Книга по химии для домашнего чтения

Земная атмосфера сформировалась за счет выделения газов из горных пород и анаэробного фотосинтеза. Около 4 млрд., лет тому назад кислорода в атмосфере Земли не было. Она состояла из азота N₂, диоксида углерода CO₂ и водорода H₂. Появление в воде океанов простейших живых организмов, в частности сине- зеленых водорослей, 2,5 млрд., лет тому назад стало началом появления и кислорода в атмосфере. Эти водоросли в ходе синтеза своих углеводов усваивали водород из воды, а углерод — из растворенного в воде CO₂, одновременно выделяя кислород. Понадобилось около 20 000 лет, чтобы содержание кислорода в атмосфере достигло современного уровня.

В настоящее время в атмосфере содержится 21% (по объему) кислорода, или 10¹⁵ т. Несмотря на постоянное участие O₂ в окислительных процессах, его содержание в атмосфере практически не изменяется из-за продолжающегося процесса фотосинтеза.

Если бы в атмосфере содержалось менее 15% O₂, то обычный процесс горения стал бы невозможным. При концентрации O₂ более 30% первый же удар молнии сжег бы все на Земле: в этом случае даже сырая древесина горит как порох.

5.2. ДИОКСИД УГЛЕРОДА В РОЛИ «НОСИЛЬЩИКА»

Диоксид углерода способен под землей перемещать тысячи тонн известняка. Как это происходит?

Диоксид углерода CO₂ (углекислый газ) неплохо растворим в воде. Поэтому в природных речных, почвенных водах обычно высока концентрация растворенного CO₂. В водном растворе он частично переходит в гидрат, который затем превращается в угольную кислоту:

CO₂•H₂O -> H₂CO₃.

Среда этого раствора слабокислая из-за появления ионов оксония H₃O⁺:

H₂CO₃ + H₂O -> HCO^-₃ + H₃O⁺ .

Однако и этой кислотности достаточно, чтобы при проникновении по трещинам породы грунтовых вод в толщу известнякового пласта (известняк — это карбонат кальция CaCO₃) прошла реакция

CaCO₃ + HCO^-₃ + H₃O⁺ = Ca²⁺ + 2 HCO^-₃ + H₂O

или

CaCO₃ + H₂CO₃ = Ca(HCO₃)₂

с образованием хорошо растворимого в воде гидрокарбоната кальция Ca(HCO₃)₂. Так на месте известковых толщ образуются огромные полости в земной коре — карстовые пещеры.

Интересно, что гидрокарбонат кальция в свободном виде не существует; при попытке выделить его выпариванием воды кристаллизуется карбонат кальция:

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃V + H₂O + CO₂^.

Грунтовые воды, содержащие Ca(HCO₃)₂, могут перемещаться в земной коре на значительные расстояния и, испаряя в подходящих условиях воду, выделяют карбонат кальция — известняк, кальцит. Это происходит зачастую очень далеко от места растворения исходного карбоната кальция (см. 3.23).

5.3. ЧЕМ НАДУТ ТЕННИСНЫЙ МЯЧ?

Знаете ли вы, что теннисные мячи не надувают, а вводят в них специальные вещества — «вздуватели»?

«Вздуватели» — это вещества, которые при нагревании разлагаются с образованием газообразных продуктов. В теннисные мячи (заготовки которых в виде двух полусфер изготовлены предварительно и смазаны клеем) кладут таблетки, содержащие смесь нитрита натрия NaNO₂ и хлорида аммония NH₄Cl. Склеенные половинки мяча помещают в форму для вулканизации и нагревают. Происходит химическая реакция

NaNO₂ + NH₄Cl = NaCl + 2Н₂O + N₂^.

Выделившийся азот создает в мяче повышенное давление.

5.4. «ПОРОШОК ЛИБИХА» ВМЕСТО ДРОЖЖЕЙ

«Порошок Либиха» (см. 2.17) применяли раньше для приготовления ржаного теста. В его состав входят пищевая сода — гидрокарбонат натрия NaHCO₃ и лимонная кислота (НООССН₂)₂С(ОН)СООН (см. 3.28). Его действие, как и других заменителей дрожжей, заключается в выделении газообразного диоксида углерода, разрыхляющего тесто:

3NaHCO₃ + (СН₂СООН)₂С(ОН)СООН = (CH₂COONa)₂C(OH)COONa + 3CO₂^ + 3Н₂O.

Современные разрыхлители для теста включают в свой состав гидрокарбонат натрия и какие-либо пищевые кислоты, или гидрокарбонат аммония, который при нагревании разлагается с выделением диоксида углерода CO₂, аммиака NH₃ и воды:

NH₄HCO₃ = NH₃^ + CO₂^ + H₂O.

Газообразные продукты этой реакции делают тесто пористым (см. 6.4).

5.5. ОБНАЖАЯ МЕТАЛЛ

При пайке металлов используют нашатырь и канифоль. Зачем?

Нашатырь (см. 1.44) — это хлорид аммония NH₄Cl, его используют для травления — очистки поверхности паяльника и спаиваемого изделия от оксидов металлов. Применение его основано на том, что при повышенной температуре хлорид аммония подвергается термическому разложению на аммиак NH₃ и хлороводород HCl (см. 1.44):

NH₄Cl = NH₃ + НСl.

Образующиеся аммиак и HCl реагируют с оксидом меди на горячей поверхности медного паяльника: