Лекция на тему: «Занимательная химия» ПЛАН 1. Интересные факты химии. 2. Химия вокруг нас. 1. Интересные факты в химии. «Почти все великое, что у нас имеет в науке и технике, найдено главным образом при помощи случая». Это сколько наивное в наши дни утверждение латышского физикохимика, академика Петербургской академии наук ПаулВальдена (1863—1957) было бесспорным в прошлом веке. В тот период ряд химических элементов и их соединений был открыт не в результате систематических исследований, а при случайных обстоятельствах. Но и в нашем заканчивающемся столетии в основе некоторых открытий лежали случайные наблюдения, выхваченные внимательными глазами химиков и дополненные аналитической работой их ума. Ниже приводится только небольшая часть случайных открытий новых веществ, материалов и минералов. Сурик Это событие произошло более 3000 лет тому назад. Прославленный греческий художник Никий ожидал прибытия заказанных им белил с острова Родос в Средиземном море. Корабль с красками прибыл в афинский порт Пирей, но там неожиданно вспыхнул пожар. Пламя охватило и корабль Никия. Когда пожар погасили, расстроенный Никий подошел к останкам корабля, среди которых увидел обгоревшие бочки. Вместо белил он обнаружил под слоем угля и золы какое-то ярко-красное вещество. Пробы Никия показали, что это вещество — превосходная красная краска. Так пожар в порту Пирей подсказал путь изготовления новой краски, названной впоследствии суриком. Для ее получения стали прокаливать белила или основный карбонат свинца на воздухе: 2[Рb(ОН)2∙2РbСО3] + О2 = 2(Pb2IIPbIV)O4 + 4CO2↑ + 2Н2О↑. Сурик — это тетраоксид свинца(IV)-дисвинца(II). Огниво Дёберейнера Явление каталитического действия платины было открыто случайно. Немецкий химик Дёберейнер занимался химией платины. Он получил губчатую, очень пористую платину («платиновую чернь») прокаливая гексахлороплатинат аммония (NH4)2[PtCl6]: (NH4)2[PtCl6] = Pt + 2NH3↑+ 2Cl2↑ + 2HCl↑. В 1823 г. во время одного из опытов кусочек губчатой платины Pt оказался около прибора для получения водорода Н2. Струя водорода, смешавшись с воздухом, попала на платину, водород вспыхнул и загорелся. Дёберейнер сразу оценил значение своего открытия. Спичек в то время не было. Он сконструировал прибор для зажигания водорода, получивший название «огниво Дёберейнера», или «зажигательной машинки». Этот прибор вскоре стали продавать по всей Германии. Платину Дёберейнер получал из России с Урала. В этом ему помог его друг И.-В. Гёте, министр Веймарского герцогства во время правления КарлаАвгуста. Сын герцога был женат на Марии Павловне, сестре двух русских царей — Александра I и Николая I. Именно Мария Павловна была посредницей в получении Дёберейнером платины из России. Глицерин и акролеин В 1779 г. шведский химик Шееле открыл глицерин НОСН2СН(ОН)СН2ОН. Для исследования его свойств он решил освободить вещество от примеси воды. Добавив к глицерину водоотнимающее вещество, Шееле стал перегонять глицерин. Поручив эту работу своему помощнику, он вышел из лаборатории. Когда Шееле вернулся, помощник лежал около лабораторного стола без сознания, а в комнате стоял резкий острый запах. Шееле почувствовал, как его глаза из-за обилия слез перестают что-либо различать. Он быстро вытащил помощника на свежий воздух и проветрил помещение. Только через несколько часов к помощнику Шееле с трудом вернулось сознание. Так было установлено образование нового вещества — акролеина, что в переводе с греческого означает «острое масло». Реакция образования акролеина связана с отрывом двух молекул воды от глицерина: С3Н8О3 = СН2(СН)СНО + 2Н2О. Акролеин имеет состав СН2(СН)СНО и является альдегидом акриловой кислоты. Он представляет собой бесцветную легкокипящую жидкость, пар которой сильно раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, обладает токсическим действием. От образования ничтожных количеств акролеина зависит общеизвестный запах подгоревших жиров и масел, затухающей сальной свечи. В настоящее время акролеин широко используют при получении полимерных материалов и в синтезе различных органических соединений. Углекислый газ Английский