Наверное, вы замечали, что воздух большого города сильно отличается от чистого лесного воздуха. Причина этого — выбросы автотранспорта, котельных и промышленных пред­приятий. В Москве до 90 % всего за­грязнения воздуха приходится на до­лю автотранспорта. Автомашины и котельные выбрасывают в атмосферу стандартный набор газов: сернистый газ SO₂, оксиды азота NO и NO₂, угар­ный газ СО, формальдегид НСОН, а также сажу.

Металлургические предприятия выбрасывают в воздух сернистый газ, угарный газ, формальдегид и циановодород HCN. В окрестностях алюминиевых заводов атмосфера обычно загрязнена фтороводородом. Целлюлозно-бумажные комбинаты «обогащают» окружающий воздух сероводородом, хлором, фенолом С₆Н₅ОН и формальдегидом. Такие предприятия сильно ухудшают качество воздуха во многих городах. Крас­ноярск, например, загрязняет окрест­ности фтороводородом, Норильск, Мончегорск и Никель — сернистым газом, Воскресенск — оксидами серы и азота, Северодонецк (Украина) — аммиаком.

Та часть солнечного излучения, кото­рая, пройдя сквозь озоновый слой, достигает поверхности Земли, пред­ставлена мягким ультрафиолетом, ви­димым светом, а также инфракрасны­ми лучами. Инфракрасное излучение называют ещё тепловым: ИК-волны воздействуют на молекулы, как бы раскачивая их, усиливают в них коле­бательные движения атомов, что при­водит к повышению температуры ве­щества. Нагретая земная поверхность тоже становится источником длинно­волнового ИК-излучения (с максиму­мом около 10 мкм). Такое излучение поглощают пары воды, углекислый газ, метан и другие компоненты атмо­сферы, создавая так называемый пар­никовый эффект.

Без парникового эффекта Земля была бы безжизненной пустыней: поскольку всё испускаемое ею тепло уходило бы в космос, температура у её поверхности составляла бы -15 °С, а не +18 °С, как сейчас. Однако увеличение промышленных выбро­сов и рост концентрации СО₂ в атмо­сфере может привести к глобально­му потеплению климата. Тогда за счёт таяния полярных льдов подни­мется уровень Мирового океана, и часть суши окажется затоплена.

Озон O₃ (от греч. «озон» — «пахну­щий») — неустойчивый газ голубого цвета с резким «металлическим запа­хом» (Д. И. Менделеев сравнивал его с запахом раков), в полтора раза тяже­лее воздуха. Озон растворим в воде примерно в 10 раз лучше, чем кисло­род (49,4 мл в 100 мл воды при 0 °С). При температуре -112 °С озон конден­сируется в тёмно-синюю жидкость, а при -193 °С кристаллизуется. Твёрдый озон представляет собой сине-фиоле­товые кристаллы.

В природе озон образуется в верх­них слоях атмосферы (на высоте 20— 30 км) из кислорода под действием ультрафиолетового излучения Солнца, а кроме того, при сварке, при работе электрических трансформаторов, ксе­роксов, при ударе молнии. Озон силь­но ядовит. Предельно допустимая его концентрация в воздухе составляет 0,1 мкг/л, а это означает, что озон на­много опаснее хлора! Польза от вды­хания малых количеств озона — миф. Приятное ощущение свежести в лесу после грозы создаёт не сам озон, а продукты окисления им смолы и эфирных масел, содержащихся в хвое.

В лаборатории озон получают в озонаторах действием на кислород ти­хого электрического разряда (кислород на выходе из озонатора содержит око­ло 5% озона): 3О₂«2О₃

Сероводород H₂S — бесцветный газ (t_пл=-86 °С, t_кип=-60 °С) с характер­ным резким запахом тухлых яиц (стро­го говоря, не сероводород пахнет тух­лыми яйцами, а тухлые яйца пахнут сероводородом, который выделяется при разложении серосодержащих бел­ков), немного тяжелее воздуха, мало­растворимый в воде. При 20 °С в 100 мл воды растворяется 2,6 мл H₂S. Сероводород необычайно ядовит: от­равление возникает уже при его концен­трации в воздухе около 200 мг/м³, а да­же один вдох чистого H₂S смертелен! Опасность усугубляется тем, что при концентрациях более 225 мг/м³человек перестаёт ощущать запах сероводорода из-за паралича органов обоняния. При отравлении пострадавшего необходимо немедленно вывести на свежий воздух и вызвать врача.

Сероводород встречается в приро­де, как правило, над нефтью или в ви­де примеси к природному газу. Им мо­гут быть заполнены пещеры, гроты. Небольшое количество этого газа в растворённом виде содержится в воде серных источников. Наиболее извест­ные из них — курорт Мацеста вблизи города Сочи, а также Кавказские Мине­ральные Воды. Значительные количест­ва H₂S выделяются в атмосферу в ре­зультате вулканической деятельности.

