ГЛАВА II. Про першу кислоті - оцтової 25
Вино і оцет 25
Очима хіміка 29
ГЛАВА III. «Мати всіх кислот» 32
Історія білого порошку 32
Очисна сірка 36
Сірчана кислота утворюється в природі 44
У затоці «Чорна паща» 46
ГЛАВА IV. «Кожен, хто приносить життя» 52
Що ховалося під знаком великого пальця 52
«Дух» селітри спійманий 55
ГЛАВА V. Соляна кислота 61
Сіль солона 61
Без кисню 66
ГЛАВА VI. «Несучий світло» 71
Від «філософського каменю» до простої сірнику 71
Дві фосфорні кислоти 73
Зелений камінь - один врожаю 76
ГЛАВА VII. Вугільна кислота та її «родичі» 79
У хімічній лабораторії зеленого листа 79
Слабша кислота 83
вапно 85
сода 87
Світ кислот вуглецю 90
ГЛАВА VIII. Велике відкриття 93
ГЛАВА I
КИСЛОТИ, СОЛІ і лугів
«Гнилий» камінь
Під Ленінградом, на Карельському перешийку, а також в деяких районах Карело-Фінської РСР можна зустріти величезні валуни. Це сліди роботи льодовика, колись, десятки тисяч років назад, який покривав більшу частину Європи.
Одні валуни, розкидані по лісах і ріллі, оголені, інші покриті щільною шубою моху, треті поросли чагарниками.
Є камені, що досягають розмірів скель. На них ростуть сосни і ялини. Під пологом дерев розвиваються кущики чорниці і брусниці.
Знімемо з такого каменю м'який пухнастий мох, зіскрібаючи шар землі. Оголивши поверхню валуна, ми переконаємося, що граніт під мохом перетворився в червону труху, яка розсипається під ударом палиці.
Чому «згнив» найміцніший граніт - мінерал, завжди служив уособленням міцності?
Придивімося до валуна, який ще не встиг зарости мохом. Ми побачимо на поверхні граніту темно-сірі плями. Це лишайники - рослини, які відрізняються винятковою витривалістю і невибагливістю. Вони можуть розвиватися і ка вершинах скелястих гір, де не виживає жодна рослина, і на глинистих, затверділих безплідних ділянках пустелі, і в суворому кліматі Заполяр'я.
І ось виявилося, що лишайники здатні виділяти особливі їдкі речовини. Потрапляючи в найдрібніші тріщини на поверхні каменя, ці речовини поступово роз'їдають граніт, перетворюють його в труху. Вітер завдає на камінь піщинки. Вони затримуються в розпушеному граніті. Пройде ще багато років, на камені з'являться мохи, потім проростуть занесені вітром насіння чагарників і навіть дерев. Лишайники, що виділяють їдкі речовини, таким чином, як би підготували грунт для інших, вищих рослин.
Що за речовини виділяють лишайники? Лишайникові кислоти. Ці кислоти і роз'їдають граніт.
Кислот взагалі дуже багато. Вони містяться в їжі, яку ми споживаємо; їх видобувають штучним шляхом в лабораторіях, на заводах; вони утворюються в природі.
З найдавніших часів відома людям оцтова кислота. Стародавні єгиптяни знали, наприклад, що в цій кислоті можна розчинити перли. Протягом багатьох століть оцет був єдиною відомою людям кислотою.
Всім знайомий смак лимонної кислоти, - вона міститься в плодах лимона.
З жирів можна виділити стеаринову кислоту. Вона міститься в жирах в з'єднанні з іншими ве-ществами.
З коров'ячого масла можна отримати масляну кислоту.
У листі щавлю багато щавлевої кислоти. У валеріанки є валериановая кислота. А кому не доводилося потрапляти в зарості пекучої кропиви? Кропива обпікає шкіру від того, що в її волосках міститься мурашина кислота. Названа вона, ця кислота, мурашиної тому, що здобута вперше з рідини, що виділяється мурахами.
Серед кислот є такі, як сірчана, яка обугливает дерево, і такі, як плавикова, що роз'їдає скло, але не надає ніякого впливу на м'який парафін. Є кислоти надзвичайно отруйні (синильна), є цілющі (аскорбінова) і дезінфікуючі (борна). Вугільна кислота містить вуглець - основу всього живого. Без сірчаної та азотної кислот не могли б розвиватися багато галузей промисловості.
