Journal "Chemistry for the curious"

Шановні друзі! Закінчилися канікули, по-переду у вас новий навчальний рік. Хтось тільки почне вивчати хімію в цьому році, хтось вже може вважати себе знав цем цьо-го предмета, але в будь-якому випадку наш цікавий журнал буде вам потрібен.

На його сторінках ви знайдете і мате-ріал для повідомлень на уроках, і новини науки, і історичні відомості. Нестандартні задачі допоможуть вам під час підготовки до хімічних олімпіад, а завдання по прості-ше — у підготовці до уроків.

Досить нескладні й цікаві досліди дозволять вам краще зрозуміти хімічні процеси і прищеплять навички хіміка-практика.

Ми продовжимо знайомити вас із най-цікавішою та найпотрібнішою наукою — хімією, без знань якої багато явищ навколо вас (і всередині вас) залишаться загадкою. Залишайтеся з нами, розкажіть про нас ва-шим друзям — буде цікаво!

Редакція журналу «Хімія для допитливих»

флуор

випадкові відкриття

перфлуорвуглеці

миша як риба

два нових елементи таблиці менделеєва офіційно одержали імена

лакмус

аерогель

морозиво

7 речовин, що порушують правила фізики

готуємося до олімпіади

Озон

2

7

8

10

15

16

20

24

30

29

32

кристал флюориту (плавикового шпату)

ФЛУОРФЛУОР Найбільш активний, найбільш електронегативний, найбільш реакційно здатний, найбільш агресивний елемент, най-най… неметал. Найбільш, найбільш, найбільш... Це слово або його синоніми нам доведеться повторювати дуже часто. Адже йдеться про Флуор.

ХІМІЯ ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ№ 9 ( 2 0 1 2 )

МАНДРИ ТАБЛИЦЕЮ Д. І. МЕНДЕЛЄЄВА

Флуор або фтор?

Елемент № 9 хімічно дуже агре-сивний. У перекладі із грецької «фтор» означає «руйнівний» — надзвичайно підходяща назва. Однак за кордоном більш поши-рене інше ім’я елемента № 9 — Флуор, що в перекладі з латини означає «текучий». Ця назва більше підходить не до флуору, а до деяких його сполук і бере свій початок від флюориту, або плавикового шпату, — пер-шої сполуки Флуору, викорис-таної людиною. Очевидно, ще в давнину люди знали про здатність цього мінералу зни-жувати температуру плавлення руд і металургій-них шлаків, але, природно, не знали його складу. Флуором назвали головну складову частину цього мінералу,ще невідомий на той часелемент.

МАНДРИ

авлення руд і металургій-х шлаків, але, природно, знали його складу. уором назвали овну складову

стину цьогонералу,

невідомий той часмент.

Особливості будови ФлуоруФлуор (лат. Fluorum), F, — хімічний

елемент із атомним номером 9, відносна атомна маса 18,998403. Елемент Флуор розташований у другому періоді в VIIА підгрупі періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва. Ця підгрупа дістала назву «галогени», що пе рекладають як «ті, що на -роджують солі». Флуор перший у цій групі неметалічних елементів.

Природний фтор складається з одно-го стабільного нукліда 19F. Конфігурація зовнішнього електронного шару 2s22p5. У сполуках він проявляє тільки один сту-пінь окиснення –1 (валентність I). За шка-лою Полінга електронегативність Флуору 4 (найвище значення серед всіх хіміч-них елементів). Флуор — найактивніший неметалічний елемент.

Як і інші галогени, проста речовина фтор існує у вигляді двохатомних моле-кул F2. Між’ядерна відстань у молекулі 0,14165 нм. Молекулу F2 характеризує ано-мально низька енергія дисоціації на атоми (158 кДж/моль), що, зокрема, обумовлює високу реакційну здатність флуору.

Відкриття й одержання флуоруУперше існування флуору припустив

ще в XVIII столітті великий хімік Лавуазьє, але тоді він не зміг виділити його зі спо-лук. Безліч учених намагалися одержати невловимий флуор, але зазнавали невдачі.

Сам Г. Деві, який першим одержав про-сті речовини натрій (Na), калій (K), каль цій (Ca) та інші елементи, у результаті екс-периментів з одержання флуору шляхом


МАНДРИ ТАБЛИЦЕЮ

Д. І. МЕНДЕЛЄЄВА

електролізу отруївся й тяжко занедужав. Імовірно, під враженням всіх цих невдач 1816 року для нового елемента було запро-поновано хоча й подібну за звучанням, але зовсім іншу за змістом назву — фтор (від

Лев, який пожирає СонцеЦей символ означав в алхіміків процес розчинення золота в цар-ській горілці — суміші нітратної й хлоридної кислот. Всі дорогоцінні метали хімічно дуже стійкі. Золото не розчиня-ється ні в кислотах (крім селено-вої), ні в лугах. І тільки царська горілка «пожирає» і золото й навіть платину.Наприкінці 30-х років в арсе-налі хіміків з’явилася речови-на, проти якої неспроможний навіть «лев».

грецьк. phtoros — руйнування, загибель). Цю назву елемента прийнято тільки в ро -сійській мові, французи ж і німці продовжу-ють називати його fluor, англійці — fluorine.

Одержати флуор у вільному вигляді не зміг і видатний учений М. Фарадей. Тільки 1886 року французький хімік А. Муассан, використовуючи електроліз рідкого гідроген флуориду HF, охоло-дженого до температури –23°C (у рідині має міститися небагато калій флуориду KF, який забезпечує її електропровід-ність), зміг на аноді одержати першу порцію нового, надзвичайно реакцій-ноздатного газу.

Поширення в природіУміст Флуору в земній корі досить знач-

ний й становить 0,095 % за масою (значно більше, ніж найближчого аналога Флуору по групі — Хлору). Через високу хімічну активність флуор у вільному вигляді, зро-зуміло, не трапляється. Найважливіші міне -рали Флуору — це флюорит (плавиковий шпат), а також фторапатит 3Ca3(PO4)2· CaF2 і кріоліт Na3AlF6. Флуор як домішка вхо-дить до складу багатьох мінералів. Він міститься в підземних водах; у морській воді фтору — 1,3 ·10-4 %.

Фізичні властивостіЗа нормальних умов флуор — отруйний

газ, що вирізняється різким запахом та блі-дим жовтим кольором (густина 1,693 кг/м3). Його запах настільки різкий, що вистачить мільйонної частки, щоби людина могла його відчути в повітрі. Температура кипін-



Пластмасова платинаНе по зубах царській горілці виявилася пластмаса — фторопласт-4, відома також під назвою тефлон. Молекули тефлону відрізняються від поліетиленових тим, що всі атоми Гідрогену, які оточують головний ланцюг (... –C –C –C... ), замінено Флуором. Фторопласт-4 одержують полімеризацією тетрафлуоретилену — безбарвного неотруйного газу. Полімеризацію тетрафлуоретилену було відкрито випадково. 1938 року в одній із закордонних лабораторій раптово припинилася подача цього газу з балона. Коли балон відкрили, з’ясувалося, що він заповнений невідомим білим порошком, який виявився політетрафлуоретиленом. Дослідження нового полімеру довело його дивовижну хімічну стійкість і високі електроізоляційні властивості. Зараз із цього полімеру пресують багато найважливіших деталей літаків, машин, верстатів.

ня –188,14 °C, температура плавлення –219,62 °C.

Хімічні властивостіЩоби характеризувати високу актив-

ність флуору, наведемо приклад: гаряча вода згоряє в струмені флуору з утворен-ням кисню. Справді ж винятковий випа-док? Кисень виявився раптом не причи-ною, а наслідком горіння:

2F2 + 2H2O = 4HF + O2 Не тільки вода, але й інші зазвичай

негорючі матеріали, такі як азбест, цегла, багато металів, загоряються в струме-ні флуору. Бром, йод, сірка, селен, телур, фосфор, миш’як, сурма, кремній, дерев-не вугілля самозаймаються у флуорі вже за звичайної температури, а за невеликого нагрівання та сама доля спіткає й бла-городні платинові метали, відомі своєю хімічною пасивністю.

З усіх елементів із флуором не утворю-ють флуоридів тільки два легких інертних гази — гелій і неон.

Флуор реагує з вибухом в разі простого контактування з воднем:

H2 + F2 = 2HFПри цьому утворюється газ гідроген

флуорид HF, необмежено розчинний у воді з утворенням порівняно слабкої плавико-вої кислоти.

Флуор взаємодіє із більшістю немета-лів. Так, під час реакції флуору із графітом утворюються сполуки загальної формули CFx, під час реакції флуору із силіцієм (Si) — флуорид SiF4, з бором — трифлуорид BF3. Внаслідок узаємодії флуору із сіркою (S) утворюються сполуки SF6 й SF4 і т. ін.