В лаборатории сероводород получа­ют действием разбавленной (20 %) сер­ной кислоты на сульфид железа: FeS+H₂SO₄=FeSO₄+H₂S­. Удобным ме­тодом получения сероводорода служит нагревание смеси серы с парафином.

Солнце излучает электромагнитные волны разной длины: видимый свет (400—740 нм), а также невидимое че­ловеческим глазом инфракрасное, сокращённо ИК (740 нм — 1 мм), и ультрафиолетовое, или УФ (10— 400 нм), излучение.

Ультрафиолетовые волны обла­дают энергией, достаточной для раз­рыва некоторых химических связей. В атмосфере коротковолновое, так называемое жёсткое УФ-излучение (с длиной волны меньше 242 нм) вы­зывает диссоциацию молекул О₂:

О₂®^hv2О. Атомы кислорода могут присоединяться к другим молекулам О₂, и тогда образуется озон: О+О₂=О₃.

Озон тоже способен поглощать УФ-излучение, только с большей дли­ной волны (220—350 нм). При этом он распадается на атомарный кисло­род и О₂. Таким образом, поглощая УФ-лучи, кислород и озон не пропус­кают их к поверхности Земли.

Оксид углерода(IV), углекислый газ, был впервые описан известным ятрохимиком Яном Баптистом ван Гельмонтом (1579—1644), который наблюдал его образование при сжигании древесного угля, в результате спиртового брожения и при действии кислот на известняк СаСО₃ и поташ К₂СО₃. Он обнаружил присутствие этого газа в минеральной воде и в желудке человека. Английский химик Джозеф Блэк (1728—1799) назы­вал углекислый газ «фиксируемым воз­духом» на том основании, что он лег­ко поглощается щелочами.

Оксид углерода (IV) — это бесцвет­ный газ без запаха, малорастворимый в воде (171,3 мл в 100 мл воды при 0 °С, 87,8 мл при 20 °С). Растворимость его резко возрастает при повышении дав­ления, что используется в приготовле­нии газированных напитков. При тем­пературе -78,5 °С углекислый газ замерзает, образуя белые кристаллы «сухого льда». «Сухой лёд» служит для охлаждения продуктов, например мо­роженого. Если бросить кусочек «сухо­го льда» в воду, он начнёт с шипением «таять», возгоняясь, т. е. переходя в га­зообразное состояние, минуя жидкое. Жидкий СО₂можно получить при комнатной температуре и высоком дав­лении.

— Зверь и птица, звёзды и камень — все мы одно, все одно... — бормотала Кобра, опустив свой клобук и тоже раскачиваясь. — Змея и ребёнок, камень и звезда — все мы одно...

Памела Треверс. «Мэри Поппинс»

Чтобы установить распространённость химических элементов во Вселенной, нужно определить состав её вещества. А оно сосредоточено не только в крупных объектах — звёздах, планетах и их спутниках, астероидах, кометах. Природа, как известно, не терпит пустоты, поэтому и космическое пространство заполнено межзвёздными газом и пылью. К сожалению, нам для непосредственного изучения доступно лишь земное вещество (и только то, которое «под ногами») да очень небольшое количество лунного грунта и метеориты — обломки некогда существовавших космических тел.

Как же определить химический состав объектов, удалённых от нас на тысячи световых лет? Получать всю необходимую для этого информацию стало возможным после разработки в 1859 г. немецкими учёными Густавом Кирхгофом и Робертом Бунзеном метода спектрального анализа. А в 1895 г. профессор Вюрцбургского университета Вильгельм Конрад Рентген случайно обнаружил неизвестное излучение, которое учёный назвал Х-лучами (ныне они известны как рентгеновские). Благодаря этому открытию появилась рентгеновская спектроскопия, которая позволяет непосредственно по спектру определять порядковый номер элемента.

Наша планета окружена атмосфе­рой — воздушной оболочкой, про­стирающейся от поверхности Земли более чем на полторы тысячи кило­метров. Масса этого воздушного оке­ана внушает уважение — 5•10¹⁵ т! Воздух представляет собой сложный, многокомпонентный газовый «кок­тейль», который помимо основных составляющих — азота и кислоро­да — включает аргон, углекислый газ, водяные пары, мельчайшие твёрдые частицы (пыль), капельки воды, а также незначительные примеси мно­гих других веществ (SO₂, CH₄, NH₃, СО, HF, H₂, H₂S и т. д.).

Важнейшей частью воздуха являет­ся кислород, необходимый для дыхания как животным, так и растениям.

Владимир Иванович Вернадский.

