Фирменные секреты школьной химии

1.6.1. В рассказе А. Азимова «Возьмите спичку...»* сверхсвето­
вой звездолет, совершивший прыжок через пространство тахионов,
неожиданно для астронавтов «вынырнул» в плотном, густом как
каша, газово-пылевом облаке.

Команда космического корабля оказывается в трудном положе­нии: невозможно сориентиро­ваться и нет никакой надежды заправиться межзвездным га­зом (водородом) для нового прыжка — пыль забьет все фильтры. Анализы забортной среды приводят астронавтов в уныние — приборы показывают мизерное содержание водорода и очень много каких-то гид-роксила и формальдегида. А во­круг, куда ни глянь — сплош­ная чернота, не видно ни единой звезды...

вещества с целью... Эта

1.6.2. Соединить два

формула довольно точно отражает смысл многих технических реше­ний, основанных на химических эффектах.

Для контроля процесса изготовления зубчатых колес нужно пе­риодически проверять точность соприкосновения поверхностей зубь­ев в паре работающих колес. Существует много способов контроля «по отпечатку» — одно из колес смазывают каким-либо веществом и по контактному пятну определяют площадь и форму поверх­ности соприкосновения. Большинство из этих методов малоэффектив­ны — сухие или жидкие красящие составы расплавляются, осыпают­ся, не дают четкого пятна. Физические методы точны (например, напыление люминофора с последующим осмотром отпечатка в УФ-свете), но требуют дорогой и сложной аппаратуры. Идеальное вещество должно «содержать» в себе всю эту аппаратуру, то есть да­вать яркий и четкий отпечаток, быть доступным и дешевым. Напри­мер, это может быть пара химически активных по отношению друг к другу веществ, таких, как хлорид кобальта и вода (а. с. 796641).

Знание —сила, 1981, № 1.—С. 45—47.

Их наносят на разные колеса и в месте контакта хлорид кобальта меняет свой цвет с голубого на ярко-красный. Таких веществ множество, часть из них (тот же хлорид кобальта) используется в занимательных опытах на уроках химии.

Изобретения, основанные на использовании пары реагирующих друг с другом веществ, можно найти в любом подклассе патентной информации. Причем чаще всего эти изобретения именуются спо­собами, то есть изобретениями более высокого ранга, чем устройства и вещества. Вот лишь некоторые из них: а. с. 730 335 — способ консервации яиц {перекись водорода плюс окись кальция), а. с. 854713 — способ металлизации древесины (двуокись азота плюс муравьино-кислая медь), а. с. 893 964— способ получения пористых изделий из углерода (хлор плюс кремний), а. с. 894020—способ нанесения медных покрытий (хлор плюс медь), а. с. 920422—спо­соб обнаружения утечки из изделий (целлюлозная пленка плюс активный газ).

Получаемые с помощью соединения двух активных веществ химические эффекты применяются не только в технике.

Грозное оружие жука-бомбардира, защищающее его от много­численных врагов, действует на смеси перекиси водорода и гидрохи­нона. Оба вещества вырабатываются специальными железами и при угрозе нападения выпрыскиваются в «реакционную» камеру. Обра­зуются бензохиноны (ядовитые вещества с сильным запахом) и кис­лород, который выбрасывает струю из «форсунки» брюшка. Эта реакция дает много тепла, температура струи 100° С. Скорострель­ность как у пулемета —1000 выстрелов в минуту.

Даже простейшие манипуляции с химическими эффектами оку­таны тайной и магией для непосвященных. «Чудодейственные» способности филиппинских врачей (хилеров), будто бы делающих операции без скальпеля, объясняются ловкостью рук и элементар­ными химическими знаниями: кокосовое масло, которым они смазы­вают операционное поле, смешиваясь с сортом одного им известного растения, дает кровавую окраску («Литературная газета», 1985, 30 января, с. 13). А вот как описывается в журнале «Шахматы» (1971, № И, с. 19) жеребьевка на матче претенденток на звание чемпионки мира между Наной Александрией и Милункой Лазаревич в Голландии: «Здесь жеребьевка была проведена с помощью гра­финов и мензурок. Жидкость, которую налила Нана из графина в мензурку, окрасилась в черный цвет. Но повезло Милунке — ее мензурка после идентичной манипуляции осталась прозрачной, и пер­вую партию ей «вылилось» играть белыми. Изобретателем новинки оказался главный врач фабрики медикаментов, которая финансиро­вала проведение матча...»

