Коллектив авторов - 100 великих научных открытий

Природный газ начал занимать весомое место в мировой энергетике лишь с развитием автопромышленности, коммунальных отопительных систем и нефтепереработки. В 1813 г. химик Гемфри Дэви провел анализ рудничного газа и сделал вывод, что он представляет собой смесь метана CH 4 с небольшим количеством азота N 2 и углекислого газа СО 2, то есть по составу такой газ аналогичен болотному. Позже было открыто, что в состав газа могут входить тяжелые углеводороды (этан, пропан и бутан), а также водород, сероводород, гелий и т. д.

В 1910 г. автолюбитель из американского города Питтсбург обратил внимание на то, что купленный им бензин очень быстро испаряется, и сразу же отправился к знакомому химику Уолтеру Снеллингу, дабы выяснить, в чем причина. Исследовав топливо, Снеллинг обнаружил, что в него входит смесь пропана, бутана и других углеводородных газов, а через несколько лет сконструировал установку деления бензина на жидкие и газообразные составляющие. Первое авто на сжиженном углеводородном газе было испытано в 1913 г., а чуть позже Снеллинг продал патент на пропан за $50 000. К середине ХХ в. люди поняли, что газ можно использовать не только в качестве топлива, но и для варки стекла, закалки металла, опалки тканей, отопления помещений, и началась активная добыча этого полезного ископаемого.

Природный газ находится под землей под давлением, во много раз превышающим атмосферное, и, как только скважина, пробуренная специальной буровой установкой, достигает пласта, на поверхность вырывается мощный газовый поток. Чтобы буровая установка не повредилась и не случилось самовозгорания, поток перекрывают специальными стальными задвижками, после чего под отрегулированным давлением направляют в трубопроводы. Продвигаясь по трубопроводу и преодолевая силу трения, газ теряет потенциальную силу, поэтому на его пути устанавливаются компрессорные станции, которые дожимают его до нужного давления и охлаждают. Поскольку чистый природный газ не пахнет, для определения утечки в него добавляют вещества с резким неприятным запахом (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц).

В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива: при его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами горючего. Однако в целом люди сжигают огромное количество разного топлива, что ведет к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере и парниковому эффекту. В связи с этим в 1997 г. был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта, и к 26 марта 2009 г. его ратифицировала 181 страна мира.

Вплоть до XIX в. в естественных науках господствовала концепция витализма. Химики и биологи полагали, будто в веществах, составляющих организмы растений и животных, присутствует некая загадочная «жизненная сила», которая делает невозможным получение органических веществ из неорганических — ведь у последних просто отсутствует необходимый компонент.

Так, шведский химик Йенс Якоб Берцелиус (1779–1848) считал, что в органическом мире действуют иные силы и законы, нежели в неорганическом. У неорганических веществ сильно проявляются электрохимические свойства, и получить эти вещества (в том числе благородные металлы) можно лишь с помощью химических превращений. Отличительной же особенностью органических соединений, по мнению Берцелиуса, является специфическое происхождение и соответствующие свойства, поэтому «тела растительного и животного царств» можно выделить лишь из «живой материи» — частей растений, животных и человека, а также из продуктов их жизнедеятельности. «Существо живого тела, — писал Берцелиус, — заключается не в его неорганических элементах, а в чем-то другом, что в состоянии склонить неорганические, общие для всех живых тел элементы к осуществлению определенных, своеобразных для каждого рода результатов. Это нечто, называемое нами жизненной силой, целиком лежит вне неорганических элементов и не является одним из первоначальных свойств, как вес, непроницаемость, электрическая полярность и прочее. Что оно собой представляет, где его начало и где конец — мы не знаем».

В то же время ученый считал, что поскольку неизвестно, «где начало и где конец» жизненной силы, то объяснить все процессы, протекающие в «живых телах» (организмах), действием только этой силы нельзя. «Значит, — делал он вывод, — нам остается найти в самих органических процессах те своеобразные условия, при которых в них действуют общие природные силы. Но те же силы предполагают наличие одних и тех же законов природы. Отсюда следует, что наши знания о законах соединения элементов в неорганической природе должны быть целиком применимы и к соединениям этих элементов в органической природе».

И все же Берцелиус сомневался, что можно получить органические вещества из неорганических путем синтеза, считая такой синтез «несовершенным подражанием» природе. Одним из первых, кто осуществил «подражание», был ученик Берцелиуса, немецкий химик и врач по образованию Фридрих Вёлер (1800–1882).

Большую часть своей профессиональной жизни Фридрих отдал изучению и преподаванию органической химии. В частности, исследовал свойства мочевой кислоты и алкалоидов опия, а также открыл щавелевую кислоту. Но самое значимое свое открытие Вёлер совершил почти случайно.

В 1822 г. он получил соли циановой кислоты и установил ее состав (HOCN), который оказался тождественным составу гремучей кислоты (CNOH). Соотечественник Вёлера, Ю. Либих, который тоже исследовал эту кислоту, усомнился в правильности данных Фридриха и написал ему, что анализ циановой кислоты проведен неточно. Вёлер вновь повторил опыты и убедился — результаты получаются прежними. Не зная, чем это вызвано, он обратился за помощью к Берцелиусу, и тот, сопоставив данные обоих химиков, пришел к выводу, что среди органических веществ обнаружены соединения одинакового состава, но с разными свойствами. Это явление Берцелиус назвал изомерией.

В том же 1822 г., изучая циановую кислоту и ее соединения, Вёлер собирался приготовить циановокислый аммоний (NH 4CNO), однако в процессе синтеза получил вещество, которое не реагировало ни как аммоний, ни как циановая кислота. После серии дополнительных исследований стало ясно, что полученные кристаллы не что иное, как мочевина, или диамид угольной кислоты (NH 2) 2CO, ― органическое соединение, которое, как оказалось, вполне можно получить и без добавления «жизненной силы».

В письме к Берцелиусу Вёлер заявил, что может «делать мочевину, не нуждаясь при этом в почках». Однако тут же высказал сомнение: «Можно ли рассматривать это искусственное получение мочевины как пример создания органического вещества из неорганического? Ведь для того, чтобы получить циановую кислоту (а также аммиак), мы должны исходить из органического вещества, и «натурфилософ» сказал бы, что животный уголь, равно как и полученные из него циановые соединения, все еще сохраняют в себе нечто из органической природы. А потому вполне естественно, что из них можно получить какое-нибудь другое органическое вещество». Берцелиус не ответил прямо на вопрос Вёлера, но поздравил его с «красивым открытием».