, а соединение водорода и кислорода. А за восемь последующих лет методом электролиза выделили в чистом виде еще семь элементов: калий, натрий, кальций, бор, барий, стронций и магний. Первые три из этого списка были открыты при электролизе распространенных химических соединений, не раз упомянутых в этой книге, — поташа, каустической соды и негашеной извести. Но электролиз не только прекрасный способ изолировать ранее неизвестные химические элементы: этот процесс показывает, что самые связи, удерживающие вместе атомы в химических веществах, имеют электромагнитную природу.
Если изучать взаимоотношения разных химических элементов, то, как они ведут себя в тех или иных соединениях, каковы их «характеры», то обнаруживается одна глубокая и поразительная истина: элементы — не одиночки, они объединяются в естественные группы, отличающиеся общими свойствами, своего рода семьи. Открытие этой структуры упорядочило химический космос так же, как осознание морфологических сходств и, соответственно, родственных связей в царстве живых организмов упорядочило космос биологический. Например, калий и натрий — металлы с высочайшей химической активностью, образующие щелочные соединения, такие как едкий натр и поташ, из которых путем электролиза и выделяют чистые элементы, а хлор, бром и йод реагируют с металлами, образуя соли. Если вы возьметесь раскладывать элементы в каком-то порядке, формируя столбцы по сходству свойств, обнаружится один и тот же повторяющийся рисунок и у вас получится периодическая таблица элементов.
Нынешняя периодическая таблица элементов — великий памятник научным достижениям человека, не менее впечатляющий, чем египетские пирамиды или любое из чудес света. Это не просто полный список элементов, когда-либо открытых химиками, это способ организации знаний, позволяющий предсказать многое о тех веществах, которые еще не открыты.
Так, в 1869 г., когда русский химик Дмитрий Менделеев составил свою периодическую таблицу из 60 с небольшим известных на тот момент элементов, он обнаружил в ее матрице пустые клетки — места, куда могли бы встать несуществующие вещества. Но замечательна система Менделеева тем, что она позволила ученому точно предсказать свойства этих гипотетических веществ, например экаалюминия, пропущенной клетки сразу под алюминием. Хотя в материальном виде его никто никогда не видел и не осязал, только на основании его положения в таблице можно было описать экаалюминий как блестящий пластичный металл с определенной плотностью, твердый при комнатной температуре, но плавящийся при необычно низком для металлов градусе. Несколько лет спустя французский химик обнаружил в природе новое вещество и назвал его галлием, в честь старинного названия Франции. Вскоре стало очевидно, что это и есть отсутствующий в таблице экаалюминий, предсказанный Менделеевым, и что прогноз о температуре плавления был точным: галлий переходит из твердого состояния в жидкое при 30 °C — этот металл буквально плавится в руках
[44].
