Похвальное слово жидкости Кадэ

В 1760 году малоизвестный французский химик Кадэ, сам того не подозревая, вошел в историю.

В своей лаборатории он провел (нам неведомо – зачем) вот какой химический опыт.

Кадэ нагрел уксуснокислую соль калия с окисью мышьяка. Что при этом получилось, он так никогда и не узнал. Причиной тому было образовавшееся вещество, которое имело поистине дьявольский характер.

Это была черная густая жидкость. Она дымилась на воздухе. Легко воспламенялась. И в довершение всего обладала совершенно непереносимым запахом.

Жидкость Кадэ изучили лет семьдесят спустя. И обнаружили, что ее главные составные части – мышьяковистые соединения. Соединения в высшей степени своеобразные.

Чтобы это своеобразие оценить, вспомним, что все органические соединения отличаются одной главнейшей особенностью: в их основе лежат цепи из атомов углерода – прямые, разветвленные или замкнутые. Правда, в эти цепи могут вклиниваться атомы некоторых других элементов. Но таких элементов (органогенов) очень немного: кислород, азот, водород, сера, ну еще фосфор.

Мышьяк к ним уж никак не принадлежит.

В состав жидкости Кадэ входило вещество, названное дикакодилом (от греческого слова «какадос» – зловонный). Оно было построено так, что атомы мышьяка прочно затесались между атомами углерода:

Органические соединения, в которых углеродные цепи включают в себя атомы элементов – неорганогенов (металлов и неметаллов), именуют ныне элементоорганическими соединениями (в случае металлов – металлоорганическими).

Стало быть, Кадэ синтезировал первое в мире элементоорганическое соединение.

Теперь подобных веществ известно более 15 тысяч. Элементоорганика, металлоорганика стала большой самостоятельной областью химии. Одной из важнейших ее глав.

Она перекинула мостик между химией органической и химией неорганической. И лишний раз подчеркнула, сколь условно подразделение наук в наше время.

В самом деле, какая же это органика, если ей приходится изучать соединения, где важнейшую роль играют металлы – типичные представители неживой природы?

И напротив, какая же это неорганика, если многие подвластные ей вещества все же во многих своих проявлениях чистейшей воды органические производные?

Особый интерес для науки представляют металлоорганические соединения. Обязательное условие их существования – связь между атомом металла и атомом углерода.

Почти все металлы главных подгрупп Большого дома могут входить в состав металлоорганических соединений.

Свойства этих веществ чрезвычайно разнообразны.

Одни со страшной силой взрываются даже при температурах много ниже нуля. Другие, напротив, обладают завидной термической устойчивостью.

Одни чрезвычайно активны химически, тогда как другие не очень‑то подвержены всевозможным внешним воздействиям.

И все до единого ядовиты. Кроме металлоорганических соединений германия. Их безобидность остается пока загадкой.

Диапазон применения элементоорганических соединений чрезвычайно широк и практически неисчерпаем. Где только они не «работают»! С их помощью получают пластмассы и каучуки, изготовляют полупроводники и сверхчистые металлы. Они выступают в роли лекарственных препаратов и средств для борьбы с вредителями растений, они входят в состав ракетных и моторных топлив. Они являются, наконец, ценнейшими химическими реактивами и катализаторами, позволяя проводить многие важные процессы.

В нашей стране сложилась крупнейшая школа химиков‑элементооргаников. Ею руководит академик Александр Николаевич Несмеянов. Недавно за свои работы он был удостоен Ленинской премии.

Повесть о ТЭСе

ТЭС – это сокращение. Так называют соединение, для практической деятельности человека полезное чрезвычайно. Оно помогает экономить бензин. Правда, никто еще не подсчитал, сколько именно литров сэкономил ТЭС за всю свою историю. Но, без сомнения, подсчет дал бы весьма внушительное число.

Так что ж в конце концов такое это загадочное ТЭС? Химик скажет: металлоорганическое соединение углеводорода этана с металлическим свинцом. Отнимите у каждой из четырех молекул этана (C₂H₆) по атому водорода и присоедините углеводородные остатки (этилы – С₂Н₅) к одному‑единственному атому свинца. Вот тогда вы и получите вещество с довольно простой формулой Pb(C₂H₅)₄. Его называют тетраэтилсвинец, а сокращенно ТЭС.

