Загадки современной химии. Правда и домыслы - Джордж Шварц

Это вещество является «фотокатализатором», а это означает, что каталитическое действие проявляется при облучении светом с определенной длиной волны, в данном случае, ультрафиолетом. Энергия света заставляет диоксид титана излучать электроны, которые атакуют молекулы воды, расщепляют их с образованием агрессивных гидроксильных радикалов, которые расщепляют органические соединения на такие простые вещества, как двуокись углерода, а оксиды азота превращают в водорастворимую азотную кислоту. Это не теория, это хорошо разработанная технология, уже имеющая коммерческое приложение, например, в самоотмывающемся стекле. Тонкий слой диоксида титана решает все проблемы с мытьем окон при условии достаточной инсоляции и умеренного количества дождей. Этот катализатор можно добавлять к строительным материалам и строить здания, которые способны сами очищаться от грязи. Такая технология была применена в строительстве церкви Милостивого Бога-Отца в Риме.

Благодаря диоксиду титана мы, вероятно, никогда больше не будем сталкиваться с пожелтевшими унитазами. Покрытие керамики слоем диоксида титана толщиной в пять-десят раз меньше человеческого волоса препятствует образованию налета. Эта технология может быть применена и в операционных, где, благодаря ей, бактерии на полу и стенах могут быть уничтожены источниками излучения света нужной длины волны. Неплохо бы еще иметь самоотмывающуюся плитку на кухне и в ванной. Не правда ли?

Конечно, применение фотокатализа с помощью диоксида титана – это передовая технология. Но, действительно ли ношение джинсов, пропитанных диоксидом титана, может помочь очищению атмосферы? Согласно оценкам профессора Райана – да, может. Он подсчитал, что, если бы треть миллионного населения Шеффилда носила такие джинсы, то в воздухе значительно снизилось бы содержание окиси азота. При этом нет необходимости покупать какие-то особенные джинсы. Частицы диоксида титана очень охотно прилипают к ткани, поэтому вполне достаточно добавить диоксид титана к воде во время стирки. Наночастицы останутся на ткани, даже когда она истлеет.

Но как всегда бывает в таких случаях, есть одно «но». Что произойдет, если нано-частицы попадут в кровь? На какие ткани они подействуют? Диоксид титана потенциально может повреждать ДНК, но для этого он должен попасть внутрь клетки. В лабораторных экспериментах было показано, что диоксид титана может повреждать ДНК клеток кишечника, правда, в дозах намного больших, чем может попасть в кишечник.

Как бы то ни было, люди редко обедают, подстелив вместо скатерти свои джинсы, но они едят пончики и другие лакомства, такие, как карамельные конфетки, шоколадки, булочки и соевое молоко, куда добавляют диоксид титана для придания изделиям более привлекательного вида. Только 5 процентов всего диоксида титана производят в виде наночастиц, но все равно это повод для беспокойства, потому что Агентство по раковым заболеваниям включило диоксид титана в группу веществ, потенциально канцерогенных для человека (группа 2B). Диоксид титана был отнесен к потенциально опасным веществам, потому что вдыхание его на производстве приводит к попаданию в организм неизмеримо большего количества, чем при употреблении в пищу пончиков, для отбеливания глазури на которых используется диоксид титана. Тем не менее, протесты общественности заставили компанию «Данкин-Донатс» удалить диоксид титана из сахарной пудры, которой посыпают пончики. Возможно, теперь этот диоксид титана пойдет на обработку каталитических джинсов. Нам ведь не нужна привлекательная вредная пища, не так ли?

Он убийца. Он спаситель. Он плут. Он – одно из важнейших из когда-либо открытых веществ. Это уголь! Сожгите небольшое количество растительного или животного вещества при ограниченном доступе воздуха, как это, например, происходит при сгорании большой кучи дров, и вы получите древесный уголь – чистый углерод с небольшой примесью неорганической золы. Тот факт, что уголь горит лучше древесины, наши предки, вероятно, заметили сразу после того, как овладели огнем около миллиона лет назад. Первое использование угля не для получения тепла относят к эпохе около тридцати тысяч лет назад, когда обитатели пещер впервые использовали уголь как пигмент для нанесения рисунков на стены.

Потом, приблизительно за четыре тысячи лет до н. э., было сделано эпохальное открытие: если кусок руды падает в горящий уголь, то из руды начинает течь металл. Если встречающиеся в природе руды меди, цинка и олова нагревать в пламени горящего угля, то углерод отнимает из окислов металлов кислород, оставляя чистый металл. Добавление к меди олова позволяет получить ценный сплав – бронзу. За Бронзовым веком последовал Железный век, в котором железо выплавляли из оксида железа, нагревая его с углем. Эта технология применяется до наших дней, поэтому углерод в виде угля продолжает оказывать громадное влияние на нашу жизнь. Но уголь повлиял на ход истории не только благодаря выплавке металлов.

В девятом веке один китайский алхимик открыл, что смешивание угля с селитрой (нитратом калия) и серой приводит к созданию порошка, который легко воспламеняется. «Ружейный порох» стали, в конце концов, использовать, как взрывчатое вещество, которое позволило получить доступ к залежам каменного угля и минералов, что, в свою очередь, сделало возможными разнообразные научно-технические достижения. Конечно, порох облегчил и человекоубийство, бросив темную тень на репутацию угля.

Египетские папирусы, датированные 1500 годом до н. э., сообщают о том, что египетские врачи применяли тогда уголь для устранения неприятного запаха от ран. К 400 году до н. э. финикийцы хранили на своих кораблях запасы воды в бочках с углем для того, чтобы сохранить нормальный вкус воды. Похоже, финикийцы распознали одно из важнейших свойств угла – связывать на своей поверхности разные вещества. Это свойство называют абсорбцией. Это применение угля оставалось в тени до конца восемнадцатого века, когда европейцы оценили вкус сахара. Сахар-сырец, содержащийся в сахарном тростнике или сахарной свекле, окрашен различными примесями, которые можно удалить, пропуская раствор сахара через угольные сита.

Быстрое развитие сахаро-рафинадной промышленности потребовало поиска и создания углей с улучшенными поглощающими свойствами, и. в результате был создан «активированный» уголь. Сначала углеродсодержащие вещества, такие, как древесина, каменный уголь или ореховая скорлупа подвергают нагреванию без доступа воздуха, а затем обрабатывают двуокисью углерода, кислородом или паром. Эта обработка увеличивает площадь поверхности и образует сеть субмикроскопических пор, в которых и происходит поглощение нежелательных частиц. Позднее было обнаружено, что импрегнация угля такими веществами, как хлорид цинка или фосфорная кислота, перед нагреванием улучшает поглощающие свойства. В наши дни доступно множество разновидностей активированного угля для разных целей, а таких целей и приложений великое множество – от медицинского применения и использования в защите окружающей среды до использования в качестве развлечения.

Активированный уголь применяют в фильтрах для очистки воды, для очищения воздуха; активированным углем заполняют коробки противогазов и используют даже в производстве нижнего белья. Да, активированный уголь вводят в прокладки для ношения людьми, страдающими недержанием кишечных газов. И, надо сказать, эта система прекрасно работает. Правда, для того, чтобы газы не обтекали фильтр, больным рекомендуют сводить ноги и выпускать газ медленно.