Реферат: План Немного техники. Водород как топливо

ВОДОРОДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ



План

1. Немного техники.

2. Водород как топливо.

3. Вместо топливного бака.

4. Топливный элемент.

1. НЕМНОГО ТЕХНИКИ

'Америка поставила себе задачу: в ближайшие 10—15 лет

избавиться от нефтяной зависимости. Единственный выход —

как можно скорее запустить в серийное производство водо-

родный автомобиль. Европа боится отстать, кроме того, евро-

пейцам приходится выполнять принятые у них нормы на вы-

брое вредных веществ автотранспортом, которые все время

ужесточаются. В 1993 году были введены нормы «Евро^1>, в

1996 году - «Евро-2», в 1999 году - чЕвро-3», а с 2005 года

в Европе планируется ввести в действие еще более жесткие

нормы «Евро-4». В перспективе автомобилям совсем запре-

тят выбрасывать вредные вещества, и тогда нельзя будет обой-

тись без машины, работающей на водороде.

Главное препятствие к внедрению водородного автомо-

биля — отсутствие системы промышленного получения водо-

рода в нужных объемах, систем его хранения, транспортировки

и заправки автомобилей. По мнению американских специалис-

тов, такую систему удастся создать не раньше 2020^-2030 гг.

На переходный период ведущие автомобилестроители пред-

ложат так называемые «гибридные автомобили»-: в них эконо-

мичный двигатель внутреннего сгорания подзаряжает акку^

муляторную батарею, которая питает электрический двига-

тель. Такие автомобили разрабатываются практически всеми

ведущими автомобильными компаниями И уже серийно вы-.

пускаются в Японии.

Классическая схема: двигатель внутреннего сгорания при-

водит в движение колеса через механический привод. Нас.окру-

жают тысячи автомобилей, но мало кому приходит в голову,

что их эффективность катастрофически мала. Если взять так

называемые «условия городского цикла движения», то об-

щий коэффициент полезного действия (КПД) автомобиля —

10—12 % (за городом, где меньше светофоров, 15—17 %). Де-

вять литров бензина из десяти попросту улетают в атмосферу.

Автомобили на водородном топливе условно можно раз-

делить на три класса.

Первый — это машины с обычным двигателем внутрен-

него сгорания, работающим на водороде или водородной сме-

си. Такие модели могут работать на чистом водороде или 5—

10% водорода добавляют к основному топливу. В обоих слу-

чаях КПД двигателя увеличивается (во втором случае при-

мерно на 20%) и выхлоп становится гораздо чище (содержа-

ние угарного газа (СО) и углеводородов (С„Нт) уменьшится

в полтора раза, оксидов азота (NOX) — до пяти раз. Такие

двигатели и автомобили были сделаны и прошли все испыта-

ния у нас и за рубежом примерно в 70—80-х годах. Однако,

учитывая затраты и конструкционные сложности, это может

быть только промежуточным, переходным этапом на пути к

третьему типу.

Второй — это машины с двумя электроносителями, так

называемые гибридные. Его колеса приводят в движение элект-

ропривод, энергию которому поставляет аккумулятор, в свою

очередь заряжающийся от высокоэкономичного двигателя

внутреннего сгорания, работающего на водороде или смеси

водорода с бензином. Это очень выгодно, ведь КПД электро-

двигателя достигает 90—95 % в отличие от бензинового (35 %)

или дизельного (50 %), таким образом, общий КПД повыша-

ется до 30 %', соответственно снижается расход топлива. Даже

если для подзарядки аккумулятора используется бензин, объем

вредных выбросов позволит уложиться в нормы «Евро-4» с

десятикратным запасом. И все же получить совершенно чис-

тый выхлоп можно только у третьего типа автомобилей.

Третий — настоящий водородный автомобиль — это ма-

шина с электродвигателем, который питается от топливного

элемента, расположенного на борту автомобиля. Теоретиче-

ски КПД топливного элемента, работающего на смеси водо-

род—воздух, может быть больше 85 %. Сейчас уже удалось

получить двигатели с КПД около 75 % — это более чем в два

раза выше, чем в.лучших двигателяхчвнутреннего сгорания. В

условиях города такие машины получат пяти—шестикратное

преимущество перед обычными автомобилями.

^ 2. ВОДОРОД КАК ТОПЛИВО

Существующие на сегодняшний день технологии произ-

водства водорода далеки от совершенства.

