Химия в технологиях индустриального общества

И.А. ЛЕЕНСОН

ХИМИЯ  
В ТЕХНОЛОГИЯХ 
ИНДУСТРИАЛЬНОГО 
ОБЩЕСТВА

Обзорное введение в специальность

.indd   1
04.03.2011   13:08:41

И.А. Леенсон
Химия в технологиях индустриального общества: Учебное
пособие / И.А. Леенсон – Долгопрудный: Издательский Дом
«Интеллект», 2011. – 280 с.
ISBN 9785915591065

Почему бензин марки 98 такой дорогой? И может ли марка бензина быть
больше 100?

Какой русский изобретатель не позволил американским фирмам получить патент по переработке нефти?

Может ли «зеленая энергетика» заменить традиционные источники
энергии?

Что такое закаленное стекло и почему оно такое прочное?

Как устроены жидкокристаллический дисплей, аккумулятор для мобильного телефона, ксеноновые фары, подушки безопасности и многие другие вещи?

Чем свекловичный сахар отличается от тростникового?

Почему первые воздушные шары наполняли дымом от горения мокрой
шерсти и соломы?

Что происходит в коже при загаре и чем он может быть вреден?

Можно ли самому за одну минуту провести анализ крови на сахар?

Почему все люди подвергаются радиоактивному облучению «изнутри»?

Наконец, какие почтовые марки разных стран посвящены достижениям химии, о которых рассказывается в этой книге?

Обо всем этом и многом другом вы узнаете, прочитав книгу,  которая
посвящена «Году химии».

Книга адресована всем интересующимся достижениями науки и техники.

                         © 2011, И.А. Леенсон
                         © 2011, ООО «Издательский Дом
                              «Интеллект», оригиналмакет,
                               оформление

ISBN 9785915591065

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6

Огонь и химия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8

Огонь — трением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
Зажигалки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
Современное «огниво» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
Из истории спичек . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
Как горит свеча . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
Химия пламени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21

Уголь и газовое освещение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29

Как образуется уголь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
Газ из угля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31

Нефть и нефтехимия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35

Как возникла нефть? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
Из истории нефтедобычи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
Первые шаги нефтепереработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
Нефть и бензин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
Нефть в современном мире . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
Нефть и асфальт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51

Ядерная энергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51

Первые открытия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
Атомные электростанции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
Радиоактивность внутри и вне нас . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60

Портативные источники питания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67

Удивительные открытия Гальвани и Вольты . . . . . . . . . . . . . . . .
67
Гальванические элементы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
Аккумуляторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75

Оглавление

Альтернативные источники энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
Ветрогенераторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
Геотермальные станции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
Солнечная энергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84

Химия — автомобилестроению. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
Подушки безопасности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
Прочное и безопасное стекло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
Автомобильные фары . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
98
Каучук для шин — и не только . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
101
Алюминий в автомобилестроении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
108

Синтетические волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
111
Искусственный шелк. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
111
«Найлоновая драма» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
114

Люминофоры — источники «холодного» света . . . . . . . . . . .
120
Флуоресценция и фосфоресценция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
120
Холодный «химический свет» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
122

Из истории воздухоплавания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
124

Вычислительная техника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
131
От абака до «Феликса» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
131
От машины Бэббиджа до персонального компьютера . . . . . . . . . .
133
Жидкокристаллические мониторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
137

Химия и медицина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
140
«Сито для лекарств» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
144
Иод и человек . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
149

Из истории антибиотиков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
156

Глюкоза, диабет и химия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
164
Что такое диабет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
164
Зачем нужен инсулин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
165
Триумф химии: синтез инсулина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
168
Анализ на глюкозу — за 60 секунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
172

«Когда молекула смотрится в зеркало» . . . . . . . . . . . . . . . . .
174
Поляризация света и оптическая активность. . . . . . . . . . . . . . . .
175
Открытие Пастера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
176
Хиральные лекарства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
181

Оглавление
5

Радионуклиды в медицине . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
184

Хевеши, супруги Жолио–Кюри и радиоактивные индикаторы . . . .
184
Технеций и его свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
188
Технеций в медицине . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
191

Химия и парфюмерия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
199

Парфюмерия древних . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
199
Химики — парфюмерии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
205

Химия загара . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
220

Загар и ультрафиолетовые лучи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
220
Защита от ультрафиолета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
226

Из истории удобрений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
234

«Сладкая» химия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
241

Стандарт сладости — сахароза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
241
Сахароза и фотосинтез . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
244
Как получить фруктозу? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
247
Другие сладости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
250
Сладости в природе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
253

Сохранение продовольствия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
255

Озон и фреоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
258

Получение и свойства озона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
258
Фреон и «озоновые дыры» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
260
Озон в тропосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
263
Озон и здоровье . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
268

