Нанотрубки не имеют никакой температуры
Британский физик Ортвин Хесс (Ortwin Hess) и его коллеги из университета Суррея (University of Surrey) рассчитали, что понятие температуры неприменимо к объектам нанометрового масштаба, что может оказаться большим сюрпризом для учёных и инженеров, проектирующих наноустройства. Известно, что понятие температура нельзя отнести на счёт одного атома. Хотя температура является мерой энергии, а, следовательно, скорости движения (колебания) атомов и молекул, сама температура — понятие статистическое. В любом теле есть более быстрые и более медленные молекулы, и лишь при обобщении информации от многих миллиардов атомов — получается температура объекта.Теперь учёные утверждают, что говорить о температуре неуместно и в случае рассмотрения нанообъектов — углеродных нанотрубок, к примеру, или фуллеренов. И даже — для объектов несколько большего размера. Уже на таких, далеко не атомных масштабах, говорят физики из университета Суррея, проявляются квантовые эффекты и случайные колебания. Так что, если бы вы могли точно измерить температуру на двух концах тоненькой трубочки длиной 10 микронов (одна сотая миллиметра), то с удивлением обнаружили бы разные показания, которые не менялись бы, сколько бы времени вы не давали на "выравнивание температуры". Перетока энергии от тёплого конца к холодному просто не было бы.
В своих расчётах британцы смоделировали кусочки вещества, соединённые в цепочку. Изначально у каждого из них — своя температура. Очевидно, через некоторое время потоки тепла должны разбежаться по цепочке так, что все температуры сравняются. Однако, если размер звеньев уменьшать всё больше и больше, на каком то этапе выравнивание никогда не сможет произойти — из за квантовых флуктуаций, характерных для микромира. Открытие англичан заключается в определении границы, за которой уже нельзя говорить о температуре объектов. И граница эта, как оказалось, проходит куда ближе к привычному нам макромиру, чем физики полагали ранее.
[18/08/04]
Усовершенствован атомно-силовой микроскоп
Группа исследователей из Аризонского университета усовершенствовала атомно-силовой микроскоп, наделив его способностью определять химический состав анализируемого вещества. В атомно-силовом микроскопе тончайшая вольфрамовая игла движется над поверхностью образца на расстоянии порядка размера атома. Измеряя силу притяжения иглы к образцу можно построить профиль поверхности с точностью до атома. Оказалось, что, закрепляя на конце иглы молекулы различных белков, можно не только измерять профиль поверхности, но и обнаруживать присутствие на ней специфических антител, реагирующих именно с этим белком. По мнению исследователей, это усовершенствование значительно поможет в создании новых лекарств.
[18/08/04]
Рак мозга будут лечить марихуанной
Один из ингредиентов марихуаны может быть использован для лечения рака мозга, сообщает BBC News. Испанские ученые из Complutense University установили, что вещества-каннабиноиды могут уничтожать раковую опухоль, нарушая ее кровоснабжение.В опытах на мышах каннабиноиды прекращали рост кровеносных сосудов внутри опухоли. Доктор Мануэль Гусман (Dr Manuel Guzman) и его коллеги считают, что эта особенность может использоваться для лечения такого сложного для лечения формы рака головного мозга как глиобластома. Известно, что глиобластома устойчива и к радиотерапии, и к химиотерапии, и к хирургическому лечению. После опытов на мышах, исследователи взяли образцы опухоли у пациентов, которым не помогала традиционная терапия.
Образцы были взяты до то и после того, как пациентов подвергли лечению каннабиноидами. В обоих случаях результат оказался положительным. Хотя опыт был поставлен всего лишь на двух пациентах, ученые надеются, что их исследования помогут создать новые методы лечения рака мозга.
"Это исследование дало новую и важную главную компоненту для противораковых лекарств", - говорит Ричард Салливан (Richard Sullivan), глава клинических программ в британском Институте по исследованию рака (Cancer Research UK). "Сейчас надо продолжить изучение на доклинических раковых моделях, понять в каких комбинациям каннабиноиды демонстрируют максимальную активность и создать формулу продукта, который мог бы быть испытан на человеке", - продолжает он.
[16/08/04]
альфа-1,4-N-ацетилглюзеамин - оружие против H.pylori
Исследователи из США обнаружили в организме человека химическое вещество, которое может защитить от печально известной инфекции H.pylori
Здоровыми носителями микроорганизма H.pylori являются около 50% людей. Остальные - жертвы инфекции H.pylori. Обычно H.pylori - живет на слизистой оболочке желудка. На слизистой желудка обнаружено вещество альфа-1,4-N-ацетилглюзеамин (acetylgluseamine), которое обездвиживает и убивает зловредный H.pylori. Создание лекарственных средств на базе этого вещества будет существенным шагом вперед в борьбе с хеликобактерной инфекцией, которая является причиной многих случаев язвенной болезни желудка и 12 -перстной кишки и даже предрасполагает к раку желудка.
[13/08/04]
Рассмотрим здесь подробнее сероводород как наиболее изученное соединение серы данной степени окисления.
В природе сероводород присутствует в вулканических газах, воде минеральных источников; он образуется при гниении растительных и животных организмов (в частности, при гниении яичного белка). В отличие от воды, сероводород бесцветный газ, тяжелее воздуха, с резким запахом тухлых яиц. Температура кипения -61 гр. С.
Молекула сероводорода полярна, поэтому при растворении в воде он диссоциирует с образованием слабой двухосновной сероводородной кислоты:
Поскольку H2S является слабой кислотой не только по второй, но и по первой ступени диссоциации, то её растворимые соли - сульфиды и гидросульфиды - подвергаются глубокому гидролизу в водных растворах, и поэтому их растворы имеют щелочную среду и пахнут сероводородом:
Полисульфаны также проявляют кислые свойства и образуют соли - полисульфиды. Важнейшим полисульфидом является железный колчедан (пирит). Все полисульфиды получаются при взаимодействии серы с сульфидами и являются источниками сульфанов в лаборатории. Все полисульфаны неустойчивы и быстро превращаются из желтых жидкостей в серу и сероводород.
Ежегодный прирост численности населения земного шара составляет 1,5-2%, а объём мусорных свалок растет в три раза быстрее. Каждый член человеческого сообщества в настоящее время в год генерирует примерно 200 кг отходов (в США - 700 кг), из них 10 - 15% - полимерных, доля которых непрерывно возрастает. И хотя пластмассы являются достаточно инертными компонентами мусора, они также постепенно разрушаются, выделяя опасные для живых организмов вещества, в том числе сверхтоксичные соединения диоксинового и фуранового ряда. Ещё большие проблемы связаны с нарушением воздухо- и влагообмена в почвах. Эксперты высказывают предположения, что недавние наводнения в Западной Европе могли быть менее разрушительными, если бы не обширный по своей площади искусственный слой литосферы – образовавшийся за счет ранее захороненного на полигонах мусора. На многих подобных захоронениях успели вырасти целые города, но почва утратила способность к естественному влагообмену.
Таким образом, использование полимерных материалов во все возрастающих объемах привело нас к необходимости изыскания эффективных методов утилизации или уничтожения этого вида отходов.
Стоимость полимерных материалов достаточно высока, поэтому и полимерные отходы рассматриваются как ценные продукты, подлежащие материальному рециклингу, то есть переработке с получением исходных полимеров, наполнителей, армирующих элементов, мономеров, других химических соединений, пригодных для использования.
Наиболее экономически целесообразным представляется способ рециклирования с получением исходных полимеров, однако на пути его осуществления существуют серьезные трудности, связанные с неоднородностью подвергающихся переработке отходов, и как следствие термодинамическая несовместимость. При смешении полимеров даже близкой химической природы (например, полиэтилен и полипропилен) образуются двухфазные дисперсные системы, свойства которых чаще всего гораздо хуже, чем свойства исходных компонентов.
Разрабатываются сложнейшие промышленные системы сортировки, в которых разделение полимеров основано на небольших отличиях в их физико-химических свойствах. В одной из таких систем отходы упаковочных материалов после дробления проходят магнитную сепарацию - отделение черных металлов, электрическую сепарацию основанную на токах Фуко - отделение цветных металлов, промывку - удаление растворимых загрязнений, грохочение, электростатическую сепарацию – отделение эластомеров от термопластов, флотацию с применением специальных поверхностно-активных веществ – для разделения полиэтилена и поливинилхлорида.
В результате указанных выше трудностей сбора и сортировки получение одной тонны регенерата такого широко используемого для производства упаковки полимера как полиэтилентерефталат, в ФРГ обходится в 2100 евро, тогда как стоимость тонны исходного полимера, по данным Applied Market Information, составляет 1100 евро.
