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.

Большинство органических реакций сопровождается перераспределением электронной плотности, т. е. являют­ся окислительно-восстановительными. Однако сложность определения степе­ни окисления элементов в органиче­ских молекулах заставляет химиков-органиков ввести дополнительные критерии того, является ли процесс окислительно-восстановительным. Под окислением в органической химии по­нимают процесс присоединения моле­кулой атомов кислорода или потери водорода, например:

Обратный процесс, приводящий к увеличению числа атомов водорода или потере атомов кислорода, приня­то называть восстановлением:

Одни из самых распространённых комплексов металлов — карбонилы. Если в комплексе один атом металла, его называют моноядерным. Напри­мер, карбонил железа Fe(CO)₅, карбонил никеля Ni(CO)₄ и т. п. При облу­чении Fe(CO)₅ ультрафиолетовым светом образуется биядерный комп­лекс Fe₂(CO)₉, затем триядерный Fe₃(CO)₁₂ и т. д. При конденсации карбонилов могут образовываться сложные структуры, содержащие ос­тов из многих атомов металла — Rh₆(CO)_l6, Os₂₀(CO)^2-₄₀ и т. п. Это похоже на «гроздь» связанных друг с другом атомов металлов. Отсюда и название — кластер (англ cluster — «гроздь»). Важнейшая отличительная особенность кластерных — присутст­вие в них химически связанных друг с другом атомов металлов.

Со времени открытия соли Цейзе были получены олефиновые комп­лексы для большинства переходных металлов. Олефиновый лиганд, как и очень похожий на него ацетилено­вый, являются донорами двух элект­ронов, что и определяет устойчи­вость таких комплексов.

Обычно олефиновый лиганд дос­таточно подвижен и легко замещает­ся на другие. Прочность его связи с металлом в большой степени опреде­ляется количеством атомов в лиганде, которые связаны с атомом металла. Например, циклопентадиенильный лиганд связан с атомом металла сразу пятью атомами — в элементоорганической химии его называют пентагептолиганд и обозначают h⁵-С₅Н₅. Вытеснить такой лиганд из молекулы непросто. Алкены, в том числе и эти­лен, являются дигепталигандами, т. е. связаны с металлом только двумя атомами углерода.

Органические соединения селена и теллура пользуются дурной славой среди химиков. Для работы со мно­гими из них, в особенности с легко­летучими соединениями, требуется специальная техника. Так, в одной из научных публикаций авторы сооб­щали, что для проведения опытов с алкильными производными селена пришлось построить отдельную ла­бораторию. И не из-за особой ток­сичности или взрывоопасности, а из-за запаха! В современной англо­язычной научной литературе соеди­нения селена и теллура удостоились эпитетов «зловонный» и «смрадный». Но невзирая на это химики активно работают с такими веществами — на основе органических производных серы и селена получены полимеры с высокой электропроводностью, на­стоящие «органические металлы»!

Соли типа [TMeTSeF]⁺BF^-₄ облада­ют электропроводностью на уровне обычных металлов. Более того, со­противление у них при охлаждении падает значительно быстрее, чем у ме­таллов. Учёные надеялись, что темпе­ратура перехода в сверхпроводящее состояние у них будет достаточно высокой. Однако выяснилось, что при охлаждении до -100 °С сопротивление скачкообразно увеличивается и они становятся изоляторами. Оказалось, что в обычных условиях молекулы «органических металлов» образуют проводящие цепочки. При -100 °С эти цепочки распадаются и проводимость исчезает.

Мышьякорганические соединения вполне могут считаться «патриарха­ми» среди элементоорганических со­единений. Их история началась ещё в 1760 г., когда фармацевт француз­ской армии Луи Клод Кадэ (1731— 1799) проводил перегонку ацетата калия с оксидом мышьяка(III). Сейчас уже сложно установить, что было целью того эксперимента. В резуль­тате же получилась жидкость с отвра­тительным чесночным запахом, са­мовоспламеняющаяся на воздухе. Поскольку это было явно не то, что хотел получить любознательный ап­текарь, то исследовать жидкость он не стал.

Про загадочное соединение вспом­нили только в следующем веке. Ро­берт Бунзен, изучая жидкость Кадэ, обнаружил в ней углерод, кислород, водород и мышьяк. В роли «крёстно­го отца» выступил Якоб Берцелиус, выделивший это вещество в чистом виде. Формула жидкости Кадэ — (CH₃)₂As—О—As(CH₃)₂, а название — окись какодила (от греч. «какос» — «дурной» и «одорос» — «запах»).

Если в неорганических соединениях свинец чаще всего двухвалентен, то для элементоорганических более характерна валентность свинца, рав­ная четырём. Тетраэтилсвинец был известен ещё с 1853 г. Длительное время, начиная с 1923 г., он исполь­зовался как антидетонатор в мотор­ном топливе (см. статью «Бесценное топливо»).

Это приводило к сильному загряз­нению окружающей среды. Кроме то­го, соединения свинца быстро выво­дили из строя катализаторы очистки выхлопных газов от оксида углерода. В результате количество фильтров на выхлопной трубе стало резко уве­личиваться, а сам автомобиль начал превращаться в химическую лабора­торию в миниатюре. Дешевле оказа­лось получать более дорогой, но в то же время более качественный бензин, чем решать проблемы с очисткой от свинца продуктов сгорания эти­лированного бензина.

Широкое применение в самых раз­ных областях получили и оловоорганические соединения. В основном они используются как стабилизаторы одного из самых распространённых пластиков — поливинилхлорида. Чис­тый поливинилхлорид начинает раз­лагаться и темнеть при 110 °С, тогда как его термическая переработка воз­можна только при 180 °С. Добавление производных диоктилстаннана типа (C₈H₁₇)₂Sn(SCH₂COOC₈H₁₇)₂значи­тельно повышает температуру разло­жения этого полимера, и его обработ­ка становится гораздо легче.

Некоторые оловоорганические со­единения довольно токсичны, в отли­чие от малотоксичных неорганиче­ских производных этого металла. Так, весьма ядовиты моно- и тетразамещённые станнаны RSnX₃ и R₄Sn, но особенно — тризамещённые R₃SnX: они блокируют энергообмен в живой клетке. А вот механизм токсического действия дизамещённых станнанов пока не выяснен. Именно токсические свойства тризамещенных станнанов оказались наиболее востребованы. Производные трибутилолова используются как высокоэффективные дез­инфицирующие средства.