Несмотря на это, гиганты химической промышленности

и сегодня уже получают по 500 млрд. м3 водорода в год. По-

ловина производимого количества идет на аммиачные удоб-

Водородный двигатель

рения, остальное — на производство стали, стекла, маргарина

и пр. В основном водород получают с помощью парового

риформинга природного газа: метан при высоких температу-

рах (900°С) в присутствии никелевого катализатора реаги-

рует с паром. Пока что такой водород самый дешевый, одна-

ко российские ученые знают, как удешевить производство

еще в 2 раза.

Есть и другие технологии получения водорода, напри-

мер электролиз, крекинг или переработка биомассы (древеси-

ны, соломы). Каждый из этих вариантов имеет свои недостат-

ки. Например, переработка биомассы: ее нагревают на 500—

600°С, после чего получаются спирты (этанол, метанол), кото-

рые, в свою очередь, превращаются в водород. Можно на-

греть биомассу до более высоких температур (1000°С), тогда

она полностью превратится в газ и получится смесь Н2 и СО.

Проблема в том, что сырья для такого процесса понадобится

очень и очень мього. Если, например, всю плодородную тер-

риторию Франции пустить на выращивание биомассы, то во-

дорода, полученного из нее, не хватит даже на то, чтобы по-

крыть потребности этой страны в топливе даже для ныне су-

ществующих автомобилей.

Казалось бы, самый простой способ получения водо-

рода — электролиз (электрическое расщепление воды). Ре-

зультат — водород и кислород. Но в целом эффективность

этого процесса не очень велика: надо затратить 4 кВт элек-

троэнергии, чтобы получить 1 м3 водорода, который, сго-

рая, даст лишь 1,8 кВт. Тем не менее, электролиз воды до-

вольно перспективен и ему наверняка найдут применение,

тем более, что существуют выходы из «энергетической про-

блемы». Во-первых, можно использовать энергию атомной

электростанции в часы слабой нагрузки (когда вырабаты-

вающаяся там энергия оказывается невостребованной) или,

в конце концов, возобновляемые источники энергии (сол-

нечные батареи, энергия ветра, приливы и пр.). Во-вторых,

эта технология активно развивается: электролиз для боль-

шей эффективности можно проводить при повышенном дав-

лением или температуре, что и пытаются сделать ученые.

Сейчас биологи активно разрабатывают еще одно направ-

ление. Некоторые бактерии и водоросли в процессе фотосин-

теза разлагают воду и выделяют водород. Проблема в том,

что они делают это только в отсутствии кислорода, следова-

тельно, процесс длится очень короткое время, так как при раз-

ложении воды, естественно, образуется и кислород. Задача

ученых — с помощью генной инженерии продлить этот пери-

од, тогда солнечные районы нашей планеты будут обеспечены

водородом.

^ 3. ВМЕСТО ТОПЛИВНОГО БАКА

Общая схема водородного двигателя понятна: электро-

двигатель, топливный элемент, водород для его работы. Про-

блема заключается в том, что нужен некий аналог топливного

бака, а ведь водород в топливный бак не нальешь. Это на

сегодняшний день самая большая техническая трудность.

Ученые рассматривают довольно много вариантов. На-

пример, можно хранить водород в аккумуляторах на основе

гидридов интерметаллических сплавов (TiVaFe, CuNi и др.),

из которых по мере надобности постепенно высвобождается

чистое вещество. Но при этом варианте масса водорода в

общем объеме вещества (т. н. аспектное число) составляет

всего 5 %, к тому же возникает проблема со скоростью выс-

во-бождения водорода. Можно хранить водород в жидком

виде. Но, во-первых, это требует охлаждения до температур,

близких к абсолютному нулю (соответственно, вырастает

стоимость водорода), а во-вторых, заправленный таким об-

разом автомобиль должен будет расходовать свое топливо

как можно быстрее. Очень перспективное направление —

хранение водорода в наноструктурах (углеродных нанотруб-

ках), однако эти исследования находятся пока на начальных

стадиях.