МАНДРИ ТАБЛИЦЕЮ

Д. І. МЕНДЕЛЄЄВА

Відомо багато сполук Флуору з іншими галогенами, наприклад BrF3, IF7, CIF, CIF3 та інші, причому бром (Br2) і йод (I2) запа-люються в атмосфері флуору за звичайної температури, а хлор (Cl2) взаємодіє із флу-ором за нагрівання до 200–250 °С.

Не реагують із флуором безпосеред-ньо, крім зазначених інертних газів, також азот (N2), кисень (O2), алмаз, вуглекислий і чадний гази.

Внаслідок узаємодії флуору з вугле-воднями відбувається їх деструкція, яка супроводжується одержанням флуорову-глеців різного складу.

Тому флуорувати безпосередньо орга-нічні сполуки із заміною одного атома Гідрогену на Флуор (як у ви падку із хлором) не вийде.

За невеликого нагрівання (100–250 °C) флуор реагує зі сріблом (Ag), ванадієм (V), ренієм (Re) і осмієм (Os). Із золотом (Au), титаном (Ti), ніобієм (Nb), хромом (Cr) і де -якими іншими металами реакція за участі флуору починає відбуватися за темпера-тури вище 300–350 °C.

Слід зазначити, що вже згадуваній пла-виковій кислоті HF відповідають не тільки середні флуориди типу NaF або CaF2, але й кислі флуориди — гідрофлуориди типу NaHF2 і KHF2.

Синтезовано також велику кількість різних флуорорганічних сполук, у тому числі й знаменитий тефлон — полімер тетрафлуор етилену.

Про органічні сполуки Флуору читайте в статті «Перфлуорвуглеці».

Тамара Гранкіна вироби з тефлону

фтор —

отруйний газ,

що вирізняється

різким запахом

та блідим жовтим

кольором




ВИПАДКОВІ ВІДКРИТТЯСАХАРИН

1879 року в лабораторії професора Ремсена працював хімік із царської Росії (емігрант) Фальберг. Якось, прийшовши з лабораторії додому обідати, він здиву-вався, чому хліб такий солодкий. Жінка запевняла його, що хліб звичайний, зовсім не солодкий. Фальберг попросив жінку дати йому кусень, щоби він міг відкусити від нього, не беручи до рук. Хліб, дій-сно, виявився… звичайним на смак. Чому хліб спочатку здався вченому солодким, а потім несолодким?

На руках ученого зберігся смак тієї речовини, яку він готував у лабораторії. Так випадково було відкрито сахарин — замінник цукру. Одержана вченим сполука виявилася у 280 разів солодша за цукор.

(Докладніше читайте про сахарин у попередньому номері в статті «Замін-ники цукру».)

Речовина КуртуаЯкось, зачиняючи аптеку, аптекар

Кур туа вирішив вигнати кішку на вули-цю. Перелякана кішка стрибнула з поли-ці й перекинула склянку з концентрова-ною сульфатною кислотою. Склянка впала, роз билася, кислота пролилася на попіл із во доростей. Здивований аптекар від-разу побачив фіолетовий дим. Так випад-ково було відкрито нову речовину — йод («йодос» перекладається як фіолетовий). У складі попелу водоростей є калій йодид.

6KI + 4H2SO4 2I2 + I2S + 3K2SO4 + 4H2O

костянтин фальберг

ХІМІЯ ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

я

ХІМІЯ ДЛЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯ ДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДООООООООООООООПИТЛИВИХ

костя

структура молекули сахарину

ІСТОРІЯ ХІМІЇ

ПЕРФЛУОР-ПЕРФЛУОР-ВУГЛЕЦІВУГЛЕЦІ

Цікавий клас утворюють сполуки Флуору й Карбону, іменований флуорвуглеці. Флуорвуглеці являють собою

аналоги вуглеводнів, у яких всі атоми Гідрогену заміщено атомами Флуору. Друга назва класу цих речовин —

перфлуорвуглеці. Заміна атомів Гідрогену на атоми Флуору кардинально змінює властивості речовини,

роблячи речовину унікальною і незамінною

у багатьох сферах.

Унікальність будови речовин цього класу полягає у зв’язку Карбон–Флуор, який є най-міцнішим одинарним зв’язком в органічній хімії. Це означає, що змусити реакцію відбува-тися, досягнувши при цьому розриву зв’язку Карбон–Флуор, дуже складно. А оскільки в перфлуорвуглецях є тільки зв’язки С–F й C–C, то ці сполуки вкрай мало реакційноз-датні. Перфлуорпохідні алканів — гази або рідини, які не горять, стійкі до впливу лугів і кислот. Але так само, як і вуглеводні, вони розкладаються за сильного нагрівання, вна-слідок чого C–C зв’язок розривається.

З 30-х років XXст. основною проблемою було одержання перфлуорвуглеців: спро-ба профлуорувати відповідні вуглеводні не була успішною, оскільки навіть у темря-ві й за сильного охолодження відбуваєть-ся окиснення й навіть вибух з утворенням перфлуорметану, -етану й -пропану. Але цю проблему було розв’язано під час Другої світової війни. Так, було налагоджене одер-жання флуорвуглеців шляхом використання більш м’якого окисника — кобальт(III) флуо-риду, а пізніше — шляхом електролізу речо-вини в розчині флуороводневої кислоти.

Найвідомішим і використовуваним пер-флуорвуглецем є тетрафлуорполіетилен, або тефлон. У більшості кухонь є сковорід-ки з антипригарним тефлоновим покрит-тям. Антипригарність покриття полягає в тому, що тефлон не змочуваний ні водою, ні олією, ні багатьма органічними розчин-никами, тобто площа контакту тефлону й будь-якої іншої речовини мінімальна, отже, зона із пригорілою їжею вкрай мала. Але варто пам’ятати, що покритий тефлоном


РЕЧОВИНИ ЗВИЧАЙНІ ТА НЕ ДУЖЕ

посуд не можна залишати порожнім на від-ритому вогні й нагрівати вище 300 °C, тому що під час нагрівання тефлон розклада-ється й виділяються отруйні речовини, які можуть спричиняти рак! Якщо ж у цьому посуді міститься вода або олія, то не варто турбуватися, тому що вони не дадуть нагрі-тися вище за температури свого кипіння.

Однак застосування тефлону не обмежу -ється лише його антипригарними влас-тивостями. Його ще використовують для змащування малонавантажених вузлів, оскільки в нього найменше значення кое-фіцієнта тертя. Цікаво те, що по тефлоновій стіні не здатні повзти комахи! Також його використовують в електроніці, для виго-товлення імплантів у хірургії, в авіації.

Цікавою властивістю рідких перфлуор-вуглеців є їхня властивість добре розчи-няти гази, у тому числі кисень і вуглекис-лий газ. Багато циклічних флуорвуглеців можуть розчинити більше кисню, ніж кров. Низькотоксичні, інертні й нерозчинні у воді перфлуорвуглеці можна використовувати в деяких ситуаціях для рідинного дихання.

Про це читайте статтю в цьому номері «Миша як риба».

Похідні перфлуорвуглеців, які мають довгий карбоновий хвіст, є гарними поверх-нево-активними речовинами. Наприклад, перфлуорсульфооктанову кислоту широко застосовують для створення водонепро-никних і плямовідштовхувальних тканин, як відмінний піноутворювальний ком-понент для гасіння пожеж, як рідину для гідравлічних систем.

Андрій Вареніков

Кадр з фільму грегорі кольбера

«ПОпіл та сніг»

МИША МИША ЯК РИБАЯК РИБАВивчення унікальних властивостей перфлуорвуглеців як основи кровозамінників почалося із двох експериментів, які стали тепер класичними. 1962 р. у журналі Nature американський лікар І. Кілстра опублікував статтю під сенсаційною назвою «Миша як риба». Він показав, що миша може залишатися живою, будучи зануреною у фізіологічний розчин, насичений киснем під високим тиском.

Донорська кров — поцілунок

смерті чи дарунок життя?«Чаша терезів» схиляється на користь першого твердження. Головним аргументом у суперечці править вже не тільки загроза перенесення з донорською кров’ю численних інфекцій (СНІДу, вірусного гепатиту, цитомегаловірусів, малярії, герпесу, вірусу Епштейна–Бара й багатьох інших), але й реакції реципієнтів на її введення. Безперервне відкриття нових, раніше не відомих інфекцій, імунологічні проблеми сумісності (переливання крові аналогічне пересадженню органів) і релігійні обмеження, які забороняють переливання людині чужої крові, перешкоджає використанню донорської крові.Крім того, численні техногенні катастрофи й локальні військові конфлікти, під час яких часу для визначення групової сумісності зазвичай обмаль і потрібна відразу велика кількість крові, засвідчують необхідність створення повноцінних штучних кровозамінників.


Через чотири роки його співвітчизники й колеги Л. Кларк і Ф. Голлан одержали такий самий ефект за нормального атмо-сферного тиску. Замість води вони вико-ристовували рідкий перфлуорвуглець. Легені піддослідного пацюка наповнювали рідиною, після він пірнав на дно посудини, але, на диво експериментаторів, продо-вжував дихати ще протягом 10 хвилин.