Понятно, что для того, чтобы эффектно применять даже школь­ные химэффекты, их нужно знать. За незнание же часто приходится

расплачиваться — как тем астронавтам из рассказа А. Азимова. Кстати, спас их пассажир звездолета — школьный учитель, кото­рый должен был знать понемногу обо всем на свете, потому что ребя­та вечно задают вопросы и легко распознают липу. Он рассказал суперфизикам, что гидроксил и формальдегид — готовая горючая смесь, стоит немного сжать ее, как пойдет обычная экзотерми­ческая реакция с выделением тепла.

Не выходит за рамки школьного курса химии и изобретение по а. с. 857 356, поданное читателям журнала «Изобретатель и рациона­лизатор» (1983, № 2, с. 19) в несколько сенсационном духе: «впер­вые... чистый и экономичный... неисчерпаемые запасы...» Да, следует признать, что «химические» изобретения пока еще редки, экзотичны в массе «механофизических» изобретений. По подсчетам кандидата химических наук В. А. Михайлова, эти изобретения (вне самой химии) составляют менее 0,01 процента от общего количества изобретений в мировом патентном фонде.

Решение, предложенное в а. с. 857 356, близко к идеальному. Рассмотрим исходную ситуацию. В глубинах Черного моря содержит­ся несколько миллиардов тонн серы высокой чистоты. Как их по­лучить? Все способы выделения сероводорода из морской воды имели недостатки, главный из них — как поднять огромную массу воды из глубин и прогнать ее через химические установки, размещенные на добычном судне? Идеал — вода сама поднимается с глубины 260 метров. Так и сделали. Предложено поднимать сероводородную воду силой самого сероводорода: у нижнего торца трубы создают условия, при которых часть сероводорода выделяется в виде газа; газ замещает часть воды в трубе, отчего давление в ней становится меньше, чем снаружи; вода засасывается в трубу и газоводная смесь движется вверх (эрлифтный эффект). Но как заставить серо­водород выделяться из воды в слое, находящемся под огромным гидростатическим давлением? Тут-то и применили химэффект. Известно, что сероводород плохо растворяется в воде, и держится-то он в мертвой глубинной зоне Черного моря в основном благодаря давлению. Какой показатель химического равновесия сдвинуть? Проще всего кислотность, поскольку сероводородная вода имеет слабокислую реакцию. Если еще немножко подкислить раствор, то газ «не захочет» в нем оставаться. Роль спускового крючка сыграл сухой лед (твердый углекислый газ), который при подаче в нижнюю часть трубы хорошо растворяется в воде с образованием угольной кислоты. Приведенное решение, конечно, не единственное. Равно­весие можно сдвинуть и по другому показателю, да и подкислять можно иначе.

1.6.3. Разбор типичной задачи. В технологических процессах часто требуется использовать какой-либо газ со строго заданной влажностью. Но как гарантировать заданную влажность на входе в технологи-

ческую установку, если газ предварительно проходит долгий путь по трубопроводам?

Идеальный конечный результат (ИКР) задачи ясен: заданная влажность должна сама возникать непосредственно перед установкой. Но что такое влажность? Это молекулы воды, состоящие из водорода и кислорода. Значит, одно из возможных решений может быть таким: к газовому потоку заранее подмешать некоторую дозу водорода, а не­посредственно перед установкой пропустить поток через оксид металла (например, оксид меди) при повышенной температуре. Тогда... (а. с. 882928).

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Автомобили непрерывно совершенствуются. Главная черта этих изменений — перевод подсистем автомобиля на самообслуживание и саморегулирование. Само­подкачивающиеся шины, самосмазывающиеся узлы и т. д. Аккумулятор — под­система, которая не меняется десятилетиями. Что можно перевести в нем на режим «само...»? Начнем с малого — освободим автолюбителя от необходимости периоди­чески доливать дистиллированную воду. Как это сделать? Нужен «вечный» акку­мулятор.

Пояснение. Аккумулятор обычный, электролитический, его не надо менять. Для получения идеи решения достаточно иметь элементарные сведения о его работе.

2. Проникая в стекло, водород изменяет его структуру. А это, как оказалось,
может привести к затуханию световых волн в световодах оптических кабелей.
Особая опасность грозит подводным кабелям: при коррозии стальных кабельных
оболочек в морской воде образуется водород в достаточных концентрациях. Как
предотвратить порчу световодов?

Пояснение. Специалисты столкнулись с этой проблемой совсем недавно (см. «Химия и жизнь», 1984, № 5, с. 25) и она не имеет пока «патентного» решения. Такое обоснованное решение потребует, по-видимому, специальных исследований. Но идею вы найти сможете.