химик Пристли обнаружил, что в «испорченном воздухе» (так он называл диоксид углерода СО2) животные погибают. А растения? Он поставил под стеклянный колпак маленький горшок с цветами и рядом поместил зажженную свечу, чтобы «испортить» воздух. Вскоре свеча потухла из-за практически полного превращения кислорода, находящегося под колпаком в диоксид углерода: С +О2 = СО2. Пристли перенес колпак с цветком и потухшей свечой к окну и оставил его до следующего дня. Утром он с удивлением заметил, что цветок не только не завял, но рядом на ветке раскрылся еще один бутон. Волнуясь, Пристли зажег еще одну свечу и быстро внес ее под колпак и поставил рядом с первой свечой. Cвеча продолжала гореть. Куда же исчез «испорченный воздух»? Так впервые была открыта способность растений поглощать диоксид углерода и выделять кислород. Во времена Пристли не знали еще состава воздуха, не знали и состава диоксида углерода. Сероводород и сульфиды Французский химик Пруст изучал действие кислот на природные минералы. В некоторых опытах неизменно выделяли отвратительно пахучий газ сероводород H2S. В один из дней, действуя на минерал сфалерит (сульфид цинка ZnS) хлороводородной кислотой НСl: ZnS + 2HCl = H2S↑ + ZnCl2, Пруст заметил, что голубой водный раствор сульфата меди CuSO4 в стоявшем рядом стакане покрылся коричневой пленкой. Он подвинул стакан с голубым раствором ближе к стакану, из которого выделялся H2S, и, не обращая внимания на запах, стал перемешивать голубой раствор. Вскоре голубой цвет исчез, а на дне стакана появился черный осадок. Анализ осадка показал, что он является сульфидом меди: CuSO4 + H2S = CuS↓ + H2SО4. Так, видимо, впервые было обнаружено образование сульфидов некоторых металлов при действии сероводорода на их соли. Алмазная лихорадка Месторождение алмазов в Бразилии было открыто случайно. В 1726 г. португальский шахтер Бернард да-Фонсена-Лабо на одном из золотых приисков увидел, что рабочие во время карточной! игры отмечают счет выигрыша или проигрыша с помощью блестящих прозрачных камней. Лабо узнал в них алмазы. У него хватило выдержки утаить свое открытие. Он взял у рабочих несколько наиболее крупных камней. Однако во время продажи алмазов в Европе свою находку Лабо скрыть не удалось. В Бразилию хлынули толпы искателей алмазов, началась месторождения «алмазная алмазов в лихорадка». Южной А Африке, вот как были поставляющей открыты сейчас на международный рынок их основную массу. В 1867 г. ДжонО'Релли — торговец и охотник — остановился ночевать на ферме голландца Ван-Никерка, стоявшей на берегу р. Вааль. Его внимание привлек прозрачный камешек, которым играли дети. «Кажется, это алмаз», — сказалО'Релли. Ван-Никерк рассмеялся: «Можете взять его себе, таких камней здесь множество!». В КейптаунеО'Релли определил у ювелира, что это действительно алмаз, и продал его за 3000 долларов. НаходкаО'Релли стала широко известна, и ферму Ван-Никерка буквально разнесли по кусочкам, перерыв всю окрестность в поисках алмазов. Кристаллы бора Французский химик Сент-Клер-Девилль вместе с немецким химиком Вёлером поставили опыт по получению аморфного бора В при взаимодействии оксида бора В2О3 с металлическим алюминием А1. Они смешали два этих порошкообразных вещества и стали нагревать полученную смесь в тигле. При очень высокой температуре началась реакция В2О3 + 2А1 = 2В + А12О3 Когда реакция закончилась и тигель остыл, химики высыпали его содержимое на фарфоровую плитку. Они увидели белый поро­шок оксида алюминия А12О3 и кусочек металлического алюминия. Коричневого порошка аморфного бора не было. Это химиков оза­дачило. Тогда Вёлер предложил растворить оставшийся кусочек алюминия в хлороводородной кислоте НСl: 2Аl(В) + 6НСl = 2АlСl3 + 2В↓ + 3Н2↑. После окончания реакции они увидели на дне сосуда черные блестящие кристаллы бора. Так был найден один из методов получения кристаллического бора— химически инертного материала, не взаимодействующего с кислотами. Одно время кристаллический бор получали сплавлением аморфного бора с алюминием с последующим действием на сплав хлороводородной кислоты. Потом оказалось, что полученный таким