Дело в химии. Как все устроено?

Проблемой возобновляемых источников является их низкая надежность, но тут в игру вступает другая огромная терра инкогнита нашей эпохи: ядерный синтез. Ядерные реакции высвобождают энергию, заключенную в ядре атома, где ее существенно больше, чем в химических связях, но ее и труднее использовать. Современные электростанции основаны на процессе деления ядра, в ходе которого распадаются атомы тяжелых радиоактивных элементов. Этот процесс имеет два важных недостатка: при нем образуются опасные радиоактивные отходы, которые очень трудно утилизировать, и сам процесс имеет тенденцию выходить из-под контроля, порождая чудовищные катастрофы. Процесс же ядерного синтеза постоянно происходит в недрах звезд и представляет собой слияние двух легких элементов, таких как водород, в более тяжелый элемент, например гелий. В противоположность процессу распада, синтез не производит никаких радиоактивных отходов, но обладает огромным недостатком – он происходит только при очень высоких температурах, в миллионы градусов, и поэтому создать использующую его установку – весьма трудная и серьезная технологическая задача. Хотя сегодня у нас еще нет технологий, предоставлявших бы доступ к этому поразительному источнику энергии, я полагаю, что в более или менее отдаленном будущем ядерный синтез позволит нам получать надежно и безопасно значительные количества энергии без вреда для окружающей среды.

Скрестим же пальцы!

Лекция 4 В зеркале

Химия красоты

Существует распространенное мнение, что наука – это холодная и лишенная личных пристрастий область знаний. Эмоциональными полагается быть искусству, поэзии и музыке, а какие чувства может вызывать квадратный корень? Или химическая реакция? Зачем мне в школе заучивать химический символ кадмия, если я хочу связать свою жизнь со скрипкой или графическим дизайном? Между творческим и научным мирами существует кажущееся непреодолимым непонимание – вплоть до того, что не так уж редко можно встретить творцов, хвастающихся неспособностью к простейшим вычислениям, или инженеров, подшучивающих над философами. Это очень грустно, поскольку ученый, похваляющийся невежеством в области поэзии или художник, гордящийся тем, что ничего не смыслит в науке, не видят, что сами отказываются от ключей к пониманию реальности. Наука и искусство смотрят на мир под разными углами, исследуют его разные стороны, но от этого не становятся менее волнующими и интересными. Это разные подходы к феномену красоты, но оба они важны, и мы любуемся и восторгаемся закатом, одновременно понимая больше, чем можем увидеть с первого взгляда. Я думаю, что люди не только способны увидеть красоту в том, что их окружает, но и с помощью химии многое понять.

В этой главе я хотел бы помочь вам получше понять взаимоотношения химии и красоты и поэтому расскажу, как химия участвует в создании оттенков цветов или неба у Ван Гога, о ее роли в косметике и эстетике.

Вода, масло и крем для красоты

Еще с детства мы знаем, что масло заметно отличается от воды, хоть и жидкое. Мы можем разделить значительную часть химических соединений на две категории: гидрофильные, то есть растворимые в воде, и липофильные (то есть гидрофобные), то есть растворимые в жирах и органических растворителях. Растительные масла вполне резонно относятся к классу липофильных веществ: они растворимы в бензине, но в воде занимают отдельный объем. Нефть тоже гидрофобное вещество, поэтому так много случаев, когда попавший в аварию нефтяной танкер покрывает внушительную площадь поверхности моря своим грузом, и углеводороды губят морские экосистемы.

Равновесие, существующее в природе между гидрофильными и гидрофобными веществами, является ее фундаментальным свойством: вы можете себе представить, что бы случилось с нашей кожей и клетками, если бы они вдруг оказались растворимыми в воде? В этой главке мы узнаем, как, играя с этим свойством, человек и эволюция смогли получить совершенно невероятные результаты.

С химической точки зрения главное, что делает ту или иную молекулу более или менее гидрофильной, – это наличие заряда и соотношение количества атомов углерода и других элементов, таких как кислород и азот, в особенности если они связаны в свою очередь с атомом водорода.

Всем известная поваренная соль – классический пример вещества, которое содержит заряженные ионы, растворимые в воде, ведь она состоит из положительно заряженного иона натрия и отрицательно заряженного иона хлора. Как правило, значительная часть соединений, которые состоят из заряженных ионов, растворимы в воде, хотя есть и исключения.