Наочна демонстрація газотранспортних властивостей перфлуорвуглеців наштов-хнула на думку використовувати їх як осно-ву під час створення кровозамінників.

Блакитна кровКровозамінні препарати на осно-

ві перфлуорвуглеців зазвичай являють собою емульсії з перфлуорвуглецевих час-точок розміром 0,05–0,1 мкм. Вони мають блакитнуватий відтінок, що пов’язане з розсіюванням білого світла малими час-тинками. Це послужило приводом для того, що в засобах масової інформації кро-возамінники на основі перфлуорвуглеців почали називати «блакитною кров’ю».

Причиною застосування перфлуорвугле -ців замість крові стала їх здатність чудо-во розчиняти в собі деякі гази. Так, вони можуть увібрати в себе до п’ятдесяти об’єм них відсотків кисню й майже до двох-сот відсотків вуглекислого газу!

Зараз розроблено спеціальні суміші на основі флуорвуглеців для тимчасового використання їх як штучної крові в разі вели-ких крововтрат. Особливо це ефективно в екстремальних умовах (великі катастрофи, аварії, війни). Штучна кров урятувала життя



багатьох солдатів під час Афганської війни. Більше того, цей препарат показав себе чудовим захисником клітин — у разі най-складніших травм чи опіків клітини, «оброб -лені» перфлуорвуглецем, не руйнуються. Однак, переносячи гази по кров’яному руслу, вони не виконують інших функцій крові — транспортування поживних речо-вин, регуляції, зсідання й захисту.

Кровозамінник, який не спричиняє усклад нень під час переливання крові та підходить усім пацієнтам, — одна із най-

більш насущних проблем у медицині. Але розв’язати її зовсім не просто. Наприклад, оскільки перфлуорвуглеці у півтора-два рази важчі за воду, то застосовувати їх для рідинної вентиляції — промивання леге-нів, що, здавалося б, вповні зрозуміло, не можна: вони швидко розірвуть легені. Також непросто використати їх і для вза-ємодії з іншими органами.

Для кожного конкретного випадку тре-ба шукати свої підходи, а це може тривати роками й десятиліттями.

Чотири напрямки використання перфлуорвуглеців у медицині1. Штучна кров (про це ми тільки-но

говорили).2. Штучні легені. Коли хворі легені вже

не постачають кров киснем у достатній кількості, людині загрожує загибель. У разі двостороннього ураження легенів хворого в барокамеру не помістиш: легені порвуть-ся. Штучна вентиляція теж неможлива: результат буде той самий. У цих випадках на допомогу приходять так звані оксигена-тори — прилади, які беруть на себе функ-цію легенів. Вони насичують кров киснем, дозволяючи лікарям виключити з роботи на певний час рідні легені, щоби провес-ти операцію або інше лікування. Наявні дотепер типи оксигенаторів не вирішува-ли цієї проблеми повністю. Російські вчені створили й уперше у світі застосували в клініці перфлуорвуглецеві оксигенато-ри. У нових приладах насичується кис-нем не кров, а сам перфлуорвуглець. А вже потім кров, протікаючи над ним, забирає

Мишу занурено в рідкий

перфлуорвуглець, який насичують

за атмосферного тиску й за кімнатної

температури киснем з повітря. Кисень,

поглинутий з перфлуорвуглецю,

дозволяє їй залишатися живою,

перебуваючи під шаром рідини.

РЕЧОВИНИ ЗВИЧАЙНІ

ТА НЕ ДУЖЕ


кисень у потрібних кількостях і розносить її організмом, проходячи крізь перфлуор-вуглець, як крізь стінки альвеол легенів. Цей прилад може працювати кілька діб, не завдаючи ніякої шкоди організму, а за цей час хворого можна врятувати.

3. Культивування клітин на флуорву-глецевих підкладках. Сьогодні для одер-жання вакцини проти важких захворювань хвороботворні мікроби, коки, палички вирощують у лабораторіях у спеціальних поживних бульйонах. Але далеко не всі мікроби ростуть у бульйоні. Наприклад, якщо говорити про паличку лепри, то не -має такого бульйону, у якому б вона роз-вивалася. Тому вчені й не можуть створити вакцину проти прокази, і ця страшна хво-роба ще лютує в деяких районах земної кулі. Утім, є й перші успіхи: отримано дані, що паличка лепри може рости на флуорву-глецевих підкладках. Якщо ці дані підтвер-дяться, світ стоїть на порозі епохального відкриття — створення ліків проти хворо-би, яка тисячоріччями жахала людство.

4. Реалізація фантастичної ідеї: дихати у воді. Утім, причини, які спонукають уче-них працювати в цьому напрямку, далекі від фантастики. Ми все далі й далі йдемо на дно морське в пошуках нафти, мета-лів, золота, борознимо океани підводними човнами. І коли в разі катастрофи або надзвичайної ситуації необхідно швидко піднятися на поверхню, ми не зможемо цього зробити: у крові скипає азот, якого в повітрі майже вісімдесят відсотків. Жертв катастрофи зазвичай доводиться підніма-ти повільно, із частими зупинками, і все ж

таки нерідко на поверхню доправляють вже трупи. А якщо замінити азот у дихальній суміші флуорвуглецем? Не газом, а ріди -ною, яку наситити киснем. І тоді можна піднімати людину з будь-якої глибини зі швид кістю звуку. А в її легенях замість повітря буде пульсувати рідкий розчин.

На жаль, саме цей напрямок пошуку, який має, безсумнівно, багатообіцяючу

пляшки зі штучною кров’ю Oxycyte,

що являє собою комплекс

перфлуорвуглеців

штучна шкіра

з перфлуорвуглеців



пер спективу, поки ще дуже далекий від клі-нічного розв’язання. Вся проблема у влас-не перфлуорвуглецях, які, нагадаємо, удві-чі важчі від води й через кілька годин без-посереднього дихання ними рвуть легені. Вченим потрібний перфлуорвуглець, який був би важче води не більш ніж в один і три десятих раза. Ведуться його інтенсив-ні пошуки, але... Справа в тому, що перфлу-орвуглеців кілька тисяч, а вивчити вченим удалося поки що кількадесят сполук. Тож коли вони у своїх пошуках натраплять на перфлуорвуглець, який відповідає всім вимогам, угадати неможливо.

ПерспективиАле робота триває. І сьогодні вже отри-

мано новий результат — штучна шкіра.

У разі значних опіків перфлуорвугле-ці дозволяють покрити уражені ділянки свого роду замінником шкіри, на якому ростуть клітини і крізь який не проникає інфекція.

Так сьогодні рятують потерпілих, рані-ше приречених на загибель.

Ще приклад. Перфлуорвуглеці роблять ракові клітини більш сприйнятливими до хіміотерапії — вони легше руйнують-ся. І таких нових способів застосування перфлуорвуглеців ми відкриваємо дедалі більше й більше.

Не будемо розповідати про все. Ска-жемо тільки, що перфлуорвуглеці посіда-тимуть у медицині ХХI століття одне з голов -них місць.

Тамара Гранкіна

РЕЧОВИНИ ЗВИЧАЙНІ

ТА НЕ ДУЖЕ


ІНТЕРНЕТ-НОВИНИ

Міжнародна спілка теоретичної й при-кладної хімії (ІЮПАК) офіційно надала назви «Флеровій» і «Ліверморій» 114-му й 116-му елементам таблиці Менделєєва, синтезованим російськими вченими за спри -яння американських колег.

«Пріоритет у відкритті цих елементів закріплено… за групою учених з Об’єд-наного інституту ядерних досліджень (ОІЯД, Дубна, Росія) і з Ліверморської національ-ної лабораторії імені Лоуренса (Каліфор-нія, США). Ця група запропонувала на-зви «Флеровій» (Flerovium) і «Ліверморій» (Livermorium), які тепер формально схва-лені ІЮПАК», — йдеться в повідомленні на сайті спілки.

Елементи з атомними номерами 114 і 116 було вперше синтезовано на цикло-троні Лабораторії ядерних реакцій імені Флерова в ОІЯД. Ці експерименти прово-дила група російських учених під керівниц -твом академіка Юрія Оганесяна за участі американських колег.

Елемент під номером 114 було отри-мано 2000 року шляхом бомбардування

на прискорювачі мішені із Плутонію-242 ядрами Кальцію-48, а 116-й елемент — 2004 року в реакції Кальцію-48 і Кюрію-245.

Флеровій дістав свою назву на честь Ла-бораторії ядерних реакцій імені Флерова ОІЯД, яка є визнаним лідером галузі синте-зу надважких елементів. Георгій Флеров — радянський фізик-ядерник, фахівець в га-лузі поділу ядер, синтезу нових хімічних елементів, нових видів радіоактивності. Учасник створення радянської ядерної зброї. 1940 року разом з Костянтином Петржаком відкрили новий тип радіоактивних пере-творень — спонтанне ділення ядер Урану. Завдяки ідеям Флерова в ОІЯД було отри-мано цілий ряд хімічних елементів.

