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

Они двигались по направлению к Москве, хотя в тот момент об этом не знали. Не знали они и того, что им предстоит совершить, наверное, худшее в мире путешествие туда и обратно: от Вильны [204] Вильна – название Вильнюса до 1918 г. (Вильно с 1919 по 1939 г.). до Москвы и обратно (в то время город был известен под польским названием и недавно перешел к русским в результате раздела польского государства). Стоял июнь, все были в прекрасном расположении духа, поскольку русский царь незадолго до того сбежал из Вильны, а за ним последовали и его переругавшиеся между собой генералы; командовал же войском, вероятно, самый умелый военачальник со времен Александра Македонского – Наполеон Бонапарт [205] Замойский А. 1812. Фатальный марш на Москву. Эксмо, 2013. .

Однако меня отсутствие теплой одежды не обеспокоило. К утру снег растаял, а я, к счастью, не направлялся в Москву пешком. Я приехал в Вильнюс в поисках пуговиц – в первую очередь тех, что изготовлены из олова.

История о пуговицах армии Наполеона и их фатальной роли в злополучной кампании 1812 года широко известна среди ученых и преподавателей естественных наук. Отчасти этому способствовала популярная книга с тем же названием, написанная химиками Пенни Ле Кутёр и Джеем Барресоном [206] LeCouteur P., Burreson J. Napoleon’s Buttons. Jeremy P. Tarcher, 2004. , и мне захотелось выяснить, есть ли в ней какая-то доля истины, или это лишь одна из многих легенд и слухов, которыми обросла эта война.

Вкратце история звучит так: металлическое олово – плотный материал (с большим количеством атомов на кубический сантиметр), и считается, что оно использовалось для изготовления многих пуговиц на обмундировании Великой армии. К несчастью, у металлического олова, Доктора Джекилла от олова, есть свой гадкий Мистер Хайд, известный как серое олово. Эта разновидность совершенно не обладает той плотностью, что металлическое (или белое) олово, и, если какая-то часть оловянной пуговицы вдруг превратится в серое олово, атомам потребуется гораздо больше места и пуговица рассыплется.

Это явление известно как « оловянная чума ». Согласно общепринятой версии, именно это случилось с оловянными пуговицами на обмундировании наполеоновской армии во время отступления из Москвы в ноябре и декабре 1812 года, и по этой причине солдаты не могли нормально сражаться или умирали от холода, поскольку стояла суровая русская зима и их одежда распадалась на части.

Так же как алмаз и графит можно назвать аллотропами углерода (см. главу 9), белое и серое олово – это аллотропы элемента Sn ( stannum , латинское название олова). Олово расположено в той же группе, что и углерод, но на три ячейки ниже. Сама идея Периодической таблицы заключается в том, что элементы, расположенные в одной группе, должны обладать общими свойствами, и, как мы видим, серое олово хорошо вписывается в эту концепцию. У него то же строение, что у алмаза, – решетка, состоящая из двухэлектронных связей, повторяющаяся во всех направлениях. Следовательно, мы можем назвать твердые материалы такого типа твердыми веществами с атомной кристаллической решеткой; еще одним подобным примером может служить кварц – решетка из атомов кремния и кислорода.

Рисунок 35. Слева : металлическое белое олово, с плотной упаковкой атомов, в сравнении с неметаллическим серым оловом, имеющим то же строение, что алмаз. На обеих картинках изображено одинаковое количество атомов, и обе они представлены в одном масштабе. Обратите внимание на то, что атомы серого олова занимают гораздо больше места, и представьте себе, что происходит с металлической пуговицей, если олово начинает переходить в другую форму. (Чем светлее оттенок атома на рисунке, тем дальше он расположен, а «связи» в металлическом олове просто уточняют расположение атомов.)

Но по мере продвижения к нижней части столбца многое меняется, и одно из проявлений этого – то, что элементы группы углерода становятся все больше похожи на металлы. В металлах нет таких спицеобразных двухэлектронных связей, их строение больше похоже на ту ситуацию, когда атомы погружены в желе из электронов. Как же атомы распределяются, если у них нет направляющих спиц? В металле они хотят придвинуться как можно ближе друг к другу, чтобы не оставлять «дыр» в электронном желе, и если вы хотите увидеть достаточно точную модель, то отправляйтесь к ближайшему развалу с овощами и фруктами. Любой уважающий себя владелец такой лавки выложит апельсины или яблоки таким образом, что получится почти идеальная модель организации атомов в металле [207] Если апельсины просто свалены кучей, без всякого изящества, то мы получим модель того, что называется аморфным твердым веществом (не имеющим формы). Ближайшее окружение каждого апельсина будет напоминать плотно упакованную структуру, но в отсутствие какого-либо дальнего порядка. В регулярной структуре с плотной упаковкой мы можем точно указать расположение каждого апельсина, если нам известны координаты только одного фрукта, а в аморфном состоянии это невозможно. .