Загадки современной химии. Правда и домыслы - Джордж Шварц

Химическую реакцию, производящую тепло, называют «экзотермической». Самый распространенный пример – это сжигание топлива. Зажгите свечу, и вы ощутите производимый ею жар. Самая жаркая часть пламени окрашена в синеватый цвет. Температура в этой области достигает 1400 градусов Цельсия. Но это низкая температура по сравнению с 2,5 тысячью градусов, до которых разогревается при термитной реакции смесь алюминия и оксида железа. Реакция заключается в переносе кислорода с железа на алюминий, в результате чего образуется оксид алюминия и металлическое железо. При такой температуре железо находится в расплавленном состоянии и поджигает все, что попадается ему на пути, что делает термитную реакцию незаменимой не только для сварки, но и для выпуска зажигательных бомб и гранат.

В 1893 году немецкий химик Ханс Гольдшмидт искал способ получения чистых металлов из их руд. Классический метод выплавки железа заключается в нагревании оксида железа в присутствии углерода. В результате образуется металлическое, восстановленное из оксида, железо. Однако при таком способе непрореагировавший углерод загрязняет железо. Гольдшмидт искал способ производства железа без использования углерода и натолкнулся на реакцию оксида железа с алюминием. Химик по достоинству оценил количество выделяющейся в ходе реакции теплоты и предложил использовать энергию реакции при сварке. В 1899 году термитную реакцию впервые применили на практике для сварки рельсов трамвайных путей в городе Эссене.

Прошло совсем немного времени, и все преимущества новой экзотермической реакции оценило и военное ведомство. В 1915 году немцы терроризировали Англию, сбрасывая на британские города с дирижаблей зажигательные бомбы, действие которых было основано на термитной реакции. Во время Второй Мировой войны битва шла не только между армиями союзников и германской армией, но и между учеными и инженерами, которые по обе стороны линии фронта старались создать наиболее эффективные зажигательные бомбы, снаряды и гранаты. Немцы создали «Электрон», бомбу, сделанную на основе одноименного сплава, состоявшего из 86 % магния, 13 % алюминия и 1 % меди. Из этого сплава делали кожух бомбы.

Этот сплав горит с выделением огромного количества тепла, но нужна высокая температура, чтобы его поджечь. Для этого в механизм была встроена термитная реакция. Когда «Электрон» ударялся о землю, от сотрясения взрывался пороховой заряд, поджигавший смесь порошков магния и пероксида бария. Эта реакция производила достаточную температуру для того, чтобы запустить термитную реакцию между алюминием и оксидом железа. Энергии этой реакции теперь хватало на то, чтобы воспламенить горючий корпус бомбы.

Союзники не отставали в создании подобных бомб, что и привело к одному из самых разрушительных воздушных налетов за всю историю Второй Мировой войны. Это была не атомная бомбардировка Хиросимы и Нагасаки, а бомбовый удар по Токио в марте 1945 года. Таким же ужасным был налет на Дрезден в феврале 1945 года. Тогда зажигательные бомбы практически целиком уничтожили город. Во время Второй Мировой войны союзники сбросили на Германию тридцать миллионов четырехфунтовых термитных бомб, и десять миллионов – на Японию.

Использовались во время войны и термитные гранаты для порчи артиллерийских орудий без применения взрывчатых веществ, особенно в ситуациях, когда действовать надо было бесшумно. Термитную гранату можно было вставить в казенную часть орудия, а затем быстро закрыть замок. От жара происходило расплавление металла, после чего открыть казенную часть было уже невозможно, а значит, и зарядить орудие. Гранату можно было также бросить в дуло орудия, что тоже выводило его из строя.

Во время вьетнамской войны термитные гранаты нашли довольно разнообразное применение. В начале боевых действий американское командование стремилось, главным образом, нарушить продовольственное снабжение противника. Поскольку главным продуктом питания Вьетконга был рис, первой задачей стало уничтожение запасов риса и рисовых полей ручными гранатами и гаубичной артиллерией, но это оказалось очень трудно и сложно. Следующая идея заключалась в уничтожении рисовых полей термитными гранатами. Однако, единственное, чего удалось добиться, это разбрасывания рисовых зерен, которые затем можно было собрать и употребить в пищу. Требовался иной подход.

Был создан «Синий агент», гербицид на основе мышьяка, в химическом отношении не имевший ничего общего с «Оранжевым агентом». «Синий агент» взаимодействовал с растениями и вызывал их высыхание, а так как рис сильно нуждается в воде, то обработка его полей «Синим агентом» приводила к уничтожению урожая и делала поле непригодным к дальнейшему использованию. Американцы распылили над полями Вьетнама более двадцати миллионов галлонов «Синего агента», уничтожив тысячи акров сельхозугодий, и лишив листьев лесистые районы, где партизаны Вьетконга устраивали засады на американских солдат.

Совсем недавно термитную реакцию использовали совсем в ином контексте. Сторонники теории заговоров утверждают, что во Всемирном Торговом Центре были заложены термитные бомбы по скоординированному Центральным Разведывательным Управлением заговору. Эти же люди утверждают, что никакой высадки на Луне не было, и что правительство США прячет тела инопланетян. Многие также говорят, что победа Трампа на выборах была инспирирована заговорщиками из Демократической партии. В действительности, у самого порога избрания он должен был объявить: «Как хорошо вас надули!» Разве это невозможно? От таких заговоров жара куда больше, чем от любой термитной реакции.

Я никогда не был большим любителем блюд из печени, но мне нравится использовать ее, как наглядное пособие. Капните немного перекиси водорода на кусочек печени и посмотрите, какая появится пена! Отчего это происходит? Пена возникает в случаях, когда пузырьки газа оказываются зажатыми в жидкости или твердых телах. В данном же случае в реакции разложения перекиси водорода на кислород и воду происходит взаимодействие перекиси и каталазы, фермента, находящегося в клетках печени. Ферменты – это особые белковые молекулы, ускоряющие химические реакции. Но зачем печени фермент, расщепляющий перекись водорода? Фермент этот, действительно, нужен, потому что перекись водорода образуется в процессе метаболизма и может наделать в организме немало бед. Перекись может расщепляться с образованием гидроксильных радикалов, которые, в свою очередь, могут атаковать важные вещества – такие, как белки или ДНК. Для того чтобы защититься, организм продуцирует каталазу, которая расщепляет перекись до того, как она успевает образовать гидроксильные радикалы. На самом деле, образование перекиси, это тоже защитная реакция, в ходе которой организм пытается защититься от еще более опасного соединения – супероксида.

Кислород – обоюдоострое оружие. Мы не можем без него жить, но, с другой стороны, он ускоряет нашу смерть, играя решающую роль в процессах старения. Происходит вот что. Электроны – это клей, который удерживает атомы в молекулах, а все переходы электронов от молекул к молекулам происходят в ходе многочисленных химических реакций, которые непрерывно происходят в живом организме. Иногда, в таких реакциях происходит перенос электрона на атом кислорода, превращая его в чрезвычайно активный ион супероксида, и этот супероксид атакует многие молекулы и буквально разрывает их на части. Но в нашем организме есть защита от этих процессов – фермент, называемый супероксиддисмутазой, который избавляет нас от супероксида, превращая его в перекись водорода, которая хоть и вредна, но не может в этом отношении сравниться с супероксидом. Тем не менее, перекись водорода чревата для организма немалым риском, и здесь в игру вступает каталаза. Она расщепляет перекись водорода на кислород и воду. Поэтому перекись водорода пенится, когда ее выливают на срез печени.