Земля — это очень древний и мощ­ный химический реактор. С момента её рождения в недрах планеты, на её поверхности и в воздушной оболочке протекало и по сей день протекает бесчисленное множество химических процессов. Какие-то из них идут бы­стро, другие длятся миллионы лет. Именно эти реакции и сформировали облик нашей планеты, сделали воз­можным появление на ней жизни. Химия Земли резко отличается от «пробирочной», лабораторной химии. Отличие первое: в приро­де многие химические процессы (например, выщелачивание гра­нитов) идут крайне медленно. Если бы исследователь захотел провести такую реакцию в про­бирке, он не дожил бы до кон­ца эксперимента. И даже если бы он завещал потомкам следить за ходом реакции, те тоже вряд ли увидели бы её окончание: сте­кло, из которого сделана пробир­ка, разрушится раньше.

В любой химической лаборатории можно увидеть раз­нообразные плакаты, инструкции, памятки по технике безопасности. Это не только тривиальные таблички ти­па «Уходя, гасите свет». Немало специфических призы­вов, скажем: «Водой не гасить!» (например, если в по­мещении работают со щелочными металлами); есть и узкоспециальные: «Перед включением лампы пусти во­ду!» (водопроводная вода охлаждает мощный источник света для фотохимических экспериментов — ртутную лампу высокого давления, которая от сильного нагре­ва может взорваться).

Строгое соблюдение правил помогает сберечь ценное оборудование. В некоторых вузах со студентов взыски­вают стоимость разбитых или испорченных по небреж­ности приборов. Как правило, штрафы устанавливает ру­ководство лаборатории или учебного заведения. Но были и исключения...

Ещё недавно посуда, снабжённая шлифом, была редкостью. Для со­единения элементов установок при­меняли резиновые пробки, кото­рые в органических жидкостях разбухают и не выдерживают силь­ного нагревания. Поэтому различ­ные стеклянные части приборов просто припаивали друг к другу при помощи паяльной горелки. Ве­ликий Берцелиус, сам сконструиро­вавший многочисленные приборы из стекла, считал, что каждый химик должен уметь обращаться со стек­лом и стеклодувной горелкой.

Сейчас химики при изготовлении лабораторного оборудования применяют принцип модульности, когда сложную конструкцию монтируют из легкостыкуемых частей — моду­лей. Практически все приборы сего­дня собирают из простых элементов, как в детском конструкторе, а после использования разбирают.

Современная промышленность выпускает готовые приборы, которые также можно собрать и из частей. Это, например, прибор для вакуум­ной перегонки, обычно называемый химиками перегонкой Клайзена. Раньше такое название носила кол­ба, похожая на колбу Вюрца, но с двумя шейками, одна из которых использовалась для термометра (как в колбе Вюрца), а другая — для ка­пилляра. Через него пропускали

сквозь жидкость пузырьки воздуха или инертного газа, чтобы кипение в вакууме шло равномерно. Это уст­ройство позволяет не применять «кипелки». Потом стали припаивать к колбе Клайзена холодильник Либи­ха, а иногда и аллонж. Сейчас вме­сто колбы Клайзена применяют обычную круглодонную колбу, в ко­торую вставляют насадку (насадку Клайзена), а уже к ней присоединя­ют холодильник. Вместо аллонжа для вакуумной перегонки использу­ют устройство под названием «паук». С его помощью можно собирать пе­регоняемые жидкости в разные при­ёмные колбы, удобно сменяя один приёмник другим поворотом паука и не снимая вакуума.

Пожалуй, никто не сделал для экспериментальной химии больше, чем Роберт Вильгельм Бунзен (1811 —1899). Великий немецкий хи­мик-экспериментатор родился в семье профессора университета города Геттингена. Изучая геологию и знакомясь с химическими и металлургическими предприятиями, он много путешествовал. Его научная деятельность ознаменована различными изобретениями. Вот лишь важнейшие из них. Именно Бунзен в 1841 г. придумал угольно-цинковый гальванический элемент, который с небольши­ми изменениями используется в бытовых батарейках. В 1857 г. он изобрёл газовую горелку, перевернувшую всю химическую практи­ку и названную в его честь. В 1868 г. учёный сконструировал водо­струйный насос, позволивший пользоваться вакуумными установка­ми. Им же в 1870 г. изобретён ледяной калориметр — аппарат для измерения количества выделяющегося в процессе реакции тепла. Самым знаменитым из предложенных Бунзеном способов ис­следования веществ считается метод спектрального анализа, разработанный им в 1854—1859 гг. совместно с немецким фи­зиком Густавом Робертом Кирхгофом (1824—1887). Спектральный анализ позво­ляет исследовать химический состав далё­ких звёзд и планет, с помощью этого мето­да удалось открыть множество химических элементов. В частности, сам Бунзен открыл рубидий и цезий.