Елена Стрельникова - Химия. Узнавай химию, читая классику. С комментарием химика

Часто в воздухе пещер повышено содержание углекислого газа. В составе атмосферы в норме 0,03–0,04 % этого газа, но в воздухе пещеры его может быть гораздо больше. При повышении его содержании до 2 % у человека наблюдается общая слабость, сонливость и головная боль. Свыше 12 % может привести к смертельному исходу. Большую известность в XIX в. приобрела пещера Grotta del Cane (Собачья пещера) близ Неаполя, упомянутая еще Плинием Старшим в «Естественной истории». Она расположена в районе вулканической деятельности, и в ней происходит постоянный выброс углекислого газа, который тяжелее воздуха и скапливается внизу, не поднимаясь выше чем на полметра от пола пещеры. По данным спелеологов, содержание углекислого газа в этом слое составляет 9,9 %, и собаки, попадая в эту атмосферу, теряют сознание, а затем погибают, если их не вынести на свежий воздух. Отсюда и название пещеры. Люди не испытывают воздействия углекислого газа в этой пещере, если только не встанут на четвереньки.

В пещерах иногда скапливается ядовитый сероводород, который может поступать из минеральных сероводородных вод, протекающих через пещеру, или выбрасываться в результате вулканической деятельности. Были случаи гибели спелеологов, оказавшихся в подземных полостях, заполненных сероводородом. Так или иначе, но предосторожность Эдмона Дантеса была не лишней, и он правильно сделал, что дал второй пещере проветриться, прежде чем в нее полез.

Действительно, в природе нет приисков, на которых, подобно золоту и платине, можно добывать самородное железо. Если только найти и переплавить железный метеорит. Древнейшие железные изделия, датирующиеся V–IV тыс. до н. э., сделаны именно из метеоритного железа. Это установили по составу материала: метеоритное железо содержит никель, обычно 7–8 %. Понятно, что такой металл должен быть очень дорог и годится для изготовления предметов роскоши, а не для оковки сундуков. Так и было до тех пор, пока человек не научился получать железо из его природных соединений – железных руд.

По распространенности в земной коре железо занимает четвертое место после кислорода, кремния и алюминия. Его руды широко распространены в природе. С древних времен железо восстанавливали из руд древесным углем. Этот процесс был известен за полторы тысячи лет до нашей эры. Его называют сыродутным процессом, потому что для протекания его печь продували не подогретым, а холодным («сырым») воздухом.

В результате получался кусок пористого железа, загрязненного примесями шлака и угля (крица).

Кричное железо содержало в среднем не более 0,3 % примесей углерода, было мягким и пластичным. Слишком мягким для режущих орудий. При повышении содержания углерода свыше 0,3 % и вплоть до 2,14 % получается сплав, который называется сталью и обладает большей твердостью.

Впоследствии вместо ям стали сооружать сыродутные горны из огнеупорной глины. Их производительность увеличивали за счет увеличения высоты и усиления дутья. Так появились печи, которые в Европе использовали с конца XIII в. Топливо в этих печах сгорало быстрее, и температура была выше, чем в сыродутных горнах. Часть восстановленного железа насыщалась углеродом и получался сплав, содержащий более 2,14 % углерода (чугун). Он плавится при температуре от 1150 °C (чем выше содержание углерода, тем ниже температура плавления). Продукцией печи становился, помимо губчатой крицы, расплав науглероженного железа. Англичане назвали его pig iron («свинское железо»): очистить полученную после застывания массу от шлака ковкой не удавалось. Твердый, но хрупкий чугун раскалывался. Поэтому он считался отходом и выбрасывался на свалку. Дальнейшее совершенствование печей привело к увеличению выхода чугуна до 30 %, и выбрасывать его уже стало накладно. Оказалось, что из жидкого чугуна можно отливать пушечные ядра, наковальни, а затем дело дошло и до чугунных пушек. А с XIV в. европейские металлурги постепенно перешли на двухступенчатый процесс: сначала в доменной печи выплавляли чугун, а затем в горне выжигали из него примеси, получая крицу.

В XV в., когда на острове Монте-Кристо были спрятаны сокровища, ковкое железо получали в ходе кричного передела чугуна. Им и был окован сундук.

Золото оно и есть золото. А среди драгоценностей перечислены алмазы, жемчуг и рубины. Алмаз – это аллотропная модификация углерода, как и графит. Но графит очень мягкий, а алмаз – самый твердый из минералов. Как и в случае красного и белого фосфора, на свойства веществ влияет не только состав (оба состоят из атомов углерода), но и строение. В кристалле алмаза каждый атом углерода связан прочными химическими связями с четырьмя соседними атомами. Связи эти разрушить трудно, вот отчего алмаз такой твердый. А в кристалле графита прочные химические связи образуются между атомами, лежащими в одной плоскости. Их трудно разрушить, но графит состоит из таких углеродных плоскостей, уложенных послойно. И уже между слоями химических связей нет. Их можно без особых усилий отделить друг от друга. Вот почему графит оставляет след, если провести им по какой-нибудь поверхности.

Жемчуг вырабатывается моллюсками-жемчужницами. Как и многие морские и речные обитатели, они строят раковину из мелких кристалликов карбоната кальция в форме минералов кальцита или арагонита, скрепленных белком. Раковины морских жемчужниц на 95 % состоят из карбоната кальция, остальное – белок конхиолин. Перламутровый блеск внутренней поверхности раковины создают мелкие пластинчатые кристаллики карбоната кальция. Жемчуг вырабатывается теми же самыми клетками, что вырабатывают перламутровый слой раковины, только имеет иную форму. Он, как и перламутр, состоит из кристалликов кальцита или арагонита, скрепленных органическим веществом конхиолином. Возникают жемчужины в результате повреждения, нанесенного мантии жемчужницы. Жемчуг содержит до 95 % карбоната кальция. Понятно, почему царице Клеопатре удалось растворить жемчужину в уксусе. Полностью, впрочем, раствориться она не могла, потому что белок в уксусе не растворяется.

Рубин – это драгоценная разновидность корунда, второго по твердости минерала после алмаза. Корунд – это природный оксид алюминия. Он бесцветен, а цвет рубина обусловлен примесями хрома. Впрочем, Эдмон Дантес мог не опасаться подделок: крупные синтетические рубины весом 20–30 карат начали выращивать с 1902 г.