Питьевая вода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
271

ПРЕДИСЛОВИЕ

На шестьдесят третьей Ассамблее ООН 2011 год был провозглашен
Международным годом химии. В резолюции, принятой по этому поводу
Исполкомом ЮНЕСКО, отмечается ключевая роль химии в решении
важнейших проблем современности: сохранении систем поддержания
жизни на планете, обеспечении человечества чистой водой, продовольствием и энергией, смягчении последствий климатических изменений.
Что дает химия современному человеку? Вот как образно рассказала
о роли химии в современном мире главный редактор журнала «Химия
и жизнь — XXI век» Любовь Николаевна Стрельникова.
«Как-то на одной из лекций, которые я читаю студентам четвертого
курса факультета журналистики, я спросила: «Зачем нам нужна нефть,
вокруг которой столько шума?» Аудитория дружно ответила: «Чтобы
бензин был и машины ездили». — «А еще зачем?» До керосина мы
добрались с трудом. С еще большим скрипом дался мазут и топливо
для тепловых электростанций. «А еще зачем?» И в аудитории повисла
тишина. Тогда я пригласила самого смелого из студентов «на сцену», и
этого молодого человека мы стали с его согласия виртуально раздевать.
Извлекли из карманов пластмассовую ручку, флешку, кредитные карты,
очки, плеер, мобильный телефон, блистер с таблетками. Потом очередь
дошла до пиджака, рубашки... Причем на пиджаке мы рассматривали
этикетку, где обозначен состав материала. Далее мы обследовали аудиторию, в которой проходила лекция: на чем сидим, что на стенах и т. д.
И очень быстро студентам все стало ясно. Химические волокна, пластмассы и прочие материалы, из которых сделана наша комфортная среда
обитания, лекарства, парфюм... Все это сделано из продуктов переработки нефти. Мы живем в мире, который строят химики, — это стало
настоящим открытием для студентов четвертого курса».
Поэтому когда кто-то говорит, что «химия портит окружающую среду и надо от нее отказаться», такого человека следует спросить, согласился бы он отказаться от автомобиля и телефона, компьютера и
телевизора, стекла и фарфора, цемента и кирпича, бумаги и полимерной

Предисловие
7

упаковки, а также многих других вещей и материалов, которые нельзя
получить без развитых химических производств. Так что нужно не отказываться от «химии», а придумывать более совершенные малоотходные способы получения нужных человеку вещей. Придумывать экономичные способы обезвреживать вредные отходы производства. Разрабатывать способы получения электроэнергии без сжигания природного
газа, нефти или угля. И тогда польза от химии только возрастет, а вред
будет сведен к минимуму.
Что дала и продолжает давать химия для развития цивилизации? На
этот вопрос попыталась кратко ответить группа американских химиков — членов Американского химического общества под руководством
профессора Аттилы Павлата. Они написали небольшой обзор некоторых важнейших достижениях химии и химической промышленности.
А в венгерском городе Сегед студенты и преподаватели кафедры физической химии Сегедского университета создали по этим материалам
презентацию, на которой было представлены красочные плакаты, иллюстрирующие текст. Химики разных стран перевели текст с английского на многие языки мира. Более подробно об этом проекте можно узнать на сайте http://www.chemistryinyourlife.org, а на страничке
http://www.chemistryinyourlife.org/Exhibition.html можно посмотреть
переводы на разные языки мира, в том числе и на русский.
Книга, которую Вы держите в руках, содержит ряд очерков на ту же
тему с необычными «филателистическими» иллюстрациями. Наши очерки дают более развернутый ответ на многие вопросы, вытекающие из
уже заданного — что дает химия нашей цивилизации?
Издание будет полезно прежде всего для учащихся старших классов
и учителей (не только химии), для студентов и преподавателей вузов,
а также для всех интересующихся ролью науки в современном обществе. Книга не только пропагандирует достижения химии и смежных
областей науки и их роль в жизни каждого человека. Другая ее важная
цель — борьба с хемофобией, страхом перед химией, непониманием ее
роли в жизни каждого из нас.

ОГОНЬ И ХИМИЯ

Горение — первая химическая реакция, с которой познакомился первобытный человек. И не только познакомился, но и научился
примитивно ею управлять, добавляя в нужное время сучья в костер.

Огонь символизирует права человека на советской
марке 1963 г.

В течение многих тысячелетий огонь использовался для обогрева, приготовления пищи, освещения.
Вокруг костра или очага в пещере проходила вся
«общественная жизнь» людей. Возможно, непередаваемая игра языков пламени запечатлелась, образно говоря, на генетическом уровне, поэтому любое
пламя — свечей на новогоднем вечере или костра в
походе — до сих пор так завораживающе действуют
на человека.
Овладение огнем немало способствовало тому, чтобы существо Человек Прямоходящий (Homo Erectus,
он же питекантроп, он же синантроп) сменилось существом Человек Разумный (Homo Sapiens). Вероятно, огнепоклонники — первые религиозные люди на
Земле. В Индии в древнейших гимнах «Ригведы» воспевается Агни —
бог огня, домашнего очага и жертвенного костра. По числу упоминаний в «Ригведе» Агни занимает второе место после Индры, главы
всех богов. Именно от древнего индоевропейского корня произошли и
латинское ignis, и наше «огонь»; этот корень в том или ином виде есть
во всех славянских языках, и не только в них (по-литовски огонь —
ugnis, по-латышски — uguns, да и по-английски igneous — огненный).

