Издательства «КоЛибри» и «Азбука-Аттикус» представляют книгу шведского химика Ларса Орстрёма «Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша» (перевод Оксаны Постниковой).
Почему дирижабль «Гинденбург» был наполнен водородом, а не гелием, и почему это привело к трагедии? Чем занимались зелейщики и почему крестьяне их не жаловали? Зачем ацетон был нужен военно-морскому флоту Великобритании? Действительно ли оловянные пуговицы сыграли фатальную роль в наполеоновской кампании 1812 года? Ларс Орстрём, шведский химик, специализирующийся в области неорганической химии, преподаватель и ведущий научно-популярного подкаста журнала Chemistry World, с непринужденностью и азартом настоящего ученого распутывает детективные сюжеты из литературы и из жизни, рассказывая захватывающие истории о химических элементах и нашем взаимодействии с ними.
«Химия может быть математически сложной, но при этом такой же простой, как детский деревянный конструктор, полагающейся на такие элементарные вещи, как разница в размерах. Время от времени мы достаем свои конструкторы из ящика, однако теперь всё чаще используем компьютер. И совсем как маленькие дети, которых зачаровывает цвет, форма и текстура набора шариков, химики испытывают потребность потрогать пальцем атомы и молекулы, чтобы выяснить, какими свойствами они обладают», — говорит Ларс Орстрём.
Предлагаем прочитать фрагмент одной из глав книги.
Смерть в доме № 29
В этой главе мы познакомимся с людьми с высоким содержанием тестостерона в организме и узнаем, как медь теряет электроны, а высший свет — людей.
Остальные пятеро пошли раньше, по одному, и в тогдашних источниках отмечалось, каким гуманным было это зрелище, поскольку его участникам не пришлось видеть друг друга. Тысячи жителей Стокгольма собрались на улице в холодный день 30 января 1744 года, чтобы посмотреть, как последний из этой шестерки, Густаф Шедин, счетовод медеплавильного завода Иншё, поднялся на эшафот. В качестве кульминации представления его должны были обезглавить, а затем разрубить тело на куски.
Летом предыдущего года Шедин руководил четвертым Даларнским восстанием — последним маршем старателей и крестьян Даларны (изобилующей рудниками шведской провинции в 100 милях к северо-западу от Стокгольма) на шведскую столицу. Это движение стало выражением сильного недовольства населения королем Фредериком I и гибельной для страны войной, которую тот вел с Россией. Такое уже случалось раньше и приводило к успеху: чрезвычайно свободомыслящие жители Даларны традиционно обладали некоторой властью благодаря богатым природным ресурсам, жемчужиной которых был крупный горный медный рудник в Фалуне. Некогда он был крупнейшим подобным рудником в мире и производил около 70 % мирового объема меди.
Рудник в Фалуне, как и многие другие, когда-то управлялся как кооперативное предприятие, и работали там свободные старатели, или бергсманы (bergsmän — «горные люди»), у которых были особые привилегии и свои законы. Однако их время подошло к концу. В 1743 году восстание закончилось кровавой резней в Стокгольме, а теперь должны были казнить шестерых его руководителей. Медный рудник также терял свое привилегированное положение. Он давал шведским королям и королевам экономическую опору для многочисленных более или менее успешных военных авантюр на территории континентальной Европы, но теперь пришел в упадок, как и военная мощь Швеции.
Это традиционно мужское занятие — рассердиться и собрать парней, чтобы разобраться с людьми и делами, — на химическом уровне связано с высоким уровнем большой органической молекулы под названием тестостерон. Для специалиста в неорганической химии, ищущего интересную историю, сейчас было бы прекрасно показать прямую связь между медью и тем, как эта молекула создается в нашем теле, начав с холестерина и заявив, что тестостерон делал мужчин из Даларны более склонными к поспешным революционным действиям. Что ж, забудьте об этой идее, потому что в этой цепочке событий нет ни следа меди. Для некоторых ферментов — белков, которые играют роль катализаторов в этих реакциях в человеческом теле, — крайне важны железо и цинк, но не медь, насколько нам известно; хотя медь играет роль реакционного центра для многих других ферментов. Этого слишком мало для обоснования, так что пойдем дальше и обсудим несколько других случаев, когда политические беспорядки были связаны с добычей меди.
Я слишком молод, чтобы помнить 1961 год, но у меня есть некоторые туманные воспоминания о 1973-м: знаменитое последнее фото президента Альенде в шлеме у главного входа во дворец Ла Монеда в Сантьяго, а рядом с ним — молодой человек в костюме с галстуком и с автоматом в руках. В 1961 году произошла авиакатастрофа под Ндолой на территории нынешней Замбии: на фотографиях изображен разбившийся самолет DC-6 и офицеры Северной Родезии в шортах. Меньше на Западе помнят о демократически избранном конголезском премьер-министре Патрисе Лумумбе, убитом в заключении при режиме Мубуто в 1961 году, с молчаливого одобрения правительства Бельгии (поступок, за который в 2002 году были принесены официальные извинения).