Кислоти дуже різноманітні не тільки за своїми властивостями, але і за зовнішнім виглядом. Є серед них густі, як масло (фосфорна), тверді, схожі на шматки льоду (дуже чиста оцтова), у вигляді білих лусочок (борна) і у вигляді холодцю (кремнієва).
Кислоти можна отримувати з найрізноманітніших речовин. Не тільки сірка, азот, вуглець, але миш'як, йод, бром можуть давати кислоту.
Вже з цього перерахування видно, як різноманітні, як не схожі одна на іншу кислоти.
Що ж все-таки спільного між кислотами і як їх відрізнити від інших речовин? Чому ми об'єднуємо під однією назвою прозорий сік лимона, що надає приємний смак чаю, і білі кристалики борної кислоти?
Те, що кисло і їдко, то і є кислота, - відповість багато.
У такій відповіді є частка істини. Кислот дійсно властиві кислий смак і їдкість. Але це не означає, що всі кислоти кислі на смак і їдкі. Є зовсім «безневинні», неедкіе кислоти. Є гіркі кислоти, є кислоти «несмачні», є навіть кислоти солодкі.
Саме так - солодка кислота!
Солодкий смак має саліцилова кислота. Вона широко застосовується в медицині при лікуванні суглобного ревматизму і як жарознижуюче. Саліцилова кислота є також хорошим протигнильним засобом.
Складні, одержувані при розкладанні білків, амінокислоти теж солодкі. Ці кислоти відіграють дуже важливу роль в нашому організмі. Коли білки, що містяться в їжі, потрапляють в шлунок, вони спочатку розкладаються на амінокислоти. Ці-то кислоти і всмоктуються стінками кишечника. Потім з амінокислот в організмі знову утворюються білки.
Гірка на смак пікринова кислота. Ця кислота і її солі є сильними вибуховими речовинами.
Кислота і сіль
Що ж вийде в результаті витіснення водню кислоти металом?
Візьмемо банку з розчином добре відомої нам сірчаної кислоти. Опустимо в кислоту шматок металу, скажімо, цинку. Ми відразу зауважимо, що цинк покривається дрібними бульбашками газу. Газ цей - водень.
Якщо залишити цинк водень в сірчаної кислоти надовго, то метал зовсім розчиниться.
Сірчана кислота містить крім кисню і водню обов'язково сірку (сірка позначається буквою S).
Формула сірчаної кислоти:
H2S04.
З цієї формули видно, що в сірчаної кислоти, як і в воді, - два атома водню. Але, крім того, в сірчаної кислоті міститься ще чотири атома кисню і один атом сірки.
Коли ми опускаємо шматочок цинку в сірчану кислоту, цинк встає на місце водню, а водень відлітає у вигляді газу. Цинк позначають - Zn. Формула утворився речовини і буде:
ZnS04.
Це нове утворилося речовина носить назву солі.
Водень в сірчаної кислоти можна замінити і іншими металами. При цьому також завжди вийде сіль відповідного металу і сірчаної кислоти.
Але за допомогою металу можна витіснити водень і з будь-якої іншої кислоти і отримати будь-яку іншу сіль.
Отже, сіль тісно пов'язана з кислотою. Ця речовина, в якому водень кислоти замінений, витіснений металом.
Всі метали - золото, срібло, залізо, мідь, олово, свинець, алюміній, платина, нікель, марганець, молібден, натрій, калій і інші - можуть заміщати водень в кислотах і давати солі. Не забудемо, що кислот дуже багато. І кожна кислота з кожним металом може дати сіль. До цього ще треба додати, що зустрічаються солі, в яких міститься не один, а кілька металів. Є також солі, утворені кількома кислотами. Тому світ солей буквально безмежний.
Подібно до того, як не всяка кислота кисла на смак, не всяка сіль солена. Чисто солоної є тільки кухонна сіль, яку ми вживаємо в їжу. Інші солі мають також обов'язково який-небудь присмак. Є гіркі, кислі солі, є солі гірко-солоні і кисло-гіркі. Зустрічаються солі з терпким смаком, солодкі солі.
Багато століть тому, коли ще не знали властивостей і перетворень солей, головним властивістю солі вважали її здатність розчинятися у воді і знову випадати з води при випаровуванні. Стародавній римський вчений Пліній писав, що «будь-яка стояча вода, яка, втім, крейди і не глибше, як по коліно, від літнього сонячного спеку стає сіллю». Він не знав, що просто, під впливом теплих сонячних променів, вода випаровується і залишається сіль. Інші навіть пропонували називати сіллю будь-яка речовина, яка може розчинятися у воді. Так як цукор теж розчиняється в воді, то, ставши на таку точку зору, довелося б і цукор називати сіллю!