образом бор всегда содержит примесь алюминия, видимо, в виде его борида АlВ12. Кристаллический бор по твердости занимает среди всех простых веществ второе место после алмаза. Агаты Один немецкий пастух в 1813 г. нашел около заброшенной каменоломни желтоватые и серые камни — агаты. Он решил подарить их жене и положил на время около костра. Каково же было удивление, когда утром он увидел, что одни агаты стали красные, а другие получили красноватый отлив. Пастух отнес один из камней знакомому ювелиру и поделился с ним своим наблюдением. Вскоре ювелир открыл мастерскую по изготовлению красных агатов, а позднее продал свой рецепт другим немецким ювелирам. Так был найден способ изменения окраски некоторых драгоценных камней при их нагревании. Заметим, что цена красных агат была в то время вдвое больше, чем желтых, а тем более серых их разновидностей. Этилен Немецкий алхимик, врач и изобретатель-фантазер Иоганн-Иоахия Бехер (1635—1682) в 1666 г. проводил опыты с серной кислотой H2SO4. В одном из опытов он вместо добавления к нагретой концентрированной серной кислоте еще одной ее порции в рассеянности прилил этанол С2Н5ОН, который находился рядом в стакане. Бехер увидел сильное вспенивание раствора с выделением неизвестного газа, похожего на метан СН4. В отличие от метана новый газ горел коптящим пламенем и обладал слабочесночным запахом. Бехер установил, что его «воздух» более химически активен, чем метан. Так был открыт этилен С2Н4, образующийся по реакции C2H5OH = C2H4↑ + H2О. Новый газ назвали «маслородным газом», его соединение с хлором стали называть с 1795 г. «маслом голландских химиков». Только с середины XIX в. газ Бехера получил название «этилен». Это название и осталось в химии до наших дней. Взрыв в Оппау В 1921 г. в г. Оппау (Германия) произошел взрыв на заводе, выпускавшем удобрения — смесь сульфата и нитрата аммония - (NH4)2SO4 и NH4NO3. Эти соли долго хранились на складе и слежались; их решили раздробить небольшими взрывами. Это вызвало детонацию во всей массе вещества, считавшегося ранее безопасным. Взрыв привел к гибели 560 человек и большому числу раненых и пострадавших, полностью были разрушены не только город Оппау, но и некоторые дома в Мангейме — в 6 км от места взрыва. Более того, взрывной волной выбило стекла в домах, стоявших в 70 км от завода. Еще раньше, в 1917 г., на химическом заводе в Галифаксе (Канада) произошел чудовищный взрыв из-за саморазложения NH4NO3, стоивший жизни 3000 человек. Оказалось, что нитрат аммония опасен в обращении, является взрывчатым веществом. При нагревании до 260°С NH4NO3 раз­лагается на оксид диазота N2O и воду: NH4NO3 = N2O↑ + 2H2O↑ Выше этой температуры реакция усложняется: 8NH4NO3 = 2NO2↑ + 4NO↑ + 5N2↑ + 16H2O↑ и приводит к резкому нарастанию давления и взрыву, которому может способствовать спрессованное состояние вещества и присут­ствие в нем примеси азотной кислоты HNO3. Беотолле и спички Взрывчатые свойства триоксохлората калия KClO3 Бертолле обнаружил случайно. Он начал растирать кристаллы KСlО3 в ступке, в которой на стенках осталось небольшое количество серы, не удаленное его помощником от предыдущей операции. Вдруг произошел сильный взрыв, пестик вырвало из рук Бертолле, лицо его было обожжено. Так Бертолле осуществил впервые реакцию, которую много позднее станут применять в первых шведских спичках: 2KClO3 + 3S = 2KСl + 3SO2↑. Триоксохлорат калия KСlО3 долгое время называли бертолетовой солью. Хинин Малярия — одна из самых древних болезней, известных человечеству. Существует легенда о том, как было найдено лекарство от нее. Больной перуанский индеец, измученный лихорадкой и жаждой, бесцельно бродил вблизи своей деревни по джунглям. Он увидел лужу довольно чистой воды, в которой лежало поваленное дерево. Индеец стал жадно пить воду и почувствовал горький привкус. Случилось чудо. Вода принесла ему исцеление. Поваленное дерево индейцы называли «хина-хина». Местные жители, узнав об исцелении, стали применять кору этого дерева как лекарство против лихорадки. Слухи дошли до испанских завоевателей и докатились до Европы. Так был открыт хинин C20H24N2O2 — кристаллическое