Отходы многих полимерных материалов могут быть подвергнуты термическому рециклингу с получением полезных продуктов неполимерной природы. Полиэтилентерефталат может быть деполимеризован до исходных компонентов - этиленгликоля и терефталевой кислоты с использованием "сверхкритической" воды, действующей как кислотный катализатор. Терефталевая кислота отделяется при 350 - 400 град. на 100%, этиленгликоль - несколько меньше из-за протекания вторичных реакций. При критических условиях не требуется введение сильных кислот или оснований, процесс идет достаточно быстро и оказывается вполне экономичным.
Получение энергии за счет сжигания отходов, в том числе и полимерных, привлекает все большее внимание из-за непрерывного роста цен на невозобновляемое органическое топливо. При этом нет необходимости производить какую-либо сортировку, требуется, и то не всегда, лишь измельчение отходов до достаточно крупных кусков. Опасность загрязнения окружающей среды токсикантами типа галоидированных диоксинов и фуранов при сжигании полимерных отходов в значительной степени преувеличена и больше относится к старым мусоросжигательным установкам. При температурах 1200-1400С., характерных для современных установок, эти вещества необратимо распадаются, а неразложившаяся часть поглощается в адсорбирующих фильтрах. На старых мусоросжигающих станциях выбросы диоксинов достигают 300 мкг на тонну топлива, а на наиболее современных - всего 0,6 мкг на тонну, то есть, снижены в 500 раз. Для сравнения при сжигании тонны каменного угля выделяется 1 - 10 мкг диоксина, при сжигании тонны бензина - от 10 до 2000 мкг.
На этом этапе истории развития российской методики преподавания химии нельзя обойти вниманием роль Вадима Никандровича Верховского (1873–1947) – ученого, педагога, выдающегося химика-экспериментатора. До сих пор в школьном химическом обиходе можно услышать: штатив Верховского, эвдиометр Верховского, озонатор Верховского и т. д. С его именем связано становление в российских школах химии как самостоятельного учебного предмета.
В борьбе с нежизненными «жизненными комплексами» (просим прощения за каламбур) Вадим Никандрович был основным пропагандистом и обоснователем «системного курса» в преподавании химии. Он считал, что только система теоретических знаний, подкрепленная экспериментом, позволяет объективно изучать существующие в природе закономерности.
Однако лишь одним превращением химии в самостоятельную школьную дисциплину задача обучения химии школьников еще не могла быть выполнена. У нового школьного предмета должны были появиться принципы построения. Нужно было определить его содержание, объем учебного материала и распределение этого материала по годам обучения.
В 1932 г. по поручению Наркомпроса вместе с С.А.Балезиным, Л.М.Сморгонским и другими своими последователями Верховский разрабатывает первую российскую программу систематического курса основ химии для средней школы с учетом начала изучения химии в 7-м классе. Авторы этой программы получили премию Наркомпроса. В связи с этим следует отметить, что в принятии решения участвовала Н.К.Крупская. Несмотря на то что Надежда Константиновна ранее поддерживала московский проект, программа, представленная Верховским с соавторами, ей понравилась, и она ее одобрила.
После 1932 г. парадигмой российской средней школы стал предметоцентризм. Как основной принцип организации учебного процесса он и сегодня остается в силе. С этого времени для России стало традиционным строить обучение на предметной основе.
Верховский впервые (!) в истории преподавания химии в российских школах привлек педагогическое наследие Д.И.Менделеева. Он выдвинул и глубоко обосновал идею построения учебного курса химии для школы на основе периодической системы Менделеева. «Без понимания сходства элементов никакой химии нет: это будет суррогат химии, алхимия, набор фактов», – писал Верховский. Химическое образование (опять-таки впервые в мировой учебной практике) стало основываться не только на теоретических воззрениях, но и на обучающем эксперименте. До сего времени практические лабораторные и экспериментальные контрольные работы, принцип которых был разработан Верховским, остаются неотъемлемой частью школьного курса химии.
С начала 1930-х гг. наступает новый этап в развитии преподавания химии в отечественных школах. В 1932 г. появляется «Учебная книга по химии», а в 1933 г. – первый советский стабильный учебник по этой дисциплине. В их создании под руководством Верховского принимали участие В.А.Жегалова-Агаханянц, Я.П.Орловская, Я.Л.Гольдфарб (раздел органическая химия), Л.М.Сморгонский. По этому учебнику российская средняя школа проработала до 1949 г., обучив не одно поколение учеников. По стройности логической схемы и простоте изложения учебник Верховского (под таким названием он вошел в историю педагогики) не имеет себе равных.
В нем, как и в других учебных книгах и учебных пособиях тех лет, были воплощены идеи «системного курса», но с учетом положительных сторон московского проекта «жизненных комплексов». Так, например, уже в первых главах рассказывалось о роли химии в технике и ее связи с жизнью. Их наполнение соответствовало тому, что мы сейчас называем пропедевтическими (предварительными) знаниями (см.: Чернобельская Г.М., Дементьев А.И. Мир глазами химика. Химия, 1999, № 26 (начало). В них не приводились ни формулы, ни уравнения химических реакций, не вводились даже символы химических элементов.
Конечно, такое изложение могло иметь успех только при исключительно высоком педагогическом мастерстве авторов изложения. Это подтвердила вышедшая в 1934 г. первая отечественная методика преподавания химии, написанная В.Н.Верховским в сотрудничестве с Л.М.Сморгонским, Я.Л.Гольдфарбом, К.Я.Парменовым и при участии А.Н.Коковина – редактора книги. Это было методическое подспорье для учителей, ведущих обучение по учебнику Верховского. Цель методики – «помочь учителю сознательно вести преподавание химии, пользуясь наиболее эффективными, с точки зрения авторов, методами, содействовать творческой работе учителя над методами преподавания...».
Что же было нового в предложенной Верховским с соавторами методике преподавания химии, что можно использовать и сегодня? Оставляя в стороне вопрос о длительности обучения (10- или 12-летнем), обратим свое внимание на само содержание школьной педагогики, на те ее основы и принципы, заложенные более полувека назад, которые, будучи востребованы, способны качественно изменить облик школы в XXI в.
Во-первых, самое главное – целостность и самостоятельность курса химии, которую Вадим Никандрович отстоял. В острейших дискуссиях с апологетами комплексного обучения – сторонниками московского проекта – он, с одной стороны, доказал опасность формализма («технологизация») при изучении «динамики производственных процессов», положенных в основу построения курса разработчиками «метода жизненных комплексов». С другой стороны, была опасность, не исчезнувшая до сего времени, превращения школьного курса химии в общеобразовательный, общекультурный курс. (Этот курс должен был не столько давать знания, сколько на материале химии поднимать культурный уровень школьников; в нем развитие химии рассматривалось в историческом аспекте и оценивался ее вклад в прогресс цивилизации.)
Леонид Михайлович Сморгонский – один из ближайших соратников Верховского – в работе «О так называемом культурном курсе химии» (1937), посвященном преподаванию химии в школах США, показал неприемлемость этого пути. Сморгонский проанализировал и сравнил методику преподавания химии в школах США и Западной Европы (французских и немецких) и убедительно доказал, что российские химики-педагоги нашли свой собственный путь преподавания химии, во многих отношениях превосходящий зарубежные теории и опыт.
Во-вторых, лишь после 1934 г. утвердилась фундаментальная парадигма преподавания химии в средней школе – изучение объективно существующих в природе закономерностей в границах не только своей, но и смежных наук, в первую очередь физики и биологии. Основой методики является изучение теоретических представлений, подкрепляемых «служебным значением химических знаний». Это дает ученикам возможность овладеть основами химии как самостоятельной науки, а химическое образование становится составной частью естественно-научного.
В-третьих, возобладал принцип единства теории и практики, исходя из которого программа школьного курса химии должна формировать мировоззрение учащихся. «Между теорией и практикой, – писал Верховский, – между теорией и мировоззренческим материалом не должно быть разрыва: только тогда, когда наука в школе будет поднята на высшую ступень, мы достигнем цели, которую ставим себе при преподавании». Мировоззренческий характер обучения – это результат, обусловленный потребностями и идеалами общества, это отражение того социального заказа, который всегда присутствует в школьном образовании (см.: Минченков Е.Е. А каков социальный заказ будущей школе? Химия, 1999, № 41).