Сіль - це складна речовина, яка утворюється в результаті заміщення водню кислоти металом.
Ми вже бачили, що кислотний залишок після цієї реакції заміщення залишається недоторканим. Цей кислотний залишок характерний і для кислоти і для солі. Метал зайняв місце водню - кислота перетворилася в сіль.
Але сіль можна отримати й іншим шляхом: чи не прямо заміщати водень в кислоті металом, а знищувати їдкість кислоти настільки ж їдким речовиною - лугом.
Помилка молодого хіміка
Луги, так само як і кислоти, відомі кожному. Це Милка на дотик речовини, сильно роз'їдають шкіру і вживаються іноді для припікання. Наприклад, при укусах змій і скажених тварин лугом можна знешкодити рану. «Луг», одержуваний зазвичай кип'ятінням золи, містить луг і вживається для прання. Нарешті, мило готується також за допомогою жирів і лугів.
Але в милі їдкість лугу вже не проявляється, і ми спокійно можемо милити руки, не боячись опіків. Разом з тим, можна легко обпектися, якщо взяти голими руками шматочок чистої лугу. Чистої лугом нерідко користуються в лабораторіях для миття посуду.
Один недосвідчений молодий лаборант, промиваючи посуд після дослідів, вирішив скористатися лугом. Але бруд занадто сильно пристала до стінок посуду, і він вирішив скористатися ще й кислотою. Чи не виливши луг, він додав в посудину кислоти, розраховуючи посилити їдкість складу.
Однак лаборант прорахувався. Їдкість складу зовсім зникла, і відмити посуд йому не вдалося.
У чому була помилка початківця хіміка?
Спочатку з'ясуємо, що таке луг.
Як уже сказано, луг вживається для виробництва мила.
Життя сучасної людини немислима без вживання мила.
Мило готують із жирів - рослинних або тварин. Один із способів отримання мила полягає в тому, що у відкритий котел завантажують розплавлену жирову масу, а потім додають в неї поступово луг.
Їдкий натр вийшов з соди. Соду теж іноді називають лугом. Вона дійсно теж має їдкими властивостями.
Звичайний їдкий натр в чистому вигляді являє собою шматки білого твердої речовини. На пальцях ця речовина виробляє відчуття милкості і, якщо довго стикається зі шкірою, залишає опіки.
Який же склад лугу? Довгий час лугу
вважали простими речовинами і думали, що їх не можна розкласти на складові частини.
І справді, всі звичайні засоби розкладання - розжарювання на вогні, нагрівання з вугіллям - абсолютно не діяли на лугу.
Склад лугу вдалося встановити лише після того, як застосували новий, особливо сильний спосіб розкладання речовин - вплив електричним струмом.
На початку минулого століття було виявлено, що електричний струм можна отримувати не тільки за допомогою тертя в спеціальній машині, але і шляхом хімічної реакції.
Якщо взяти дві пластинки з різних металів, скажімо, з цинку і міді, і прокласти між ними прошарок, змочену кислотою, то між пластинками можна виявити ток:
Але струм цей дуже слабкий, і його потрібно якось підсилити. Для цього можна взяти не одну пару, а багато пластинок - сто, двісті, тисячу. Тоді струм посилиться, і на кінцях зближених проводів можна буде отримати навіть іскру і яскраве світло.
Вперше електричний струм за допомогою хімічної реакції вдалося отримати італійським вченим Луїджі Гальвані і Алессандро Вольта.
Велику електричну батарею побудував в 1802 році наш російський вчений - Володимире Васильовичу Петров. Батарея Петрова містила 4200 мідних і цинкових гуртків. Якщо всі ці гуртки покласти один на інший, то вийшов би стовп висотою з триповерховий будинок. Петров називав свою батарею «особливо великий».
Батарея дозволила Петрову виконати масу цікавих і важливих для науки дослідів.
У 1807 році англійський вчений Г. Деві, продовжуючи досліди, розпочаті Петровим, спробував застосувати електричний струм для розкладання лугу. Він поклав шматочок звичайної лугу на платинову пластинку, поєднану проводом з батареєю. Потім він узяв інший провід, з'єднаний з батареєю, і приклав його до поверхні шматочка їдкого лугу. Про те, що спостерігалося при цьому, Деві сам розповідає так:
«На верхній поверхні спостерігалося посилене кипіння, на нижній, або негативною, поверхні не помічалося виділення газу, але з'явилися невеликі кульки з яскравим металевим блиском, на вигляд надзвичайно схожі на ртуть. Деякі з них зараз же згорали з вибухом і яскравим полум'ям, інші ж залишалися, тільки поверхня їх тьмяніли і, нарешті, покривалася білою плівкою ».