Греческий философ Гераклит считал, что «первичным
элементом», из которого произошло все остальное, был
огонь. Этот «огненный элемент» символически изображен на марке Лихтенштейна (1994, 1 швейцарский
франк)

Без, сомнения, впервые использованный человеком огонь был нерукотворным: он был зажжен молнией или же раскаленной вулканиче

Огонь — трением
9

ской лавой. Вид горящего леса должен был вызывать панический ужас
у всего живого. «Красным цветком... называли огонь, — пишет Редьяр
Киплинг в «Книге джунглей», — потому что ни один зверь в джунглях

Разрушительная сила
огня на датской марке
(1981, 2 кроны)

не назовет огонь его настоящим именем. Все
звери смертельно боятся огня».
Человек, в отличие от зверей, сумел преодолеть страх и приручил огонь. Многие мифы
связывали овладение огнем с древними героями,
похитившими его с неба. Самый известный из
них — миф о Прометее; дав людям огонь, он был
за это жестоко наказан богами.
Вспыхнувшее от удара молнии дерево — явление очень редкое, поэтому сохранение огня
было важнейшим ритуалом. Ведь потеря огня, особенно в холодное
время, была почти эквивалентна потере жизни. Отсюда многие древние
и современные ритуалы: жрецы в храмах поддерживали неугасимый
огонь, горят свечи в христианских храмах, Благодатный (животворя
Прикованный к скале
Прометей изображен на
марке Чешской республики (2004, 26 крон)

щий) огонь сходит на Пасху в Иерусалиме, в
память о погибших горит Вечный огонь, перед
очередными олимпийскими играми из Греции
несут олимпийский огонь. И даже издательство
есть в Москве «Неугасимая лампада»...
Вплоть до ХХ века огонь оставался практически единственным средством не только обогрева и получения механической работы в паровых машинах, но и освещения. Когда-то улицы и помещения освещали факелы или плошки
с растительным маслом или животным жиром
(изредка для этих целей использовали спермацет — воскообразное вещество из головы кашалота). Затем их сменили свечи (восковые и
более дешевые стеариновые и парафиновые), керосиновые лампы и газовые фонари. Однако в свет переходит лишь
ничтожная часть энергии пламени (десятые доли процента), в основном
она выделяется в виде теплоты.

Огонь — трением

Искусственное добывание огня было насущной потребностью первобытного человека. Окончательно покорить огонь человек смог
только тогда, когда научился самостоятельно добывать его. С помощью
огня можно было освещать жилища, изготовлять гончарные изделия
для приготовления пищи или отваривания лекарственных растений, об

ОГОНЬ И ХИМИЯ

жигать кирпичи, выплавлять металлы. Со школы мы знаем, что в древности люди добывали огонь трением. Но редко кто пытался воспроиз
вести это действие. А из тех, кто
из любопытства все же пытался, мало кому удавалось разжечь костер
без спичек и зажигалки. Тут нужны
и специальные материалы, и особая
сноровка и умение. Иллюстрация одного из способов — на рисунке.
Со временем примитивный способ
добывания огня при помощи палочки
сменился более производительным. В
дело пошли крем´eнь, кресало и трут.
Кремень — это природный минерал пирит (от греч. pyr — огонь), кубическая модификация дисульфида железа FeS2, золотисто-желтые тяжелые кристаллы с металлическим блеском. Следует иметь в виду, что
в обиходе слово «кремень» может означать также кварцевый минерал
халцедон. (А для любителей украшений интересна другая, ромбическая
модификация дисульфида железа — минерал марказит.) В раннее средневековье немецкие рудокопы заметили, что при ударе о сухой пирит
стальной кирки он крошится, и одновременно от места удара рассыпается целый сноп ярко-желтых искр. Это свойство и стали использовать в

Кристаллы пирита на марке Французской Антарктики (2009, 0,15 евро)

приспособлении
для
добывания
огня
—
огн´иве, которое хорошо известно по сказке
Андерсена. Куском кремня ударяли по кресалу — полоске очень твердой стали с мелкой
насечкой. При этом из кремня вылетали мелкие частицы, которые тут же воспламенялись на воздухе (похожее явление происходит, когда к быстро вращающемуся точильному камню прижимают стальной предмет,
например, нож). Химия здесь та же, что и
при обжиге пирита; обжиг пирита применяют в промышленности и изучают в школе
на уроках химии, а на вступительных экзаменах преподаватели часто
просят абитуриента написать соответствующее уравнение и подобрать
к нему коэффициенты:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2.

Но получить хорошие искры — это еще не все. Не так-то легко разжечь огонь, даже если у вас есть мотор с точильным камнем и нож
из самой лучшей стали. Для получения «настоящего» огня нужен еще