Власть и богатство, а также война, убийство и различные ожесточенные конфликты — всё это тесно связано с двумя более тяжелыми элементами в группе трех так называемых благородных металлов: серебром (Ag) и золотом (Au), а золото даже называют самым ядовитым из всех элементов, особенно опасным для разума. Все мы видели изображения пиратов, дерущихся за сундук, полный золотых дублонов, однако вряд ли в истории случались потасовки за ящик медных пенни. И однако же, вероятно, именно медь лежала в основе конфликтов в Чили и Конго, унесших жизни президента Сальвадора Альенде и Генерального секретаря ООН и шведского дипломата Дага Хаммаршёльда.
Оба эти человека представляли собой реальную или ощутимую угрозу для влиятельных компаний по добыче меди. Хаммаршёльд пытался разрешить конфликт, возникший из-за отделившейся республики Катанга на юго-востоке недавно обретшей независимость республики Конго; Альенде, будучи первым избранным социалистическим президентом, за несколько лет до того национализировал чилийские медные рудники. Альенде почти наверняка покончил с собой во время переворота и нападения на президентский дворец; однако авиакатастрофа, оборвавшая жизнь Хаммаршёльда и еще 15 пассажиров и членов экипажа, всё еще является предметом споров, и в этом деле были предъявлены новые факты, особенно после падения режима апартеида в Южной Африке.
Шахта — это глубокое отверстие в земле с химической фабрикой наверху. Это особенно справедливо в отношении добычи и производства меди, поскольку с таких заводов очень часто вывозятся не один, а два важных продукта — твердый и жидкий. Так же, как и ферменты в нашем теле, медь обычно не встречается в природе в виде блестящего металла. Вместо этого, имея 29 электронов, 11 из которых — на внешней оболочке, она обычно теряет два электрона и становится медью (II), Cu2+, или теряет один электрон и становится медью (I), Cu+. Нам это удобно, так как эти ионы часто водорастворимы и легче усваиваются организмом, чем твердые куски медной пластины.
В нашем организме за ионами меди присматривают главным образом атомы азота в составе белков (аминокислота под названием гистидин справляется с этим особенно хорошо); также этим занимаются содержащие серу аминокислоты цистеин и метионин. Откроем маленький секрет: медь и серу связывают вечные любовные узы, и наши ферменты пользуются этим, чтобы заставить медь выполнять некоторые весьма важные реакции в организме. Эта связь проявляется не только в любви меди к аминокислотам с серой, но и в зеленовато-синей патине, которая покрывает медные статуи (кстати, нет ни одной такой статуи Фредерика I — кажется, все решили, что о нем лучше забыть) и другие предметы из меди, подвергающиеся воздействию внешней среды и серосодержащих загрязняющих веществ.
Связь «медь — сера» также можно обнаружить под землей, поскольку многие минералы, содержащие медь, имеют в своем составе серу — например, медный колчедан (CuFeS2). Когда стали массово появляться медеплавильные заводы, разлучение этих двух влюбленных начало представлять угрозу для окружающей среды. Причиной этого был тот факт, что в этом процессе используется кислород из воздуха, который вместе с ионами Cu2+ забирает по два электрона у каждого атома серы. Эта реакция превращает медь (II) в металлическую медь, а ионы серы (S2–) — в молекулы оксидов серы (IV) или (VI) — SO2 или SO3 соответственно, — где атом серы хорошо спрятан в оболочку из атомов кислорода и больше не может испытывать влечения к атому меди. Разумеется, и SO2, и SO3 — оба они газообразны — просто выпускали из заводской трубы: всё, проблема решена!
3Cu2S + 3O2 → 6Cu + 3SO2.
Но, как это часто случается, то, что для одного — мусор, для другого — клад. Вместо того чтобы выбрасывать SO2 и SO3 в воздух, где, смешавшись с водяным паром, они превратились бы в сернистую (H2SO3) и серную (H2SO4) кислоты и вызвали бы кислотный дождь, эти газы можно собрать и превратить в 100 % SO3 путем окисления кислородом О2 из воздуха при помощи новых умных катализаторов. После этого к газу добавляется вода, и мы вновь получаем серную кислоту, но теперь можем ее продать. И существует довольно большой рынок спроса: год за годом серная кислота возглавляет первую десятку химических продуктов по всему миру.
Швеция в настоящее время производит всего 1 % мировой меди, а рудник в Фалуне закрыл производство в 1992 году. Сейчас это объект мирового наследия ЮНЕСКО, и вы можете посетить и надземную, и подземную его часть. Изначальная старательская компания «горных людей» со временем превратилась в Stora Kopparbergs Bergslags Aktiebolag (Великую гильдию медных старателей), которая, вероятно, является старейшим в мире акционерным предприятием. В 1998 году она слилась с финской компанией Enso и теперь занимается гораздо более мягкими вещами, поскольку Stora Enso — одна из крупнейших в мире лесопромышленных компаний и производителей бумаги.