Ліверморій (Livermorium, Lv) було запро-поновано назвати на честь Ліверморської національної лабораторії ім. Лоуренса й міс-ця її розташування, міста Лівермор у штаті Каліфорнія. Його вчені вже понад 20 років беруть участь в експериментах з синтезу но-вих елементів, проведених у Дубні.

Нова спільна робоча група, заснована керівниками ІЮПАК, почала роботу із уста-новлення пріоритету в одержанні інших поки безіменних надважких елементів — 113-го, 115-го, 117-го й 118-го. Офіційно визнані першовідкривачі дістануть право пропонувати для них назви.

Всі ці елементи також було синтезовано вченими ОІЯД.За матеріалами видання «РИА Новости»

Два нових елементи таблиці Менделєєва офіційно одержали імена

ЛАКМУСЛАКМУСЛакмус — це фарба, яка у нейтральних водних розчинах Лакмус — це фарба, яка у нейтральних водних розчинах

має фіолетовий відтінок; його використовують для має фіолетовий відтінок; його використовують для визначення кислотності (стає червоною) або лужності визначення кислотності (стає червоною) або лужності

(стає синьою). Лакмус — це рослинний пігмент, (стає синьою). Лакмус — це рослинний пігмент, одержуваний з деяких видів лишайника, який має одержуваний з деяких видів лишайника, який має

червоний колір в кислому і синій у лужному середовищі; червоний колір в кислому і синій у лужному середовищі; застосовують як нейтральний індикатор для якісного застосовують як нейтральний індикатор для якісного

визначення активної реакції середовища.визначення активної реакції середовища.


Основні характеристики лакмусу

Хто з хіміків не знає, що лакмус — інди-катор? Звичайно ж, усі! Індикатор, як відомо, щось має показувати. Що ж показує лакмус?

Це індикатор для визначення рН або, простіше, реакції середовища; у кислому середовищі спостерігають червоне забарв-лення лакмусу, у лужному — синє, а в ней-тральному середовищі — фіолетове. Запах лакмусу схожий на нашатирний спирт.

Найбільш істотною складовою части-ною лакмусу є речовини азолітмін C9H10NO5 і еритролітмін C13H22O6 .

Використовують його або у вигляді розчину (тоді до досліджуваної речовини додають лакмус), або частіше у вигляді так званого індикаторного паперу. Ним зруч-ніше користуватися.

Лакмус із геліотропаЛакмус — імовірно, найстаріший кис-

лотно-основний індикатор. Ще 1640 р. ботаніки описали геліотроп

(Heliotropium Turnesole) — запашну росли-ну з темно-ліловими квітками, з якої було виділено барвник.

Цей барвник, нарівні із соком фіалок, хімі-ки почали активно застосовувати як інди-катор, який у кислому середовищі був червоним, а в лужному — синім. Про це можна прочитати в працях знаменитого фізика й хіміка XVII сто ліття Роберта Бойля. Спочатку з допомогою нового індикатора досліджували мінеральні води, а приблиз-но з 1670 року його почали використову-вати в хімічних дослідах.

«Щойно додаю доволі незначну кіль-кість кислоти, — писав 1694 року фран-цузький хімік П’єр Поме про «турнесоль», — він стає червоним. Тому якщо хтось хоче довідатися, чи міститься в чому-небудь кис-лота, його можна використовувати».

А 1704 року цей індикатор одержав свою нинішню назву — лакмус. Назва «лак-мус» прижилася в усіх мовах, крім фран-цузької. Французькою лакмус переклада-ють як tournesol, що означає «який повер-тається за сонцем», а грецькою те саме означає слово «геліотроп».

Трохи пізніше було виявлено, що лак-мус можна одержувати дешевше, напри-клад, з деяких видів лишайників.

Лакмусовий лишайникПід цією назвою відомо кілька видів

лишайників, які використовують для добу-вання й приготування лакмусу. Найбільш важливі з них такі два види:

Геліотроп (Heliotropium Turnesole)

ХІМІЧНА ЛАБОРАТОРІЯ


1. Ochrolechia (або Lecanora) — корко-вий лишайник білого або сіро-зеленого кольору; апотеції в нього плоскі, червону-ваті, круглі, з товстим цільним краєм.

Росте цей лишайник на землі в Західній Європі, переважно ж у великих кількос-тях по скелястих морських узбережжях Шотландії, Норвегії й Швеції.

Він містить синій барвник, і його ви -користовують для добування лакмусу (Lacmus, LaccaMusci). У великих кількостях цей лишайник збирають у Швеції, чому й називають в торгівлі «шведським мохом».

2. Roccellatinctoria DC. — лишай-ник, який має вигляд невеликого кущи-ка до 16–20 см заввишки та складається з безлічі тонких (до 1–3 мм завтовшки), борошнистих, білуватих або жовтуватих, гілочок, які відходять від одного пункту.

Цей лишайник росте на скелях на Азор -ських і Канарських островах, по узбереж жю Середземного моря, у Сенегамбії, Кап ській землі, в Індії. На Канарських островах його збирають 2600 центнерів за рік, хоча збира-чам доводиться лазити по крутих стрільча-ках і часто ризикувати своїм життям.

Інші види Roccella також використову-ють для виготовлення лакмусу.

Лакмусовий папірЛакмусовий папір застосовують для

ідентифікації кислот і основ.У лакмусу, порівняно з іншими інди-

каторами, відносно незначна похибка у ви значенні середовища речовини. Для нейтрального середовища — 6 ≤ pH ≤ 8, для кислого середовища pH ≤ 6, для луж-ного — pH ≥ 8.

лишайник Ochrolechia лишайник Roccella tinctoria



У нейтральному середовищі лакмус фіолетовий, у лужному змінює забарвлен-ня на синє, у кислому — на червоне. Але перехід від фіолетового в синє або черво-не не завжди добре помітний, тому, окрім фіолетового паперу, виготовляють ще чер-воний (ним краще визначати луги) і синій (ним краще визначати кислоти).

Виготовлення синього лакмусового па -пе ру: фільтрувальний папір просочують 0,1%-м або 1%-м водним розчином азоліт-міну й висушують в умовах повної відсут-ності в повітрі випарів кислот.

Виготовлення червоного лакмусового паперу: розчин азолітміну спочатку під-кислюють етановою кислотою й отрима-ним червоним розчином просочують філь-трувальний папір. Інший варіант: синій лакмусовий папір, ще вологий, проводять над злегка нагрітим розчином етанової кислоти доти, поки папір не почервоніє.

Червоний лакмусовий папір — змі-нює колір із червоного на синій, одночас-но змінюючи під час переходу з кислотної ділянки в лужну значення рН-зразка.

Синій лакмусовий папір — змінює колір із синього на червоний, одночасно змінюючи під час переходу з лужної ділян-ки в кислотну значення рН-зразка.

Для того щоби запам’ятати колір лакму-су в різних середовищах, існує вірш:

Индикатор лакмус — красный кислоту укажет ясно. Индикатор лакмус — синий, Щёлочь здесь — не будь разиней, Когда ж нейтральная среда,

Он фиолетовый всегда.

Ірина Євтушенко


АЕРОГЕЛЬАЕРОГЕЛЬАерогелі сміливо можна віднести до незвичайних речовин. Аерогелі сміливо можна віднести до незвичайних речовин.

Їх немає в природі, це витвір людських рук. І люди його Їх немає в природі, це витвір людських рук. І люди його гідно оцінили. 15 позицій у книзі рекордів Гіннесса він гідно оцінили. 15 позицій у книзі рекордів Гіннесса він

посів завдяки своїм унікальним якостям.посів завдяки своїм унікальним якостям.


ТЕХНОЛОГІЧНА ХІМІЯ

Назва «аерогель» походить від двох латинських слів: aer — повітря й gelatus — заморожений. Тому аерогель ще нази-вають «замороженим димом». Дійсно, за зовнішнім виглядом аерогель нагадує застиглий дим. Особливість аерогелю в тому, що в ньому відсутня рідка фаза — вона повністю заміщена газоподібною. Тому ця речовина має рекордно низьку густину, яка усього в півтора раза перева-жає густину повітря, і ряд інших унікаль-них якостей: твердість, прозорість, жаро-міцність і т. д. Аерогель дивний ще й тим, що на 99,8 % складається з… повітря!

Історія одержання аерогелюІсторія появи аерогелю дотепер

з’ясо вана не до кінця. Відомо лише, що першим його одержав американ-ський уче ний Семю ель Кістлер наприкін-ці 20-х або 30-го року минулого століття в Тихоокеанському коледжі в Стоктоні (штат Каліфорнія). Одержав майже випад-ково, як побічний продукт кристалізації амінокислот у суперкритичних суперна-сичених рідинах. Учений домігся одер-жання аерогелю, заміняючи рідину у зви-чайному гелі метанолом. Після цього гель нагрівався під високим тиском до +240 °С (критична температура для метанолу, після якої він починає розкладатися). При цьому газоподібний метанол ішов з гелю, але зневоднена піна не зменшувалася в об’ємі. У результаті утворювався легкий дрібнопористий матеріал, названий зго-дом аерогелем.