В-четвертых, впервые именно в России были введены «лабораторные уроки». Классы, где проводились занятия по химии, стали превращаться в подобие химических лабораторий. (Сегодня, в отсутствие нормального финансирования школ и оскудения запасов химических реактивов, нас возмущает, что школьная химия все более превращается в «меловую». Оказывается, еще 65 лет назад это никого бы не удивило.) Практические лабораторные и экспериментальные контрольные работы, принцип которых был разработан Верховским, до сего времени остаются неотъемлемой частью школьного курса химии. Он открыл роль эксперимента не как познавательного, а как обучающего метода в химии.
Верховский и его коллеги разработали и ряд важнейших методических проблем преподавания химии. Практически вся творческая жизнь ученого-методиста прошла в коллективе Ленинградского педагогического института им. А.И.Герцена, ныне Российского государственного педагогического университета им. А.И.Герцена (Санкт-Петербург). Здесь на химическом отделении, преобразованном впоследствии в факультет, впервые был введен (1934) теоретический курс неорганической химии под названием «Дополнительные главы неорганической химии».
Работы коллектива, возглавляемого Вадимом Никандровичем, немало способствовали превращению методики преподавания химии в самостоятельную научную область. Кроме вопросов частной методики рассмотрены и в значительной степени решены глобальные методологические проблемы. Так был поднят вопрос о связи методики обучения химии с историей химии, который при дальнейшем анализе перерос в проблему логического и исторического в обучении.
До сего времени средняя школа пользуется термином «формирование понятий». Впервые он тоже был разработан и введен в практику преподавания Верховским, который использовал для его обоснования свои психологические наблюдения педагога и богатейший дидактический опыт преподавания.
В стенах Ленинградского педагогического института им. А.И.Герцена получила свое развитие проблема политехнического образования, которой Верховский усиленно занимался в середине 1920-х гг. и дал в результате проделанной работы прекрасные образцы дидактической обработки схем технологических процессов и аппаратов, вошедших затем в учебники и различные пособия.
Вместе с ним работали и проводили исследования его соратники, сотрудники и аспиранты. Наряду с уже упоминавшимися выше соавторами Верховского в ряде последующих работ, развивающих представления Вадима Никандровича и имеющих принципиальное значение для методики преподавания химии, участвовали Ю.В.Ходаков, С.Г.Шаповаленко, Д.А.Эпштейн, В.П.Гаркунов, Л.А.Глориозов, Д.М.Кирюшкин, А.Д.Смирнов, В.С.Полосин, Г.И.Шелинский и многие другие. С их именами связан новый этап развития методической мысли в химическом образовании школьников.
Исключительное значение придавалось наглядности в обучении. Были разработаны объемные пособия, «модели-схемы» аппаратов и даже заводов. По этим пространственным моделям, показывающим как внешний вид, так и внутреннее устройство изучаемых объектов, учащиеся гораздо легче, чем по чертежам и схемам, познают основные принципы устройства и работы отдельных установок, а также всего завода в целом. До сих пор такого рода макеты успешно демонстрируются в залах отдела химии Политехнического музея в Москве. Благодаря прозрачности башен и камер появляется возможность наблюдать химические процессы, происходящие внутри аппаратов.
Следует отметить заботы Вадима Никандровича о внеклассном чтении учеников средних школ. Первоначально они выразились в переводе и редактировании им серии книжек А.Слоссона «Созидающая химия», где в увлекательной форме рассказывалось о роли химии в развитии современной материальной культуры и о связи химии и природы.
В 1928 г. он приступил к изданию «Химической хрестоматии» (М.–Л.: Гос. изд-во). В ней Верховским и его соавторами по всем разделам были написаны отдельные статьи. И хотя эти статьи были посвящены больше специальным, чем общехимическим, проблемам, изданием хрестоматии был сделан, по существу, первый шаг в сторону создания специальной дополнительной литературы для обучения химии в средней школе. «Химическая хрестоматия» выдержала несколько изданий.
Через 18 лет опыт был продолжен: в 1947 г. появилась «Книга для чтения по химии» (ч. 1), где составителями были Парменов и Сморгонский – соавторы Верховского по «Химической хрестоматии».
Обращает на себя внимание то, как Верховский привлекал к преподаванию химии такое искусство, как кино. В 1937–1938 гг. им совместно с Коковиным созданы пять учебных кинофильмов: «Производство водорода по железно-паровому способу», «Применение водорода», «Жидкий воздух и кислород, их производство и применение», «Круговорот азота в природе», «Производство соляной кислоты и сульфата натрия». Знаменательна широта тематики фильмов – от конкретного производства до природных сфер, – отражающая широту подхода автора.
Особую популярность и всемирное признание получила его «Техника и методика химического эксперимента» (Л.: Гос. изд-во, 1925, т. 1; 1928, т. 2), выдержавшая немало изданий. Она сразу же стала настольной книгой учителя химии, методиста-химика и каждого, кто занимается учебным химическим экспериментом не только в средней, но и в высшей школе. Это теперь уже классическое пособие включает обширное количество опытов – от самых простых до сложнейших, требующих создания лабораторных установок. С полным правом можно сказать, что Верховским впервые была разработана система обучающего эксперимента в химии.
Книга «Техника и методика химического эксперимента» представляет собой уникальный в своем роде учебник химика-экспериментатора. Аналога ему нет ни в отечественной, ни в зарубежной литературе первой половины ХХ в. И даже во второй его половине эта книга пользовалась известностью далеко за рубежом. В 1957 г. ее переводы были сделаны в Польше, а в 1962–1963 гг. она вышла в Японии двухтомным изданием.
Завершая этот очерк событиями середины нашего столетия и подводя итоги, можно утверждать, что в истории развития отечественной методической школы преподавания химии в ряду выдающихся методистов по праву стоит имя профессора В.Н.Верховского. Им была создана, апробирована, отработана и внедрена система химического образования в средней школе, основанная на обучающем эксперименте, подтверждающем важнейшие теоретические идеи.
Методическое наследие Верховского не является уделом только истории преподавания химии. Сейчас, когда решается вопрос о перестройке среднего образования, главное внимание должно уделяться не длительности обучения, а его содержанию и методике внедрения этого содержания в сознание ученика-школьника. Образование не есть механическая сумма знаний, как можно подумать, если судить по некоторым современным школьным учебникам. Поэтому методические идеи Верховского по-прежнему нужны нашей отечественной школе и глубокое их изучение весьма важно для поиска путей развития среднего образования в России.
Вскоре на неё откликнулся соотечественник Рэлея химик Уильям Рамзай. Рамзай предположил, что в воздухе, помимо кислорода, азота и углекислого газа, содержится еще один, ранее не известный, более тяжелый газ. Просматривая старые научные журналы, он также обнаружил описание опыта, поставленного еще в 1785 г. английским ученым-аристократом Генри Кавендишем. Тогда, пропуская через воздух электрические разряды и удаляя образующийся оксид азота, Кавендиш обнаружил, что примерно одна сотая воздуха всегда оставалась неизменной, она не вступала ни в какие реакции.
Рэлей и Рамзай решили повторить этот опыт. Каждый из них пошел своим путем: Рамзай удалял азот с помощью магния, а Рэлей связывал его с кислородом при помощи электричества. В остатке, как и у Кавендиша, всегда осталась небольшая часть воздуха.
Исследователи подвергли её самым разнообразным испытаниям. Неизвестный газ смешивали с хлором, серой, бромом, пытались сжечь в кислороде при высоких температурах... Но тщетно: газ оставался неприступным, он был абсолютно инертным. Рамзай также выяснил, что молекула нового вещества состоит лишь из одного атома. Все эти факты свидетельствовали об открытии нового химического элемента, о чём и было сообщено 12 августа 1894 г. Британской Ассоциации Содействия Науке. Новый элемент был назван аргоном (от греч. "аргос" - "ленивый").
Научный мир оживился и стал искать подобные аргону вещества повсюду. Занялся этим и сам Рамзай. В 1895 г. обрабатывая урансодержащий минерал клевеит серной кислотой, он обнаружил выделение еще одного неизвестного газа. По своей инертности он был очень похож на аргон, но имел меньшую плотность. Об открытии нового элемента свидетельствовали и данные спектроскопии.
Впрочем, вскоре выяснилось, что об элементе с такими спектральными характеристиками сообщалось еще 1868 г. Тогда ряд видных ученых во время солнечного затмения обнаружили неизвестные линии в спектре солнечной короны и сделали вывод о наличии там нового элемента. Они ничего не могли сказать о его свойствах, были уверены, что никогда не найдут его на земле и дали новому элементу лишь название гелий (от греч. "гелиос" - "солнце"). И вот теперь "солнечный элемент" был открыт на земле.
