Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров

Откуда берется кислород

Состав атмосферы — точно такой же, каким он был 175 лет назад, когда Кэвендиш исследовал воздух различных местностей Англии. А ведь каждый год миллионы людей и животных поглощают кислород, сжигают миллионы тонн угля, нефти, дерева, связывая тот же самый кислород, а он не убывает. Почему?

Таким же вопросом задался Пристли в 1772 году. В природе все целесообразно, рассуждал он. Если воздух «портится» дыханием человека и животных, а также горением, кто-то его должен «исправлять». Он посадил под колокол мышь, и, когда та задохнулась, он поместил в тот же самый колокол веточку мяты. И что же? Через некоторое время другая мышь могла снова дышать под колоколом. Растение «исправило» воздух.

Так впервые было обнаружено явление фотосинтеза.

В основе фотосинтеза лежит реакция, в результате которой вода и углекислота под действием света и красящего вещества зеленого листа — хлорофилла — превращается в крахмал и кислород. Крахмал служит растению пищей, кислород оно выбрасывает за ненадобностью. Долгое время считали, что кислород получается из углекислого газа. Но доказать это положение или опровергнуть его ученые не могли, пока в их руках не оказался «меченый» кислород 18O. С его помощью было обнаружено, что весь кислород, выделяемый растениями, обязан своим происхождением воде.

Вся зеленая масса наземных водных растений выделяет в течение каждых 3 тысяч лет столько кислорода, сколько его содержится в земной атмосфере.

«Быстрое горение»

Дыхание — медленное горение. Если его ускорить, заменить обыкновенный воздух чистым кислородом, то живой организм довольно быстро «сгорит», попросту погибнет.

Но в технике «быстрое горение» очень важно. Увеличение скорости технологического процесса увеличивает выход продукции при том же самом оборудовании, за то же самое время. Возьмем, к примеру, металлургический завод, выпускающий ежегодно миллион тонн стали. В год такому заводу нужно свыше 3 миллиардов кубометров кислорода. Обычно это количество берется из воздуха вместе с 12 миллиардами кубометров азота, который забирает колоссальное количество тепла (металлургический процесс ведется при 1000 °C), а затем выбрасывается заводскими трубами «для подогрева атмосферы».

В последнее время азот воздуха частично или полностью заменяют кислородом, отчего возрастает скорость металлургического процесса, резко снижается расход топлива, упрощается оборудование, в стали уменьшается количество растворенного азота, а качество ее повышается весьма заметно.

Кислород не только помогает выплавлять сталь и цветные металлы; с его помощью можно резать и сплавлять самые тугоплавкие металлы.

Кислород очень активен химически; после фтора он самый активный элемент. Многие вещества, сгорая в атмосфере чистого кислорода, выделяют большое количество тепла. Так, водород и ацетилен, сгорая в кислороде, дают температуру в 3000 °C. На стройках часто можно видеть, как рабочий разрезает синевато-желтым пламенем горелки металлические трубы. Ацетиленово-кислородной горелкой можно и сплавлять металлы: для этого нужно уменьшить подачу кислорода в горелку. Образующееся пламя называют сварочным. Направленное на стык двух кусков металла, оно оплавляет их поверхности. При остывании куски соединяются в одно целое. Чтобы разрезать кусок металла, его надо раскалить сначала сварочным пламенем; затем подается на раскаленное место струя чистого кислорода. В ней металл сгорает и улетучивается.

Кислород взрывает скалы

Если бы удавалось сжигать уголь в очень короткое время, взрывать его, то мы получили бы сильнейшее взрывчатое вещество. Можно ли увеличить скорость сгорания угля во многие тысячи раз? Можно… но для этого нужно соответствующее количество кислорода; чтобы сжечь 1 килограмм угля, необходимо около 2 тысяч литров кислорода.

Нельзя ли сконцентрировать кислород? Можно, но для этого его надо превратить в жидкость. 800 литров газообразного кислорода дает 1 литр жидкого. Пропитаем жидким кислородом пористое горючее вещество, сажу, древесный уголь, угольную пыль, измельченный торф — получим так называемые оксиликвиты, взрывчатые вещества. Их взрывают при помощи детонирующего шнура, который поджигает капсюль-детонатор, вложенный в оксиликвит. Если оксиликвит не взорвался по каким-либо причинам, то его не надо ликвидировать; через некоторое время из патрона улетучивается весь кислород.

Оксиликвиты не перевозят, их готовят на месте: для этого нужен только жидкий кислород, а сухой торф, мох, камыш и солома найдутся всегда. Срок «жизни» оксиликвита колеблется от четверти часа до часа с небольшим, в зависимости от величины патронов.

Оксиликвиты дешевы: взрывные работы с их помощью обходятся в два раза дешевле, чем с аммоналом.

Запах свежести

Вы, наверное, замечали, что в сосновом бору особый освежающий запах, как после хорошей грозы. И тот же самый запах, только гораздо более сильный, чувствуется во врачебном кабинете, где мерно гудят кварцевые лампы.

Это запах озона. Этот газ, его название образовано от греческого «пахну», — модификация кислорода: в его молекуле три атома кислорода, он в полтора раза тяжелее молекулярного кислорода.

В хвое деревьев всегда есть скипидар и другие смолистые вещества, которые, окисляясь, дают озон. Электрические разряды во время грозы превращают кислород воздуха в озон. Озон врачебного кабинета образуется за счет жесткого ультрафиолетового излучения, испускаемого парами ртути в кварцевой лампе.

Атмосфера содержит очень небольшое количество озона. Он находится в основном в ее верхних слоях. Условно считают, что весь озон атмосферы образует слой в 3 миллиметра на высоте 25–30 километров от поверхности Земли. Этот тонкий слой озона — «озоносфера» — защищает Землю от жестких ультрафиолетовых лучей, посылаемых Солнцем вместе с видимым светом.

Если бы озона не было, жизнь на Земле была бы уничтожена в короткий срок. Ведь отсутствие озоносферы равносильно беспрерывному облучению поверхности Земли мощными кварцевыми лампами.

Озоносфера обязана своему происхождению жестким ультрафиолетовым лучам, способным разбить молекулу кислорода на атомы: O2 = О + О; О + O2 = O3. Менее мощные ультрафиолетовые лучи разрушают молекулу озона, поэтому на определенной высоте устанавливается равновесная концентрация озона. В технике озон получают действием тихого электрического разряда на кислород в озонаторах.

Озон уничтожает микробов; его добавляют в воду вместо хлора, им белят ткани, старят вино, придают приятный запах табаку.

«Окисленная вода»

Перекись водорода была признана за индивидуальное вещество в 1818 году. Французский химик Тенар назвал ее «окисленной водой».

H2O2 — вязкая жидкость без цвета и запаха, в полтора раза тяжелее воды. Она неустойчива и разлагается под действием многих металлов, различных ферментов и радиоактивного излучения. Разложение перекиси водорода под действием катализатора еще не изучено до конца. Это неустойчивое соединение можно найти в дождевой воде,