3. При строительстве на вечной мерзлоте все соору­
жения ставят на сваи или опоры, забиваемые в мерзлоту,
в том числе ЛЭП, нефтепроводы и другие линейно-про­
тяженные сооружения. Большая часть сооружений про­
кладывается в труднодоступных и удаленных от насе­
ленных пунктов районах. Устойчивость этих сооружений
зависит от глубины летнего оттаивания верхнего слоя
грунта. В жаркие годы часто случаются аварии, поэтому
опоры сооружений находятся под постоянным контро­
лем. Патрульный вертолет зависает над очередной
«точкой», а рабочий быстро спустившись по лестнице
на землю со своим контрольно-измерительным «прибо­
ром» — заостренным стальным стержнем — быстро
определяет глубину оттаивания. \

Предложите простой способ, позволяющий экипажу вертолета, не приземляясь, определить — находится ли опора в аварийном состоянии.

Пояснение. Задача имеет несколько «физиче­ских» решений, но почти все они требуют источников электроэнергии, периодического осмотра аппаратуры и т. д. А превышение предельной глубины оттаивания, то есть аварийное состояние опоры, может наступить, до­пустим, один раз в 10 лет. Предложите простое и надежное «химическое» решение.

4. Автомат на ювелирной фабрике делает из золотой проволоки звенья и тут же сцепляет их между собой. Оста­ется лишь соединить кончики проволоки в звеньях — и цепочка готова. Соединять концы надо сплошным золотым «мости­ком» того же диаметра, что и проволока, то есть переход должен быть незаметен и прочен. Одно из решений было такое: цепочку окунают в ванну с горючим ве­ществом, стряхивают излишки, в зазорах под действием капиллярных сил задержи­ваются капельки горючего вещества. За­тем следует сильный разогрев в месте разрыва, вещество горит и заплавляет концы. Но способ плохо «работает» на цепочках с размером звеньев менее 1—2 мм — горючее вещество задерживается не только между концами. Как быть?

Пояснение. Нет смысла модернизировать термитный способ сварки, по­скольку возможность ошибки (капиллярного удерживания горючей смеси не в том месте, где надо) останется. Идеальное решение должно быть примерно таким: оба конца вырастают навстречу друг другу и прочно соединяются.

5. При разработке среднеазиатских месторождений природного газа, содержа­
щего примесь сероводорода в 20—30 раз больше обычного, специалисты столкну­
лись с необычным явлением: одновременно на всех скважинах начались катастро­
фически частые обрывы обсадных труб буровых колонн, затем разрушение на-
сосно-компрессорных труб и оборудования. В столь крупномасштабный брак сталь­
ных труб и деталей трудно было поверить. Начались тщательные исследования
причин аварий. Первые же простейшие опыты потрясли очевидцев: вынутые из
скважин трубы, не имеющие изъянов и признаков коррозии, рассыпались при ударе
на множество осколков, как стеклянные. Заключение специалистов гласило: хими­
ческий состав материала труб отвечает ГОСТу. Результаты анализа условий про­
изводственной эксплуатации труб также были парадоксальны: чем прочнее сталь,
тем быстрее она разрушается, чем ниже температура и давление (то есть чем мягче
условия работы), тем быстрее разрушение...

Виновником аварий, как вы уже догадались, оказался водород. Радиус его атомов столь мал, что водород свободно проходит сквозь кристаллическую решетку металла, накапливается под большим давлением в местах границ зерен и микро­трещинах. Металл распирается изнутри. Некоторые легирующие добавки растворяют водород лучше железа. Причем, чем ниже температура, тем лучше растворяется водород. Использование непроницаемых для водорода твердых (эмалевых, эпоксид­ных) и жидких (постоянно обновляемых) покрытий не дает радикальных результатов. Кроме того, технология покрытий сложна и неэкономична.

Две задачи (мини- и макси-задача) на выбор:

а) предложите промысловикам метод прогнозирования аварий — как определить срок службы труб и оборудования, чтобы вовремя сделать замену; б) предложите эффек­тивный способ защиты металла от проникновения водорода внутрь.

6. Эта задача напрямую не относится к тематике главы. Один из возможных
ответов вы найдете в дальнейшем рассказе о химэффектах. Хотя, если подумать...,
то одну-две идеи можно получить и на основе уже известных вам эффектов (или
их сочетаний).