После обнаружения аналога аргона, 16 мая 1900 г. в Лондоне встретились Менделеев и Рамзай. Посовещавшись, они решили выделить для инертных (т.е. лишенных какой-либо активности) газов особую группу в периодической таблице. И, поскольку, элементы не образовывали ни каких соединений, т.е. их валентность равна нулю, новая группа стала "нулевой".
В надежде отыскать остальные недостающие элементы Рамзай занялся фракционной разгонкой воздуха, т.е. сжижал его, а затем постепенно отгонял все компоненты. Так был открыт неон (от греч. "неон" - новый). Таким же образом были открыты криптон ("скрытый") и ксенон ("чуждый"). Для выделения этих элементов пришлось переработать 77,5 млн. литров (100 000 тонн) воздуха! Кропотливый труд Рамзая был оценен: в 1904 г. он и Рэлей получили нобелевскую премию за "открытие благородных (инертных) газов и определение их места в периодической системе".
Последний из представителей группы благородных газов был открыт в 1899 году Эрнестом Резерфордом при изучении радиоактивного распада радия. Новый элемент назвали радоном "в честь" своего радиоактивного предшественника. Как и радий, он оказался радиоактивным: период полураспада самого стабильного изотопа радия составляет 3,82 дня.
"Нормальные" элементы всегда стремятся дополнить свою электронную оболочку так, чтобы на ней располагалось восемь электронов. Инертные же газы уже содержат эти восемь электронов и, следовательно, им незачем вступать в какие-либо реакции. Гелий, правда, содержит только два электрона, но это не меняет сути дела: его электронная оболочка также завершена.
Одновременно с эти выводом был сделан ещё один: было решено перевести инертные газы в восьмую группу - именно ею должен завешаться период, поскольку при движении по периоду как раз и происходит заполнение электронных оболочек.
Первое "нормальное" химическое соединение инертного газа было получено в 1962 г. канадским ученым Нилом Бартлеттом. Он исследовал гексафторид платины - вещество, которое обладает очень большим сродством к электрону - отнимает его даже у кислорода:
Для криптона получено значительно меньше соединений: ди- и тетрафториды, а также соли криптоновой кислоты. Все эти вещества по своим свойствам напоминают аналогичные соединения ксенона.
Что касается остальных инертных газов, то надежды остаются только на радон (у него самый низкий потенциал ионизации), но сильная радиоактивность мешает его изучению. Аргон, неон и гелий видимо так и останутся инертными.
Учащимся предлагают проанализировать эти структуры:
При этом образуется сильный, и к тому же взрывоопасный (!) окислитель - оксид марганца (VII).
Древнее изречение гласило: „Как слова состоят из букв, так и тела — из элементов“. Отсюда — одно из возможных происхождений этого слова — по названию ряда согласных латинских букв I, m, n, t („el“ — „em“ — „en“ — „turn“). Аналогично было образовано и слово „азот“ (не химический элемент, а алхимическая „первичная материя“): от первых (совпадающих) букв трёх древних алфавитов: латинской „а“, греческой „альфа“ и древнееврейской „алеф“ и последних букв тех же алфавитов: соответственно „зет“, „омега“ и „тав“.
В первой половине XIX века немецкий химик Юстус Либих высказывал мысли о возможной делимости атомов: „Понятие, составленное химиками об атомах, сходно с их понятием об элементах. Известные нам 61 простое тело представляют элементы только относительно тех сил и средств, которые находятся у нас в распоряжении для разделения их на тела ещё более простые. Сделать это мы не можем, или теперь ещё не можем, и сообразно началам естествоиспытания будем до тех пор называть их телами простыми, пока опыт не убедит нас в противном…“
В таблице Менделеева, принятой у нас, приводятся русские названия элементов. У подавляющего числа элементов они фонетически близки к латинским: аргон — argon, барий — barium, кадмий — cadmium и т.д. Аналогично называются эти элементы и в большинстве западноевропейских языков: лат. borum, англ. boron, нем. Вог, франц. bore и т.п. Иногда названия элементов отличаются сильнее, хотя в них и остаётся сходство, например англ. sulphur (амер. sulfur), франц. soufre и нем. Schwefel, англ. chlorine, нем. Chlor и франц. chlore; англ. copper, нем. Kupfer и франц. cuivreu т.п. У некоторых же элементов названия в разных языках совершенно различны, например русск. углерод, англ. carbon и нем. Kohlenstoff; русск. золото, англ. gold и франц. or; русск. железо, англ. iron, нем. Eisen и франц. fer; русск. ртуть, англ. mercury и нем. Quecksilber; русск. калий и англ. и франц. potassium; русск. натрий и англ. и франц. sodium; русск. азот, англ. nitrogen и нем. Stickstoff; русск. свинец, англ. lead, нем. Blei и франц. plomb; русск. олово, англ. tin, нем. Zinn и франц. etain.
Всё это не случайно. Наибольшие отличия в названиях тех элементов (либо их самых распространённых соединений), с которыми человек познакомился в древности или в начале средних веков. Это семь металлов древних (золото, серебро, медь, свинец, олово, железо, ртуть, которые сопоставлялись с известными тогда планетами, а также сера и углерод). Они встречаются в природе в свободном состоянии, и многие получили названия, соответствующие их физическим свойствам. Вот наиболее вероятное происхождение этих названий.
Английское название свинца lead и голландское lood, возможно, связаны с нашим „лудить“, хотя лудят опять же не ядовитым свинцом, а оловом. Латинское же plumbum (тоже неясного происхождения) дало английское слово plumber — водопроводчик (когда-то трубы зачеканивали мягким свинцом), и название венецианской тюрьмы со свинцовой крышей — Пьомбе. Из этой тюрьмы по некоторым данным ухитрился бежать Казанова. А вот мороженое здесь ни при чём: пломбир произошёл от названия французского курортного городка Пломбьер.
Русское название ртути, по одной из версий, — это заимствование из арабского (через тюркские языки); по другой версии, „ртуть“ связана с литовским ritu — качу, катаю, происшедшим от индоевропейского рет(х) — бежать, катиться. Литва и Русь были тесно связаны, а во 2-й половине XIV века русский язык был языком делопроизводства великого княжества Литовского, а также языком первых письменных памятников Литвы.
Немецкий химик Христиан Фридрих Шенбайн (1799-1868), открывший озон, однажды проводил дома эксперименты с нитрующей смесью. Жена запрещала ему эксперименты дома и он очень торопился закончить все до её прихода. Он так торопился, что пролил указанную смесь на кухонный стол. Опасаясь скандала, Шенбайн вытер смесь кухонным, хлопчать бюумажным фартуком и повесил его сушится над плитой... Через некоторое время раздался взрыв - взорвался пронитрованный фартук. Шенбайн скрыл следы преступления, а заодно открыл бездымный порох (1845).
Рассказывают, что известный химик-органик Николай Николаевич Зинин (1812-1880), заложивший основы органического синтеза (в частности, он первым получил синтетический анилин), не только бранил нерадивых студентов, но поколачивал их. Никто из них, как ни странно, на это не обижался.
Впрочем, в потасовке разрешалось и дать сдачи профессору...
Но охотников тягаться с Зининым не находилось: Николай Николаевич обладал богатырской силой и мог так сжать противника в объятиях, что тот потом долго приходил в себя.
Знаменитый физикохимик Джозайя-Уиллард Гиббс (1839-1903) - один из "Галереи славы великих американцев". Его имя носят многие величины и понятия химической термодинамики: энергия Гиббса, правило фаз Гиббса-Гельмгольца, треугольник Гиббса...
Немецкий химик-органик Август-Вильгельм фон Гофман (1818-1892) читал лекции по химии, как правило, в аудиториях, переполненных желающими его послушать. Он часто вносил шутку даже в самый сухой учебный материал, умел увлечь слушателей остроумной репликой.
Однажды на камзоле Ломоносова продрались локти. Повстречавший его придворный щеголь ехидно заметил по этому поводу:
Бор с женой и молодым физиком Казимиром возвращались вечером из гостей. Казимир был завзятым альпинистом и с увлечением рассказывал о скалолазании, а затем захотел продемонстрировать свое мастерство, избрав для этого стену ближайшего дома. Когда он, цепляясь за выступы стены, поднялся уже выше второго этажа, за ним, раззадорившись, двинулся и Бор. Маргарита Бор с тревогой наблюдала снизу. В это время послышались свистки и к дому подбежали несколько полицейских. Здание оказалось отделением банка.