вещество, добываемое из коры хинного дерева — цинхоны. Хинная кора во времена Средневековья продавалась буквально грамм за грамм золота. Искусственный синтез хинина очень сложен, он был разработан только в 1944 г. Чудеса катализа Брат Г. Дэви Эдуард получил очень тонкий порошок платины черного цвета, который стали называть «платиновой чернью». Однажды Эдуард неосторожно просыпал немного этого порошка на фильтровальную бумагу, которой только что вытер пролитый этиловый спирт С2Н5ОН. С удивлением он увидел, как «платиновая чернь» раскалилась и светилась до тех пор, пока исчез весь спирт вместе со сгоревшей бумагой. Так была открыта реакция каталитического окисления этилового спирта в кислоте: С2Н5ОН +О2 = СН3СООН + Н2О Вулканизация Американский химик Чарльз Гудьир (1800—1860) считал каучук разновидностью кожи и пытался его модифицировать. Он смешивал сырой каучук с каждым попадавшимся под руку веществом: солил его, перчил, посыпал сахаром, речным песком. Однажды в 1841 г. он уронил кусок каучука, обработанного серой, на нагретую печь. На другой день, приготовляя печь к опыту, Гудьир поднял этот кусок и обнаружил, что каучук стал прочнее. Это наблюдение Гудьира легло в основу разработанного позднее процесса вулканизации резины. При вулканизации линейные макромолекулы каучука взаимодействуют с серой, образуя трехмерную сетку макромолекул. В результате вулканизации каучук превращается в резину. Впоследствии Гудьир писал: «Я признаю, что мои открытия не являлись итогом научного химического исследования... они явились результатом настойчивости и наблюдательности». Адсорбция В 1785 г. Ловиц занимался перекристаллизацией винной кислоты и часто получал не бесцветные, а бурого цвета кристаллы из-за оказавшихся в них примесей органического происхождения. Однажды он неосторожно пролил часть раствора на смесь песка и угля, находящуюся в песчаной бане, используемой для упаривания растворов. Ловиц постарался собрать пролившийся раствор, отфильтровал его от песка и угля. Когда раствор остыл, то выпали бесцветные прозрачные кристаллы кислоты. Так как песок не мог быть тому причиной, Ловиц решил проверить действие угля. Он приютовил новый раствор кислоты, насыпал в него угольный порошок, упарил и затем охладил после удаления угля. Выпавшие кристаллы снова оказались бесцветными и прозрачными. Так Ловиц открыл адсорбционные свойства древесного угля. Он предложил хранить на кораблях питьевую воду в деревянных бочках со слоем угля. Вода не загнивала месяцами. Это открытие сразу же нашло применение в действующей армии, в боях с турками в 1791 г. в низовьях Дуная, где вода была непригодна для питья. Применил Ловиц древесный уголь и для очистки водки от сивушных масел, уксусной кислоты — от примесей, придававших ей желтую окраску, и во многих других случаях. Меллитовая кислота С целью очистить азотную кислоту HNO3 от примесей Ловиц насыпал в нее небольшое количество древесного угля и стал эту смесь кипятить. С удивлением он увидел исчезновение древесного угля и образование вместо него какого-то белого вещества, растворимого в воде и этаноле С2Н5ОН. Он назвал это вещество «растворимым углем». Взаимодействие угля с азотной кислотой протекает в соответствии с реакцией 12С + 6НNО3 = С6(СООН)6 + 6NO↑. Через 150 лет установили, что Ловиц впервые получил бензолгексакарбоновую кислоту С6(СООН)6, старое название этого вещества — «меллитовая кислота». Соли Цейзе В 1827 г. датский химик-органик, фармацевт Вильям Цейзе (1789-1847) решил получить для одной из своих работ тетрахлороплатинат калия K2[PtQ4]. Для полноты осаждения этой соли, малорастворимой в этаноле, он вместо водного раствора H2[PtCl4] использовал раствор этой кислоты в этаноле С2Н5ОН. Когда к такому раствору Цейзе прилил водный раствор хлорида калия KCl неожиданно вместо осадка красно-коричневого цвета, характерного для K2[PtQ4], выпал осадок желтоватого цвета. Анализ этого осадка показал, что в его состав входят хлорид калия KCl, дихлорид платины PtCl2, вода Н2О и, к удивлению всех химиков, молекула этилена С2Н4: KCl∙PtCl2∙C2H4∙Н2О. Эта эмпирическая формула стала предметом