Итак, за всю историю Земли на ее поверхность не упали две одинаковые сне­жинки. Какое бы несметное количество их ни выпадало, все они различаются фор­мой, размерами, деталями. Представим себе, что возник новый вид коллекциониро­вания — собирание снежинок. Причем собирать нужно не фотографии (любой

уважающий себя коллекционер собирает только подлинники), а именно снежинки или, на худой конец, их точные слепки. Коллекционеры, назовем их гляцио-нистами, самозабвенно охотятся за необы­чайно красивой, вычисленной пока только еоретически, снежинкой — Снежной Ко­ролевой. Как помочь коллекционерам?

Примечание к задачам этой главы и всех последующих: есть задачи, которые решаются пря­мым применением эффекта или в две-три попытки. Все нормально, если на этом процесс решения за­дачи заканчивается (при наличии уверенности «попадания в цель»).

Внимание!

Ни в коем случае не продолжайте перебор вариантов! Это значит, что вам попалась задача не в один ход или вы недостаточно полно усвоили химэффекты. Будет неплохо, если вы еще раз просмотрите прочитанное. Можно также обратиться к Указателю химэффектов в конце раздела.

Но есть и такие задачи, которые не имеют однозначного ответа или пока не решены. В этом случае требуется применение более «тяжелой артиллерии» — стандартов или АРИЗа.

2. АГЕНТ 000 2.1. ОКС + ИГЕН = ОКСИГЕН

Не ищите на картах Кикандон. Этот маленький городок на юге Франции существует только в повести Жюля Верна «Фантазия доктора Окса»*. В сонный, захолустный Кикандон (население 2 393 человека) приезжают доктор Оке и его помощник Иген. Доктор неслыханно щедр: он берется построить городскую систему газового освещения. Прокладываются трубы, сооружается газовый завод. И в тишайшем Кикандоне происходят невероятные события. Чудо­вищно разрастаются овощи и фрукты. Появляются колоссальные цветы. Кошки, собаки, лошади непонятно почему проявляют буйную энергию. Наконец, сами кикандонцы, кроткие и флегматичные, пре­вращаются в забияк, драчунов, дуэлянтов. Всеобщее возбуждение достигает такого накала, что Кикандон объявляет войну соседнему городу... А потом взрывается газовый завод — и мгновенно наступает успокоение. Оказывается, завод вырабатывал кислород и насыщал им атмосферу города, а Оке и Иген исследовали влияние кисло­рода («оксигенума») на людей, животных, растения...

КИСЛОРОДНЕЕ КИСЛОРОДА

2.2.1. Земля — «воздушная» планета. И неудивительно, что зем­
ная техника тоже «воздушная»: воздух используют в самых раз­
личных технологических процессах, прежде всего — в процессах
горения и окисления. Но воздух, как известно, на ⁴Д состоит из
пассивного азота и лишь на '/5 — из активного кислорода. Поэтому
фантазия доктора Окса — подобно идеям многих других героев
Жюля Верна — оказалась реальным техническим предвидением:
должно было наступить время, когда для увеличения мощности
и производительности «технических организмов» потребовалась ис­
кусственная атмосфера с более высоким содержанием кислорода.
Повесть Жюля Верна была опубликована в 1874 году, а с начала
двадцатого века все чаще и чаще патентуются решения, основанные
на увеличении содержания кислорода в воздухе, используемом для
технических целей. Это стало одной из главных тенденций в развитии
современной техники.

2.2.2. Типичный пример: для интенсификации горения при об­
жиге и спекании дисперсного материала предложено применять
воздух, обогащенный кислородом (а. с. 254 536). Есте­
ственно, следующим шагом является переход кчистому кисло­
род у. А. с. 185 418: плазменно-дуговую резку нержавеющих сталей

Берн Ж. Собр. соч. Т. 12.—М., 1957.

ведут (для повышения качества и производительности) в чистом кислороде.

Закономерный вопрос: а что дальше? Что может быть «кислород-нее кислорода»?

2.2.3. Молекула кислорода состоит из двух атомов. «Кислороднее
кислорода» — озон, молекула которого построена из трех кислород­
ных атомов. Вслед за применением кислорода начинается полоса
технических решений, основанных на использовании озона. Примеры:
обработка питательной воды энергетических установок кислородно-
озонной смесью (а. с. 771 026), окисление озоном при химическом
анализе металлоорганических примесей (а. с. 792095).

