В настоящее время в атмосфере содержится 21% (по объему) кислорода, или 1015 т. Несмотря на постоянное участие O2 в окислительных процессах, его содержание в атмосфере практически не изменяется из-за продолжающегося процесса фотосинтеза.
Если бы в атмосфере содержалось менее 15% O2, то обычный процесс горения стал бы невозможным. При концентрации O2 более 30% первый же удар молнии сжег бы все на Земле: в этом случае даже сырая древесина горит как порох.
5.2. ДИОКСИД УГЛЕРОДА В РОЛИ «НОСИЛЬЩИКА»
Диоксид углерода способен под землей перемещать тысячи тонн известняка. Как это происходит?
Диоксид углерода CO2 (углекислый газ) неплохо растворим в воде. Поэтому в природных речных, почвенных водах обычно высока концентрация растворенного CO2. В водном растворе он частично переходит в гидрат, который затем превращается в угольную кислоту:
CO2∙H2O ↔ H2CO3.
Среда этого раствора слабокислая из-за появления ионов оксония H3O+:
H2CO3 + H2O ↔ HCO-3 + H3O+ .
Однако и этой кислотности достаточно, чтобы при проникновении по трещинам породы грунтовых вод в толщу известнякового пласта (известняк — это карбонат кальция CaCO3) прошла реакция
CaCO3 + HCO-3 + H3O+ = Ca2+ + 2 HCO-3 + H2O
или
CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2
с образованием хорошо растворимого в воде гидрокарбоната кальция Ca(HCO3)2. Так на месте известковых толщ образуются огромные полости в земной коре — карстовые пещеры.
Интересно, что гидрокарбонат кальция в свободном виде не существует; при попытке выделить его выпариванием воды кристаллизуется карбонат кальция:
Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + H2O + CO2↑.
Грунтовые воды, содержащие Ca(HCO3)2, могут перемещаться в земной коре на значительные расстояния и, испаряя в подходящих условиях воду, выделяют карбонат кальция — известняк, кальцит. Это происходит зачастую очень далеко от места растворения исходного карбоната кальция (см. 3.23).
5.3. ЧЕМ НАДУТ ТЕННИСНЫЙ МЯЧ?
Знаете ли вы, что теннисные мячи не надувают, а вводят в них специальные вещества — «вздуватели»?
«Вздуватели» — это вещества, которые при нагревании разлагаются с образованием газообразных продуктов. В теннисные мячи (заготовки которых в виде двух полусфер изготовлены предварительно и смазаны клеем) кладут таблетки, содержащие смесь нитрита натрия NaNO2 и хлорида аммония NH4Cl. Склеенные половинки мяча помещают в форму для вулканизации и нагревают. Происходит химическая реакция
NaNO2 + NH4Cl = NaCl + 2Н2O + N2↑.
Выделившийся азот создает в мяче повышенное давление.
5.4. «ПОРОШОК ЛИБИХА» ВМЕСТО ДРОЖЖЕЙ
«Порошок Либиха» (см. 2.17) применяли раньше для приготовления ржаного теста. В его состав входят пищевая сода — гидрокарбонат натрия NaHCO3 и лимонная кислота (НООССН2)2С(ОН)СООН (см. 3.28). Его действие, как и других заменителей дрожжей, заключается в выделении газообразного диоксида углерода, разрыхляющего тесто:
3NaHCO3 + (СН2СООН)2С(ОН)СООН = (CH2COONa)2C(OH)COONa + 3CO2↑ + 3Н2O.
Современные разрыхлители для теста включают в свой состав гидрокарбонат натрия и какие-либо пищевые кислоты, или гидрокарбонат аммония, который при нагревании разлагается с выделением диоксида углерода CO2, аммиака NH3 и воды:
NH4HCO3 = NH3↑ + CO2↑ + H2O.
Газообразные продукты этой реакции делают тесто пористым (см. 6.4).
5.5. ОБНАЖАЯ МЕТАЛЛ
При пайке металлов используют нашатырь и канифоль. Зачем?
Нашатырь (см. 1.44) — это хлорид аммония NH4Cl, его используют для травления — очистки поверхности паяльника и спаиваемого изделия от оксидов металлов. Применение его основано на том, что при повышенной температуре хлорид аммония подвергается термическому разложению на аммиак NH3 и хлороводород HCl (см. 1.44):
NH4Cl = NH3 + НСl.
Образующиеся аммиак и HCl реагируют с оксидом меди на горячей поверхности медного паяльника:
3CuO + 2NH3 = 3Cu + N2↑ + 3H2O↑,
CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O↑.
В результате обнажается чистая поверхность металла, которая может «смачиваться» расплавленным оловом или сплавом — припоем.
Канифоль представляет собой сложную смесь органических кислот и ненасыщенных углеводородов, ее получают после отгонки скипидара из смолы хвойных растений. Взаимодействие компонентов канифоли с оксидами металлов при высокой температуре ведет к восстановлению этих оксидов до металла. Кроме того, расплав канифоли защищает поверхность «жала» паяльника и спаиваемое изделие от контакта с воздухом, а значит, и от окисления.
5.6. ВОДА НА ЛЮБОЙ ВКУС
Кроме хорошо известной всем воды состава H2O, существуют и другие «воды»: хлорная, бромная, сероводородная. Это водные растворы хлора Cl2, брома Br2 и сероводорода H2S. Есть и совсем таинственные названия. Так, «лабарракову воду» получают, пропуская хлор в разбавленный водный раствор гидроксида натрия NaOH (см. 3.39). При этом протекает реакция с образованием хлорида натрия NaCl и оксохлората натрия NaClO:
Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O.
Используют «лабарракову воду» для отбеливания тканей. Отбеливание основано на окислении загрязняющих веществ оксохлоратом водорода HClO (хлорноватистой кислотой), образующимся при действии угольной кислоты H2CO3, всегда присутствующей в воде, при ее контакте с воздухом:
NaClO + H2CO3 = NaHCO3 + HClO.
Если пропускать хлор в раствор гидроксида калия КОН, то получается «жавелевая вода», которую используют для тех же целей:
Cl2 + 2KOH = KCl + KClO + H2O.
«Фагеденическая вода» — это фармацевтический препарат, который готовят, смешивая известковую воду (см. 3.23) с раствором хлорида ртути HgCl2:
Ca(OH)2 + HgCl2 = CaCl2 + HgO↓ + H2O.
После смешения образуется суспензия (взвесь) тонкодисперсного желтого оксида ртути HgO в водном растворе хлорида кальция CaCl2. «Фагеденическую воду» используют при лечении кожных болезней.