бурных обсуждений. Либих, например, заявил, что Цейзе провел анализы неверно и представленная им формула — плод больного воображения. Только в 1956 г. удалось установить, что состав новой соли Цейзе установил правильно, записывают так K[Pt(C2H4)Cl3]∙H2O и теперь формулу соединения и называют его моногидратом трихлороэтиленплатината калия. Так было получено первое соединение из необычной группы комплексных соединений, называемых «π-комплексами». В таких комплексах нет обычной химической связи металла, находящегося внутри квадратных скобок, с какимлибо одним атомом органической частицы. Реакция, которую осуществил Цейзе: H2[PtCl4] + KСl + С2Н5ОН = K[Pt(C2H4)Cl3]∙Н2О + 2HCl. В настоящее время K[Pt(C2H4)Cl3] получают, пропуская этилен через водный раствор тетрахлороплатината калия K2[PtCl4]: K2[PtCl4] + C2H4 = K[Pt(C2H4)Cl3] + KCl. Шмель-спаситель Куртуа — первооткрыватель иода — однажды чуть не погиб. В 1813 г. после одной из своих работ он слил в пустую склянку для отходов остатки водного раствора аммиака NH3 и спиртового раствора иода I2. Куртуа увидел образование в склянке черно-коричневого осадка, который его сразу заинтересовал. Он отфильтровал осадок, промыл его этанолом С2Н5ОН, вынул из воронки фильтр с осадком и оставил его на лабораторном столе. Время было позднее, и Куртуа решил проанализировать осадок на следующий день. Когда утром он открыл дверь в лабораторию, то увидел, как залетевший в помещение шмель сел на полученный им осадок. Тотчас же раздался сильный взрыв, который разнес на куски лабораторный стол, а комната наполнилась фиолетовыми парами иода. Куртуа потом говорил, что шмель спас ему жизнь. Вот так было получено и опробовано очень опасное в обращении вещество — моноаммиакат нитрида трииода I3N∙NH3. Реакция синтеза этого вещества: 3I2 + 5NH3 = I3N∙NH3↓ + 3NH4↑. Реакция, протекающая при взрыве, вызываемом самым легким прикосновением или небольшим встряхиванием сухого I3N∙NH3: 2(I3N∙NH3) = 2N2↑ + 3I2↑ + 3H2↑. Неудачный опыт Фтор F2 был получен французским химиком Муассаном неожиданно. В 1886 г. он, изучив опыт предшественников, подверг электролизу безводный фтороводород HF в платиновой У-образной трубке. С удивлением Муассан заметил выделение на аноде фтора, а на катоде — водорода. Окрыленный успехом, он повторил опыт на заседании Парижской академии наук, но... фтора не получил. Опыт не удался. После тщательного изучения причин неудачи Муассан установил, что использованный им в первом опыте фтороводород содержал примесь гидрофторида калия электропроводность раствора (безводный KHF2. Эта примесь обеспечивала HF— неэлектролит) и создавала необходимую концентрацию ионов F- у анода: 2F- - 2е - = F2↑. С тех пор фтор получают методом Муассана, используя раствор фторида калия KF в HF: KF + HF = KHF2. Аспартам Аспартам (в России — «сладекс») — вещество, рекомендуемое для употребления страдающим диабетом и тучным людям, в 100—200 раз слаще сахарозы. Он не оставляет после себя горького металлического привкуса, присущего сахарину. Сладкий вкус аспартама был обнаружен в 1965 г. случайно. Химик, работавший с этим веществом, откусывал заусенец и почувствовал сладкий вкус. Аспартам представляет собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде. Это крохотный белок. Он усваивается организмом человека и является источником нужных ему аминокислот. Аспартам не стимулирует образование зубного кариеса, а его усвоение не зависит от выработки организмом инсулина. Карбид В 1862 г. немецкий химик Вёлер пытался выделить металлический кальций из извести (карбоната кальция CaСО3) путем длительного прокаливания смеси, состоящей из извести и угля. Он получил спекшуюся массу сероватого цвета, в которой признаков металла не обнаружил. С огорчением Вёлер выбросил эту массу как ненужный продукт на свалку во двор. Во время дождя лаборант Вёлера заметил выделение какого-то газа из выброшенной каменистой массы. Вёлера этот газ заинтересовал. Анализ газа показал, что это ацетилен Н2С2, открытый Э. Дэви в 1836 г. Вот так впервые был открыт карбид кальция СаС2, взаимодействующий с водой с выделением ацетилена: 5С + 2СаСО3 = 