Перший аерогель було отримано уче-ним із кварцу. Згодом цей матеріал навчи-

лися виготовляти з оксидів металів, орга-нічних речовин і багатьох інших вихідних інгредієнтів.

За структурою аерогелі являють собою розгалужену мережу з об’єднаних в одно-рідні групи (кластери) частинок розміром 2–5 нанометрів і пор, заповнених пові-трям, розмірами до 100 нанометрів.

Унікальні фізичні властивостіЗовні аерогель найбільше схожий

на прозору або напівпрозору застиглу мильну піну. Він виглядає як суцільна однорідна речовина, що відрізняє його від таких пористих середовищ, як різні піни. На дотик аерогель також нагадує застиглу піну. Це досить міцний матеріал, здатний витримати навантаження у 2000 разів біль-ше власної ваги. Наприклад, невеликий блок аерогелю вагою 2,38 г легко витри-мує цеглу масою у 2,5 кг! Кварцові аерогелі є ще й дуже добрим теплоізолятором. Він витримує температуру до 500 °С, а шару

структура аерогелю під мікроскопом

різноманіття вловлених зондом частинок були виявлені сліди гліцину — найваж-ливішої для утворення білка амінокисло-ти. Ученим, які підтримують теорію про неземне походження життя, ця знахідка стала побічним доказом їх правоти.

Як унікальний теплоізолятор аерогель планується використовувати в космічних скафандрах американського виробництва, створюваних для марсіанського проекту НАСА. Так само НАСА припускає застосу-вання аерогелю як теплового щита нових моделей «Шаттла».

Перспективи застосуванняАерогелі є перспективними також

у мікро електроніці. Головним чином, за -вдяки тому, що вони мають найнижчі діе-лектричні константи, тобто є дуже добри-ми ізоляторами.

Використання аерогелів як ізоляційних шарів у багатошарових друкованих платах дозволить значно підвищити швидкодію електроніки.

2007 року американські хіміки пре-зентували створені ними аерогелі, які можуть бути фільтром для очищення води від шкідливих домішок, таких як мерку-рій, плюмбум та інших отруйних важких металів. Поки виробництво цих матеріалів досить обмежене через високу ціну, тому що до складу фільтрів входить платина. Коли їй буде знайдена заміна у вигля-ді дешевшого аналога, очисники нового зразка позбавлять водойми планети від важких металів.

Крім цього, нові аерогелі проявля-ють властивості напівпровідників, отже,

завтовшки 2,5 см досить, щоби захистити руку від прямого впливу полум’я паяльної лампи. Існують різновиди аерогелів з тем-пературою плавлення до 1200 °С.

Аерогель у космосіЛише наприкінці минулого століття

аерогелі знову почали широко використо-вувати, причому насамперед у космічній галузі. Саме аерогель став найважливі-шим елементом ґратчастого вловлюва-ча, за допомогою якого космічний зонд Stardust захопив мільйони малюсіньких частинок із хвоста комети Wild 2. Ці зразки були доправлені на Землю. До речі, серед



аерогелі є дуже добрим теплоізолятором

можна використовувати у фотоелементах та інших оптоелектронних пристроях.

Властивості аерогелів значно залежать від вихідного матеріалу, з якого їх виро-бляють. Існують аерогелі з алюміній окси-ду, силіцій(IV) оксиду, а також оксидів Стануму й Хрому, а зовсім недавно вони були отримані на основі Карбону.

У НАСА тривають випробування алю-мооксидних аерогелів, які містять рідкі елементи — Гадоліній і Тербій. Ці гелі використовують як детектори високош-видкісних зіткнень.



Деякі прозорі різновиди аерогелю вчені роз глядають як заміну шибці, адже коефі-цієнт заломлення в них набагато нижчий, ніж у скла (1,05 проти 1,5). Крихкість цього перспективного матеріалу вже вдалося подолати, зараз доступний випуск пруж-них і гнучких аерогелів. На порядку ден-ному питання про зниження собівартості виробництва до меж, які роблять викорис-тання в широких масштабах рентабель-ним. Аерогелі часто називають матеріа-лом XXI століття. Чи так це, ми незабаром побачимо.

За матеріалами сайта www.idea.uz

Спека... Здається, немає від неї порятунку. Але ні, є! Ось він! Холодне, солодке, м’яке, із чимось смачно

хрустким, з кисленькими фруктами, залите ароматним сиропом

і найніжнішими вершками... Упізнали? Так, це воно —

морозиво. Читаємо про цей смачний продукт

просто зараз.

МОРОЗИВОМОРОЗИВО


ЩО МИ ЇІМО

Що за продукт морозиво?

Морозиво — це десерт, виготовлений з молочних продуктів (вершки, молоко, масло) з додаванням цукру, яєць і напов-нювачів: фруктів, варення, печива, горіхів або шоколаду. Однак таким склад моро-зива став лише у XVIII столітті, а до цього так називали заморожені фруктові соки із цукром, фруктами й горіхами.

Морозиво розділяють на дві категорії: шербети (сорбети), які складаються тільки з води, цукру, фруктів або якогось іншого наповнювача, наприклад алкогольних напо-їв, і власне морозиво — молочний продукт. Останнє ділять на молочне морозиво, яке містить 3–8 % жиру й близько 20 % цукру, вершкове (близько 10 % жиру й 15 % цукру) і пломбір — найбільш жирне й калорійне вершкове морозиво, до складу якого вхо-дить не менше 15 %, а то й 18–20 % жиру й 14 % цукру. Назву воно дістало від фран-цузького містечка Пломб’єр, де його поча-ли робити у XIX столітті. Щодо йогуртового морозива думки фахівців різняться: хтось уважає його різновидом молочного моро-зива, а хтось — замороженим йогуртом.

як роблять морозиво?У промислових умовах технологія

виробництва морозива передбачає три етапи: приготування суміші, фризеруван-ня, розфасовування й загартовування.

Всі інгредієнти морозива змішують за тем ператури близько 60 °С й під тиском. Перемішувати потрібно дуже ретельно, інакше в готовому продукті на зубах буде

Морозиву не менше п’яти тисяч років. У Китаї, на Сході й на пів-дні Європи його їли для охоло-дження, і було воно дорогим, оскільки лід доводилося возити здалеку. До Рима, наприклад, його доправляли з альпійських льодовиків. А в наших краях, де снігу більше, ніж фруктів, морозиво було сезонним зимо-вим блюдом, причому молочним. Дрібно наструганим за-мороженим молоком смакували ще жителі Київської Русі. У бага-тьох російських селах на Масницю готували суміш із замороженого сиру, сметани, ізюму й цукру, та й при дворі такі ласощі дуже полюбляли.

ЩО МИ ЇІМО

им молоком и ще жителі Русі. У бага-йських

Масницю суміш

женого тани,

кі же и.


ЩО МИ ЇІМО

(доморожують) за температури –25–37 °С. Це необхідно для того, щоби вся вода, яка міститься в продукті, перетворилася на лід і щоби не відбувалося втрат повітря після фризерування.

Температура морозива після загар-товування не має перевищувати –12 °С. Наприкінці морозиво 24–36 годин витри-мують у гартівних камерах або заклада-ють на зберігання.

Хто створив ескімо? Для багатьох ескімо — морозиво

на па личці. Однак спочатку так називали вершковий брикет, покритий шоколад-ною глазур’ю.

Існують принаймні дві версії походжен-ня ескімо. Подейкують, що рецепт глазуро-ваного морозива придумав Шарль Жерве, один із засновників французької сирова-рильної компанії «Жерве». Це морозиво 1922 року продавали в па ризькому кіно-театрі, де йшов документальний фільм про ескімосів «Нанук з Півночі». З легкої руки глядачів новий сорт морозива поча-ли називати «ескімо». Чому досвідчений сировар звернув увагу на морозиво, істо-рія умовчує.

Не виключено, що він запозичив вина-хід в американця данського походжен-ня Християна Кента Нельсона. Нельсон був учителем і власником кондитерсько-го магазина, отже, добре розбирався в дитячій психології. Ідея покрити моро-зиво шоколадною глазур’ю спала йому на думку, коли він спостерігав за юним відвідувачем магазина, який ніяк не міг

хрумтіти лід — компоненти морозива міс-тять 55–64 % води. Отриману емульсію фризерують, тобто охолоджують приблиз-но до 2 °С і при цьому збивають, насичу-ючи повітрям. Оптимальний уміст пові-тря в морозиві становить 3–15 %. Збиту охолоджену масу фасують і загартовують

Щоби заморожена емульсія, насичена повітрям, довше збе-рігалася, не обпадаючи, не про-мерзаючи й не розшаровуючись, у морозиво під час приготу-вання додають стабілізатори й емульгатори. Стабілізатори, у тому числі агар-агар, агаро-їд (полісахарид, одержуваний із чорноморських водоростей роду Phyllophora), натрій альгі-нат, натрій казеїнат, пектини, картопляний або кукурудзяний крохмаль, зв’язують частину води й перешкоджають роз-ростанню кристалів льоду. За їх наявності морозиво легше збивається, краще зберігає структуру й повільніше тане. Емульгатори, в основному ліпі-ди, забезпечують стійкість емульсії. Завдяки їм морозиво навіть під час танення залиша-ється пухким.