Абсолютно ясно, що в результаті дії струму на луг утворився якийсь метал. Але властивості цього металу, зовні нагадував ртуть, були вельми дивними.
Перш за все, метал цей був дуже легким, настільки легким, що плавав на воді. І не просто плавав, - з металом відбувалися дивні перетворення.
Спочатку він повільно рухався по поверхні води. Потім руху його прискорюється, і він починав буквально кидатися з одного боку в бік, видаючи шипіння і випускаючи пар. І, нарешті, з легким бавовною останній шматочок металу зникав з яскравою жовтою спалахом.
Але чи змінилися тепер властивості води, в якій зник шматочок цього металу? Так, змінилися. Вона стала Милка і набула усіх властивості справжньої лугу.
Петров у своїй лабораторії.
Значить, при взаємодії отриманого металу з водою утворилася луг - їдкий натр. Метал, що міститься в едком натре, який так дивно поводиться в воді, і назвали натрієм.
Хімічний символ натрію - Na. З'єднуючись з водою, він виділяє водень і утворює луг.
Вода має формулу Н2О, або:
Можна дуже легко уявити, як на місце одного атома водню в воді міститься натрій:
Значить, формула лугу їдкого натру - NaOH.
Але крім їдкого натру є і інші луги. Лугом називають і вапно. У вапна міститься інший метал, дуже схожий на натрій - такий же легкий, м'який. Це кальцій.
Отже, ми дізналися склад лугів. Вони містять метал, обов'язково схожий за властивостями на натрій або кальцій, водень і кисень.
Повернемося тепер до молодого лаборанту, яке здійснило промах при митті посуду.
Він думав, що їдкі властивості, властиві кислоті і луги в окремо, посилюються, якщо з'єднати ці речовини. Виходить же навпаки - не більше їдка суміш, а слабша. А іноді, при певних співвідношеннях кислоти і луги, їх властивості взагалі зникають. Луг «з'їдає» кислоту, а й сама перестає бути лугом, втрачає свої властивості. Утворюється нова речовина, яка не володіє ні властивостями кислоти, ні властивостями лугу. Це нова речовина - вже відома нам сіль. Крім солі при взаємодії лугу і кислоти утворюється вода.
Отже,
КИСЛОТА + лугів ВОДА + СІЛЬ
Значить, сіль утворюється не тільки при дії металу на кислоти, але і при дії лугу на кислоти. Тільки там виділяється водень, а тут утворюється вода.
Утворені солі не володіють різко вираженими властивостями кислот і лугів (наприклад, їх їдкістю).
Візьмемо для прикладу одну з кислот - скажімо, соляну. Її формула - НС1. У ній міститься водень і особлива речовина хлор (кисню, як ми знаємо, в цій кислоті немає).
При взаємодії з лугом (їдким натром) утворюється вода і сіль - звичайна кухонна. Що при цьому відбувається? Водень в кислоті і натрій (метал) в лугу міняються місцями:
Значить, і тут водень також витіснили металом. Але при цьому водень не виділилась у вигляді газу, а перейшов до складу води. У цьому вся і різниця.
Ця взаємодія кислоти і луги з утворенням солі і води називається нейтралізацією.
Тепер стає зрозумілим, чому ми розповідаємо в одній книзі про таких різнорідних, а часом прямо протилежних речовинах, як кислоти, солі, луги. Об'єднує ці речовини можливість взаємних переходів між ними. Вони всі знаходяться як би в хімічну спорідненість.
Якщо ви захочете отримувати в лабораторії кислоти, вам доведеться почати справу з солі. Наприклад, щоб виділити сірчану кислоту, треба нагріти її сіль - залізний купорос. А для того, щоб з будь-якої кислоти отримати знову її сіль, потрібно цю кислоту нейтралізувати, тобто використовувати луг.
Те ж саме відбувається і на заводах, де виробляються добрива, соду, мило, навіть скло. Там поступово доводиться мати справу з кислотами, солями, лугами.
Кислоти, луги, солі відіграють величезну роль в нашому житті.
Кислоти йдуть для виробництва мінеральних добрив, без яких не можна домогтися високих врожаїв фруктів.
Велике значення мають кислоти, наприклад, при виробництві барвників.
KOHEЦ ГЛАВИ І ФPAГMEHTA КНИГИ