2.2.4. Итак, логику развития технических систем, использующих
кислород, можно представить схемой:

Линия «а — д» отражает общую тенденцию развития техники -переход ко все более сильным окислителям. В терминах ТРИЗ это принцип (или цепь приемов). «Остановки» на линии -структуры, формы используемого вещества. Это область химии, в частности, физической химии. На каждом уровне существуют боковые ответвления, боковые линии. Это уже сфера действия физики — физические эффекты. В воздухе только 21 про­цент кислорода, но активность воздуха можно повысить ионизацией.

В чистом кислороде «только» 100 процентов кислорода, активность его можно повысить дроблением кислородных молекул, переходом к атомарному кислороду.

ЩИТ И МЕЧ

2.3.1. Озон, замыкающий цепь «а — д», очень сильный окисли­
тель. Есть, правда, окислители еще более сильные — фтор, неста­
бильные радикалы. Но озон можно получить прямо из воздуха -
самого доступного сырья. В этом его принципиальное преимущество.

Воздух и коронный разряд — вот все, что нужно для получения озона. Современное мировое промышленное производство озона составляет около 500 тонн в сутки. В лабораторных условиях используют и другие способы получения озона: радио­активное излучение, электронную бомбардировку кислорода (пат. США 4 095 115), фотохимические реакции (заявка Японии 51-77432), электролиз воды (пат. Австрии 293 295, европейская заявка 0068522, заявка Японии 56-45806), СВЧ-излучение (а. с. 874603).

Для производства озона в особо больших количествах (прогноз на конец двадцатого века) коронный электрический разряд не под­ходит — низкий энергетический выход. Поэтому особое внимание уделяется разработке более экономичных способов с использованием радиоактивного излучения — радиоизотопного и хемоядерного. На­пример, способ массового производства озона из жидкого кисло­рода (заявка ФРГ 2 659 702). В США существуют проекты хемо­ядерного реактора на 420 тонн озона в сутки с использованием отходов АЭС и небольших установок на изотопах (1 т/сут).

Использование изотопов выгодно и для озонирования малыми дозами больших объемов воздуха — не требуется обеспыливание и осушка воздуха как в электроозонаторах. Такой способ разработан, например, для обработки воздуха овощехранилищ («Техника и наука», 1983, № 11, с. 11).

2.3.2. Критическая температура озона — 12° С (для сравнения:
критическая температура кислорода —118° С). Жидкий озон -
при умеренном давлении — можно без потерь хранить в обычном
холодильнике. Возможность весьма заманчивая, но пока нереали­
зуемая. Дело в том, что озон неустойчив и легко разлагается
с выделением большого количества тепла:

Считается, что устойчива лишь кислородно-озонная смесь, содер­жащая не более 20 процентов озона. Впрочем, совсем недавно в учеб­никах химии писали, что перекись водорода (тоже сильный окисли­тель) уже при концентрации в 60—70 процентов становится опаснее гремучей ртути. Но когда промышленности потребовалось в больших

количествах получать и хранить высококонцентрированную перекись водорода, без особых трудностей удалось найти условия, обеспе­чивающие ее стабильность. Наверное, так будет и с озоном. Научимся хранить чистый сжиженный озон — и уйдут в прошлое тяжелые стальные баллоны для сжатого кислорода и громоздкие сосуды Дьюара, из которых непрерывно испаряется жидкий кислород.

А пока сжиженный озон хранят и перевозят в виде раствора во фреоне (пат. Франции 1 344 944) или «в паре» с адсорбентами — цеолитом (пат. США 3006156), силикагелем (пат. США 3514963).

2.3.3. Как «у природы нет плохой погоды», так и у химических веществ нет плохих свойств. Все зависит от того, как использовать то или иное свойство. Может оказаться полезной и способность озона легко разлагаться с выделением большого количества тепла.

В горной технике применяют оксиликвит — взрывчатое вещество (ВВ), состоящее из угольного порошка и жидкого кислорода. Ана­логичное и притом значительно мощное ВВ (его следовало бы назвать озоликвитом) возможно и на основе жидкого озона. Пока такое ВВ существует только на бумаге — в экзотическом аргентинском патенте, выданном еще в 1916 году. Но «пиротехнические способ­ности» кислородно-озонных смесей уже используют на практике. Так, по а. с. 332 959 производительность газокислородной резки повышают подачей озонированного кислорода.

2.4. С ПРАВОМ НА УБИЙСТВО...

2.4.1. Интенсификация процессов горения —
завтрашняя специальность озона. Сегодня озон применяют главным
образом в процессах окисления, то есть того же горения, но только
«тихого».