ЩО МИ ЇІМО

вирішити, чого йому більше хочеться — морозива чи шоколадки.

1921 року Нельсон запатентував свій винахід разом із виробником шоколаду Расселом Стовером. Но вий сорт назива-ли eskimo pie — ескімоський пиріжок. А паличку в цей пиріжок почали встром-ляти лише 1934 року.

Що таке кувертюр? Шоколадна глазур не тільки надає

морозиву нового смаку, але й збільшує термін його зберігання, захищаючи поверхню. Натуральну глазур, до складу якої входить терте какао й какао-олія, називають кувертюр.

Однак олія какао коштує дорого, тож її частково або повністю заміняють інши-ми оліями (пальмовою, соєвою, рапсовою). Таку глазур називають шоколадною.

А буває ще молочно-шоколадна, зі зни-женим умістом какао й додаванням сухого молока, і горіхова — з тертих горіхів.

Із чого роблять крем-брюле? «Крем-брюле» з французької перекла-

дають як «обпалені вершки». Це холодний десерт із заварного крему

з карамельною скоринкою. Крем запіка-ють, щоби він затвердів, а потім або обли-вають паленим цукром, або підпалюють його безпосередньо на поверхні десерту.

Морозиво ж крем-брюле зазвичай верш кове із додаванням карамелі або карамельного смаку. Домашні рецепти його приготування часто містять варену згущенку.


ЩО МИ ЇІМО

Чим корисне морозиво?Увага! Цю частину статті потрібно чита-

ти батькам уголос, коли просите в них грошей «на морозиво»!

Перед нами порція морозива — холод-ного, жирного, солодкого й калорійного: в 100 г продукту від 200 до 400 калорій. Чи корисно воно? Так!

Адже, морозиво містить вітаміни A, B, D, E, P і мінеральні речовини, до складу яких входять магній, калій, фосфор, залізо, натрій.

Одна порція морозива забезпечує 20–30 % щоденної норми кальцію, що не тільки зміцнює кістки, але й стимулює швидке спалювання жиру. Так-так, моро-зиво нам, виявляється, худнути допомагає.

Морозиво — джерело незамінної амі-нокислоти L-триптофану, яка бере участь у синтезі мелатоніну й серотоніну — гормо-нів, які регулюють настрій і стресові реакції. Морозиво, яке містить L-триптофан, заспо-коює нервову систему й стимулює імунітет.

Ларингологи радять загартовувати моро зивом горло — це ніби обливан-ня холодною водою, тільки його треба облизувати, а не відкушувати шматка-ми. Слизова оболонка загартованого горла буде стійка до дії хвороботворних мікробів.

Морозиво не показане людям із хво-рою печінкою й цукровим діабетом, інші можуть їсти його щодня із задоволенням і великою користю для себе. У розумних кількостях, звістно.

За матеріалами журналу «Хімія й життя», 2012, № 2

Люди гладкішають тому, що їдять занадто багато, у тому числі часто пере-кушують між трапезами: то цукеркою себе побалують, то баночкою солодкої газованої води. Порція газовки містить стільки ж калорій, скільки ста-канчик морозива, але не заглу-шує почуття голоду, і людина продовжує їсти. А морозиво — легкозасвоюваний і поживний продукт, тож після нього вже не виникає бажання підкріпити-ся. Так що, перекушуючи моро-зивом, людина захищається від переїдання. Зрозуміло, треба стежити за калорійністю порції. Дієтологи радять виби-рати вершкове морозиво, воно ситніше, ніж молочне, однак не таке калорійне, як пломбір. Шоколаду краще уникати: нехай продукт буде з натураль-ними фруктами або горіхами або зовсім без добавок.


1. Аерогель Frozen SmokeАерогель Frozen Smoke («Замороже-

ний дим») на 99 % складається з повітря й на 1 % — із кремнієвого ангідриду. У ре -зультаті виходить досить вразлива магія: цегли зависають у повітрі й все таке. Крім того, цей гель ще й вогнетривкий.

Будучи майже непомітним, аерогель при цьому може втримувати практично неймовірні ваги, які у 4000 разів пере-вершують об’єм витраченої речови-ни, причому сам він дуже легкий. Його застосовують у космосі: приміром, для «виловлювання» пилу від хвостів комет і для «утеплення» костюмів астронавтів. У майбутньому, стверджують учені, цей зручний матеріальчик з’явиться в бага-

тьох будинках.


2. ФерорідинаФерорідина — це магнітна рідина, з якої

можна утворювати досить цікаві й вигад-ливі фігури. Утім, поки магнітне поле від-сутнє, ферорідина в’язка й нічим непри-мітна. Але варто тільки вплинути на неї з допомогою магнітного поля, як її частин-ки вишиковуються уздовж силових ліній і створюють щось неймовірне…

На практиці ферорідину застосовують по-різному: приміром, для забезпечення теплопровідності в динаміках. Ну а можли-вість ставати то твердим, то рідким залеж-но від впливу магнітного поля, робить цей матеріал значимим і для автопрому, і для NASA, і для військових.

Про інші незвичайні речовини читайте у наступних номерах.

У світі багато дивних речовин. Є й такі, що порушують правила фізики. У цьому

номері ми познайомимося із двома з них:

перфлуорвуглецями та аерогелем.

7 РЕЧОВИН, ЩО ПОРУШУЮТЬ ПРАВИЛА ФІЗИКИ

ферорідина

ГОТУЄМОСЯ ГОТУЄМОСЯ ДО ОЛІМПІАДИДО ОЛІМПІАДИ

Якщо ви по-справжньому любите хімію, то напевно берете участь в хімічних олімпіадах. Для перемоги на олімпіаді

потрібно знати хімію в обсязі, більшому за шкільний курс. Разом з тим і добре

знайомі хімічні речовини можуть здивувати.

Ось одна з таких задач-розповідей. Спробуйте в ній розібратися ...

Питання1. Поясніть усі описані тут хімічні явища.

2. Запропонуйте речовину (не кислоту), яку можна додати в третю пробірку, щоби розчин теж забарвився у малиновий колір.

Відповіді дивіться на с.37


— Сьогодні готуємося до олімпіади, — сказав учитель хімії. — Ви всі знаєте, що олім-піада передбачає теоретичний і практичний тур. Сьогодні готуємося до практичного туру. Зараз я вам покажу кілька дослідів, а ви спробуєте пояснити побачене.

— Ой, ну що там можна показати незви-чайного зі звичайного набору шкільних реактивів, — зневажливо мовив Андрій, який торік посів 1 місце в обласній олім-піаді. — Інша справа — університетська лабораторія!

Усі із прихованим захопленням і за -здрістю подивилися на нього.

— А от зараз побачимо, — посміхнувся вчитель. — Я беру прозорий безбарвний роз-чин якоїсь речовини і крапаю декілька кра-пель іншої прозорої безбарвної речовини.

Суміш забарвилася в характерний мали-новий колір.

— Так це зрозуміло! — залунало звіду-сіль. — Перший розчин — луг, ви накрапа-ли розчин фенолфталеїну, вийшло малино-ве забарвлення! Ми все це добре знаємо!

— Дуже добре, — продовжив учи-тель, — але я ще не закінчив.

До отриманого розчину малинового кольору він додав безбарвний прозорий розчин. Малинове забарвлення зникло.

— І це зрозуміло! — тріумфували учні. — Ви додали розчин кислоти, відбулася реак-ція нейтралізації, у розчині не залишилося йонів OH – і забарвлення зникло!

— Безсумнівно, у ваших міркуваннях є істина, — погодився вчитель. — То ви ствер-джуєте, що в цьому розчині немає йонів OH –?

— Звичайно ж, немає, — вагомо ска-зав Андрій, — індикатор фенолфталеїн,

як відомо, змінює забарвлення за наяв-ності саме цих йонів!

— Добре, — промовив учитель, взяв універсальний індикаторний папір і зану-рив його в отриманий розчин. Папір від-разу став інтенсивно-синього кольору. Учні ошелешено мовчали.

— Може, це індикаторний папір зіпсо-ваний? — пролунав боязкий голос.

Учитель взяв загадковий безбарвний розчин, розлив на три пробірки: до однієї додав розчин лакмусу — і розчин став синім; до іншої — розчин метилового оранжевого, і колір змінився на жовтий.