Едва вы перешагиваете порог лаборатории, носящей имя Г. Н. Флёрова, сразу понимаете, что память о нем жива. Он улыбается вам с фотографий, что развешаны в холле и коридорах. И еще на стенах висят плакаты с афоризмами Флёрова - все знают, как он любил и ценил юмор.
- Внучка задала мне вопрос, на который очень трудно ответить: "Дед, чему
ты посвятил свою жизнь?" Сегодня я хочу спросить об этом вас. - Тут сразу не ответишь. Надо оглянуться в прошлое. Все началось с учебы в
Московском инженерно-физическом институте... - Вы москвич? - Нет. Родился в Ростове, потом жил в Армении… Обычная судьба… - Думаю, что не совсем… Как из Армении вы попали в сугубо закрытое в то
время высшее учебное заведение? - Тогда мне казалось, что по глупости… Я собирался стать архитектором -
такова была семейная традиция. Однако мои друзья по школе хотели стать физиками
- в то время физики были в почете. Они поехали учиться в Москву, ну и я вместе с
ними решил попробовать свои силы. У меня была медаль. В МГУ на физфаке, в
Физтехе и в МИФИ медалисты сдавали экзамены по физике и математике. Мне эти
предметы давались легко, и я без проблем прошел в МИФИ. Но тут начались экзамены
в Архитектурном институте. Я сдал рисунок и живопись. Пошел в МИФИ забирать
документы, а там говорят: поздно, документы находятся в Комитете
госбезопасности, и проверять их будут два-три месяца. Делать нечего, начал
учиться в МИФИ... Но мои метания на этом не кончились. Я по-прежнему думал об
архитектуре. Иногда работал у своего приятеля архитектора - помогал в оформлении
проектов, выписывал детали. Сами архитекторы заниматься этим не любят. И тут
этот самый приятель предложил мне участвовать в конкурсе - тогда в Москве решили
построить памятную арку в честь воссоединения Украины с Россией. Конкурс был
серьезный, все делалось по-честному - проекты сдавались под шифром. К моему
удивлению, мы прошли первый тур, затем второй и в конце концов оказались в числе
призеров, что конечно же для молодых ребят было большим успехом. И вновь зашел
разговор об учебе в Архитектурном. Ректор готов был зачислить меня сразу на
второй курс. - Вы стояли на пороге архитектурной славы? - Может быть... Но арку решили не строить, и все мои планы рухнули! Вернулся
в МИФИ, а там уже троечки появились. Повышенной стипендии я лишился, а это был
единственный источник дохода. В общем, решил учиться на физика всерьез и через
год вновь начал получать повышенную стипендию. - А как попали в Дубну? - Меня распределили сюда сразу же после окончания института, но я отказался
из-за жены. Она закончила консерваторию, а какая в то время могла быть музыка в
Дубне?! Меня направили в Курчатовский институт. Сначала я попал к профессору
Будкеру. Он устроил мне экзамен по физике на полтора часа, а потом сказал:
"Хорошо, я вас беру!", но оказалось, что у Будкера мест нет. Случился крупный
скандал, после которого у меня состоялся разговор с еще одним начальником
лаборатории - Георгием Николаевичем Флёровым. Он не задал ни единого вопроса по
физике, но поинтересовался, каким видом спорта я занимаюсь, чем увлекаюсь. А я
тогда играл в баскетбол, волейбол, бегал по художественным выставкам… Флёров
расспросил меня и о семейном положении, сказал, что, если начну работать у него,
Дубны мне не избежать, так как лаборатория переезжает туда. Впрочем, заметил он,
в любой момент вы можете уйти и остаться в Москве. Разговор с Флёровым был
легкий, непринужденный. Шел 1956 год. В институте уже был готов ускоритель, на
котором мне предстояло работать. - Я хочу вернуться к тому времени, когда вы пришли в лабораторию Флёрова.
Почему Георгий Николаевич так неожиданно и решительно изменил свои пристрастия в
физике? Ведь известно, что во время войны лейтенант Флёров написал с фронта
письмо Сталину, в котором убеждал Верховного главнокомандующего в необходимости
создания атомной бомбы. Потом Флёров принимал участие в разработке ядерного
оружия и вдруг "переключился" на другие проблемы… Не кажется ли вам это
странным? - Есть люди, которые считают, что у наших физиков после испытаний ядерного и
термоядерного оружия появился "синдром раскаяния". На самом деле этого не было.
Перед учеными стояла сложнейшая задача: создать атомное оружие, чтобы можно было
противостоять противнику в "холодной войне". Не следует забывать, что ядерным
оружием в СССР занялись практически сразу после войны. Я учился в институте с
ребятами всего на пять лет старше меня, но это были люди, которые прошли фронт.
Они больше других понимали: чтобы избежать войны, страна должна быть сильной.
Огромные средства и ресурсы вкладывались в разработку ядерного оружия.
Официальных цифр я не знаю, но говорят, что два года почти все средства,
полученные от Государственного займа (а на него подписалась практически вся
страна), шли на создание "ядерного щита". Когда же задача была выполнена, часть
ученых вернулась в "чистую" науку. Среди них был и Флёров. - Но почему он занялся именно тяжелыми ионами? - У него было удивительное чутье, поразительное! Я часто в этом убеждался.
Даже не вникая в суть проблемы, он всегда ориентировался в ней очень точно. - Все началось с поиска новых трансурановых элементов, которые, как
считали, должны быть эффективней урана при взрыве? - Первым был плутоний. Его нарабатывали в реакторах. Кстати, Флёров был
блестящим реакторщиком. Когда исследования только начинались, он внес большой
вклад в решение этой проблемы… Но вернемся к трансурановым элементам. Чем
тяжелее элемент, тем у него меньше критическая масса. - Я помню шли даже разговоры, что можно создать атомную мини-бомбу
размером чуть ли не с булавочную головку! - Точно! "Урановая бомба" и "калифорниевая пуля" (из калифорния-98) - о них
писали фантасты, а в Голливуде поставили пару фильмов… Казалось, по "лестнице
элементов" можно подниматься бесконечно долго. Физики и химики открывали в
реакторах один элемент за другим. Однако вскоре выяснилось, что далее 100-го
элемента идти таким способом невозможно. Этим в основном занимались американские
ученые лаборатории им. Лоуренса в Беркли. Они шли впереди нас. Еще в
военное время известный физик Энрико Ферми впервые заложил в активную зону
реактора больше стартового вещества - урана с тем, чтобы трансурановые элементы
там накапливались. - С 92-го по 100-й элемент американцы открыли на реакторах? - Да. Они начали строить большие реакторы раньше нас… Но вдруг работы по
синтезу новых элементов застопорились, будто барьер вырос. И тогда американские
физики и химики решили попробовать получать новые элементы в ядерном взрыве.
Дело в том, что поток нейтронов при взрыве огромен, приблизительно такой же,
какой дает мощный реактор за 25 лет работы! - Это были те самые засекреченные "физические эксперименты", которые
проводились и в Америке и у нас? - Я до сих пор не могу получить данные по российским экспериментам, так что
сколько взрывов было у нас - не знаю. А американские данные опубликованы, у них
было пять взрывов. Но надежды ученых тогда не оправдались. "Цепочка элементов"
оборвалась. Мне кажется, что Флёров с Курчатовым обсуждали эту проблему,
размышляли, как идти дальше… И тогда родилась плодотворная идея, которая питает
нас до сегодняшнего дня. - Нельзя ли в двух словах описать, как рождались элементы в реакторе и в
чем суть новой идеи? - В реакторе нейтроны захватывались ядром урана один за другим. Накапливаясь,
они переходили в протоны, и в конце концов возникал новый элемент. Однако после
100-го элемента такого "слияния" получить не удавалось. Если элемент и рождался,
то он существовал столь короткое время, что не успевал захватить следующий
нейтрон… Новая идея заключалась в том, чтобы "утяжелять" ядра не постепенно,
вводя в них нейтроны по одному, а сразу, помещая в них большое количество
нейтронов и протонов, иными словами, выстреливать одним ядром внутрь другого
ядра, как из пушки. Сделать это в реакторе невозможно, так как ядро нужно
разогнать до скорости, равной примерно одной десятой скорости света, а это ни
много ни мало 30 тысяч километров в секунду. Таких значений скорости можно
достичь только с помощью ускорителей. - Значит, чтобы получить новый элемент, нужно проникнуть в ядро и
"утяжелить" его? - Верно. Еще алхимики понимали, что для получения нового вещества нужно
затратить энергию. Поэтому они грели образцы, били молотом, воздействовали на
них химическим способом. Но алхимики не представляли масштабов этой энергии.
