Петр Образцов - Мир, созданный химиками. От философского камня до графена

• Название: Мир, созданный химиками. От философского камня до графена
• Автор: Петр Образцов
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-389-02734-3

Петр Образцов, кандидат химических наук, известный научный обозреватель и автор нескольких книг, утверждает: сегодня без химии представить себе наш мир просто невозможно. В своей увлекательной книге он рассказывает об алхимиках и великом Менделееве, о том, почему сладкое — сладко, а горькое — горько, что такое ферменты и микроэлементы, как создавались яды и боевые отравляющие вещества, как была обнаружена радиоактивность и что такое графен.

В этих историях о химии много юмора и знания человеческой природы, а потому они интересны всем — и людям, далеким от науки, и тем, кто связал с ней свою жизнь.

---

А в середине XIX века англичане в Индии использовали тонны хинина для изготовления особого напитка — тоника. В тропических странах в те времена свирепствовала малярия, и необходимо было заставить британские войска и чиновников в покоренной Индии регулярно принимать хину — растолченную кору хинного дерева. Однако хинин чрезвычайно горек и служит даже эталоном горечи, поэтому британцы уклонялись от такой профилактики. И тогда британские медики разработали коктейль из любимого колониалистами джина и раствора хинина с добавлением сока лайма или лимона. Коктейль (а он и есть то, что мы называем ныне «тоник») получился удачным, он понравился бравым колонистам, а вскоре и просто вошел в моду. Так англичане перестали болеть малярией. На сколько при этом увеличилось потребление джина и сколько в колониальной Индии появилось сагибов-алкоголиков, история умалчивает. Интересно, что в огромных количествах тоник пьют и в России, причем не только в смеси с водкой, но и в чистом виде. В первую очередь это говорит о том, что понятие «горько» не тождественно понятию «невкусно».

Как и степень сладости, степень горькости определяют по минимальной концентрации горького вещества, которую человек воспринимает именно как горечь. Хинин ощущается горьким даже при сильном разведении, но рекордсменом по горечи является не природное вещество, а синтезированный химиками бензоат денатония С28Н34N2O3. Это невыносимо горькое вещество добавляют в ничтожной концентрации в растворы этилового спирта, не предназначенные для празднования дней рождения, то есть в денатураты. Такой денатурированный спирт не то что выпить, даже попробовать невозможно, а для технических целей он вполне пригоден. Кстати, раньше спирт денатурировали пиридином, крайне неприятно пахнущим и среднеядовитым веществом, а также подкрашивали метиленом фиолетовым. Но ничего, в России дешевый денатурат покупали и пили, только вот иногда умирали. Со временем умельцы даже придумали остроумный способ очистки денатурата от пиридина: фиолетовый раствор пропускали через фильтрующую коробку противогаза, на выходе получался сравнительно чистый спирт. Государство спохватилось, и вскоре продажа этой мерзости была запрещена. Сейчас денатурат купить можно, но его уже не пьют, поскольку он ныне не дешевле обычной водки.

Из интересных особенностей горьких веществ отметим нечувствительность некоторых людей к их горечи. Так, фенилтиомочевину только 70 % населения мира ощущают как горькое вещество, а остальные 30 % ее горечи не ощущают. Разумеется, это связано с генетикой. Кстати, в случае жгучего вкуса ничего подобного не наблюдается — ни на одном континенте не отмечено ни одного случая, чтобы кто-нибудь не ощущал жгучесть красного перчика или любого другого жгучего растения. В качестве исключения укажем на персонаж Жана Рено, который в кинофильме «Васаби» ложками ел японский, страшно жгучий зеленый хрен васаби и получал удовольствие. Но это все-таки кино.

Жуть как жгуче!

Жгучесть перца и многих других жгучих растений обусловлена присутствием в них алкалоида капсаицина C18H27NO3, бесцветного кристаллического вещества. Капсаицин был выделен из стручкового перца еще в 1912 году, причем на основе именно содержания капсаицина американский химик-фармацевт Уилбур Сковилл разработал свою шкалу жгучести. Определяется шкала как обычно: изготавливается спиртовой экстракт перца какого-то сорта и пробуется на язык. Жжется? Разбавляем экстракт в 10 раз. Жжется? Уже меньше, но ощущение жгучести еще есть. Разбавляем эстракт еще в 10 раз и так далее, пока язык не перестанет чувствовать жгучесть. То же самое делаем с перцем другого сорта и составляем шкалу Сковилла.

По этой шкале у перцового острого соуса «Табаско» степень жгучести равна 7500, у перца хабанеро — 200 тысяч, струя газа из перцового баллончика дает 2 миллиона единиц, а чистый капсаицин — 15 миллионов! Рабочие, изготавливающие соусы из жгучего перца на пищевых фабриках, обязаны работать в перчатках. Впрочем, заставлять их не приходится: попадание концентрата на открытые участки тела причиняет большие страдания.

