Химия без преград. Увлекательные научные факты, истории, эксперименты

Анастасия Мартюшева 99 секретов химии

Химия в природе

№ 1. Покормите пластиком микробов. Проблемы утилизации пластиковых изделий

Почти во всем, что мы покупаем, можно найти пластик. Все вещи, которые нас окружают, когда-то были упакованы в пластиковую тару. Знаете ли вы, что пластик – это продукт переработки нефти, а его точное название – полиэтилентерефталат? Ежегодно в мире производят и выбрасывают более 13 миллиардов пластиковых бутылок. А чтобы получить 1 миллиард пластиковых бутылок, необходимо 90 миллионов литров нефти.

Представьте, что Атлантический океан пересох и в эту яму сбросили весь пластиковый мусор из вод Мирового океана. Яма заполнится не просто до краев, а с горкой! Потому что в водах Мирового океана плавает 12,7 миллиона тонн пластика.

Часть бутылок удается собрать и отправить на переработку. Переработанные бутылки используются повторно, но со временем они снова оказываются на свалках. Поэтому утилизация пластика обернулась глобальной экологической проблемой. На разрушение всего одной пластиковой бутылки матушка-природа тратит целых 300 лет! А таких бутылок – миллионы тонн.

Ученые нашли решение проблемы. Они обнаружили «пластикоядную» бактерию Ideonella sakaiensis, способную разлагать цепочки полимера на воду и углекислый газ.

В ДНК микроба есть два фермента: ПЭФаза и МГЭТ-гидролаза. Первая разлагает пластик на «кирпичики», вторая – расщепляет эти звенья на этиленгликоль и терефталевую кислоту, которыми и питается бактерия. Если добавлять колонии Ideonella sakaiensis в кучи мусора на свалках, его разложение ощутимо ускорится. Ученые предполагают, что если искусственно синтезировать ферменты, то можно превратить пластик в воду и углекислый газ.

Людям почему-то нравится сваливать мусор в такие места, где еще сохранилась природа.

Маргарет Этвуд

№ 2. Питание солнечным светом. Явление фотосинтеза

Фотосинтез – это образование органических веществ в клетках зеленых растений из углекислого газа и воды. Фотосинтез протекает в двух фазах: световой и темновой. Первая фаза происходит под воздействием света. Сначала растение всасывает воду из почвы. Затем под лучами света вода внутри листьев распадается, вследствие чего в атмосферу выделяется кислород.

2Н₂О -> 4е + 4Н⁺ + О₂?

Для темновой фазы свет необязателен. В ее процессе из углекислого газа, полученного растением из воздуха, и водорода, оставшегося при распаде воды, образуется глюкоза.

24Н⁺ + 6СО₂ -> С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О

Глюкоза – продукт фотосинтеза. Это пища растений, которую они не могут добыть из почвы или воздуха. Они вынуждены производить ее самостоятельно. Благодаря фотосинтезу в природе регулируется баланс углекислого газа, а воздух насыщается кислородом.

№ 3. Их твердость не сломить: самые твердые материалы на свете

Твердость материалов измеряется в гигапаскалях (ГПа). При показателях выше 40 ГПа материал считается сверхтвердым. Эталоном твердости признан алмаз. Его твердость – 115 ГПа. Однако в мире существуют и другие сверхтвердые вещества.

Диборид рения (ReB ₂) – очень необычный материал. Без нагрузок он ведет себя как сверхтвердый (48 ГПа): его твердость и износостойкость выше, чем у многих сплавов с высочайшей твердостью. При нагрузках диборид рения как будто размягчается, и его твердость снижается до 22 ГПа. Этот факт стал поводом для споров среди ученых – стоит ли считать диборид рения сверхтвердым.

Карбид бора (B ₄C) используют для изготовления пластин бронежилетов. Твердость карбида бора составляет 49 ГПа. При соединении с ионами аргона его твердость возрастает до 72 ГПа.

Лонсдейлит (С) по структуре очень похож на алмаз. Оба минерала – модификации углерода. Лонсдейлит впервые был обнаружен среди метеоритных остатков в кратере Барринджера (Каньон Дьявола, США). Его микрокристаллы также были найдены на месте падения Тунгусского метеорита, одним из компонентов которого являлся графит. Вероятно, при взрыве метеорита графит превратился в лонсдейлит. Беспримесный лонсдейлит тверже алмаза – 152 ГПа.

Фуллерит (С₆₀) – самое твердое вещество в мире. Фуллерит является природной кристаллической формой углерода. Его кристаллы состоят не из отдельных атомов, а из молекул. Благодаря этому вещество обладает исключительной твердостью. Фуллерит способен царапать алмаз так же легко, как сталь царапает пластик. Твердость фуллерита – 310 ГПа.

Есть три вещи, сделать которые необычайно трудно: сломать сталь, раскрошить алмаз и познать самого себя.

Бенджамин Франклин

№ 4. Дышите глубже! Образование озона