Наиболее перспективным ученые считают хранение во-

дорода в баллонах высокого давления — более 350 атм (ас-

пектное число до 18 % при давлении выше 500 атм) или полу-

чение его прямо на борту из другого топлива (метанола или

жидких углеводородов: бензина, дизельного топлива и пр.), в

специальных каталитических реакторах (аспектное число око-

ло 10 %). Такие системы разработаны и российскими учеными

и при разумных габаритах обеспечивают запас водорода для

пробега в несколько сотен километров.

Конструкторы сталкиваются также и с другими пробле-

мами. Так, машина (прежде всего кабина) должна иметь систе-

му водородной безопасности.

^ 4. ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Топливный элемент, работающий на водороде, — одна из

ключевых деталей в новом автомобиле. Топливный элемент

(иначе — электрохимический генератор) — это устройство для

преобразования химической энергии в электрическую. То же

происходит и в обычных электрических аккумуляторах, но в

топливных элементах есть два важных отличия:

— они работают до тех пор, пока поступает топливо;

— топливный элемент не нужно перезаряжать.

Топливный элемент состоит из многих десятков яче-

ек, каждая примерно в сантиметр толщиной. Каждая ячейка

состоит из двух электродов, разделенных электролитом. На

один электрод (анод) подводится топливо (водород), на

другой (катод) — окислитель (кислород воздуха). Водо-

род здесь не сгорает, химическая реакция окисления проис-

ходит при низкой температуре в присутствии катализатора.

Смысл устройства в том, чтобы, используя эту реакцию,

разделить положительный и отрицательный заряды в про-

странстве и создать между ними напряжение. Поэтому элек-

тролит, заполняющий пространство между электродами,

должен обладать способностью пропускать через себя про-

тоны (т. е. ионы водорода) и не пропускать электроны. На

аноде водород распадается на электроны и протоны, далее

протоны проходят через слой электролита, достигают като-

да и, соединяясь с кислородом, образуют воду. Однако в

вопросах получения качественного и недорогого электро:

лита наука пока что испытывает огромные трудности. По-

лимерный электролит американской фирмы «Дюпон» стоит

около 700 евро за м2, а на батарею для среднего автомобиля

нужно десятки квадратных метров такого материала. По-

нятно, что при такой стоимости электролита невозможно

наладить серийный выпуск водородных автомобилей. Уче-

ными всего мира ведутся интенсивные исследования с це-

лью удешевления этого материала и использования его при

более высоких температурах (150—200°С).

В общем, топливный элемент на водороде вполне готов

к применению. Дело за малым: сделать его. компактнее и де-

шевле. • .-..•. .' ......\

Химия

^ ВОДА — САМОЕ БОЛЬШОЕ БОГАТСТВО

НА СВЕТЕ

План

1. Характеристики природной воды.

1.1. Растворенные вещества.

1.2. Коллоидные частицы.

1.3. Взвешенные вещества.

1.4. Живые организмы.

2. Очистка воды.

Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать,

тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, чо ты необхо-

дима для жизни: ты — сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую но

объяснишь нашими чувствами...

Ты самое большое богатство на свете...

Антуаи де Септ-Экзюпери

^ 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ

Самые высокие слова, какие можно сказать о воде, едва ли

чрезмерны. Человек, как и все живое, в основном состоит из

воды (эмбрион на 97 %, новорожденный — на 77 %, взрослый

человек — на 60 %) и без воды существовать не может. Потеря

6—8 % воды вызывает плохое самочувствие, 10 % — необрати-

мые изменения в организме, а 15—20 % — смерть. А между тем

для поддержания жизнедеятельности организму нужно не так

уж много: 2—2,5 литров в сутки. Хотя sa всю жизнь и набирает-

ся около 75 тысяч литров, но все равно это лишь малая часть от

того, сколько человек расходует на самом деле.

Структура потребления воды человечеством

По расчетам американских ученых, структура потребле-

ния воды выглядит так:

питье и приготовление пищн — 5 %,

смывной бачок в туалете — 43 %,

ванна и душ — 34 %,

мытье посуды — 6 %,

стирка — 4 %,

уборка помещения — 3 %,

прочие нужды — 5 %.

Средние данные утверждают, что на хозяйственно-быто-

вые нужды человеку нужно примерно в десять раз больше

воды, чем только для питья и приготовления пищи.

