Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша - Ларс Орстрём

Двое лыжников в белых анораках медленно приближались, скользя по заледенелому горному плато Хардангервидда зимой 1943 года. Друзья или враги?.. Это был вопрос жизни и смерти для шестерых молодых мужчин, наблюдавших за ними: на многие километры вокруг в этой заснеженной пустыне больше не было ни души. Люди двигались медленно, они были худыми и не очень здоровыми на вид – так они могли бы выглядеть, если бы провели 130 дней зимой 1942/43 года, скрываясь в простой хижине на склоне горы, питаясь мхом и мясом браконьерски добытого северного оленя. Это наверняка были они. Руководитель группы Йоахим Рённеберг решил вступить в контакт[138].

Эта история – трагедия, за которой последовал успех, но началась она не на плато Хардангервидда, а в Шотландии; расположенная там лыжная столица Великобритании – городок Эвимор в Национальном парке Кэрнгормс – стала отправной точкой нескольких опасных путешествий через Северное море.

Несколько лет назад мы ехали по горной дороге, которая в итоге должна была привести нас к пику Кэрнгорм высотой 1245 м над уровнем моря, и проезжали мимо информационного центра для посетителей парка, расположенного в красивом месте у небольшого озера. Мы заметили, что на ветру развевается нечто похожее на Юнион-Джек, который редко можно встретить в шотландских горах. Мы повернули и двинулись по дороге вверх по холму и вскоре обнаружили, что то, что из-за расцветки мы приняли за флаг Великобритании, на самом деле государственный флаг Норвегии.

В 1468 году, когда норвежцы уступили свои последние шотландские владения королю Якову III в Эдинбурге, норвежского флага еще даже не существовало, поэтому нам стало любопытно, отчего он развевается тут, в самом сердце Кэрнгормс.

Но конечно же, что может быть более норвежским, чем горы, снег и лыжи? Это упрощенное умозаключение на самом деле оказалось ближе к истине, чем мы могли предположить, поскольку памятная табличка сообщила нам, что во время Второй мировой войны на этом месте была расквартирована знаменитая рота Линге. Этим норвежским диверсантам, действовавшим в тылу своей оккупированной врагом родины под руководством капитана Мартина Линге, нужна была тренировочная база, максимально похожая на Норвегию. Кроме того, они являлись частью Управления специальных операций (УСО) – секретного вооруженного подразделения британского правительства – а не регулярной армии, и это означало, что удаленность местности принесет дополнительную пользу[139].

Многие военные кампании ведутся ради золота и серебра, углерода и нефти, но самая известная операция роты Линге была запланирована ради получения воды. Не ради обычной воды, Н2О (к сожалению, подобные войны ждут нас в будущем), а ради ее почти полного химического близнеца – вещества под названием оксид дейтерия. В этой молекуле, известной также как тяжелая вода и имеющей формулу D2O, где D обозначает дейтерий – изотоп водорода, который состоит из одного протона и одного электрона, как и обычный водород, но в его ядре есть дополнительный нейтрон.

Рисунок 23. Мемориал роты Линге рядом с информационным центром в парке Гленнмор-Форест, Лох-Морлих, Шотландия, Великобритания. Фото сделано автором.

Словосочетание «тяжелая вода» звучит зловеще: на ум приходят тяжелые металлы, «плохие парни» Периодической таблицы, а еще у вас, наверное, есть некое туманное представление о том, что дейтерий может иметь отношение к ядерной энергии и атомной бомбе. Это можно понять, и я надеюсь, что не шокирую вас, если скажу, что вы ежедневно пьете тяжелую воду безо всякого вреда для здоровья. И если задуматься, то некоторые «плохие парни» бывают вполне дружелюбными, и они даже необходимы, чтобы поддерживать вашу жизнедеятельность.

Когда мы говорим об элементе из Периодической таблицы и пользуемся его обозначением, то имеем в виду (хотя можем этого и не осознавать) существующую в природе смесь его изотопов. К примеру, мы уже познакомились с двумя природными изотопами бора, а в столовой ложке серебра содержится 51,8 % изотопа серебра с 47 протонами, 47 электронами и 59 нейтронами – и 48,2 % изотопа, в котором 47 протонов, 47 электронов и 61 нейтрон.

В химическом отношении такие пары изотопов – почти идентичные близнецы, потому что в химии имеет значение количество электронов, которые атомы используют для создания химических связей, и количество протонов, которое определяет, насколько прочно ядро удерживает отрицательно заряженные электроны. Очевидно, что нейтрально заряженные нейтроны не участвуют в этой игре, так как не притягивают и не отталкивают электроны и не оказывают влияния на силу химических связей, образованных электронами. Именно эта идея лежала в основе операции «Гаечный ключ» в главе 2: обычный химический анализ не выявил бы подмены в содержании изотопов.

Итак, обычно, говоря о воде, мы имеем в виду Н2О, где символ «H» относится к обоим стабильным изотопам: 98,98 % по содержанию составляет обычный водород, а 0,02 % приходится на дейтерий – это природное содержание изотопов для водорода. Атому кислорода все равно, связываться ли с H или с D, и молекула воды может содержать ни одного, один или (очень редко) два атома дейтерия. Это означает, что питьевая вода содержит H2O, HDO и D2O в приблизительной пропорции 25 000 000:5000:1. Таким образом, на первый взгляд кажется, что шансы встретить молекулу D2O невелики, но поскольку в столовой ложке воды содержится 500 000 000 000 000 000 000 000 молекул воды (5 × 1023), то вы можете сделать ставку у своего букмекера на то, что каждый день поглощаете достаточное количество молекул тяжелой воды.

Значит, мы пьем эту воду и готовим на ней пищу; но можно ли получить ее в чистом виде? Ответ утвердительный, и именно поэтому вам не стоит заменять ежедневную порцию H2O на D2O. Химические связи, которые дейтерий образует в организме с углеродом, азотом и кислородом, будут почти такими же, как те, которые образует водород, но скорость, с которой ферменты (белки-катализаторы в нашем теле) обращаются с водородом или дейтерием, будет отличаться, так как дейтерий в два раза тяжелее водорода. Это означает, что употребление тяжелой воды будет медленно искажать ваш метаболизм и в итоге у вас возникнут серьезные проблемы со здоровьем. Эта небольшая разница в продолжительности процесса – или, вернее, в скорости реакции, как называют ее химики, – лежит в основе производства тяжелой воды.

Поскольку нейтрон открыли лишь в 1932 году, а дейтерий – почти сразу после этого, нет ничего удивительного в том, что первые сообщения об интересе нацистов к тяжелой воде разведка встретила несколько скептически: на службе практически не было офицеров с естественно-научным образованием[140]. К счастью, физик Реджинальд Джонс стал первым ученым, завербованным в разведку в 1939 году, и смог немедленно приступить к действиям, когда получил от норвежского ученого телеграмму, в которой тот сообщал о планах нацистов увеличить производство тяжелой воды в оккупированной Норвегии[141].