Сегодня механизм воздействия капсаицина разгадан. Оказалось, это вещество воздействует на систему передачи сигналов по нейронам. Молекула капсаицина открывает канал в мембране нейрона, через которую катион кальция переходит внутрь нервной клетки, которая немедленно сообщает об этом мозгу. Поскольку вообще-то такое воздействие положительным не назовешь, мозг обозначает его как жжение. Самое интересное, что точно такое же ощущение возникает при контакте с горячими предметами, то есть мозг не разделяет жжение перцем и ожог. Очень экономная система.

Для завершения разговора о химии вкуса упомянем о пятом, не входящем в классическую классификацию вкусе — умами. Этот вкус выделили в отдельную строку жители Восточной Азии, прежде всего японцы. Вкус умами — это вкус свободных аминокислот белка, прежде всего глютаминовой кислоты. В виде глютамината натрия (неправильно называемого глютаматом) это вещество добавляют сейчас куда попало, но прежде всего в мясные продукты. Считается, что глютаминат не сам по себе придает колбасе специфический вкус, а просто усиливает вкусовые ощущения путем активизации вкусовых сосочков. Усиливает он таким образом вкус и многих других продуктов, так что японцы даже называют глютаминат основой вкуса (по-японски — «адзиномото»).

Первоначально глютаминат получали из морских водорослей, которые японцы традиционно добавляли в свои блюда, но теперь адзиномото синтезируют микробиологическим способом. Время от времени поднимается шум по поводу вредности глютамината, и действительно, если есть глютаминат килограммами, то будет не очень хорошо. Впрочем, еще хуже будет, если в таких количествах есть поваренную соль. Глютамината в виде пищевой добавки содержится в продуктах совсем немного, и в таких количествах адзиномото совершенно безопасен. В отличие от по-настоящему ядовитых веществ, часть из которых использовались, а может, используются и сейчас.

Глава 5 Яды вредные и полезные

Этот день — 22 апреля 1915 года — навсегда вошел в историю человечества. Именно тогда люди впервые применили отравляющий газ, чтобы убить себе подобных. Это произошло на Западном фронте Первой мировой войны, где около реки Ипр со стороны немецких позиций на англо-французские войска был выпущен смертельно ядовитый зеленоватый газ хлор.

Химия против жизни

Химическая атака оказалась чрезвычайно «результативной» — было отравлено 15 тысяч солдат, из которых 5 тысяч умерли, а из остальных 10 тысяч половина навсегда остались инвалидами. «Черный день на Ипре» считается началом химической войны, но это справедливо лишь отчасти. Если говорить о массированном «высоконаучном» применении отравляющих веществ в военных целях, то 22 апреля 1915 — действительно историческая дата. Однако использование химических поражающих факторов с целью уничтожения живой силы и боевой техники врага началось гораздо раньше. Еще спартанцы в V веке до н. э. бросали в костры серу, дающую при сгорании сернистый ангидрид. При благоприятном направлении ветра достигался ощутимый отравляющий эффект.

В том же веке в битве при Делии (424 год до н. э.) якобы была использована огнеметная труба, выплевывавшая на противника горючую смесь серы, нефти и растительного масла. Правда, неясно, как именно достигалось выбрасывание смеси. Зато совершенно достоверно, что при осаде крепостей в Средние века на осаждающих сыпались не только стрелы и камни, но и горшки с горючими веществами типа природного битума или просто нефти.

Самым знаменитым примером такого рода является «греческий огонь», который византийцы еще в VII веке н. э. применяли против арабов в морских сражениях. Состав «греческого огня» тщательно скрывался и точно до сих пор не известен, хотя большинство компонентов описаны в летописях. Известно, что «греческий огонь» было почти невозможно погасить водой и даже песком. Отсюда следует, что в состав «огня» должно входить не только топливо, но и окислитель. Топливом были нефть и сера, византийцы могли добавлять еще и какую-нибудь смолу, а единственным известным тогда окислителем была калиевая селитра. В кое-каких источниках сообщается, что «греческий огонь» не только не боялся воды, но даже наоборот, смесь загоралась при соприкосновении с водой. Веществ, «горящих» в воде, мы знаем сейчас достаточно много, но византийские алхимики, скорее всего, использовали негашеную известь CaO, которая при гашении водой выделяет большое количество тепла.

CaO + H2O = Ca(OH)2

При этом легковоспламеняющаяся нефть или сера могли и загореться. Так что состав «греческого огня» таков: нефть, сера, селитра, негашеная известь. Выделение большого количества тепла при гашении извести использовали в более поздние века алхимики, фокусники и мошенники, уверяя, что умеют поджигать дрова — не может быть! — водой. А делается это так: в камин помещаются нетолстые сухие дровишки, пересыпанные негашеной известью. Неплохо бы добавить и чего-нибудь легковоспламеняющегося, например того же спирта. Если затем поливать водой всю эту конструкцию, то она легко загорается.