У «тихого» горения свои преимущества. Можно, например, полу­
чить свет без пламени — это явление называется хемилюминесцен-
цией. Известны десятки веществ, способных светиться при смеши­
вании с озоном. Прежде всего к таким веществам относится этилен —
дешевый и доступный газ. Возникновение свечения при смешивании
озона с этиленом открывает ряд интереснейших изобретательских
возможностей... ₍

2.4.2. Знаменитый Джеймс Бонд, как известно, был агентом
007, нули перед семеркой означали, что агент имел право на убий­
ство. Кодовое обозначение (то есть химическая формула) озона
грознее — ООО (или О-О-О, или О₃). Озон — агент с «правом на
массовое убийство»... бактерий и всевозможных вредных примесей.

Это ценнейшее свойство озона используют, прежде всего, для очистки воды. Построено свыше тысячи станций для озониро­вания питьевой воды (наиболее крупные — во Франции, СССР,

Канаде). Озон не только обеззараживает воду, но и обесцвечивает ее, устраняет посторонние запахи и привкусы (а. с. 785212, пат. Франции 1112 378, пат. США 3 685 656 и др.). Обработанная озоном вода по качеству близка к родниковой.

2.4.3. Особое значение имеет использование озона при очистке
сточных вод, например, от нефтепродуктов (а. с. 513 013 и др.),
поверхностно-активных веществ (а. с. 607785), цианидов (а. с.
592761), органических примесей (а. с. 718376), фенолов (заявка
Франции 2267985), гидразина (заявка ФРГ 1 517634)... Практи­
чески все классы органических соединений искусственного и есте­
ственного происхождения реагируют с озоном.

2.4.4. Бактерицидные свойства «агента 000» позволя­
ют очищать воздух, консервировать овощи (а. с. 829484, 934994),
фрукты (а. с. 923505), зерно (а. с. 718072), стерилизовать жид­
кости (а. с. 1 007 678) и т. д. Озон — экологически безопасный
стерилизатор, при его использовании не образуются вредные газовые
выбросы (при условии, что сам озон полностью расходуется
в реакциях). Вообще, сильное биологическое действие озона (и про­
дуктов его распада) может быть широко использовано для акти­
вации или подавления биопроцессов. Примеры: борьба с обраста­
нием подводной части судна (а. с. 413664), активизация яиц рако­
образных (а. с. 712065), улучшение хлебопекарных свойств муки
(а. с. 839462), активизация семян зерновых культур перед посевом
(а. с. 718033), обработка почвы с одновременной интенсификацией
роста растений (а. с. 917760). По способу очистки подводной по­
верхности корпуса судна от обрастаний (а. с. 887355) предлагается
подавать озон в прилегающий к корпусу слой воды и одновременно
воздействовать ультразвуком. Озон используется даже для повы­
шения качества икры рыб — ее обеззараживания и обесклеивания
(а. с. 1 009358).

Американские исследователи испытали действие озона на клетки опухолей, при этом рост клеток тормозился. Ученые считают воз­можным использовать этот метод (один или в сочетании с другими методами) для лечения рака легких.

В 70-е годы страницы многих журналов облетела сенсационная фотография: обыкновенный лабораторный стакан, прозрачная жид­кость, а на дне — живая белая мышка с привязанной к хвосту гирь­кой. Подпись гласила, что длительное пребывание мышки в стакане не принесло ей никакого вреда.

Эта жидкость — фторуглерод (фреон), хорошо растворяющий кислород (и все его производные). Фторуглероды оказались совер­шенно безвредными для человека. Фреоново-кислородным «коктей­лем» можно заменить часть крови человека (впервые этот опыт проделал на себе японский врач Р. Наито). Аналогично «озонная кровь» (концентрат озона) может быть использована в промышлен-

ности. Так, по патенту США 3 781 200 озоном насыщают тяжелый фреон (температура испарения 28° С) и вводят его в сточную воду. Об опытах по озонированию (малыми дозами О₃) крови человека при переливании (происходит активация эритроцитов) сообщила газета «Социалистическая индустрия» (1984, 22 марта).

Следует помнить, что озон, как и любое другое биоактивное вещество, полезен только в определенных (очень малых) концентра­циях. Повышение содержания озона выше предельно допустимой нормы становится опасным для живых организмов. Они начинают защищаться от озона, применяя внешние или выделяя собственные антиозонанты (вещества, поглощающие или связывающие озон). Особенно это заметно перед грозой: насекомые скапливаются в тонком (40—60 см) слое воздуха над водой (вода хорошо погло­щает озон), на длинных усах пшеницы выделяются капли влаги, все растения усиленно благоухают (душистые вещества — хорошие антиозонанты), воробьи купаются в пыли, хвоя сосен настолько сильно выделяет влагу, что в лесу может выпасть подобие дождя при ясном небе.

