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

Шахта – это глубокое отверстие в земле с химической фабрикой наверху. Это особенно справедливо в отношении добычи и производства меди, поскольку с таких заводов очень часто вывозятся не один, а два важных продукта – твердый и жидкий.

Так же как и ферменты в нашем теле, медь обычно не встречается в природе в виде блестящего металла. Вместо этого, имея 29 электронов, 11 из которых – на внешней оболочке, она обычно теряет два электрона и становится медью (II), Cu 2+, или теряет один электрон и становится медью (I), Cu +. Нам это удобно, так как эти ионы часто водорастворимы и легче усваиваются организмом, чем твердые куски медной пластины.

В нашем организме за ионами меди присматривают главным образом атомы азота в составе белков (аминокислота под названием гистидин справляется с этим особенно хорошо); также этим занимаются содержащие серу аминокислоты цистеин и метионин . Откроем маленький секрет: медь и серу связывают вечные любовные узы, и наши ферменты пользуются этим, чтобы заставить медь выполнять некоторые весьма важные реакции в организме. Эта связь проявляется не только в любви меди к аминокислотам с серой, но и в зеленовато-синей патине, которая покрывает медные статуи (кстати, нет ни одной такой статуи Фредерика I, – кажется, все решили, что о нем лучше забыть) и другие предметы из меди, подвергающиеся воздействию внешней среды и серосодержащим загрязняющим веществам.

Связь медь – сера также можно обнаружить под землей, поскольку многие минералы, содержащие медь, имеют в своем составе серу – например, медный колчедан (CuFeS 2). Когда стали массово появляться медеплавильные заводы, разлучение этих двух влюбленных начало представлять угрозу для окружающей среды. Причиной этого был тот факт, что в этом процессе используется кислород из воздуха, который вместе с ионами Cu 2+забирает по два электрона у каждого атома серы. Эта реакция превращает медь (II) в металлическую медь, а ионы серы (S 2–) – в молекулы оксидов серы (IV) или (VI) – SO 2или SO 3соответственно, – где атом серы хорошо спрятан в оболочку из атомов кислорода и больше не может испытывать влечения к атому меди. Разумеется, и SO 2, и SO 3 – оба они газообразны – просто выпускали из заводской трубы: всё, проблема решена!

3Cu 2S + 3O 2→ 6Cu + 3SO 2.

Но, как это часто случается, то, что для одного – мусор, для другого – клад. Вместо того чтобы выбрасывать SO 2и SO 3в воздух, где, смешавшись с водяным паром, они превратились бы в сернистую (H 2SO 3) и серную (H 2SO 4) кислоты и вызвали бы кислотный дождь, эти газы можно собрать и превратить в 100 % SO 3путем окисления кислородом О 2из воздуха при помощи новых умных катализаторов. После этого к газу добавляется вода, и мы вновь получаем серную кислоту, но теперь можем ее продать. И существует довольно большой рынок спроса: год за годом серная кислота возглавляет первую десятку химических продуктов по всему миру.

Швеция в настоящее время производит всего 1 % мировой меди, а рудник в Фалуне закрыл производство в 1992 году. Сейчас это объект мирового наследия ЮНЕСКО, и вы можете посетить и надземную, и подземную его часть. Изначальная старательская компания «горных людей» со временем превратилась в Stora Kopparbergs Bergslags Aktiebolag (Великую гильдию медных старателей), которая, вероятно, является старейшим в мире акционерным предприятием. В 1998 году она слилась с финской компанией Enso и теперь занимается гораздо более мягкими вещами, поскольку Stora Enso – одна из крупнейших в мире лесопромышленных компаний и производителей бумаги.

В этой главе мы узнаем кое-что о древнем искусстве кристаллографии, ставшем наукой, – о той области, которая имеет отношение не только к вашему ювелиру, но и к вашей кухне и которой в равной степени занимаются материаловеды, разработчики лекарств и биохимики.

Вы, несомненно, слышали о кровавых алмазах и знаете, что это не редкая красная версия драгоценного камня, а незаконно добытые алмазы, которые используют для финансирования и затягивания вооруженных конфликтов в некоторых африканских странах. Но слыхали ли вы о камнях голубых кровей?

Детально разработанная система маркировки, известная как схема сертификации процесса Кимберли, в настоящее время используется (по утверждению некоторых, неэффективно) для отделения хороших алмазов – добытых, например, в Ботсване – от кровавых, или конфликтных, алмазов, которые не следует допускать на рынок. Эта схема не нужна для голубых камней, которые называются lapis lazuli , поскольку в мире существует лишь одна шахта, которая производит эти камни высокого качества, – шахта Сар-и-Санг в долине реки Кокча, в провинции Бадахшан на северо-востоке Афганистана; поэтому сомнений по поводу их происхождения никогда не возникает [84] Finlay V. Colour: Travels Through the Paintbox. Sceptre, 2003. .

Эта шахта находится в столь отдаленном месте, что туда не добрались даже такие активные и успешные путешественники, как Марко Поло и сэр Ричард Бертон, хотя первый упоминает эти места в путешествии, когда он пересек реку Оксус (известную также как Амударья), притоком которой является Кокча: «Гора в той области, где можно найти прекраснейший на свете лазурит» [85] Polo M., Benedetto L.F. The Travels of Marco Polo: Translated into English from the Text of L.F. Benedetto. Asian Educational Services, 1931. . Шотландский исследователь Джон Вуд посетил это место в 1837 году, но, если верить его книге «Путешествие к истокам реки Оксус», это была отнюдь не воскресная прогулка. «Если не хотите погибнуть, избегайте узкой долины реки Коран [Кокча]» – вот к какому выводу он пришел [86] Wood J. A Personal Narrative of a Journey to the Source of the River Oxus. John Murray, 1841. .

Человеком, наконец добравшимся туда, стала британская журналистка Виктория Финли, автор чудесной книги «Цвет: путешествие по коробке с красками»; несмотря на то что она приехала на шахту в начале 2000-х, это был самый настоящий подвиг [87] Finlay, Colour. .

Так зачем кому-то переносить всяческие тяготы только ради того, чтобы увидеть шахту, в которой из горной породы можно добыть синие камни? Возможно, это объясняется тем, что за многие века эти редкие камни приобрели огромную ценность, став отличительным знаком королей и аристократии; или тем, что ради торговли ими даже в древние времена люди преодолевали огромные расстояния; а может быть, тем, что эта старейшая в мире шахта разрабатывается на протяжении 5000–6000 лет – и до сих пор действует. Причиной, по которой туда поехала Финли, были не столько сами камни, сколько пигмент, который из них получают путем растирания в мельчайший порошок и который служит основой для самого хорошего и самого дорогого синего цвета – натурального ультрамарина (это слово означает «с другой стороны моря»). Теперь у нас есть синтетические аналоги этого пигмента, но они все же несколько уступают ему по качеству, и, как мы увидим дальше, тому есть очень веская химическая причина.