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

Именно хром заставил сотрудницу юридической фирмы Брокович вступить в неравную борьбу с голиафоподобным калифорнийским энергетическим конгломератом Pacific Gas and Electric Company, а режиссера Содерберга – снять фильм-блокбастер, который подарил Джулии Робертс «Оскар» за лучшую женскую роль в 2000 году и дал новый толчок ее актерской карьере.

Постараюсь не разглашать детали сюжета тем, кто не видел фильм, так как посмотреть его действительно стоит, но то, что хорошие парни в конце концов побеждают, наверное, все равно не вызовет удивления. Однако роль хрома в этой пьесе вовсе не очевидна. И в самом ли деле хороши эти хорошие парни?

Обычно все в природе существует в достаточном количестве и в нужном месте, включая элементы Периодической таблицы. Главный компонент стали – материала, играющего некоторую роль в этой истории, – это железо, и хотя иногда содержание этого элемента в нашем организме слишком низко, слишком большое его количество может нас убить.

То же касается и хрома: без него мы не можем жить. По крайней мере, так считалось до последнего времени[244]. Предполагалось, что хром помогает нам расщеплять и усваивать сахара, и поэтому дефицит хрома предположительно мог быть связан с диабетом[245]. Низкий уровень содержания этого элемента не наносит вреда, но все же есть вероятность существования терапевтического окна, то есть того диапазона концентраций, которые могут принести некоторую пользу; однако хром, кажется, больше не считают незаменимым элементом, хотя официального согласия по этому поводу пока не найдено[246]. Что действительно ясно, так это то, что слишком высокий уровень хрома вызывает проблемы и что важна также и форма, в которой он попадает в пищеварительную систему или в легкие.

В Хинкли, штат Калифорния, хром нашли в неправильное время (80-е годы), в неправильном месте (в питьевой воде) и в неправильных количествах. Более того, он скрывался под видом хромат-ионов CrO₄^2–, некоего троянского коня, который успешно прячет свое ядовитое содержимое внутри тетраэдра из атомов кислорода. В такой форме охранники на мембранах наших клеток пропускают хромат, принимая его за безобидного двойника, сульфат-ион SO₄^2– (убедитесь в этом сами, взглянув на рисунок 41).

Как же хром попал в питьевую воду? В результате простой инженерной ошибки или упрощения процедур с целью сократить расходы? Вероятно, мы никогда об этом не узнаем. В любом случае компания PG&E перекачивала природный газ на территории Калифорнии – это было частью их энергетической инфраструктуры. В протянувшихся на большие расстояния газопроводах требовалось повышать давление на промежуточных компрессорных станциях, и одна из таких станций располагалась в Хинкли[247].

Хотя сами трубы не очень велики (их диаметр составляет 61–66 см) и закопаны в землю, компрессорная станция – это довольно крупный промышленный объект, где существенная доля оборудования, резервуаров и трубопроводов сделана из стали. Сталь подвержена коррозии; следовательно, вода в резервуарах на территории станции была приправлена антикоррозионным реагентом.

Коррозия может показаться незначительным неудобством, подразумевающим грязную работу с машиной, которую вы время от времени выполняете сами или платите за нее втридорога в автосервисе; однако на промышленных объектах и крупных элементах инфраструктуры, таких как мосты и железные дороги, коррозия ежегодно обходится в невероятные суммы. Поэтому борьба с коррозией – это важная часть всех инженерных проектов, и одним из ее способов было использование хромат-ионов. Они налипают на стальные поверхности и образуют тонкий, но эффективный слой, немного напоминающий тот, что образуется на поверхности нержавеющей стали (в которой также содержится хром); этот слой не дает скверным окислителям вроде кислорода добраться до железа. Изготовление таких «пассивирующих»[248] поверхностей представляет собой успешную антикоррозионную стратегию, которую мы наблюдали в главе 10. Для алюминия естественное покрытие из оксида служит эффективной защитой от коррозии, в отличие от железа и стали, которым требуются химические манипуляции.

Рисунок 41. Зловещий хромат-ион CrO₄^2– слева и его доброжелательный двойник – сульфат-ион SO₄^2– справа. Рисунки сделаны в одном масштабе. Такой способ изображения подчеркивает общую форму и электронную плотность в молекулах, а не химические связи. Связи Cr – O и S – O различаются по своей природе, но их не «видно» снаружи: приближающаяся молекула почувствует только электронную плотность на атомах кислорода.

Использование хромат-ионов для предотвращения коррозии не обязательно представляет собой проблему: мы можем научиться обращаться с опасными вещами безопасным способом (электричество лучший тому пример). Проблема заключалась в том, что PG&E вообще никак этим не занималась. Вместо того чтобы установить какие-нибудь простые приспособления для защиты окружающей среды, она просто позволила загрязненной хроматом воде утекать с предприятия.