Путешествие в Страну элементов

Углекислый газ не так безвреден для организма человека, как может показаться на первый взгляд. Когда его в воздухе больше 3 процентов, это ведет к серьезным нарушениям работы организма. При 10-процентной концентрации наступает почти мгновенная смерть вследствие остановки дыхания.

В повседневной практике CO₂ широко применяется в виде так называемого сухого льда — твердого углекислого газа. Он используется для охлаждения, а также при проведении взрывных работ. С этой целью его помещают поверх заряда взрывчатого вещества. При высокой температуре сухой лед мгновенно испаряется с образованием большого объема CO₂, что значительно увеличивает силу взрыва.

Основа «черного золота»

Нефть — сложная смесь различных соединений углерода, встречающихся в природе. Это черная маслянистая жидкость с характерным запахом, в состав которой входят углеводороды и более сложные органические соединения. Нефть перерабатывается на химических заводах. Сначала отгоняют из нее самые легкие молекулы — бензин, затем более тяжелые — керосин и, наконец, смазочные масла. Оставшаяся смесь называется мазутом и используется в качестве топлива при варке стали в мартеновских печах, в топках пароходов и электростанций. Продукты, содержащиеся в мазуте, применяются для производства взрывчатых, красящих и лекарственных веществ.

Часто полагают, что нефть образует под землей целые «озера» и даже «моря». Действительно, нередко бывает, что после проходки скважины нефть бьет фонтаном. Один такой фонтан может дать от 100 до 1000 тонн нефти в сутки. Однако она отнюдь не собирается под землей в естественных нефтехранилищах, а пропитывает, как губку, рыхлые, пористые породы и изливается на поверхность лишь благодаря давлению верхних слоев Земли и растворенных газов. Если же давление нефти в пласте недостаточно, ее приходится выкачивать насосами. Тогда для поддержания необходимого пластового давления, то есть давления, под которым в пласте породы находится нефть, туда закачивают воду.

Если происхождение каменного угля из древних растений не вызывает у ученых сомнений, то в вопросе о происхождении нефти до сих пор еще нет единого мнения. Некоторые исследователи, в том числе Менделеев, считали, что нефть образовалась из минеральных веществ — карбидов металлов, излившихся из земных глубин, и воды. Если это так, то месторождения нефти должны располагаться в основном около трещин земной коры, у мест вулканической деятельности. Но из 10 тысяч месторождений нефти, известных на Земле, только 30 расположены вблизи трещин земной коры, а остальные залегают в осадочных породах, никогда не соприкасавшихся с магмой.

Поэтому большинство ученых в настоящее время придерживается иного мнения. По-видимому, нефть образовалась из остатков древних животных и растений. Если такие остатки попадают в среду, содержащую кислород, они при разложении дают каменный уголь. Но если среда, в которой захоронены органические остатки, бедна кислородом, образуется нефть. При этом уголь так и остается на месте захоронения, а нефть перемещается под землей и может рассеяться, если не встретит благоприятных условий для накопления — выпуклых «линз» из глинистых грунтов.

Когда вышележащие слои породы непроницаемы и для газов, то самые легкие из образующихся углеводородов — метан, этан и другие — тоже накапливаются под землей и образуют месторождения природного газа. Природный газ — самое дешевое и прекрасное химическое сырье.

Углерод в неорганической химии

По многообразию и численности своих соединений углерод оставляет позади все остальные элементы таблицы Менделеева, вместе взятые.

В сочетании с водородом, кислородом, азотом, серой и фосфором он образует почти все органические вещества, существующие в природе и синтезированные в лаборатории. Их известно более двух миллионов и теоретически возможно бесконечное множество. По образному выражению академика Несмеянова, язык органической химии — это язык, алфавит которого состоит всего из шести букв, а словарный запас непрерывно растет и уже сейчас с трудом умещается в сотне объемистых томов.

Многообразие углеродистых соединений обусловлено уникальной способностью атомов углерода образовывать чрезвычайно прочные связи друг с другом. Цепи из углеродных атомов могут достигать очень большой длины и вполне устойчивы. В то же время даже короткие цепи из атомов других элементов в подавляющем большинстве случаев непрочны. Так, например, для кислорода максимальная длина цепи состоит из двух атомов; соединения, содержащие такие цепи, малоустойчивы. Для углерода получено вполне устойчивое соединение, содержащее цепочку из 70 углеродных атомов.

Но и в неорганической химии углерод занимает видное место. Особо нужно отметить углекислый газ и его производные.

Растворяясь в воде, углекислый газ соединяется с ее молекулами и образует слабую угольную кислоту H₂CO₃.