ТЭС – это тяжелая жидкость чуть зеленоватого цвета, с еле уловимым запахом свежих фруктов, но отнюдь не безвредная. Она относится к числу сильных ядов. Сам по себе ТЭС особого интереса не представляет. Вещество как вещество, химику известны куда более любопытные соединения. Но стоит в бак с автомобильным бензином добавить всего полпроцента ТЭСа, как начинаются чудеса.

Сердце автомобиля или самолета – двигатель внутреннего сгорания. Принцип его работы прост. В цилиндре сжимается смесь бензина с воздухом. Затем она воспламеняется с помощью электрической искры. Происходит взрыв, выделяется энергия, а за счет ее и работает двигатель.

Многое зависит от степени сжатия смеси. Чем оно сильнее, тем выше мощность мотора. И тем экономнее расходуется топливо. Это – в идеале. А в действительности смесь не может сжаться достаточно сильно. Отсюда возникают «заболевания» двигателя: неполное, неравномерное сгорание топлива приводит к перегреву двигателя, к быстрому изнашиванию его деталей. Да и расход бензина неоправданно возрастает.

Инженеры вносили в конструкцию двигателей всевозможные улучшения, химики старались изготовить более чистые сорта бензина. «Заболевание» в какой‑то мере поддавалось излечению, но не до конца. Моторы продолжали «стучать» и перегреваться; неравномерные взрывы смеси (детонация) укорачивали сроки их службы.

В результате долгих размышлений ученые пришли к выводу: детонацию можно подавить, заставить смесь сгорать равномерно, но сделать это удастся, лишь изменив каким‑то путем свойства самого топлива.

Каким?

Ответ на этот вопрос упорно искал американский инженер Томас Миджли. Сначала он предложил совершенно неожиданный выход из положения: бензин надо… окрасить в красный цвет. Тогда топливо приобретет способность поглощать больше тепла, станет более летучим. И смесь бензина с воздухом удастся сжать сильнее.

Миджли «окрасил» бензин, добавив к нему немного йода. И, о радость, бензин действительно стал детонировать меньше. Но стоило исследователю вместо йода употребить обычную краску, как двигатель снова оказался во власти прежних бед.

Стало быть, цвет здесь ни при чем. Однако огорчение Миджли оказалось кратковременным. Его осенила блестящая мысль: вероятно, существуют вещества, ничтожные добавки которых существенно повышают качество бензина.

Йод делал это лишь в слабой степени. Нужно было искать другие вещества, простые и сложные. Ученые испробовали десятки и сотни соединений. Практики и теоретики работали бок о бок. Теоретики, наконец, пришли к очень важному заключению. Вещества‑антидетонаторы следует искать среди соединений элементов с большим атомным весом. Например, стоит испытать соединения свинца.

Но как ввести свинец в бензин? Ни сам металл, ни его соли в бензине нерастворимы. Существует один‑единственный способ: взять какое‑нибудь органическое соединение свинца.

Тогда‑то и было произнесено впервые слово «тетраэтилсвинец», ТЭС. Это случилось в 1921 году.

Добавки (и притом ничтожные) ТЭСа к бензину действительно оказались чудесными. Качество горючего резко улучшилось. Смесь бензина с воздухом удалось сжать в два раза сильнее. А это означало, что при той же скорости машины расход бензина сократился вдвое. «Сердца» автомобилей и самолетов стали работать без перебоев.

А вот любопытная экономическая справка: мировое производство ТЭСа ныне столь велико, что создается угроза довольно быстрого исчерпания естественных ресурсов свинца.

У ТЭСа есть одно неприятное качество – высокая токсичность. Вы, вероятно, видели на баках многих грузовых автомобилей предостерегающую надпись: «Этилированный бензин – яд!» С бензином, содержащим ТЭС, нужно обращаться очень осторожно.

ТЭС – пионер среди антидетонаторов топлива. Он остался важнейшим среди них и в настоящее время. Но ученые серьезно подумывают о его замене другим веществом, столь же эффективным, но совершенно безвредным.

Одно из них уже найдено. Его именуют ЦТМ. Если хотите узнать, что это такое, прочтите следующий рассказ.