Таким же образом, кстати, решена и проблема «Озонной уста­лости» (разрушения) полимерных деталей высотных самолетов — в них вводят добавки-антиозонанты.

Еще раз напомним, что планета наша «воздушная», а не «кисло­родная» и тем более не «озонная». Сильные окислители нужны технике, но не нам с вами. Раз они сильные, то и использовать их надо в малых дозах, в идеале — совсем чуть-чуть, не превышая естественного природного фона. Там, где требуются большие дозы озона, необходимо обеспечить условия для его разложения перед выбросом в атмосферу (например, по а. с. 895923).

Органы обоняния человека очень чувствительны, и мы безошибоч­но определяем отклонения от нормы в чистоте воздуха. Нам приятен запах свежего воздуха, но что это такое — свежий воздух,— физи­ческая или субъективная характеристика? Казалось бы, абсолютно чистый воздух должен быть свежим. Но это не так, чистый воздух ничем не пахнет (так же и дистиллированная вода безвкусна). Только недавно установлены условия, при которых в воздухе всегда явственно ощущается запах свежести — слабое радиоактивное об­лучение (близкое по интенсивности к природному фону).

Стало ясно, что главным действующим на обоняние химическим агентом оказался озон, а также окислы азота и ионы кислорода. В зависимости от соотношения этих веществ можно вызвать запах зелени, свежих фруктов, талого снега и т. д. Где можно использовать этот химический эффект с таким тонким физиологическим воздей­ствием?

Одно из эффективных применений свежести уже нашли амери­канские промышленники: в США запатентована смесь веществ,

' Зак. 137

придающих одежде запах свежего воздуха (пат. США 4434086). Почти ничего, один только запах, а товар стал намного привлека­тельнее. Уловка почти по Насреддину, помните? — Подержав над жарившимся мясом кусок хлеба, дав ему пропитаться запахом, он «заплатил» за это звоном монет. Только здесь совсем наоборот...

РАБОЧИЕ ПРОФЕССИИ ОЗОНА

2.5.1. В химической промышленности озон позволяет интен­
сифицировать многие процессы, например получение кислот:
фталиевой (а. с. 240700), глиоксалевой (а. с. 235759), глутами-
новой (пат. США 2 833 786) и других. В промышленном масштабе
применяется окисление метана озоном до формальдегида. Озон
используется также в способах получения: гормонов (пат. США
2 575 350), альдегидов (пат. ФРГ 88 901), сульфатов (а. с. 350 752),
окисей аминов (англ. пат. 437566), сульфата окиси железа (а. с.
715483), высших жирных спиртов (а. с. 497276) и многих других
веществ.

При обычной температуре большинство металлов окисляет-с я озоном. Серебро чернеет в воздухе, содержащем озон, с ртутью он образует окись. Озон способен образовывать озониды щелочных металлов, из которых известнее других озониды калия и аммония (используются для обеспечения жизнедеятельности замкнутого цик­ла, регенерации воздуха). Озониды имеют красный цвет и пара-магниты. На основе реакции озона с гидроокисью никеля и щелоч­ными металлами разработана технология изготовления химических источников тока повышенной емкости (европейская заявка 0057783).

2.5.2. Впервые озон был обнаружен в 1785 году Ван-Марумом
по характерному запаху и окислительным свойствам, которые приоб­
ретает воздух после пропускания через него электрических искр.
Ван-Марум приписал эти свойства «электрической материи».
В 1840 году Шенбейн сопоставил изменение свойств кислорода
при пропускании через электрический заряд и при электрохими­
ческом выделении и объяснил эти изменения образованием особого
газа, который он назвал «озон» (от греч. пахну). Позже Мариньяк
и де ля Рив показали, что озон является видоизменением кислорода
(«Краткая химическая энциклопедия»).

Если «колыбелью» озона был химический анализ, а «очагом», откуда началось его распространение,— химическая промышлен­ность, то нынешнее «поле деятельности» озона трудно обозримо. Он все шире и шире захватывает различные отрасли промышлен­ности, техники и сельского хозяйства.

В целлюлозно-бумажной промышленности разрабатываются новые технологические процессы с использованием О2 и О₃: варка

целлюлозы, обработка древесной массы озоном без варки для выра­ботки газетной бумаги, отбелка целлюлозы, обработка отходов, очистка сточных вод и газовых выбросов.

