Страница 36 из 83
Сейчас учеными разработана аппаратура для космической радиосвязи на волне 21 сантиметр. Уже начаты исследования двух близких к нашей системе звезд, похожих на Солнце, — тау Кита и эпсилон Эридана. До них 11 световых лет пути… И кто знает, может быть, к Земле на радиоволне 21 сантиметр летит сигнал, посланный жителями далеких миров тысячи лет назад?
В 1932 году из природного водорода выделили тяжелый изотоп — дейтерий. Его ядро состоит из протона и нейтрона. Оказалось, что в природном водороде на 5500 атомов протия (так был назван легкий водород 1Н) приходится один атом дейтерия — D. Дейтерий в два раза тяжелее протия и довольно сильно отличается от него. Например, протий становится жидким при –259,2 °C, а дейтерий — при –254,6 °C. Это различие в константах служит основой для выделения дейтерия: перегонкой жидкого водорода получают остаток, содержащий до 50 процентов дейтерия. Электролизом воды также можно получить тяжелый изотоп: более легкий протий быстрее выделяется на катоде, в остатке концентрируется дейтерий.
В 1939 году получен искусственно другой изотоп водорода — тритий, в три раза более тяжелый, чем протий.
Вскоре тритий был обнаружен в природной воде и атмосфере, правда в ничтожных количествах. Это самый редкий газ на Земле; в воде его в 1018 раз меньше протия.
Атмосфера Земли и ее поверхность содержит всего 1,8 килограмма трития — меньше, чем радона.
В 1962 году итальянским ученым удалось получить очень неустойчивый изотоп — водород-четыре; совсем недавно появилось сообщение о синтезе водорода-пять.
Почти 90 процентов воды — это кислород, газ, с которым непосредственно связано существование всего живого на планете, вся история цивилизации, развитие науки и промышленности.
Борьба человечества на ранних стадиях развития за существование — борьба за огонь. Огонь — это горение, горение — потребление кислорода.
В 1774 году английский химик Пристли, нагревая окись ртути, обнаружил выделение неизвестного газа, в котором ярко загоралась тлеющая лучинка. В том же году была опубликована работа шведского аптекаря К. Шееле: в ней было описано получение того же самого газа из селитры, окиси ртути и сурика. И тот и другой придерживались теории флогистона: они назвали открытый газ «дефлогистированным», иначе — лишенным флогистона. По их мнению, открытый ими газ жадно отбирал флогистон у горящих тел; оттого-то в нем они и горели интенсивнее, чем в воздухе.
Когда об открытии Пристли узнал Лавуазье, он понял, что горение есть присоединение кислорода к горящему телу, а вовсе не выделение телом флогистона. Лавуазье в короткий срок создал антифлогистическую, кислородную теорию химии. Шееле и Пристли описали кислород; Лавуазье действительно открыл его для науки.
Уже Пристли заметил, что кислород необходим для дыхания. Лавуазье глубоко изучил процесс дыхания человека и пришел к выводу, что жизнь есть медленное… горение.
Спирт горит ярким пламенем, образуя углекислый газ, воду и тепло.
Человеческий организм, поглощая кислород, выделяет то же самое.
Вот состав воздуха вдыхаемого:
21 % O2, 0,03 % CO2, 78,97 % N2,
а вот выдыхаемого:
16 % O2, 5,03 % CO2, 78,97 % N2.
Проникая в организм, кислород соединяется в конечном счете с веществом тканей, образуя углекислый газ, воду и тепло, необходимое для существования самого организма.
Человеческий организм приспособился к существующему атмосферному давлению, а также к содержанию кислорода в воздухе. При общем давлении в 760 миллиметров кислород воздуха давит на поверхность Земли и, в частности, на живые организмы с силой около 160 миллиметров ртутного столба.
На вершине Эльбруса процентный состав воздуха тот же самый, что и у подножия горы, но давление почти в два раза меньше нормального, — на долю кислорода приходится всего лишь 80 миллиметров.
Альпинист, поднявшийся на вершину горы, резко чувствует уменьшение давления: кровь не успевает насыщаться кислородом. При восхождении на Эверест альпинисты имели при себе кислородные приборы, которые подают кислород в организм под нормальным давлением. Летчики широко пользуются этим прибором.
Впрочем, коренные жители высокогорных областей спокойно переносят разреженность атмосферы: их организм приспособился к условиям среды. Так, жители Перуанских Анд могут легко переносить грузы более 50 килограммов на высоте около 5 тысяч метров. Их сердце с большей силой гонит кровь в легкие, грудная клетка мощней, кровь снабжается кислородом интенсивнее, чем у жителей долины.
Иногда и в нормальных условиях необходима усиленная порция кислорода: особенно при сердечных и легочных заболеваниях. Ведь один глоток кислорода равнозначен пяти глоткам воздуха, и в тяжелых случаях это сберегает силы больного.
Состав атмосферы — точно такой же, каким он был 175 лет назад, когда Кэвендиш исследовал воздух различных местностей Англии. А ведь каждый год миллионы людей и животных поглощают кислород, сжигают миллионы тонн угля, нефти, дерева, связывая тот же самый кислород, а он не убывает. Почему?
Таким же вопросом задался Пристли в 1772 году. В природе все целесообразно, рассуждал он. Если воздух «портится» дыханием человека и животных, а также горением, кто-то его должен «исправлять». Он посадил под колокол мышь, и, когда та задохнулась, он поместил в тот же самый колокол веточку мяты. И что же? Через некоторое время другая мышь могла снова дышать под колоколом. Растение «исправило» воздух.
Так впервые было обнаружено явление фотосинтеза.
В основе фотосинтеза лежит реакция, в результате которой вода и углекислота под действием света и красящего вещества зеленого листа — хлорофилла — превращается в крахмал и кислород. Крахмал служит растению пищей, кислород оно выбрасывает за ненадобностью. Долгое время считали, что кислород получается из углекислого газа. Но доказать это положение или опровергнуть его ученые не могли, пока в их руках не оказался «меченый» кислород 18O. С его помощью было обнаружено, что весь кислород, выделяемый растениями, обязан своим происхождением воде.
Вся зеленая масса наземных водных растений выделяет в течение каждых 3 тысяч лет столько кислорода, сколько его содержится в земной атмосфере.
Дыхание — медленное горение. Если его ускорить, заменить обыкновенный воздух чистым кислородом, то живой организм довольно быстро «сгорит», попросту погибнет.
Но в технике «быстрое горение» очень важно. Увеличение скорости технологического процесса увеличивает выход продукции при том же самом оборудовании, за то же самое время. Возьмем, к примеру, металлургический завод, выпускающий ежегодно миллион тонн стали. В год такому заводу нужно свыше 3 миллиардов кубометров кислорода. Обычно это количество берется из воздуха вместе с 12 миллиардами кубометров азота, который забирает колоссальное количество тепла (металлургический процесс ведется при 1000 °C), а затем выбрасывается заводскими трубами «для подогрева атмосферы».
В последнее время азот воздуха частично или полностью заменяют кислородом, отчего возрастает скорость металлургического процесса, резко снижается расход топлива, упрощается оборудование, в стали уменьшается количество растворенного азота, а качество ее повышается весьма заметно.
Кислород не только помогает выплавлять сталь и цветные металлы; с его помощью можно резать и сплавлять самые тугоплавкие металлы.