Только в ХХ веке мы получили представление о ней… Более того, мы научились ее
получать. К тому же возможности ускорительной техники стали иными: мы можем
теперь ускорять тяжелые частицы. Первые такие эксперименты провели в Институте
атомной энергии им. И. В. Курчатова. - Это был принципиально новый подход к получению новых элементов? - Конечно. Представьте, что вы добавляете в ядро нейтроны не по одному, как в
реакторе, а сразу несколько. Взять, например, ядро углерода. У него шесть
протонов и шесть нейтронов. Вы разгоняете ядро углерода, "вбиваете" его в ядро
урана и хотите, чтобы оба ядра слились. Но случится ли это? Мы изо всех сил
пытались ответить на этот принципиальный вопрос, в основе которого лежали и
физические проблемы, и возможности ускорительной техники… Многим казалось, что
это тупиковый путь. Академик Лев Андреевич Арцимович, а он для меня авторитет в
экспериментальной физике, сказал нам с Флёровым: "Вы хотите столкнуть лоб в лоб
два поезда, устроить крушение и при этом получить нечто новое?!" Он считал, что
мы соберем только обломки… - Тем не менее Арцимович сам занимался похожими проблемами, но только в
термоядерном синтезе! - Позже оказалось, что он отчасти прав, но только в том случае, если делать
это грубо, напрямую. Совсем иная картина получается, если осуществить "мягкую
посадку" одного ядра в другое. Надо только преодолеть "барьер отталкивания", а
затем ядерные силы сами "скушают пришельца". И тогда образуется новое ядро,
которое еще должно выжить, а не разделиться мгновенно на две части. Ему нужно
охладиться: выбросить нейтроны (один или несколько), тогда и получится новый
элемент. Вот чем мы занимаемся по сегодняшний день. - А как это называется по-научному? - Ядерные реакции под действием тяжелых ионов, или, коротко, реакции слияния.
- И сколько элементов вы открыли? - Мы начали со 101-го, уже известного. Потом - 102-й, 103-й, 104-й, 105-й…
- … который назвали "Дубний"? - Верно, 105-й - "Дубний", названный так в знак признания выдающегося вклада
в химию и современную ядерную физику международного научного центра в Дубне.
- О времени существования новых элементов говорить бессмысленно. Зачем же
тогда их изучать? Кому нужны вещества, существующие миллиардные доли секунды? Да
и как доказать, что они получены?! - Не это главное! Чтобы продолжать работу, прежде всего нам самим нужна
уверенность в том, что она необходима... Мы обнаружили любопытное явление: время
существования элементов с увеличением их массы начало как бы "замедляться".
Флёров назвал эту закономерность "клюшкой". - Аналогии с хоккеем что-то не вижу… - Клюшка - это палка с загогулиной. Очень похоже выглядит зависимость времени
жизни элемента от его атомного номера. Почему начиная с определенного номера
время жизни новых элементов не сокращается? К примеру, уран существует миллиард
лет, 102-й элемент - секунду, 104-й, 106-й и 107-й - десятые, сотые доли
секунды… То, что мы обнаружили, я назвал бы явлением из ряда вон выходящим. Наша
лаборатория занималась тогда синтезом 104-го элемента, полагая, что он должен
жить десятую, сотую долю секунды или даже меньше... Не буду рассказывать о
деталях, но, в конце концов, оказалось, что один и тот же хорошо нам известный
элемент с атомным номером 95 (америций) может жить миллиарды лет, а может и
десятую долю секунды, испытывая один и тот же распад - спонтанное деление.
Почему так происходит? Ситуация явно неординар ная, в привычные представления не
укладывается... Мы продолжили исследования и поняли, что спонтанное деление на
самом деле очень сложное явление... По существующим представлениям
самопроизвольное деление ядра выглядит как разделение капли жидкости, которая
постепенно деформируется и затем разрывается на две части. Так капает вода из
крана: капля постепенно вытягивается, а потом отрывается и падает. Эту аналогию
придумал еще великий физик Нильс Бор. Ядро похоже на каплю заряженной жидкости,
его раздирают электрические силы, но сдерживают силы поверхностного натяжения. И
до тех пор, пока последние превосходят силы отталкивания, ядро не делится. Это
так называемая капельная модель ядра. А у нас получалось, что капля, которая по
определению является аморфным телом, сначала деформируется, но потом неожиданно
процесс деформации останавливается. Почему это происходит? Первый вывод - это не
капля! У ядра есть некая структура, как у твердого тела... - Можно сказать, что вы нашли в жидкости кристаллы и некие конструкции?
- Да. После наших экспериментов теоретики начали разрабатывать новую модель
ядра... В упрощенном виде ее можно представить так: есть капля, внутри которой
при охлаждении появляется своеобразная опорная структура - "снежинка". Она может
замедлить деформацию капли и на определенное время остановить весь процесс.
Такая модель вполне объясняет экспериментальный результат... Но как эта
"снежинка" будет вести себя, когда мы начнем синтезировать сверхтяжелые
элементы? Оказалось, что она влияет на время жизни элементов: оно увеличивается.
Обнаружив это явление, мы вернулись к нашим прошлым экспериментам, чтобы
проверить, а не пропустили ли мы что-то в погоне "за будущим"? Оказалось, что в
некоторых элементах, окружающих нас, эта структура проявляется очень сильно.
- По-моему, нужен конкретный пример... - Все зависит от комбинации протонов и нейтронов в ядре. Чрезвычайно стабилен
гелий (два протона и два нейтрона), кислород (восемь протонов и восемь
нейтронов), кальций (по двадцать протонов и нейтронов) и, наконец, свинец
(восемьдесят два протона и сто двадцать шесть нейтронов). Те цифры, которые я
называю, принято именовать "магическими" в том смысле, что такая комбинация
нейтронов и протонов делает связи внутри ядра более сильными, как в кристаллах,
где есть определенная закономерность в расположении атомов. Структуры в ядре,
очень отдаленно напоминающие совершенные формы кристаллов, возникают в тех
случаях, когда мы сталкиваемся с этими самыми "магическими" числами. Кстати,
если бы у свинца не было магической структуры, то он был бы радиоактивным. - Значит, "снежинка" сильно меняет свойства этого элемента. А можно ли
исключить, убрать структуру из ядра свинца? - Конечно, но для этого нужно нагреть его до невообразимой температуры... Нас
же интересовало другое: какой элемент, следующий за свинцом, тоже будет иметь
"магическую" структуру? Расчеты показали, что это 114-й элемент с числом
нейтронов 184. Предположительно он будет жить миллионы лет. - Но ведь тогда он может быть и в природе? - Хороший вопрос... Если теория "капли" со "снежинкой" справедлива, то
элементы с "магической" структурой должны стремиться продлить свою жизнь. В том
случае, если она "дотянет" до миллиарда лет, эти элементы могут находиться в
земле, как уран, который добывают сегодня. - Если следовать такой логике, то в природе должны быть вещества, которые
в нашем понимании живут вечно, но о которых мы ничего не знаем? - Так и есть! Для нас, живущих на Земле, слово "вечно" определяется возрастом
нашей планеты, который составляет около 4,5 миллиарда лет. В принципе наш
материальный мир - это "материк", окруженный "океаном нестабильной материи", но
в этом океане есть "острова", и мы пытаемся к ним приблизиться. Если мы
правильно понимаем то, что на самом деле происходит внутри ядра при ядерной
реакции, можно сделать такой вывод: открытый в Германии 112-й элемент в виде
двух атомов живет миллионные доли секунды, он еще находится в "океане
нестабильности", поблизости от нашего "материка". Тогда другие, более тяжелые
элементы будут находиться на "острове стабильности", на который нам так хочется
попасть... Полный текст этого интервью http://nauka.relis.ru/cgi/nauka.pl?05+0209+05209072+HTML
Конспект по химии Сера в низких степенях окисления
Федоров Максим, редактор
Степень окисления – 2
Сера с водородом образует соединения различного состава (например - H2S, H2S2, H2S3), представляющие собой газы или маслообразные жидкости с резким запахом.
HS- = H+ + S2-
H2S + NaOH = NaSH + H2O
Na2S + H2O = NaHS + NaOH
HS- + H2O = H2S + OH-
NaHS + H2O = H2S + NaOH
2H2S + SO2 = 3S + 2H2O
Степень окисления (-1 и аналогичные)
Помимо сероводородасуществуют и другие соединения серы с водородом с другим количественным составом. Такие соединения называют полисульфанами или многосернистыми водородами. Строение их аналогично строению перекиси водорода:
H - S - S - H - дисульфан
Смешанная степень окисления
Таким соединением является широко распространенный тиосульфат натрия, который используетсяв фотографии. Он образуется при взаимодействии серы с сульфитом натрия:
Продолжение следует...
