Эксперимент: химия в желудке

 

Положите в стакан таблетку антацида (выберите самое

простое средство, а не дорогостоящий препарат двойного действия) и добавьте немного уксусной кислоты. Вы увидите, как из таблетки выходят пузырьки. Такая же реакция происходит и у вас в желудке. При этом выделяется углекислый газ. Уксусная кислота намного слабее соляной, поэтому эффект не столь бурный. Если реакция не происходит, то вы, возможно, взяли таблетку, покрытую защитной оболочкой.

Повторите эксперимент, разломив таблетку надвое. Реакция идет более активно. Отчасти это объясняется тем, что вы разрушили защитную оболочку, но причина также и в увеличении площади взаимодействия карбоната с кислотой.

При соединении карбоната кальция и соляной кислоты возникает бурная реакция, которая заканчивается образованием трех молекул. Соляная кислота состоит из одного атома водорода и одного атома хлора. В ходе реакции хлор связывается с кальцием, образуя хлорид кальция, а пары атомов водорода присоединяются к атому кислорода, образуя воду. От молекулы карбоната остается только двуокись углерода, то есть углекислый газ. В результате уровень кислотности снижается и ваш желудок успокаивается (будем надеяться).

 

«Вредное» соединение

 

Двуокись углерода – простое химическое соединение, которое в наши дни пользуется дурной славой. Если бы мы снимали фильм про Джеймса Бонда, этот газ играл бы роль злодея, решившего установить господство над миром. Такую репутацию он заслужил из‑за того, что, являясь парниковым газом, вносит свой вклад в глобальное потепление. Действительно, слишком большое содержание углекислого газа в атмосфере не приводит ни к чему хорошему. Но не следует мазать его исключительно черной краской, потому что в силу ряда причин мы не смогли бы без него жить.

Во‑первых, парниковый эффект имеет и положительные стороны. В атмосфере он играет роль зеркала, отражающего тепло. Свет Солнца в основном пронизывает атмосферу и нагревает поверхность Земли. Она отдает тепло в виде инфракрасных лучей низкой энергии. Часть из них улавливается молекулами углекислого газа, а затем излучается опять же в инфракрасном диапазоне, но в разных направлениях. Какая‑то часть рассеивается в пространстве, а какая‑то возвращается на Землю. Таким образом, углекислый газ как бы выполняет функцию одеяла, укрывающего планету и поддерживающую на ней пригодную для жизни температуру.

Правда, если вы хотите увидеть, к чему может привести избыток углекислого газа, отправляйтесь на Венеру. Считается, что когда‑то она напоминала по условиям Землю, но 97 процентов углекислого газа в атмосфере привели к парниковому эффекту, вышедшему из‑под контроля. Средняя температура на Венере составляет 480 °С, а порой доходит и до 600 °С. У нас углекислый газ составляет лишь 0,039 процента по объему, но благодаря парниковому эффекту (в котором участвуют и другие газы, например водяной пар и метан) средняя температура на Земле на 33 °С выше, чем была бы без него. Если бы не парниковый эффект, средняя температура на Земле составляла бы ‑18 °С, что существенно ограничило бы возможность жизни на ней.

Еще одна чрезвычайно важная черта углекислого газа заключается в том, что он является пищей для растений. Как уже было сказано, жизненный цикл обитателей Земли базируется на растениях. В них нуждаются даже плотоядные животные, поедающие других животных, так как в конце пищевой цепи вы непременно обнаружите растение. Растения поглощают углекислый газ из воздуха, используя углерод в процессе фотосинтеза и вырабатывая в качестве побочного продукта кислород, которым мы дышим.

 

Добавьте немного шипучки

 

Еще одно свойство углекислого газа, на этот раз не столь серьезное, было обнаружено сравнительно давно. В 1756 году шотландский врач Джозеф Блэк впервые получил чистую двуокись углерода. Спустя 11 лет Джозеф Пристли, открывший впоследствии кислород, начал изучать свойства этого газа в пивоварне Лидса. Один из экспериментов заключался в пропускании пузырьков углекислого газа через воду. Часть газа при этом растворялась, придавая обычной воде привкус альпийских минеральных вод.

Пристли совсем забыл об этом опыте и вспомнил о нем лишь в 1772 году на ужине у герцога Нортумберлендского в Лондоне. Развлекая гостей, хозяин предложил им морскую воду, опресненную методом дистилляции. Гости сочли ее слишком безвкусной, и тогда Пристли объявил, что знает, как улучшить вкус. На следующий день он приготовил содовую. В то время Пристли получал углекислый газ в ходе реакции серной кислоты с мелом, весьма схожей с той, что происходит в желудке при приеме таблетки антацида. Впоследствии его выгнали из пивоварни за то, что он испортил целую партию пива, пытаясь растворить двуокись углерода в эфире. К сожалению, Пристли так и не поставил производство содовой воды на коммерческую основу. Спустя несколько лет этим изобретением воспользовался швейцарец Иоганн Швеппе.

 

Менделеев и его таблица

 

Должно быть, в школе химия ассоциировалась у вас с громоздкой периодической таблицей элементов. Так вот, эта таблица позволяет предсказать, как поведет себя кислота в вашем желудке, если выпить таблетку антацида. Когда Дмитрий Иванович Менделеев представил ее научной общественности, она стала настоящим прорывом в химии. Русский ученый был не единственным и далеко не первым, кто пытался обнаружить какой‑то порядок в многообразии различных элементов, из которых состоит окружающий мир. Но он оказался самым упорным и настойчивым в раскладывании пасьянса из карточек с названиями элементов и в итоге сумел расположить их так, чтобы придать смысл всей картине.

Принципы, лежащие в основе периодической таблицы, достаточно просты. В ней есть несколько рядов, в которых элементы располагаются друг за другом слева направо в порядке возрастания массы. Эти ряды разделяются на колонки, в которых объединяются элементы со схожими свойствами. Сам того не осознавая, Менделеев поместил в каждую колонку элементы, у которых внешний слой имел одинаковое количество электронов (или одинаковое количество недостающих электронов). Поскольку именно эти электроны определяют характер связи атома с другими элементами, от них зависят и химические свойства.

 

Периодическая таблица элементов

 

Данный подход доказал свою правоту, когда Менделеев предсказал существование новых элементов, которые до этого были неизвестны. В таблице были пробелы, и Менделеев посчитал, что их должны занять атомы, обладающие схожими свойствами с уже известными элементами данной группы. Так, например, под кремнием оказалось пустое место, и Менделеев назвал недостающий элемент экакремнием (от санскр. эка – один).

Вскоре действительно был открыт элемент, заполнивший пустое место в таблице. Его назвали германием. У этого элемента есть ряд схожих черт с кремнием (оба в настоящее время используются для изготовления транзисторов и других электронных устройств), и его химические свойства точно совпали с предсказанными Менделеевым.