Центральным водоснабжением на Земле пользуются 1,1

млрд. человек (280 л в сутки на человека), еще 0,8 млрд. —

берут воду из колонок (НО л в сутки), а остальная часть че-

ловечества использует только 50—60 л в сутки. Правду гово-

рят, что развитие цивилизации можно измерять в литрах по-

требляемой на душу населения воды... А ведь помимо быто-

вых потребностей каждого человека, есть еще расход на нуж-

ды промышленности и сельского хозяйства. Если и это под-

считать, то, например, в США суммарное потребление воды

достигает 7 000 л на человека в сутки!

Здесь мы оставим в стороне промышленные и сельскохо-

зяйственные нужды и вернемся к тому, что потребляет чело-

век. Требования к воде довольно жесткие. Закон гласит так:

«Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и ра-

диационном отношении, безвредна по химическому составу и

иметь благоприятные органолептнческие свойства», то есть цвет,

вкус, запах, мутность. Естественно, природная вода (за ред-

чайшим исключением) этим требованиям не отвечает. По-

этому специалисты затрачивают огромные усилия, чтобы

сделать ее питьевой.

Как правило, природная вода содержит растворенные ве

щества, коллоидные частицы, взвешенные вещества и микро

организмы.

1.1. Растворенные вещества

В воде растворены газы (СО2, О2, H2S, CH4), содержа-

ние которых зависит в основном от температуры, парциаль-

ного давления и состава воды. В природной воде всегда

есть неорганические соли: гидрокарбонаты, х;:ориды и суль-

фаты щелочноземельных (Са, Mg, Mn, Fe) и щелочных

металлов (Na, К). Ионы кальция и магния огределяют та-

кое качество, как жесткость воды. При этом их гидрокарбо-

наты создают временную жесткость, которуп можно уда-

лить кипячением, а сульфаты, нитраты и хлориды ответ-

ственны за постоянную жесткость. С промышленными сто-

ками в воду могут попадать также тяжелые металлы. Неор-

ганические соли (в основном железа и марганца) формиру-

ют вкус и цвет воды. На вкус и цвет влияют --акже органи-

ческие соединения: почвенные и торфяные гумусовые ве-

щества (гуминовые и ульминовые кислоты, фульвокисло-

ты и их соли). Природные воды содержат И другие продук-

ты жизнедеятельности и разложения живых организмов:

растительные (галловая кислота, танин, фенслы) и живот-

ные. Но, конечно, самые опасные органические соединения

попадают в воду из промышленных предприятий.

1.2. Коллоидные частицы

Коллоидные частицы — это мелкие загрязнения (меньше

0,1 мкм): частицы глин, соединения кремния, алюминия и же-

леза, и опять же — продукты жизнедеятельности и распада

растений и животных. К поверхности коллоидных частиц при-

крепляются ионы растворенных веществ, после чего они при-

Вода — самое большое богатство на свете

ибретают электрический заряд. Заряженные частицы уже не

слипаются в более крупные и не оседают, а существуют неоп-

ределенно долго в виде устойчивых, так называемых колло-

идных, растворов.

1.3. Взвешенные вещества

Взвешенные частицы, загрязняющие воду, гораздо круп-

нее коллоидных (более 1-5 мкм). Эти частицы могут быть

минерального и органического происхождения: песок, глина,

илис-тые вещества. В отличие от коллоидных частиц их можно

отфильтровать с помощью бумажного фильтра.

1.4. Живые организмы

В природной воде живет множество микро- и макроор-

ганизмов: вирусы, бактерии, водоросли, планктон и др. Имен-

но они определяют эпидемическую безопасность (или опас-

ность) воды.

К сожалению, чаще всего воду берут из открытых водо-

емов или поверхностных вод, которые грязнее, чем подзем-

ные. Важнейшие факторы при выборе места очистки воды —

это качество исходной воды и, конечно, экономические воз-

можности.

В Украине, как впрочем и во всем мире, из всех требова-

ний к качеству воды на первом месте стоит эпидемическая

безопасность. Специалисты считают, что ради этого можно

даже дополнительно загрязнять воду химическими вещества-

ми. Органолептические характеристики официально на пос-

леднем месте, но, тем не менее, большинство стадий водоочис-

тки направлены как раз на улучшение ее вида, вкуса и запаха,

ведь именно по ним человек судит о качестве воды, которую

пьет. Хотя нужно помнить, что даже прозрачная вода без по-

сторонних привкусов и запахов может содержать диоксины,

тяжелые металлы и ароматические углеводы.

В целом, почти половина населения Украины пользова-

лась и пользуется питьевой водой, не соответствующей сани-

тарно-гигиеническим требованиям.

^ 2. ОЧИСТКА ВОДЫ

Основные стадии очистки воды — это осветление и обес-

цвечивание, а потом обеззараживание. На первых двух стади-

ях из воды убирают взвешенные и коллоидные частицы. Но

если от первых легко избавиться, отстояв и отфильтровав воду,

то коллоидные частицы всячески сопротивляются укрупне-

нию, после которого их было бы легко осадить. Известно до-

вольно много способов разрушения устойчивых коллоидных

растворов: перемешивание и нагревание, ультрафиолетовое

облучение, ионизирующее облучение, ультразвук, воздействие

на частицы электрическим и магнитным полем. Однако на прак-

тике заряд частив снимают с помощью электролитов (их на-

зывают коагулянтами).

Очистку воды электролитами начали применять в Ев-

ропе в XIX веке, хотя считается, что этот метод был известен

еще древним римлянам, грекам и египтянам. К очистке воды

с помощью внесения в нее химических веществ (электроли-

тов) в начале относились с подозрением. Барон Дельвиг, ав-

тор первого в России руководства по устройству водопро-

водов и заведующий московским водопроводом, писал:

«Нельзя не осуждать всякого очищения, которое вводит в

химический состав воды новое вещество, прежде в ней не

содержавшееся».

Самыми подходящими электролитами оказались соли

многовалентных металлов (соли алюминия, аммиачные и алю-

мокалиевые квасцы, алюминат натрия) и соли железа (хлорид

железа, сульфат железа). Чаще всего используют сульфат алю-

миния. Когда его добавляют в природную воду, он реагирует

с солями кальция и магния и превращается в гидроокись:

Образующийся А1(ОН)3 существует в виде микропленок

с двойным электрическим слоем, которые могут быть как по-

ложительно, так и отрицательно заряжены. Их заряд зависит

от кислотности среды. В кислой среде А1(ОН)3 заряжен поло-

жительно, а потому присоединяет к себе коллоидные частицы

с противоположным зарядом, после чего образующиеся мас-

сивные комплексы легко осаждаются. Вода при этом обесцве-

чивается, так как именно окрашенные гуминовые частицы за-

ряжены отрицательно.

Очистку природной воды с помощью электролитов при-

меняют очень широко, и неудивительно, что этот процесс все

время совершенствуется. В частности, используется электро-

коагуляция, когда воду очищают в электролизере, где анод —

алюминий или железо, а катод — любой электропроводящий

материал. При подаче алюминия происходит химическая кор-

розия алюминия и его растворение, в результате чего опять же

образуется гидроокись алюминия:

Этот метод имеет то преимущество, что при нем в воду

не попадают дополнительно ионы или СГ, и воду удается из-

бавить не только от коллоидных частиц, но и от растворенных

газов, фенолов и радиоактивных соединений.

Конечно, у электролитного очищения воды есть свои не-

достатки: неполнота очистки и даже ухудшение качества воды

по некоторым параметрам. Кроме того, образуется много осад-

ка, который надо как-то использовать. В принципе, из него мож-

но делать строительные материалы или снова извлекать из йего

коагулянт, но все равно это большая проблема.

Итак, мы получили чистую на вид воду. Но там, невиди-

мые для глаз, могут жить возбудители дизентерии, брюшного

тифа, холеры.

Убить бактерии можно многими способами: добавить

окислители (хлор и его соединения, озон, лерманганат калия и

другие), подействовать ультрафиолетовым и ионизирующим

излучениями, подогреть, обработать ионами тяжелых метал-

лов. Самый простой и экономичный способ — обеззаражива-

ние хлором и его соединениями.

Рассмотрим подробнее механизм обеззараживающего

действия хлора. Считают, что он проникает через оболочку

клетки микроорганизма и взаимодействует с ферментами. Это

нарушает обмен веществ и микроб погибает. Обычно для обез-

зараживания поверхностных источников применяют 2—3 мг

хлора на 1 л воды, процесс длится от 30 минут до 2 часов.

Хлор действительно эффективен и экономичен, но не Иде-

ален. Он уничтожает бактерии, но не справляется с вирусами и

одноклеточными микроорганизмами. Кроме этого, хлор реа-

гирует с органическими соединениями, которые могут быть в

воде, причем получаются очень ядовитые продукты. И нако-

нец, есть предположения, что из 100 случаев заболевания ра-

ком от 25 до 30 связано с использованием хлорированной

питьевой воды.

