Ларс Орстрём - Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

В главе 14 мы исследуем взаимосвязь убийства и гор в истории, в которой химическое понятие растворимости используется, чтобы раскрыть преступление и изготовить эффективные таблетки для фармацевтической промышленности.

К году издания этой книги прошло ровно 50 лет с тех пор, как Боб Дилан ответил на множество загадочных вопросов двусмысленной строчкой «ответ – в дуновении ветра» на стороне А пластинки «The Freewheelin’ Bob Dylan». Но по крайней мере на один из этих вопросов – «Как долго может просуществовать гора, прежде чем ее смоет в море?» – мы можем попытаться ответить, поскольку часть ответа заключается в одном из известных универсальных правил, которые учат все химики-новички: соединения положительно заряженных ионов металлов с оксидами (О 2–), сульфидами (S 2–), фосфатами (РО 4 3–), силикатами (SiO 4 2–) и карбонатами (СО 3 2–) не растворяются в воде; а соответствующие нитраты (NO 3 —), хлориды (Cl —) и бромиды (Br —) растворимы [168] Полный список выглядит так: оксиды, гидроксиды, сульфиты, сульфиды, фосфаты и карбонаты нерастворимы; нитраты, ацетаты и сульфаты растворимы. В реальности у этих правил, конечно же, есть многочисленные исключения. .

Если применить это правило к тому, что можно найти на вашей кухне, это означает, что, когда вы кладете ложку столовой соли (NaCl) в воду, соль «исчезает», и делает это быстрее при нагревании или перемешивании, а вода при этом выглядит такой же, какой была до того. Чтобы найти нерастворимые вещества, перейдем к более дорогостоящему содержимому наших сервантов и посмотрим, в каком состоянии находится столовое серебро и медная посуда. Когда подобные вещи выставлялись на всеобщее обозрение, моя мама заставляла меня чистить их при помощи специального средства для серебра или меди, поскольку оксиды и сульфиды, образующие пятна на металлических поверхностях, не исчезают при мытье водой – они абсолютно нерастворимы. Это подходящее для ребенка, но скучное занятие заменяло мне в детстве набор юного химика.

Однако в учебниках по химии обычно не рассказывается о существовании всеобъемлющих следствий этих правил, которые можно увидеть по всему миру. Почему горы состоят из пород, в составе которых есть оксиды, сульфиды, фосфаты, силикаты и карбонаты? Потому что они нерастворимы! Любую гору, состоящую из хлорида натрия, и в самом деле «смыло бы в море» тысячи лет назад, а там, где добывают NaCl, он также известен как «каменная соль», и его можно найти либо под землей, либо в регионах с очень засушливым климатом [169] Большие его залежи также обнаруживаются (что несколько неожиданно) под водой – например, на дне Средиземного моря, и это доказывает, что подобные моря и озера прежде были сушей. Почему же соль не растворилась? Насыщенный соляной раствор обладает большой плотностью, поэтому скапливается на дне и почти не смешивается с основной массой океанической воды, защищая таким образом слой соли от растворения. .

И этот факт приводит нас к герою и героине данной главы. Насколько мне известно, Агата Кристи (1890–1976) и Герберт Доу (1866–1930) никогда не были знакомы, но оба они отчасти обязаны своей блестящей карьерой одному и тому же элементу – брому, адрес которого в Периодической таблице выглядит так: зарядовое число 35, 17-я группа, 4-й период, символ Br; бром живет прямо под хлором.

Поскольку ион брома (Br —) – это единственная форма (или скорее степень окисления), в которой этот элемент встречается в природе, законы растворимости говорят нам, что добыча бромсодержащих полезных ископаемых вряд ли может увенчаться успехом. Соединения типа NaBr очень легко растворяются в воде, а бром к тому же тяжелый элемент – они встречаются в природе реже, чем легкие (это весьма общее правило, из которого существует множество исключений). Однако схожесть свойств элементов из одной группы (столбца) означает, что там, где мы находим хлор, можно обнаружить и бром, но в меньшей концентрации. И в самом деле, в морской воде на каждый ион брома приходится 666 ионов хлора (это число выглядит зловещим, но я уверен, что это всего лишь совпадение, а не послание от высших сил).

Герберт Доу, химик и изобретатель с отличным деловым чутьем, придумал свой собственный способ извлекать бром из рассола (концентрированной соленой воды), который он закачивал насосом из огромного подземного озера в Мидленде, штат Мичиган, США; этот проект он затевал, еще будучи студентом учебного заведения, ныне носящего название «Университет Кейс Вестерн Резерв». В то время, в 1891 году, производство брома было новой разработкой. Этот относительно недавно открытый элемент был доступен в больших количествах всего около 30 лет. Бром пользовался спросом в новом ремесле фотографии (в качестве одного из реактивов для производства фоточувствительного бромида серебра AgBr) и, что более удивительно, на быстро растущем рынке «патентованных лекарств».