Аркадий Курамшин - Жизнь замечательных веществ

Несмотря на токсичность циановодорода и его опасность, отказываться от его применения и производства человечество не собирается – ежемесячно производится достаточное количество циановодорода, чтобы убить каждого человека на Земле, но, конечно, производят его не для этого, а для применения в качестве реагента в химической промышленности.

Примером одного из материалов, для производства которого применяется циановодородная кислота, является известный полимер нейлон: исходным для его получения веществом является адипонитрил, который, в свою очередь, получают, присоединяя циановодород к двойным связям бутадиена.

Несмотря на то что циановодород смертельно опасен для большинства современных форм жизни на Земле, в свое время эта молекула могла сыграть роль и в процессе возникновения жизни. Циановодород, который, кстати, может формироваться и в космическом пространстве, и, возможно, мог формироваться в атмосфере молодой Земли, в соответствии с некоторыми гипотезами рассматривается как предшественник аминокислот и нуклеиновых кислот.

Вот такой он, циановодород – простая линейная молекула из трёх атомов, возможно, когда-то способствовавшая возникновению жизни на Земле, известный герой романов и фильмов, золотодобытчик и специалист по синтезу огромного количества органических соединений – от лекарств до полимеров.

Для большинства людей озон ассоциируется ни с чем иным, кроме как с дырами в атмосфере в полярных районах и концепцией: «Аааа, мы все умрем!» Кто-то наоборот, считает запах озона ароматом свежести и обновления. Однако о свойствах озона, обуславливающих появление этой дыры, а также о том, что озон в верхних слоях атмосферы защищает жизнь на Земле, а озон в нижних слоях атмосферы опасен для здоровья, известно меньше.

Озон является аллотропной модификацией кислорода. Молекулярный кислород, образующий с азотом и другими газами смесь, которую мы называем воздухом, состоит из двух атомов кислорода и с точки зрения номенклатуры должен называться «дикислород».

Озон – ближайший родственник дикислорода, но состоящий из трёх атомов кислорода. Тем не менее такая относительно простая молекула, столь близкая по строению к дикислороду, долгое время была загадкой для химиков XIX столетия.

Озон – бледно-голубой газ с характерным, несколько резковатым запахом (этот запах можно почувствовать, понюхав воздух у работавшего продолжительное время без перерыва ксерокса или лазерного принтера).

Название «озон» происходит от греческого слово «озеин» – запах. Это имя газ получил в 1840 году, его крестным отцом стал успевший поработать и в Германии, и в Швейцарии химик Кристиан-Фридрих Шенбейн, которому часто приписывают и пальму первенства в открытии озона. Тем не менее впервые озон обнаружил не Шенбейн, а голландский физик Мартин ван Марум (в 1785 г.) – именно он описал характерный запах и окислительные свойства, которые приобретает воздух после пропускания через него электрических искр.

Однако ван Марум считал, что образуется особая «электрическая материя», на открытие нового вещества он не претендовал, и до Шенбейна общепринятым было мнение о том, что запах озона – это «запах электричества». Итак, Шенбейн первым заявил об озоне как о новом химическом веществе, но молекулярная формула озона – O 3– была установлена позже: это было связано с трудностями при выделении и очистке озона от других газов, а эти трудности, в свою очередь, являлись результатом высокой реакционной способности озона.

При конденсации озон превращается в тёмно-синюю жидкость и фиолетово-чёрное твёрдое вещество, и то и другое – взрывчатые вещества. Цвет озона объясняется тем, что он интенсивно поглощает свет в красной области спектра. Помимо этого, озон поглощает ультрафиолетовое излучение, и именно это его свойство объясняет роль озона в окружающей среде, причем озон в верхних слоях атмосферы (стратосферный озон) и озон в нижних слоях атмосферы (тропосферный озон) играют разную роль в химии атмосферы и в экологических системах.

В нижних слоях атмосферы тропосферный озон образуется в результате комбинации таких факторов, как солнечный свет, органические кислородсодержащие вещества и оксиды азота. Этот озон часто встречается в атмосфере крупных городов и является обычным компонентом смога.

Озон токсичен для человека, в особенности – для легких и дыхательной системы (предельно допустимая концентрация озона для человека сравнима с таковой для циановодорода – в воздухе рабочей зоны – 0,1 мг/м 3; в атмосферном воздухе населённых мест – 0,03 мг/м 3, хотя человек распознает озон по запаху в концентрациях меньших, чем опасная). Повышенная концентрация озона может вызывать у некоторых людей поражения глаз, кашель, головную боль и боли в груди, респираторные нарушения, а также являться причиной обострения астмы и общего ослабления функции легких. Из-за этой потенциальной опасности рекомендуется хорошо проветривать помещения, в которых в течение длительного времени работает печатная или копировальная техника, а в некоторых штатах США даже объявляют «дни озоновой угрозы» – в такие дни прогнозируется увеличение содержания озона, и гражданам рекомендуют не использовать устройства, способные повысить концентрацию озона в воздухе, в первую очередь – автомобили (кстати, биоэтанол, использующийся в качестве топлива в ряде машин в США, является гораздо более опасным источником озона для смога, чем традиционный бензин, при горении которого, однако, могут образовываться канцерогены).

Если тропосферный озон опасен для здоровья, то озон стратосферный является нашим защитным «солнечным зонтиком». На высоте примерно 20 км от уровня моря озон образуется в результате воздействия ультрафиолетового излучения солнца на молекулы дикислорода, таким образом, озоновый слой является экраном, предохраняющим Землю от губительного воздействия солнечного ультрафиолета. Ультрафиолетовое излучение Солнца опасно для всего живого на Земле – ультрафиолет может повреждать ДНК, вызывая мутации, для «переоблучившихся» ультрафиолетом людей, например, повышается шанс развития рака кожи.