— Та-а-к, — задумливо простягнув Андрій, — а я гадав, що зробив уже всі можливі досліди в нашій шкільній лабо-раторії.

— І це ще не все, — сказав учитель. Він взяв третю пробірку, пляшечку із роз чином хлоридної кислоти й потроху почав його додавати в безбарвний розчин. І зовсім зненацька з’явився знайомий малиновий колір.

— Так, над цим варто поміркувати. Відразу не відповіси… — задумалися учні.

Тамара Гранкіна

СПРОБУЙ ВІДПОВІСТИ

ОЗОНОЗОНМинула літня гроза,

і в повітрі залишився неповторний запах

свіжості. Утім, не всі знають,

що є причиною цього. Перший крок у цьому

напрямку зробив 1785 року голландський фізик Мартін ван Марун, який відчув знайомий запах свіжості під час проведення дослідів з електрикою, у яких він пропускав

струм крізь повітря. Але ван Марун приписав цей аромат якійсь «електричній матерії». Лише 1839 року Кристіан

Шонбейн одержав цю речовину, вивчив її деякі властивості й дав їй назву «озон», що походить від давньогрецького

дієслова «őζειν» — «пахнути». Формулу озону O3 було визначено 1865 року Жаком-Луї Соре, а пізніше

підтверджено Шонбейном. До речі, озон є першою речовиною, яку офіційно було

визнано алотропною модифікацією кисню.


ХІМІЯ НАВКОЛО НАС

3) O3 + O = 2O2;4) O2 + O = O3 .

Перша й четверта реакції цього циклу — фотохімічні, вони відбуваються під дією УФ. Для розпаду молекули кисню на атоми потрібне випромінювання, довжина хвилі якого менше 242 нм, тоді як озон розпада-ється під час поглинання світла в ділянці 240–320 нм (остання реакція саме й за -хищає нас від жорсткого ультрафіолету, оскільки кисень у цій спектральній ділянці не поглинає).

…та його руйнуванняЯк з’ясувалося, один з основних каталіза-

торів розпаду озону — нітроген(II) оксид NO.

Скільки озону в атмосфері?Тривалий час уважали, що озону в при-

роді практично немає і що він утворю-ється тільки під час грози. Але 1913 року Шарль Фабрі й Анрі Буїссон за допомо-гою спектрофотометричних вимірювань виявили наявність озону в стратосфері, на висоті 15–50 км. Цю частину стратосфери назвали «озоновий шар». Але незважаючи на таку велику товщину озонового шару, самого озону в ньому міститься досить мало. Якщо можна було б зібрати весь озон стратосфери й стиснути його під тиском 101,3 кПа (1 атмосфера), то його шар був би завтовшки всього 3 мм. Для порівняння: вся стиснута під нормальним тиском атмо-сфера становила б шар у 8 км. Найбільша густина озону трапляється на висоті 20 км.

На цій висоті відносно висока кон-центрація озону (близько 8 мл/м3) погли-нає небезпечні ультрафіолетові промені, що мають довжину хвилі від 200 до 310 нм, і захищає все живе на суші від згубного випромінювання.

Хімічні реакції в нас над головою: …утворення озону

У верхніх шарах атмосфери озон утво-рюється під дією жорстких ультрафіоле-тових променів Сонця (< 240 нм). Частину з них поглинають молекули кисню, що при -зводить до розриву зв’язків й утворення атомарного Оксигену, а потім відбувають-ся такі реакції:

1) O2 O + O;2) O + O O2 ;

Молекула озону має кутову будову, а центральний атом кисню утворює два неполярні ковалентні зв’язки й один донорно-акцепторний.Озон — це газ блідо-голубого кольору. Під час його скраплення забарвлення стає темно-синім, а під час затвердіння — фіолетово-чорним.

ХХХХІХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХ МІЯ

— це газ блідо-голубого ру. Під час його лення забарвлення темно-синім,

ас рдіння — тово-м.



Він утворюється у верхніх шарах атмосфери з азоту й кисню під дією найбільш жорсткої сонячної радіації. Потрапляючи в озоносфе-ру, він вступає в цикл із двох реакцій:

O3 + NO NO2 + O2 ,NO2 + O NO + O2 .У результаті вміст NO в атмосфері не змі -

нюється, а концентрація озону знижується. Існують й інші цикли, які призводять до зни -ження вмісту озону в стратосфері, напри-клад, за участі Хлору:

Cl + O3 ClO + O2 ,ClO + O Cl + O2 .Руйнують озон також пил і гази, які у зна-

чній кількості потрапляють в атмосферу під час виверження вулканів. Останнім часом з’явилося припущення, що озон також ефек-тивно руйнує водень, який виділяється із земної кори. Сукупність усіх реакцій утво-

рення й розпаду озону призводить до того, що середній час життя молекули озону в стратосфері становить близько трьох годин.

Отут діра і отут діраПротягом останніх кількох десятиліть

вчені спостерігають ділянки зі зниженим умістом озону в озоновому шарі, так звані «озонові діри». Найбільші з них розташова-ні над полюсами і мають сезонний харак-тер — утворюються на початку полярної зими й затягуються, щойно наближається полярне літо. Ці явища природні, тому що під час полярної зими на полюс не по -трапляє сонячне світло, отже, не синте-зується озон. Утворення «озонових дір» залежить та кож від космічних і геомагнітних чинників. Не виключено, що на товщину озонового шару впливає господарська діяльність людини. Тому потрібний суво-рий контроль речовин, які потрапляють в атмосферу й руйнують озоновий шар.

Озоновий шар — наш захисникБез озону жорстке ультрафіолетове

випромінювання Сонця буде безпере-шкодно досягати поверхні Землі. А його енергії достатньо для того, щоби розірвати деякі хімічні зв’язки в молекулах, напри-клад таких життєво важливих, як молекули ДНК. Це може призвести до генетичних змін і виникнення раку шкіри. Навіть незна-чного впливу ультрафіолетового випро-мінювання достатньо для опіку шкіри й сітківки ока, утворення катаракти. Так, у разі зменшення кількості озону в атмо -сфері на 10 % рівень захворювань на рак

Озон утворюється під час роботи

копіювальної техніки

та лазерних принтерів

шкіри збільшиться на 30–50 %. Збільшення УФ-опромінення вплине, на приклад, на такі організми, як океанічні планктони, а це, у свою чергу, позначиться на інших орга-нізмах, які складають із ним один харчовий ланцюг (риби, морські ссавці).

Озон у тропосферіЩорічно в приземний шар атмосфе-

ри — тропосферу — озону надходить при-близно 1,6 млрд тонн. Час життя молекули озону в нижній частині атмосфери значно вищий — більше 100 діб, оскільки в при-земному шарі менша інтенсивність ультра-фіолетового сонячного випромінювання, що руйнує озон. Зазвичай озону в тропо-сфері дуже мало: у чистому свіжому пові-трі його концентрація становить у серед-ньому всього 0,016 мкг/л. Концентрація озону в повітрі залежить не тільки від висоти, але й від місцевості. Так, над океа-нами озону завжди більше, ніж над сушею, тому що там озон розпадається повільніше. Вимірювання в Сочі показали, що повітря біля морського узбережжя містить на 20 % більше озону, ніж у лісі, що за 2 км від берега.

Озон у сучасних містахСучасні люди вдихають значно більше

озону, ніж їхні предки. Основна причи-на цього — збільшення кількості метану й оксидів азоту в повітрі. Так, уміст мета-ну в атмосфері постійно збільшується. У забрудненій оксидами азоту атмосфері метан, а також кисень і випари води беруть участь у складному ланцюжку перетворень, результат яких можна виразити рівнянням



Завжди вважалося, що під час грози концентрація озону в повітрі різко збільшується, тому що блискавки сприяють перетворенню кисню на озон. Насправді збільшення його доволі незначне, причому воно відбувається не під час грози, а за кілька годин до неї. Натомість впродовж грози й протягом декількох годин після неї концентрація озону знижується. Пояснюється це тим, що перед грозою відбувається сильне вертикальне перемішування повітряних мас, так що додаткова кількість озону надходить із верхніх шарів. Крім того, перед грозою збільшується напруженість електричного поля, отже, виникають умови для утворення коронного розряду на вістрях різних предметів, наприклад кінчиків гілок, і це також сприяє формуванню озону. А потім під час розвитку грозової хмари, під нею виникають потужні висхідні потоки повітря, які й знижують уміст озону безпосередньо під хмарою.



CH4 + 4O2 HCHO + H2O + 2O3. У ролі мета-ну можуть виступати й інші вуглеводні, наприклад ті, що містяться у вихлопних газах автомобілів за неповного згоряння бензину. У результаті в повітрі великих міст за останні десятиліття концентра-ція озону збільшилася у десятки разів. Підвищено уміст озону у фотохімічному смогу великих міст.

Утім, джерела озону є не тільки на ву -лиці. Він утворюється в рентгенівських кабінетах, у кабінетах фізіотерапії (його джерело — ртутно-кварцові лампи), під час роботи копіювальної техніки (ксероксів), лазерних принтерів (тут причина його утво рення — високовольтний розряд).