Технологии
Современные технологии утилизации полимеров
Никогосов П.С., Куценко С.А.
Одним из наиболее осязаемых результатов антропогенной деятельности является образование отходов, среди которых отходы пластмасс занимают особое место в силу своих уникальных свойств.
Согласно Applied Market Information (AMI, GB-Bristol; www.amiplastics.com), общее потребление термопластов в Западной Европе составило в 2001 году 32,28 миллиона тонн – что на 2,1% больше, чем в 2000 году (31,61 миллиона тонн). Все они будут переработаны в изделия. А со временем потребляемые пластики неизбежно перейдут в отходы.
История химии
Рыцарь науки преподавать – В.Н.Верховский
Г.Н.Фадеев, Э.Г.Злотников
Использовавшиеся в 1925–1931 гг. программы и технологии «метода жизненных комплексов», введенные почти административными методами при поддержке сверху, не принесли ожидаемых результатов. По мере проведения эксперимента выяснилось, что знания школьников по химии становятся все более хаотичными, отрывочными и неглубокими. После известных постановлений 1931–1932 гг. партийной и государственной власти на смену «методу жизненных комплексов» пришла тенденция упорядочения учебных программ и изменения их содержания на базе систематического курса химии средней школы.
Источник газета "первое сентября - Химия"
Шестерка благородных
Грибанов Василий, гл.редактор Chemworld.Narod.Ru
Ученому необходимо вдохновение,
а затем терпение.
Якоб Вант-Гофф
Как все начиналось
История благородных газов начиналась вполне традиционно и по началу не предполагала никакого открытия. В восьмидесятых годах девятнадцатого века английский физик Джон Уильям Рэлей решил определить плотности различных газов, причем, с очень большой точностью - погрешность должна была составлять не более сотой доли процента. Поэтому он делал все, что бы его результаты были достоверными: использовал в опытах самые чистые вещества, пользовался самыми точными весами того времени, работал предельно аккуратно. Сначала Рэлей определил плотность самого легкого из газов - водорода, затем принялся за кислород. Наконец подошла очередь азота. Азот, как известно, составляет примерно четыре пятых (по объему) воздуха, поэтому разумнее всего было бы выделить его именно из этого источника. Тем не менее, педантичный Рэлей получал азот из других, самых разных веществ, например, прокаливал нитрит аммония:
Поиски продолжаются...
Известие об открытии нового элемента, да еще с такими необычными свойствами, вызвало бурю дискуссий в научных кругах: далеко не все химики поверили в это открытие. Усомнился в нем и Менделеев, ведь появление аргона могло в одночасье разрушить периодическую систему. Судите сами: аргон имеет атомный вес 39,9, т.е. согласно периодическому закону должен быть помещен между калием (39,1) и кальцием (40,1). Между тем, свободных клеток там уже давно не было, да и не мог аргон быть аналогом щелочноземельного металла магния. И что самое странное, у аргона вообще не было аналога.
Электронное строение
С развитием современных представлений о строении атомов, стало ясно, что инертные газы не склонны вступать в какие-либо реакции.
"Инертные" перестают быть инертными
После открытия всех инертных газов множество исследователей пыталось получить их соединения, но все попытки оставались тщетными. Были известны лишь "соединения включения": в них атомы инертных газов располагались в кристаллической решетке льда. Несмотря на неустойчивость, эти вещества имеют вполне определенный состав, например, 8Ar*46H2O, хотя, конечно, не могут считаться нормальными химическими соединениями.
PtF6 + O2 = O2PtF6
Химия элемента на одной странице...
"Рекордсменом" по числу соединений среди благородных газов является ксенон. Он напрямую реагирует с фтором, при пропускании через газовую смесь электрических разрядов. При этом образуется дифторид ксенона - белые кристаллы, которые очень легко гидролизуются:
XeF2 + 2Hg = Hg2F2 + Xe
3XeF4 + 8H2O = Xe + 2H2XeO4 + 12HF
2XeO2F2 + SiO2 = 2XeO3 + SiF4
Таблица: Строение атомов и физические свойства благородных газов
№ газ электронная конфигурация потенциал ионизации t пл t кип содержание в воздухе
2 гелий 1s2 2372 -269 -272 0,00053
10 неон 2s22p6 2081 -246 -249 0,0018
18 аргон 3s23p6 1521 -186 -189 0,933
36 криптон 4s24p6 1350 -153 -157 0,00011
54 ксенон 5s25p6 1171 -108 -112 0,000009
86 радон 6s26p6 1037
Факты и фактики "из жизни" благородных газов:
Л и т е р а т у р а
Учительская
Школьный эксперимент: спирты и фенолы
Грибанов Василий, редактор Chemworld.Narod.Ru
Доказательство структурной формулы спирта
Реактивы: Спирт (желательно 100%), натрий металлический.
В прибор для получения газов кладут предварительно отрезанный и очищенный от пленки и керосина кусочек натрия (маленький!) и добавляют 30 мл спирта. Начинается довольно бурное взаимодействие двух веществ. Образующийся при взаимодействии газ сначала пропускают через подкисленный раствор перманганата калия (убеждаются, что это ни ацетилен, ни этилен). Затем наполняют газом перевернутую вверх пробирку и поджигают. Убеждаются, что это водород.
На основании опытов, можно вывести структурную формулу этилового спирта, зная его брутто-формулу.
Можно предложить для него две структуры (1) и (2):
Такое обоснование позволяет избежать постановки количественного эксперимента, который предлагается многими авторами.
Горение спирта
Реактивы: серная кислота конц., перманганат калия, спирт.
Горение спирта в принципе, не нуждается в демонстрации, однако если этот опыт поставить эффектно, то можно произвести благоприятное впечатление на учащихся, а заодно повторить курс неорганической химии.
На стеклянную или фарфоровую пластинку наносят немного кристалликов перманганата калия и прикасаются к ним стеклянной палочкой, смоченной в серной кислоте.
Происходит реакция:
Далее, стеклянную палочку подносят к фитилю спиртовки (фитиль должен быть мокрым), при этом спирт загорается. Уравнение горения спирта предлагается составить учащимся самостоятельно.
Качественная реакция на многоатомные спирты
Реактивы: Глицерин (при отсутствии можно заменить глюкозой и даже сахорозой), раствор сульфата меди, гидроксида натрия.
В демонстрационную пробирку или цилиндр наливают немного глицерина (обратить внимание учащихся на вязкость глицерина - причины: обилие водородных связей, "маслообразность" - влияние углеводородной цепи) и разбавляют водой. В другом цилиндре готовят осадок гидроксида меди, смешивая растворы гидроксида натрия и сульфата меди. Содержимое цилиндров сливают вместе и перемешивают. Наблюдают образование соединения с красивой, "васильковой" окраской.
При подготовке учащихся к практическим работам опыт показывают в другой последовательности. В пробирку наливают раствор глицерина, добавляют гидроксид натрия (должен быть избыток), а затем сульфат меди. В этом случае, также наблюдается "васильковая" окраска, однако образование гидроксида меди не происходит, проведение опыты сильно упрощается, что важно для проведения практических работ.
Химические и физические свойства фенола
Реактивы: Фенол, лакмус или метилоранж, гидроксид натрия, соляная кислота, бромная вода, азотная кислота (2:3), хлорид железа (III).
Все опыты с фенолом ставить под тягой!
Практическая работа №2:
Качественное определение спиртов и фенолов
Задание: В трех предложенных вам пробирках находятся следующие вещества:
а) фенол
б) этанол
в) пропантриол-1,2,3
Используя предложенные реактивы, определите содержимое каждой пробирки
Реактивы: Растворы гидроксида натрия, сульфата меди (II), хлорида железа (III).
Работу проводят на два варианта.
Это любопытно
Откуда твоё имя?
И.А. Леенсон, журнал "Химия и жизнь 21 век"
Элемент, атом, молекула и самые древние
Синтон, отавит, прохиральный центр… В химических текстах можно встретить множество терминов, понятных только узким специалистам. Но есть слова, известные каждому грамотному человеку: названия элементов, многих веществ и методов их обработки. Некоторые из этих названий придуманы недавно, другие имеют тысячелетнюю историю. Происхождению многих из этих названий и посвящена серия статей „Откуда название?“
Элемент
Это латинское слово (elementum) использовали ещё античные авторы (Цицерон, Овидий, Гораций), причём почти в том же смысле, что и сейчас — как часть чего-то (речи, образования и т.п.).
