Страница 37 из 83
Кислород очень активен химически; после фтора он самый активный элемент. Многие вещества, сгорая в атмосфере чистого кислорода, выделяют большое количество тепла. Так, водород и ацетилен, сгорая в кислороде, дают температуру в 3000 °C. На стройках часто можно видеть, как рабочий разрезает синевато-желтым пламенем горелки металлические трубы. Ацетиленово-кислородной горелкой можно и сплавлять металлы: для этого нужно уменьшить подачу кислорода в горелку. Образующееся пламя называют сварочным. Направленное на стык двух кусков металла, оно оплавляет их поверхности. При остывании куски соединяются в одно целое. Чтобы разрезать кусок металла, его надо раскалить сначала сварочным пламенем; затем подается на раскаленное место струя чистого кислорода. В ней металл сгорает и улетучивается.
Если бы удавалось сжигать уголь в очень короткое время, взрывать его, то мы получили бы сильнейшее взрывчатое вещество. Можно ли увеличить скорость сгорания угля во многие тысячи раз? Можно… но для этого нужно соответствующее количество кислорода; чтобы сжечь 1 килограмм угля, необходимо около 2 тысяч литров кислорода.
Нельзя ли сконцентрировать кислород? Можно, но для этого его надо превратить в жидкость. 800 литров газообразного кислорода дает 1 литр жидкого. Пропитаем жидким кислородом пористое горючее вещество, сажу, древесный уголь, угольную пыль, измельченный торф — получим так называемые оксиликвиты, взрывчатые вещества. Их взрывают при помощи детонирующего шнура, который поджигает капсюль-детонатор, вложенный в оксиликвит. Если оксиликвит не взорвался по каким-либо причинам, то его не надо ликвидировать; через некоторое время из патрона улетучивается весь кислород.
Оксиликвиты не перевозят, их готовят на месте: для этого нужен только жидкий кислород, а сухой торф, мох, камыш и солома найдутся всегда. Срок «жизни» оксиликвита колеблется от четверти часа до часа с небольшим, в зависимости от величины патронов.
Оксиликвиты дешевы: взрывные работы с их помощью обходятся в два раза дешевле, чем с аммоналом.
Вы, наверное, замечали, что в сосновом бору особый освежающий запах, как после хорошей грозы. И тот же самый запах, только гораздо более сильный, чувствуется во врачебном кабинете, где мерно гудят кварцевые лампы.
Это запах озона. Этот газ, его название образовано от греческого «пахну», — модификация кислорода: в его молекуле три атома кислорода, он в полтора раза тяжелее молекулярного кислорода.
В хвое деревьев всегда есть скипидар и другие смолистые вещества, которые, окисляясь, дают озон. Электрические разряды во время грозы превращают кислород воздуха в озон. Озон врачебного кабинета образуется за счет жесткого ультрафиолетового излучения, испускаемого парами ртути в кварцевой лампе.
Атмосфера содержит очень небольшое количество озона. Он находится в основном в ее верхних слоях. Условно считают, что весь озон атмосферы образует слой в 3 миллиметра на высоте 25–30 километров от поверхности Земли. Этот тонкий слой озона — «озоносфера» — защищает Землю от жестких ультрафиолетовых лучей, посылаемых Солнцем вместе с видимым светом.
Если бы озона не было, жизнь на Земле была бы уничтожена в короткий срок. Ведь отсутствие озоносферы равносильно беспрерывному облучению поверхности Земли мощными кварцевыми лампами.
Озоносфера обязана своему происхождению жестким ультрафиолетовым лучам, способным разбить молекулу кислорода на атомы: O2 = О + О; О + O2 = O3. Менее мощные ультрафиолетовые лучи разрушают молекулу озона, поэтому на определенной высоте устанавливается равновесная концентрация озона. В технике озон получают действием тихого электрического разряда на кислород в озонаторах.
Озон уничтожает микробов; его добавляют в воду вместо хлора, им белят ткани, старят вино, придают приятный запах табаку.
Перекись водорода была признана за индивидуальное вещество в 1818 году. Французский химик Тенар назвал ее «окисленной водой».
H2O2 — вязкая жидкость без цвета и запаха, в полтора раза тяжелее воды. Она неустойчива и разлагается под действием многих металлов, различных ферментов и радиоактивного излучения. Разложение перекиси водорода под действием катализатора еще не изучено до конца. Это неустойчивое соединение можно найти в дождевой воде, и в снеге, в соках многих растений, и в табаке, и даже в человеческой слюне. Видимо, еще неизвестна большая часть веществ, замедляющих ее разложение. К ним относятся сероуглерод, стрихнин, фосфорная кислота и фосфат натрия.
Распадаясь, перекись выделяет активный атомарный кислород, поэтому она — сильный окислитель.
Во время второй мировой войны в Германии на аэродромы приходили поезда с алюминиевыми цистернами. Жидкость в цистернах называлась по-разному: инголин, тимол, компонент 1, нейтралин, оксилин. Во всех цистернах было одно: 90-процентная перекись водорода. Она служила окислителем в ракетах, которыми немцы обстреливали Лондон осенью 1944 года.
Сейчас химикам перекись водорода служит катализатором в синтезе пластмасс; строители с ее помощью готовят пористый бетон; врачи видят в ней отличное дезинфицирующее средство.
В 1927 году было обнаружено, что природный кислород состоит из трех изотопов 16O, 17O, 18O.
На 3 тысячи молекул природного кислорода приходится 1 молекула 17O и 6 молекул 18O. Они очень близки по свойствам, их молекулярные веса ненамного разнятся друг от друга. Если изотопы водорода отличаются довольно сильно по своим свойствам, их можно разделять перегонкой жидкого газа и электролизом воды, то изотопы кислорода — трудно. Их разделяют диффузией газов.
Различие в свойствах изотопов кислорода выражается в том, что их распределение между разными химическими соединениями может меняться с изменением температуры. Это свойство кислорода использует палеоклиматология — наука о климате далекого прошлого. Отношение 18O/16O в минерале зависит от температуры внешней среды во время образования минерала. Это отношение сохраняется в течение миллионов лет неизменным. И если известно время зарождения минерала, то вычислить температуру, при которой он образовался, легко.
Тяжелая вода — D2O (окись дейтерия) — была открыта в обыкновенной в 1932 году.
Тяжелой воды в природе довольно много. Она тяжелее обычной и кипит при 101,4 °C. Этим пользуются для ее выделения: дробной перегонкой обогащают тяжелой водой обычную. Под действием электрического тока она разлагается в четыре — шесть раз медленнее, чем H2O, следовательно, в остатке неразложившейся воды содержание тяжелой возрастает. Для получения тонны тяжелой воды надо разложить 40 тысяч тонн природной и потратить столько электроэнергии, сколько хватило бы для производства 3 тысяч тонн алюминия.
Тяжелая вода широко применяется в атомной энергетике: она отлично замедляет нейтроны — в пять раз лучше, чем графит.
В 1940 году во Франции под руководством Жолио-Кюри готовился к запуску первый атомный котел. Уже было приготовлено 180 литров тяжелой воды — почти весь мировой запас. Но вскоре началась война, немецкие войска вступили в Париж. Жолио-Кюри был вызван в гестапо. «Где спрятана тяжелая вода?» — был задан вопрос ученому. А в это время от французского берега к английскому шел пароход, на борту которого была тяжелая вода.