3СаС2 + 3СО2↑ ; СаС2 + 2Н2О = Н2С2↑ + Са(ОН)2. С точки зрения невежды... Как Берцелиус совершал свои случайные открытия, рассказывает его лаборант. Берцелиус вел уединенный образ жизни. Любопытные жители Стокгольма не раз спрашивали лаборанта Берцелиуса, как работает его хозяин. — Ну, — отвечал лаборант, — я вначале достаю ему из шкафа различные вещи: порошки, кристаллы, жидкости. — Ну, а дальше? — Он берет все это и сваливает в один большой сосуд. — А дальше? — не терпится любопытным. — Затем переливает все в маленький сосуд. — А что же он делает потом? — Потом он все переливает в помойное ведро, которое я выношу каждое утро. В заключение раздела приведем слова немецкого естествоиспытателя Германа Гельмгольца (1821—1894): «Иногда и счастливый случай может прийти на помощь и раскрыть неизвестное соотношение, но случай вряд ли найдет применение, если тот, кто его встречает, не собрал уже в своей голове достаточно наглядного материала, чтобы убедить его в правильности предчувствованного». 2. Химия вокруг нас. Посмотрите вокруг! Всё, что мы видим: от элементарной спички до прекрасного голубого неба над головой можно рассмотреть и с другой точки зрения – с точки зрения замечательной науки химии. Да, да, предметы, которыми мы окружены, которые видим каждый день, не задумываясь о том, что они из себя представляют, могут быть очень удивительны и необычны для химика. Свечи В настоящее время покупка свечи доступна каждому почти так же, как спички. Однако так было далеко не всегда. В начале прошлого века на Руси свечи ценились очень дорого и в домах простых людей обычно горела лучина или лампада с маслом. Керосиновые лампы появились позже. О щедрости людей судили по тому, какого размера свечу зажигал человек при посещении церкви. В прошлом веке производство свечей было развитой отраслью промышленности. Существовали описания технологий производства и их химической сущности. В частности, такой труд в 1851г. был написан преподавателем Петербургского технологического института Н. Виттом. Из его книги мы узнаем, что свечи были восковые, сальные, стеариновые, спермацетные и весьма дорогие парафиновые. О том, из каких материалов готовились свечи, будет рассказано ниже. Однако не сразу об этом. Нельзя не вспомнить, что в середине прошлого века великий английский ученый Майкл Фарадей выступил с лекцией на тему. «История свечи». Это был вдохновенный гимн творению человека и природы. Лекция была переведена на русский язык и часть ее опубликована. Автор рекомендует каждому, кто интересуется физикой и химией, прочитать это выдающееся творение. Вероятно, первые свечи были восковые. Пчелиный воск — это дар природы и свеча из него могла быть изготовлена самым примитивным способом. Гораздо позже воск стали очищать. Технология опять же была весьма простой. Это достигалось плавлением воска и фильтрованием в расплавленном состоянии через ткань. Для отбелки воска, в зависимости от возможностей, использовали костяной уголь, диоксид серы или хлор. Следует отметить, что с американских континентов в Европу завозился растительный воск. Он применялся для изготовления свеч взамен пчелиного, однако был гораздо дороже и потому не выдерживал конкуренции. Нити для свечей проваривались в течении нескольких часов в щелоке, приготовленном из поташа и жженой извести. Затем следовало промывание водой и отбеливание хлорной известью. Под стеарином вначале понимали два различных продукта, извлекаемых из говяжьего и бараньего сала. Один из них получали удалением из сала жидкостей прессованием. Твердый остаток и называли стеарином. Другой продукт получали химической обработкой сала вначале известью, а затем серной кислотой. По существу, это был гидролиз жиров (глицеридов) с последующим выделением смеси кислот: стеариновой, пальмитиновой и небольшого количества непредельных кислот. Стеариновая кислота СН3(СН2)16СООН была открыта в сале в 1816г. французским химиком Шеврелем. Вместе с Гей-Люссаком в 1825г. он взял в Англии привилегию на приготовление стеариновых свеч. Стеариновые свечи оказались дешевле, чем восковые. Однако русская церковь долго не соглашалась