В промышленном птицеводстве озон используется для сани­тарной обработки зерна и кормов, в инкубации яиц — для сти­муляции эмбрионального развития и дезинфекции, для санации воздуха в птичниках, профилактики заболеваний, консервирования трав.

В пищевой промышленности озон применяют в холодильниках-хранилищах для торможения образования плесени и бактерий. Концентрации от 1 до 3 мг озона на один кубометр воздуха доста­точно для хранения яиц, мяса, овощей и фруктов.

Озон хорошо окисляет красящие вещества и потому отбеливает воск, масло, хлопок.

Воздействие озона на поверхность различных веществ позволяет создавать оксидные пленки, ускоряет сушку лаков и красок, устра­няет электростатические заряды.

Окислительные свойства озона используются для обезвреживания пульпы (а. с. 385621), получения ферритов (а. с. 261 859), в спо­собе газокислородной резки (а. с. 332959), при продувке жидкой стали в конверторах (а. с. 312880), в качестве окислителя в ракет­ном топливе (пат. США 2704274), для окисления выхлопных газов автомобилей (а. с. 791 819).

Металлоорганические примеси в воздухе — одни из самых вред­ных и трудноопределимых обычным химическим анализом. Предло­жено поступать следующим образом: пробу воздуха смешивают с озоном, примеси окисляются и приобретают электрический заряд. Заряженные частицы становятся ядрами конденсации, на них осе­дают частицы воды, укрупняя и «проявляя» их (а. с. 792095).

2.5.3. Боковые ответвления на линии «а — д» (см. схему на с. 125) не показаны по простой причине: и кислород, и озон хорошо сочетаются со многими физическими и химическими эффектами. Области совместного (двойного, тройного и т. д.) применения этих эффектов могут быть самыми разнообразными — они зависят от хода решения конкретной изобретательской задачи.

Остановимся пока на эффектах, которые содействуют процессу озонирования, помогают максимально реализовать окислительный потенциал озона. Цель применения эффектов — катали­зировать (ускорить, улучшить) процесс. Причем установлено, что действие всех катализаторов озона основано на одном и том же механизме — быстром распаде озона (чтобы его молекула не успела вступить в реакцию) с образованием гидроксильных радикалов. Гидроксильный радикал, который по величине окислительного по­тенциала уступает только атомарному фтору, еще быстрее вступает в реакции, чем молекулярный озон.

Таким катализатором являются, в первую очередь, ОН-ионы, то есть щелочная среда. Проще говоря, озон действует в несколько раз лучше в жидкости, если в нее добавлена щелочь. В нейт­ральных и кислых средах, а также при реакциях с газами и твердыми веществами нужны другие катализаторы. Примеры: кави­тация, вызываемая ультразвуком (пат. США 4 003 832) или специ­альным ротором (а. с. 223 642), УФ-свет (заявка Японии 43-6714, за­явка Франции 2 167 782), электрическое поле (а. с. 802 196), электро­магнитное поле или рентгеновские лучи (заявка Франции 2 162 239). Это все физические воздействия, а вот примеры применения хими­ческих веществ, ускоряющих процесс озонирования: окислы мар­ганца, железа, никеля, меди (пат. США 4007 118), окислы азота фосген, хлор, перекись водорода, соединения фосфора (пат. США 3505213), соединения брома (пат. ФРГ 2450731), соединения фтора и йода (пат. США 2771416), окись алюминия (заявка Франции 2432483).

2.5.4. Существует множество цветных реакций озона.
Многие вещества, например: фуксин, флуоресцеин, о-толуидин, инди-
гокармин и т. д., изменяют цвет, реагируя с озоном. Например,
раствор йодистого калия из бесцветного меняет цвет от розового до
бордового в зависимости от количества озона, пропущенного через
раствор (распространенный метод определения концентрации озона
в газе). По патенту ФРГ 1 262638 предложен способ определения
озона по цветной реакции с сульфофталеином.

2.5.5. О хемилюминесцентной реакции озона с этиленом уже
говорилось (2.4.1). Среди других 40 веществ, которые флюорес­
цируют при наличии озона в воздухе, можно назвать родамин,
эозин, феносафранин, рибофлавин, эйхрозин. Часть из них исполь­
зуется в быстрых анализаторах атмосферного озона (например,
пат. США 4232225). Хемилюминесценция может быть и в ультра­
фиолетовой области спектра. Так, при озонировании сульфидов
наблюдается излучение в полосе 275—340 нм.