Наиболее эффективный и безопасный заменитель хлора

— озон. В воде он распадается до молекулярного кислорода —

О. Это цепная (радикальная) реакция, в ходе которой образу-

ется много промежуточных радикалов, взаимодействующих с

Химия

микроорганизмами и вызывающих их гибель. Чем выше кон-

центрация озона, рН среды, температура и чем меньше в воде

органических примесей, тем эффективнее озон обеззаражива-

ет воду. Его рекомендуемая концентрация 0,75—3 мг/л, время

реакции 5 минут. Озон уничтожает болезнетворные микроор-

ганизмы в 15—20 раз быстрее, а их споры — в 300—600 раз

быстрее, чем хлор. Кроме того, озон не только обеззаражива-

ет, но и обесцвечивает воду, поскольку окисляет многие орга-

нические загрязнения. Только не пытайтесь очистить воду

озоном дома! Помните, что токсичен не только сам озон, но и

продукты окисления им органических соединений. После окис-

ления озоном из органических соединений получаются спир-

ты, карбонильные соединения, карбоновые кислоты и другие

вещества, которые часто более ядовиты, чем исходные заг-

рязнители. Поэтому после обработки озоном воду обязатель-

но фильтруют.

Что же мы имеем на данный момент? Наиболее распро-

страненные схемы водоочистки (в том числе в нашей стране)

уже не обеспечивают необходимое количество г.итьевой воды.

Всемирная организация здравоохранения рекомендует охра-

нять источники водоснабжения от загрязнений, так как это

избавит нас от необходимости сложной очистки воды. Одна-

ко в ближайшем будущем природные воды едва ли станут

настолько чистыми, что из них удастся получить питьевую

воду высокого качества традиционными методами. Поэтому

надо совершенствовать старые и вводить новые методы очист-

ки и обеззараживания воды. А также пить минеральную воду

или пользоваться бытовыми фильтрами.

^ ЧЕСТНАЯ СЕРА И НЕЧИСТАЯ СИЛА

План

1. «Портрет».

2. Виновница несчастий.

3. На страже чистоты.

4. Сера в организме — «внутренний ОМОН».

1. «ПОРТРЕТ»

Сера - необычный химический элемент. Еще на заре

цивилизации она вошла в мифы и священные обряды. На

Ближнем Востоке, а позже в христианской Европе ее счита-

ли веществом преисподней; запах горящей серы стал при-

знаком дьявола.

Но элемент № 16 — это не только мистика. Он участво-

вал в природных катаклизмах и биохимических процессах,

его изучали химики и металлурги, использовали врачи, садов-

ники, ткачи, сукновалы, шляпники. В наше время серная кис-

лота стала одним из главных веществ химической промыш-

ленности. Некоторые способы применения серы чисты, гу-

манны и благородны, другие невольно напоминают о дьяволе

и нечистой силе. •

Что же особенного в этом шестнадцатом элементе, поче-

му его упоминают в сочинениях мистиков, художественной

литературе и даже в Библии?

Отчасти это связано с распространением серы в природе,

отчасти — с ее химическими свойствами. Серы очень много в

земной коре — 0,05 % по весу. Кое-где в Средиземноморье и

на Ближнем Востоке ее полным-полно в почве в самородном

виде. Сера (желтый камень) там обычно образовывалась при

восстановлении сульфатов бактериями. Особенно много жел-

того камня на Сицилии, там его добывают с древности до на-

ших дней. Примеси битумов, карбонатов, сульфатов, глины

иногда придавали ему необычные цвета, вплоть до красного,

бурого и черного.

Вблизи от вулканов встречаются желтые натеки, корки и

кристаллы серы. Элемент вырывался из недр в виде серово-

дорода, при окислении которого выделялся в свободном виде.

Жители Апеннин и Балкан, Малой Азии и Ближнего Востока

хорошо знали об удушливых испарениях, которые исходили

из земли в некоторых местах. Их можно было, напзимер, наблю-

дать вблизи Неаполя, где расположены Флегренские поля —

нагромождение валов, трещин, провалов. Временами их зас-

тилают дым и сернистый газ. Считалось, что там олимпийские

боги сражались с гигантами.