заменять восковые свечи на стеариновые. Одной из причин было то, что восковые свечи при сгорании издавали приятный запах. Сальные свечи готовили из вытопленного сала, которое затем очищали механически (процеживанием через ткань) или химически (глиноземом или дубильными веществами) и обесцвечивали так же, как и воск. При горении сальные свечи сильно коптили. Спермацет для спермацетных свечей извлекали из полостей, находящихся в голове китов. Он освобождался от сопутствующих жидких масел выжиманием холодным или горячим прессованием. Если была необходимость, то проводилась очистка посредством мыльного щелока. Свечи, изготовленные из спермацета, отличались белизной и полупрозрачностью. Однако они имели и недостаток. При горении со временем оплывали. В текущем столетии, до истребления китов, дефицитный спермацет использовали главным образом как основу для кремов и различных мазей, а также в качестве высококачественного смазочного масла для прецизионных инструментов. Парафиновые свечи вначале были довольно дорогими, так как парафин извлекали при перегонке дегтя растительных веществ. Затем в Англии его начали добывать из торфа. Однако и в том и другом случае он получался лишь в небольших количествах. Коренное изменение произошло с налаживанием крупномасштабной переработки нефти. Сейчас — это один из наиболее доступных нефтехимических продуктов. Парафин — смесь предельных углеводородов С18—С35. Смесь предельных углеводородов С36—С55 называют церезином. Современные свечи состоят из смеси парафина и церезина. Бумага и карандаши Сохранились документы, указывающие на то, что в 105 г. н. э. министр китайского императора организовал производство бумаги из растений с добавками тряпья. Около 800 г. такая бумага получила широкое распространение в Китае, а также на Ближнем Востоке. Знакомство с бумагой европейцев связано с крестовыми походами на Ближний Восток — в Сирию, Палестину, Северную Африку, организованными западно-европейскими феодалами и католической церковью (первый поход состоялся в 1096—1099 гг.). В эпоху раннего средневековья (до начала крестовых походов) для письма в Европе использовался главным образом папирус. В Италии им пользовались еще в XII в. Письменность же была известна в Египте и Месопотамии с конца IV и начала III тысячелетия до н. э., т. е. задолго до изобретения бумаги. Как уже было отмечено, основными предшественниками бумаги как материала, на которое наносилось письмо, были папирус и пергамент. Растение папирус (Cyperuspapyrus) произрастает в Египте в болотистой местности около реки Нила. Сте­бель растения очищали от коры и луба и из белоснежного материала нарезали тонкие полосы. Их укладывали слоями вдоль и поперек, а затем механическим давлением выжимали из них растительный сок. Этот сок сам обладает способностью склеивать полосы папируса. Позднее для скрепления полос стали применять клей, приготовленный из невыделанных шкур или муки. После высушивания на солнце получающиеся листы шлифовали камнем или кожей. Папирус для письма стали изготовлять около 4000 лет назад. Считают, что и название бумаги (papiera) происходит от слова папирус. Пергамент — это невыделанная, но освобожденная от волос и обработанная известью звериная, овечья или козлиная кожа. Так же, как и папирус, пергамент — прочный и долговечный материал. Хотя бумага менее прочна и долговечна, она более дешева и потому более доступна для широкого использования. Волокна целлюлозы в древесине связаны между собой лигнином. Для удаления лигнина и освобождения от него целлюлозы проводят варку древесины. Распространенным способом варки является сульфитный. Он был разработан в США в 1866 г., а первый завод по данной технологии был построен в Швеции в 1874 г. Широкое промышленное значение способ получил с 1890 г. По этому способу для отделения лигнина и некоторых других веществ, содержащихся в древесине, последняя варится в сульфитном щелоке, который состоит из Са(НSО3)2, H2SO3 и SO2. Для обеспечения прочности соединения частиц пигментов с бумагой-основой требуются связующие. Часто их роль выполняют вещества, обеспечивающие проклейку бумаги. В