Петр Образцов - Мир, созданный химиками. От философского камня до графена

Однако в обоих случаях в емкости с гексафторидом появилось ярко-оранжевое вещество. Удивленный Бартлетт сумел провести химический анализ этого продукта реакции гексафторида с чем-то из воздуха (больше-то ничего не было) и обнаружил, что в составе оранжевых кристаллов имеется кислород. Удалось и установить их формулу, это оказался гексафторплатинат оксигенила O 2[PtF 6]. Катионом в нем является положительный однозарядный ион кислорода — катион оксигенила O 2+. Другими словами, гексафторид платины оказался мощнейшим окислителем, сумевшим отобрать электрон даже у такого сильного окислителя, как кислород.

Пока все шло сравнительно случайно. Но тут начинается чистая наука. Было измерено так называемое сродство к электрону, то есть энергия, выделяющаяся в результате присоединения электрона к чему-либо, в данном случае к гексафториду платины. Её величина оказалась равной 6,8 электрон-вольта, что вдвое больше, чем сродство к электрону самого фтора, а эта энергия была уже давно измерена. И тогда Бартлетт задумался: а не сможет ли его гексафторид отнять электрон у какого-нибудь инертного газа? Например, у ксенона с минимальной для инертных газов энергией такого отрыва, которая называется потенциалом ионизации, и она у ксенона даже немного меньше, чем у кислорода.

Сразу же был поставлен опыт: в емкость, разделенную перегородкой на две части, в различные отсеки были помещены ксенон и газообразный гексафторид платины — довольно летучее вещество, его кристаллы испаряются при нагревании. Бартлетт вытащил перегородку, содержимое отсеков перемешалось, и ученый не поверил собственным глазам: мгновенно образовалось желтое вещество, формулу которого ученый определил как Xe[PtF 6]. В дальнейшем оказалось, правда, что формула несколько иная, но это уже было совершенно не важно, поскольку с того момента началась химия бывших благородных, а теперь простонародных газов. Сегодня уже получены соединения криптона, радона и совсем недавно — аргона. Гелий и неон пока держатся.

Итак, мы обсудили случайные, не случайные и полуслучайные открытия. Осталось, пожалуй, поговорить о лжеоткрытиях, тем более что некоторые из них нанесли огромный вред и мировой экономике, да и самой великой химической науке.

Жадное до полезных ископаемых человечество пока не дотянулось только до двух регионов на планете — Арктики и Антарктики. Международному сообществу удалось договориться, что Антарктику оставят в покое и территории южнее 60-й параллели будут исключительно полигоном для научных исследований. А вот разрабатывать арктические богатства никому не запрещено, правда, существуют определенные ограничения. Например, добычу полезных ископаемых может вести только государство, обладающее исключительными правами на шельф (материковая почва, затопленная океаном). Границы шельфа в большинстве случаев давно установлены, однако в Арктике до сих пор остались огромные пространства с неустановленными геологическими характеристиками, например хребет Менделеева или хребет Ломоносова, который Россия и Дания, точнее, принадлежащий ей остров Гренландия, считают продолжением именно своего шельфа.

При чем здесь химия? А вот как раз очень даже при чем, поскольку на этом шельфе залегают в несметных количествах очень необычные полезные ископаемые — газовые гидраты метана (газогидраты), твердые растворы метана во льду. Не надо удивляться понятию твердого раствора, в действительности каждый из нас имеет дело с такими растворами круглые сутки. Например, обычная нержавейка — твердый раствор хрома и никеля в железе. «Золотое» кольцо — твердый раствор серебра или меди в золоте, причем далеко не факт, что золота в кольце действительно 75 % (проба 750), а не меньше вследствие ловкости рук жуликоватого ювелира.

С достаточно высокой концентрацией метана во льду газогидраты могут существовать только при высоких давлениях и низких температурах, которые как раз и имеются на дне океанов и в зоне вечной мерзлоты. При понижении давления из газогидрата выделяется метан, аналогично тому, как выделяются пузырьки газа при откупоривании бутылки с газированной водой. Таким образом, газогидраты — это как бы замерзшая газировка. Иногда газовые гидраты называют клатратами (от латинского «в клетке»), потому что газ заперт в кристаллической решетке льда, как в тюремной камере. Проблема заключается в том, что до сих пор не существует надежной и экономически оправданной технологии добычи этого гидратного газа. Для расплавления подводных или подземных гидратов можно подавать в скважину горячую воду и солевые растворы или понижать давление в скважине, но все эти методы пока неэффективны.

Кстати, недавно американские и датские ученые подсчитали, на сколько именно «несметны» арктические запасы нефти и газа. Они составили хитроумную программу для компьютерного моделирования процессов образования углеводородов на шельфе. Результаты оказались действительно потрясающими и намного превышающими прежние оценки: в Арктике содержится примерно 30 % всех мировых запасов природного газа и 13 % нефти. Если раньше стоимость арктических углеводородов оценивалась в сотни миллиардов долларов, то теперь речь должна идти о триллионах. Некоторые месторождения можно разрабатывать уже сегодня, другие — через лет десять, когда глобальное потепление приведет к таянию ледового панциря. Впрочем, с газогидратами связаны и предсказания будущего Армагеддона. Так, широко обсуждается гипотеза о возможном высвобождении гидратного метана при повышении температуры из-за глобального потепления — гипотеза «клатратного ружья». Дело в том, что метан является парниковым газом и выделение его вызовет дальнейшее потепление — и еще большее выделение метана. Остановить этот процесс, как и выпущенную из ружья пулю, будет уже невозможно. Впрочем, многие ученые не разделяют мнение о парниковом характере потепления атмосферы Земли. Сейчас мы расскажем, почему они так думают.

Начнем с того, что сам термин «глобальное потепление» выдает леность переводчиков. Конечно, сейчас уже ничего не изменишь, все привыкли к «глобальному», но правильнее было бы перевести «всемирное потепление». В переносном смысле «глобальный» означает всеобъемлющий, но в данном случае имеется в виду «на глобусе», то есть всемирный. Это потепление вроде бы существует, вроде бы носит действительно всемирный характер и навязло в зубах у политиков, экологов, журналистов и обычных граждан всех 200 государств мира.

Итак, когда говорят о глобальном потеплении, имеют в виду возрастание средней температуры атмосферы планеты за последние сто лет примерно на 0,6–0,7 градуса Цельсия. Казалось бы, это небольшая величина, однако метеорологи заметили, что повышение на полградуса из этих 0,6–0,7 °C приходится на самые последние десятилетия ХХ столетия, то есть скорость повышения температуры тоже увеличивается. Математик бы сказал, что вторая производная положительна. Сразу же посыпались предсказания об увеличении температуры планеты к 2050 и 2100 годам на уже очень опасные несколько градусов. Опасные потому, что при таких температурах неминуемо растают ледники Антарктиды, Гренландии и полярная шапка Арктики. На метр повысится уровень Мирового океана, утонут Венеция, Санкт-Петербург и вся Голландия. Вдобавок растает вечная мерзлота Сибири, и в результате рухнут все наши города на сваях и полопаются нефте- и газопроводы. В экваториальных областях Земли наступит абсолютная сушь, земледелие станет невозможным. Короче, глобальный кошмар.