У хвойному лісі озону більше?Цікавим є питання про вміст озону

в повітрі хвойних лісів. Деякі рослини, особливо хвойні, виділяють у повітря без-ліч летких органічних сполук, у тому числі ненасичених вуглеводнів класу терпенів (їх багато в скипидарі). Так, у спекотний день сосна виділяє за годину 16 мкг тер-пенів на кожний грам сухої маси хвої. Терпени виділяють не тільки хвойні, але й деякі листяні дерева, зокрема тополя й евкаліпт. А вуглеводні, як це було пока-зано на прикладі метану, під дією соняч-ної радіації й за наявності інших домішок сприяють утворенню озону. Так що озон у хвойному лісі — зовсім не вигадка, а екс-периментальний факт.

Озон і здоров’яЯк приємно прогулятися після грози!

Повітря чисте й свіже, його легкі струмені,

смог над лос-анджелесом

хвойний ліс



здається, без жодних зусиль самі потрап-ляють у легені. «Озоном пахне, — часто говорять у таких випадках. — Дуже корис-но для здоров’я». Чи так це насправді?

Колись озон безумовно вважали корис -ним для здоров’я. Але якщо його концен-трація перевищує певний поріг, він може спричинити масу неприємних наслідків. Залежно від концентрації й часу вдихання озон призводить до змін у легенях, подраз-нення слизових очей і носа, головного

болю, запаморочення, зниження кров’яного тиску. Гранично допустима його концен-трація в повітрі становить усього 0,1 мкг/л, а це означає, що озон набагато небезпечні-ший від хлору! Якщо кілька годин провес-ти в приміщенні, де концентрація озону становить всього лише 0,4 мкг/л, можуть виникнути загрудинний біль, кашель, без-соння, знизиться гострота зору. Якщо вміст озону досягає 8–9 мкг/л, через кілька годин розвивається набряк легенів, наслідком

«Одного разу в заміському таборі» (№ 8, с. 28)

До складу лікарського препарату «пурген» входить речовина фенолфталеїн. Фенолфталеїн є індикато-ром, у лужному середовищі він змінює забарвлення на малинове. В отруті бджіл і ос міститься мурашина кислота. На-шатирний спирт — це розчин амоніаку у воді:

NH3 + H2O = NH4+ + OH– .

Йони OH– нейтралізують мурашину кислоту й відчут-тя печії у місті укусу зменшується.Андрій у чашку, яку він дав Ірині, додав трохи хар-чової соди — натрій гідрогенкарбонат. У разі дода-вання лимонного соку, що містить лимонну кислоту, виділився вуглекислий газ, який і спричинив ефект скипання:

NaHCO3 + H+ = Na+ + H2O + CO2Артем наніс на стінку розчин фенолфталеїну (пурге-ну). Андрій активно розмахував ваткою, змоченою нашатирним спиртом, у повітрі для того, щоб амоні-ак поширився в повітрі, прореагував з водою, нане-сеною на стіну, у якій був фенолфталеїн. Йони OH– , які утворилися, змінили забарвлення фенолфталеїну, а також квіточки на шпалерах.

«готуємося до олімпіади» (с. 30)

Вирішення цього завдання досить просте, але, як по-казує досвід, рідко хто з учнів правильно на нього відповідає. Вся справа в стандартному підході: фенолфталеїн змінює забарвлення в лужному середовищі, безбарв-ний в нейтральному і кислому — так вчать у школі. А ось і ні! Цей індикатор набуває малинового забарвлення лише за достатньо вузького значення рН — від 8,2 до 12. Якщо підвищити лужність середовища понад 12, фе-нолфталеїн знову стане безбарвним. Отже, перший раз учитель прилив дуже концентро-ваний розчин лугу, рН став вище 12 і забарвлення зникло. Зважаючи на те, що середовище було таким лужним, інші індикатори (універсальний індикаторний папір, лакмус, метилоранж) змінили колір. Під час додавання кислоти лужність розчину знижу-валася, за досягнення рН <12 забарвлення з’явилося знову. Зрозуміло, що пониження лужності середови-ща можна досягти, просто розбавляючи розчин — додаючи воду.

ВІДПОВІДІ



чого може стати смерть. Але такі незнач-ні кількості речовини зазвичай важко піддаються аналізу звичайними хімічни-ми методами. На щастя, людина відчуває наявність озону за мінімальної його кон-центрації у повітрі (починаючи приблиз-но від 1 мкг/л). Наприклад, за таких умов йодокрохмальний папірець ще й не зби-рається синіти. Одним людям запах озону в малих концентраціях нагадує запах хлору, іншим — сірчистого газу, третім — часнику.

І все-таки навряд чи правильно вва-жати озон шкідливим для здоров’я. Все залежить від його концентрації. Повна від-сутність у повітрі озону, очевидно, теж несприятлива для людини, тому що збіль-шує вміст у ньому мікроорганізмів, при-зводить до накопичення шкідливих речо-вин і неприємних запахів, які озон руйнує.

Крім здатності знищувати бактерії озон доволі ефективний у знищенні спор, цист (щільні оболонки, які утворюються навколо одноклітинних організмів, наприклад джгу-тикових і корененіжок, під час їх розмно-ження, а також за несприятливих для них умов) і багатьох інших патогенних мікробів.

Скільки має бути озону в приміщенні, поки сказати важко. Однак у мінімальних концентраціях озон, імовірно, необхідний і корисний.

Вплив малими дозами озону чинить про-філактичну і терапевтичну дію і його почи-нають активно використовувати в медицині, насамперед у дерматології й косметології.

Наш помічник — озонЯк сильний окисник озон застосовують

для синтезу багатьох речовин, відбілю-

Отруйний не тільки власне озон. За його участі в повітрі утворюється, наприклад, пероксиацетилнітрат (ПАН) CH3 –CO – OONO2 — речовина, яка спричиняє найсильніше подразнення, у тому числі сльозоточивість, що утруднює дихання, а у більш високих концентраціях викликає параліч серця. ПАН — один з компонентів так званого фотохімічного смогу, який утворюється влітку в забрудненому повітрі (це слово утворено від англійського smoke — дим і fog — туман). Концентрація озону в смогу може досягати 2 мкг/л, що у 20 разів більше гранично допустимої норми. Варто також урахувати, що спільна дія озону й оксидів азоту в повітрі в десятки разів сильніша, ніж кожної речовини нарізно. Не дивно, що наслідки виникнення такого смогу у великих містах можуть бути катастрофічними, особливо якщо повітря над містом не продувають «протяги» і утворюється застійна зона.



вання паперу. Завдяки утворенню вільних радикалів кисню озон застосовують ще для стерилізації медичних виробів, дезінфек-ції приміщень й очищення водопровідної води. Озонування є більш безпечним, хоча й дорожчим методом очищення води, ніж хлорування, тому що під час озонування води не утворюються токсичні домішки, які можуть утворюватися під час хлорування. На сьогодні 95 % питної води в Європі про-ходить озонну підготовку.

Також озон застосовують у медицині під назвою «озонотерапія», тобто лікуван-ня озоном, але ефективність такого методу не була доведена, а в разі неправиль-ного застосування може завдати шкоди здоров’ю. Озонотерапія так і не прижилася в Європі, а в США й Канаді офіційне медич-не застосування озону не легалізоване, за винятком альтернативної медицини.

Андрій Вареніков

«ХІМІЯ ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ» № 9 (09) 2012 р.Один випуск на місяць, індекс 89482

Засновник: ТОВ «Видавнича група «Основа»»Свідоцтво: серія КВ № 17958-6808Р від 21.06.2011

Головний редактор: Тамара Гранкіна.

Редакція може не поділяти точки зору автора.Автори публікацій відповідають за достовірність фактів, цитат, власних назв.Відповідальність за рекламну інформацію несе ре-кламодавець. Рукописи не рецензуємо й не повертаємо.

Адреса для листування:ВГ «Основа»Редакція журналу «Хімія для допитливих»вул. Плеханівська, 66м. Харків 61001e-mail: [email protected], www.osnova.com.uaтел.: (057) 731-96-33, 731-96-35.

Виготовлено в друкарні «Тріада+»

Підписано до друку 23.08.2012

Формат 70×100/16.Папір офсетний. Гарнітура «Міріад Про». Друк офсетний. Умовн. друк. арк. 3, 25.Зам. № 12-09/31-01.

Використано матеріали сайтів:

hnb.com.ua, radionauka.ru, khimie.ru, chemport.ru, eikenclub.ru, wikipedia.org, wikіmedia.org

Усі права захищені. Будь-яке відтворення матеріа-лів або фрагментів із них можливе лише за наявності письмового дозволу ТОВ «Видавнича група “Основа”».

Ціна договірна.

© ТОВ «Видавнича група “Основа”», 2012 р.

Documents

Journal "Chemistry for the curious"