качестве минеральных пигментов широко используют каолин — землистую массу, близкую по составу к глинам, но по сравнению с последними характеризующуюся пониженной пластичностью и повышенной белизной. Одним из старейших наполнителей является карбонат кальция (мел), потому такие бумаги и назвали мелованными. К известным пигментам также относятся диоксид титана ТiO2 и смесь гидроксида кальция Са(ОН)2 (гашеной извести) и сульфата алюминия A12(SO4)3. Последний, по существу, является смесью сульфата кальция CaSO4 и гидроксида алюминия А1(ОН)3, которые получаются в результате обменной реакции. Для изготовления рабочей части графитового карандаша готовят смесь графита и глины с добавкой небольшого количества гидрированного подсолнечного масла. В зависимости от соотношения графита и глины получают грифель различной мягкости — чем больше графита, тем более мягкий грифель. Смесь перемешивают в шаровой мельнице в присутствии воды в течение 100 ч. Приготовленную массу пропускают через фильтр-прессы и получают плиты. Их подсушивают, а затем из них выдавливают на шприц-прессе стержень, который режут на части определенной длины. Стержни в специальных приспособлениях высушивают и исправляют возникшую кривизну. Затем их обжигают при температуре 1000—1100°С в шахтных тиглях. В состав грифелей цветных карандашей входят каолин, тальк, стеарин (широкому кругу людей он известен как материал для изготовления свечей) и стеарат кальция (кальциевое мыло). Стеарин и стеарат кальция являются пластификаторами. В качестве связывающего материала используют карбоксиметилцеллюлозу. Это клей, используемый для наклейки обоев. Здесь его также предварительно заливают водой для набухания. Кроме того, в грифели вводят соответствующие красители, как правило, это органические вещества. Такую смесь перемешивают (вальцуют на специальных машинах) и получают в виде тонкой фольги. Ее измельчают и полученным порошком набивают пистолет, из которого и шприцуют смесь в виде стержней, которые режут на куски определенной длины и затем сушат. Для окраски поверхности цветных карандашей используют те же пигменты и лаки, которыми обычно окрашивают детские игрушки. Подготовку деревянной оснастки и ее обработку проводят так же, как и для графитовых карандашей. Литература 1. Казьмин В.Д. Курение, мы и наше потомство. – М.: Сов.Россия, 1989. 2. Пичугина Г.В. Повторяем химию на примерах и повседневной жизни. Сборник заданий для старшеклассников и абитуриентов с ответами и решениями. – М.:АРКТИ, 1999. 3. Мир химии. Занимательные рассказы о химии: Сост.: Смирнов Ю.И. – СПб.: ИКФ «МиМ-Экспресс», 1995. 4. Пичугина Г.В. Химия и повседневная жизнь человека – М.: Дрофа, 2004. 5. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Химия/ Авт.-сост. Савина Л.А. – М.: АСТ, 1995. 6. Аликберова Л. Занимательная химия: Книга для учащихся, учителей и родителей. – М.: АСТ-ПРЕСС, 1999. 7. О.С.Габриелян, И.Г.Остроумов, А.А. Карцова Органическая химия 10 класс / М., Дрофа, 2005. 8. Внеклассная работа по химии/ Сост. М.Г. Гольдфельд.- М.: Просвещение 1976. 9. Войтович В.А. Химия в быту. – М.: Знание 1980. 10. Гроссе Э., Вайсмантель Х. Химия для любознательных. – Л. Химия , 1978. 11. Урок окочен – занятия продолжаются: Внеклассная работа по химии./Сост. Э.Г. Золотников, Л.В. Махова, Т.А. Веселова - М.: Просвещение 1992. 12. В.Н.Алексинский Занимательные опыты по химии (2-е издание, исправленное) М.: Просвещение 1995. 13. Г.И. Штремплер Химия на досуге - М.: Просвещение 1993. 14. А.Х. Гусаков А.А. Лазаренко Учителю химии о внеклассной работе – М.:Просвещение 1978. 15. И.Н. Чертиков П.Н. Жуков Химический Эксперимент. – М.: Просвещение 1988. 16. Леенсон И.А. Занимательная химия. – М.: РОСМЭН, 1999. 17. Воскресенский П.И., НеймаркА.М. Основы химического анализа.-М.: Просвещение, 1972. 18. Хомченко Г.П., Севастьянова К.И. Практические работы по неорганической химии. –М.: Просвещение 1976. 19. Балаев И.И. Домашний эксперимент по химии.-М.: Просвещение 1977. 20. Грабецкий А.А., Назаров Т.С. Кабинет химии. – М. Просвещение, 1983. 21. Программно-методические материалы . Химия 8-11 классы. – М. Дрофа 2001