Сера также входит в состав нефти, асфальта, битума. При

горении этих веществ распространялся характер шш запах, по

которому безошибочно узнавали серу. Кстати, вопреки рас-

хожему мнению, пахнет не сама сера, а ее соединения: сернис-

тый газ, сероводороды и меркаптаны, знаменитые своим зло-

вонием. Во влажном воздухе измельченная-cep.i окисляется и

превращается в сернистый газ. Именно его имели в виду, ког-

да говорили о запахе серы.

^ 2. ВИНОВНИЦА НЕСЧАСТИЙ

В истории отношений серы и людей были темные страни-

цы. Выделяясь из вулканов и вулканических трещин, окись

серы или сероводород, случалось, губили тысячл несчастных.

Это произошло с древнегреческим ученым Плинием Стар-

шим, погибшим при извержении Везувия, и со множеством

других людей.

Много вреда приносили примеси серы металлам, сни-

жая их прочность. И потому с древности до наших дней

одна из главных задач металлургов — избавить руду от при-

месей серы.

Металлургия в древности была окружена тайной. И поз-

же, п средние века, кузнецы были особыми людьми, их считали

Честная сера и нечистая сила

чем-то вроде колдунов. А в начале нашей эры из попыток

усовершенствовать металлы возникл-1 алхимия. Многие суль-

фиды блестят как металлы. Среди них пирит, железный кол-

чедан (FeS2), халькозин, или медный блеск (CuS2), халькопи-

рит, или медный колчедан (CuFeS2). Шесть из семи металлов,

известных древним, встречаются в виде сульфидов. Возмож-

но, алхимики считали эти руды несовершенными металлами, у

которых есть одно ценное качество — блеск и нет другого —

ковкости. Однако из них путем обжига и восстановления мож-

но было получить настоящие металлы. Поскольку при прока-

ливании на воздухе из них выделялся сернистый газ, алхими-

ки могли посчитать серу составной частью любой руды и лю-

бого металла, даже золота. Серой называли «горючее начало»

металлов, ведь при обжиге она выгорала. Другой составной

частью, отвечающей за ковкость, считали ртуть.

Первые христиане избегали языческой мудрости и отно-

сились к алхимикам враждебно. Они, возможно, приписывали

недоступное им знание проискам нечистой силы. Позже цер-

ковь примирилась с алхимией, однако во время перехода от

феодализма к капитализму их отношения вновь испортились.

Напуганные инквизицией люди, в том числе и образованные,

опять начали считать алхимию подозрительным, колдовским

занятием, и не удивительно, что они связывали ее с происками

дьявола.

К сожхтению, сознательное использование серы принес-

ло не меньше бед, чем ее случайное участие в людских делах.

Самыми черными словами можно помянуть черный порох.

Миллионы убитых людей, разрушенные крепости и города,

катастрофы на пороховых заводах, порабощение народов, и,

между прочим, истребление многих видов животных — вот

счет, который можно предъявить его использователям. Чем не

дьявольское снадобье? Именно так и называли его в Европе,

как только он там появился, что, однако, не мешало наращи-

вать производство черного пороха.

На счету иприта жертв меньше, но его применение в XX

пеке в качестве боевого отравляющего вещества ужаснуло

общественность европейских стран. Это соединение, похожее

но запаху на горчицу (из-за этого его еще называли горчич-

ным газом) впервые выпустили на врага германские войска.

12 июля 1&17 года у бельгийского города Ипр облака ядови-

того газа накрыли англо-французские части. Мог ли подумать

академик Зелинский, открывший в 1886 году дихлордиэтил-

сульфид, что синтезированное им соединение получит назва-

ние иприт и станет причиной гибели и увечий 40 тысяч людей

только в Первой мировой Еойне? Что миллионы снарядов с

этим веществом сбросят в Балтийское море или отправят на

склады, где они будут постепенно разрушаться, угрожая но-

выми катастрофами?

Не к таким страшным, но все же неприятным послед-

ствиям приводило сжигание серы вместе с полезными ископа-

емыми. Когда началась промышленная революция и кочегары

начали кормить углем ненасытные топки, окись серы вместе с

дымом улетала в трубу. К тем же последствиям приводило и

сжигание нефти, и добыча самой серы, когда ее вываривали из

породы. И только несколько десятилетий назад ученые выяс-

нили, что сернистый газ не просто загрязняет воздух, но и

превращается в кислотные дожди, которые губят растения.