Атом
От греческого „атомос“ — неделимый. Слово составлено из отрицательной приставки „а“ и „томе“ — разрезание, (рас)сечение. Этот же корень в словах „микротом“ — прибор для получения тонких срезов тканей животных и растений для микроскопического исследования; анатомия (буквально — рассечение); дихотомия — деление целого на две части.
Молекула
Слово „молекула“ происходит от латинского moles — тяжесть, глыба, громада, массивная структура — с уменьшительным суффиксом -cula. На современной итальянской двухцентовой монетке изображен шпиль „Mole Antonelliana“ („Антонеллиевой громады“) — самого высокого здания в Италии (167,5 м), символа Турина. А уменьшительный латинский суффикс можно найти в словах „везикула“ (маленький пузырёк в теле животного), „пелликула“ („маленькая шкурка“, оболочка одноклеточных организмов), „кутикула“ (тонкая наружная плёнка у растений), „туберкула“ (маленький узелок в тканях, отсюда — туберкулёз), „корпускула“ (дословно „маленькое тело“, раньше так называли молекулы).
Золото
С древнейших времен блеск золота сопоставлялся с блеском солнца (sol). Отсюда — русское „золото“. Слово gold в европейских языках связано с греческим богом Солнца Гелиосом. Латинское aurum означает „жёлтое“ и родственно с „Авророй“ (Aurora) — утренней зарёй.
Серебро
По-гречески серебро — „аргирос“, от „аргос“ —белый, блистающий, сверкающий (индоевропейский корень „арг“ — пылать, быть светлым). Отсюда — argentum. Интересно, что единственная страна, названная по химическому элементу (а не наоборот), — это Аргентина. Слова silver, Silber, a также серебро восходят к древнегерманскому silubr, происхождение которого неясно (возможно, слово пришло из Малой Азии, от ассирийского sarrupum — белый металл, серебро).
Железо
Происхождение этого слова доподлинно неизвестно; по одной из версий, оно родственно слову „лезвие“. Европейские iron, Eisen происходят от санскритского „исира“ — крепкий, сильный. Латинское ferrum происходит от fars — быть твёрдым. Название природного карбоната железа (сидерита) происходит от лат. sidereus — звёздный; действительно, первое железо, попавшее в руки людям, было метеоритного происхождения. Возможно, это совпадение не случайно.
Сера
Происхождение латинского sulfur неизвестно. Русское название элемента обычно производят от санскритского „сира“ — светло-желтый. Интересно было бы проследить, нет ли родства у серы с древнееврейским серафим — множительным числом от сераф; буквально „сераф“ означает „сгорающий“, а сера хорошо горит. В древнерусском и старославянском сера — вообще горючее вещество, в том числе и жир.
Свинец
Происхождение слова неясно; во всяком случае, ничего общего со свиньей. Самое удивительное здесь то, что на большинстве славянских языков (болгарском, сербско-хорватском, чешском, польском) свинец называется оловом! Наш „свинец“ встречается только в языках балтийской группы: svinas (литовский), svin (латышский). У некоторых горе-переводчиков это приводило к забавным недоразумениям, например к „оловянным аккумуляторам“. Такие „ложные друзья переводчика“ — не редкость. Так, в польском „урода“ — означает вовсе не уродство, а как раз наоборот — красоту, „позорный“ по-чешски — внимательный, а по-польски — внешний, в английском ammonia — не аммоний, а аммиак, film — не фильм, а тонкий слой, agitation — не агитация, а перемешивание, speculation — никакая не спекуляция, а размышление, обдумывание, hydrocarbon — не гидрокарбонат, а углеводород и т.д.
Олово
В Древнем Риме олово называли „белым свинцом“ (plumbum album), в отличие от plumbum nigrum — чёрного, или обыкновенного, свинца. По-гречески белый — алофос. По-видимому, от этого слова и произошло „олово“, что указывало на цвет металла. В русский язык оно попало в XI веке и означало как олово, так и свинец (в древности эти металлы плохо различали). Латинское stannum связано с санскритским словом, означающим стойкий, прочный. Происхождение английского (а также голландского и датского) tin неизвестно.
Ртуть
Латинское hydrargirum произошло от греческих слов „хюдор“ — вода и „аргирос“ — серебро. „Жидким“ (или „живым“, „быстрым“) серебром ртуть называется также в немецком (Quecksilber) и в староанглийском (quicksilver) языках, а по-болгарски ртуть — живак: действительно, шарики ртути блестят, как серебро, и очень быстро „бегают“ — как живые. Современное английское (mercury) и французское (mercure) названия ртути произошли от имени латинского бога торговли Меркурия. Меркурий был также вестником богов, и его обычно изображали с крылышками на сандалиях или на шлеме. Так что бог Меркурий бегал так же быстро, как переливается ртуть. Ртути соответствовала планета Меркурий, которая быстрее других передвигается по небосводу.
Углерод
Международное название происходит от латинского carbo — уголь, связанного с древним корнем kar — огонь. Этот же корень в латинском cremare — гореть, а возможно, и в русском „гарь“, „жар“, „угореть“ (в древнерусском „угорати“ — обжигать, опалять). Отсюда — и „уголь“. Вспомним здесь также игру горелки и украинскую горшку.
Медь
Слово того же происхождения, что и польское miedz, чешское med. У этих слов два источника — древненемецкое smida — металл (отсюда немецкие, английские, голландские, шведские и датские кузнецы — Schmied, smith, smid, smed) и греческое „металлон“ — рудник, копь. Так что медь и металл — родственники сразу по двум линиям. Латинское cuprum (от него произошли и другие европейские названия) связано с островом Кипр, где уже в III веке до н.э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди. Римляне называли медь cyprium aes — металл из Кипра. В позднелатинском cyprium перешло в cuprum. С местом добычи или с минералом связаны названия многих элементов.
Заметки на полях
Ползающие и летающие
Буткевич Сергей, рассылка "ФАКТЫ НАУКИ"
Химики шутят
Интересные факты из жизни великих ученых
Какое время было, блин!
Какие люди были, что ты!
О них не сложено былин,
Зато остались анекдоты.
И. Иртеньев
Семья Гиббса состояла из двух его сестер и шурина. Они прожили вместе всю жизнь в одном и том же доме, откуда ученому было рукой подать до школы, которую он когда-то окончил, колледжа, где он учился, и университета, где впоследствии преподавал. Тихий провинциальный городок Нью-Хейвен давал Гиббсу все, что нужно для работы: размеренную жизнь, множество книг, живописные окрестности для прогулок.
Одним из развлечений ученого было приготовление домашних салатов; они удавались ему как никому другому в доме. И кто еще мог бы дать этому блюду столь звучное имя: "Гетерогенные равновесия"?!
Однажды, рассматривая свойства бензола на лекции в Лондонском Химическом колледже, куда он был приглашен работать, Гофман сказал: "Бензол обладает специфическим запахом." -- потом он слегка улыбнулся и добавил: "Одна леди сказала мне, что этот запах напоминает ей запах вычищенных перчаток."
В следующий раз, когда Гофман на лекции стал говорить об определении, данном запаху бензола его знакомой дамой, один из студентов, который уже знал эту шутку, встал и громко сказал, продолжая мысль Гофмана: "Он напоминает запах вычищенных перчаток".
Другой лектор, возможно, мог бы растеряться, но не Гофман. Он удивленно посмотрел на студента, замолчал на мгновение, а потом самым серьезным тоном спросил его: "Так вы тоже знакомы с этой леди?.." Аудитория разразилась смехом, а Гофман продолжил лекцию.
- Ученость выглядывает оттуда...
- Нисколько, сударь, – немедленно ответил Ломоносов, – глупость заглядывает туда!
Прямая речь "Есть люди, которые считают, что у наших физиков после испытаний ядерного и термоядерного оружия появился "синдром раскаяния". На самом деле этого не было"
В этом номере мы предлагаем Вам интервью с Ю. Ц. Оганесяном, руководителем научной лаборатории имени Г.Н. Флерова в г. Дубна, где синтезируются новые, сверхтяжелые элементы. С Юрием Цолаковичем беседовал автор журнала "Наука и жизнь" Владимир Губарев.
Над выпуском работали:
© Журнал "Мир Химии". Составление и оформление. При перепечатке необходима ссылка на журнал "Мир Химии" или первоисточник.
Независимый электронный журнал выходит при поддержке сетевого ресурса "Мир Химии на НАРОДе". Адрес журнала "Мир Химии" в интернете: Http:\\mirofhim.narod.ru