При этом особенно страдают хвойные леса.

В темных делах были замечены не только сама сера и се

двуокись, но также и сероводород. Этот газ выделяется из

трещин вблизи вулканов и образуется при гниении органиче-

гких остатков, которые всегда содержат геру. И хотя он немало

потрудился в химических лабораториях, где с его помощью

проводили качественный анализ металлов и их солей, зловоние

и ядовитость создали ему весьма дурную репутацию.

Еще одно проявление серы может занять хоть и скром-

ное, но интересное место в этом списке. Ведьмы, колдуны и

прочие труженики магии, случается, сжигают волосы врага

или заказчика. При этом образуется сернистый газ, ведь в

волосах молекулы белка кератина скреплены атомами серы.

^ 3. НА СТРАЖЕ ЧИСТОТЫ

Не стоит связывать серу с проделками нечистой силы.

Согласно Библии, сам Господь использовал се для наказа-

ния грешников на земле, в Содоме и Гоморре, и под землей.

в аду. Наверное поэтому в XIII—XVII веках в бредящей

дьяволом Европе нечистую силу связывали с запахом серы.

Этот элемент стал той самой меткой, которой Бог шельму

метил.

Люди тоже с незапамятных времен применяли серу при-

мерно для тех же целей. Одиссей, например, истребив ненавист-

ных соискателей руки Пенелопы, уничтожал самый их дух,

сжигая серу. Серой языческие жрецы окуривали храмы во

время церемоний. Может быть, они догадывались, что таким

образом можно прекратить распространение заразных болез-

ней. Наверное и эта процедура сыграла свою роль в приписы-

вании нечистой силе запаха серы, ведь для первых христиан

языческие жрецы были слугами дьявола. Как бы то ни было,

такой способ дезинфекции благополучно дожил до начала XX

века. Врачи, правда, отмечали, что он помогает не при любой

инфекции, зато весьма удобен, а иногда (например, при унич-

тожении возбудителей холеры на поверхности предметов) и

вполне надежен.

В медицине сера нашла множество других примене-

ний. Ее часто использовали в виде мази при кожных забо-

леваниях. Великий философ, врач Авиценна в «Каноне ме-

дицины» приводит рецепты не менее двух десяткоз лекарств,

в состав которых входит сера. Ртутным эфиопом (черным

сульфидом ртути) и киноварью (красным сульфидом рту-

ти) арабские медики лечили кожные болезни, а сульфидом

меди и цинка — глазные. Великий врач средневековья Па-

рацельс считал, что лихорадка и чума происходят от избыт-

ка серы в организме. Правда, он понимал под ней не эле-

мент, а некое мифическое начало: раз оно было в природе

(макрокосме), оно должно было входить и в состав челове-

ка (микрокосма).

Дерматологи до сих пор выписывают препараты серы

для лечения чесотки и грибковых заболеваний. «При взаимо-

действии серы с органическими веществами образуются суль-

фиды и пентатионовая кислота, оказывающие противомик-

робное и противопаразитарное действие», — пишет по этому

поводу авторитетный медицинский справочник. Кстати, имен-

но эту мазь варила в кастрюльке булгаковская героиня, ведь-

ма Гелла, — ею она лечила больное колено Воланда.

Атомы серы входят в состав огромного количества ле-

карств, перечислить которые невозможно. Самые знаменитые

среди них - сульфаниламидные препараты. Они связываются

с одним из ферментов, вырабатываемых! микроорганизмом, и

ингибируют его, то есть не дают ферменту захватывать из ци-

топлазмы парааминобензойную кислоту и синтезировать фо-

лиевую. В результате такие микроорганизмы гибнут. Подоб-

ные препараты применяют и в ветеринарии.

10 Химия

Сера помогает бороться с насекомыми, клешами и болез-

нями растений, которые вызывает все та же «нечисть»: бакте-

рии и грибы. Молотую и коллоидную серу, известково-сер-

ный отвар долгое время использовали для защиты растений

от грибковых заболеваний: мучнистой росы, гнилей, парши,

пятнистости. Не было забыто и древнее окуривание.

Соединениями серы консервировали плоды и овощи, за-

щищали суда о