Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух…

Метан (CH₄) присутствует в воздухе в концентрации 2 ppm; при каждом вдохе мы поглощаем 25 квадриллионов молекул этого газа

Следующим важным газом, накопившимся в нашей атмосфере, был кислород (O₂). Процесс его накопления начался примерно 2 млрд лет назад. Но, прежде чем мы об этом поговорим, давайте разберемся, почему же кислород столь важен для нас. Если говорить коротко, кислород является зачинщиком множества химических реакций, которые без него не происходят. Одна из этих реакций – горение. Чистый кислород может заставить гореть даже металлы; эту химическую реакцию в конце XIX в. в Германии использовал один предприимчивый жулик.

Этот человек был в равной степени мошенником, грабителем и предприимчивым исследователем. За несколько дней до Рождества 1890 г. в отеле, расположенном над Банком Нижней Саксонии в Ганновере, остановился постоялец, назвавшийся Смитом. Он попросил портье поселить его в конкретный номер (вероятно, с определенным видом из окна), а также выдать ключи от номеров на другой стороне коридора – для его сестры и отца, которые должны были прибыть следом. Затем он поднялся по лестнице, стараясь не греметь багажом.

Выждав несколько дней, ранним рождественским утром Смит извлек из чемодана зонт и пилу и выпилил кусочек пола. В банке этажом ниже никого не было, так что он просунул в отверстие зонт, чтобы не рассыпать стружки, и прорезал дыру большего размера. Затем он достал веревочную лестницу и спустился вниз с мешком на плече.

Дальше в дело вступил Смит-грабитель. Вместо того чтобы нанимать охрану для защиты сейфа, где хранилось семь миллионов немецких марок, банк предусмотрел хитроумную электронную систему защиты. Сейф находился в подвале, и попасть в него можно было только по винтовой лестнице, которую подключили к системе сигнализации: при малейшем давлении на ступени начинала реветь сирена. Однако Смит знал, что для отключения сигнализации достаточно разъединить лишь несколько проводков, ведущих к ступеням. Он сделал это и радостно спустился вниз.

Теперь пришла очередь исследователя. В подвале Смит достал из мешка несколько позвякивающих канистр с кислородом, а также длинный тонкий инструмент, состоящий из двух металлических цилиндров длиной около 15 см и диаметром 1,5 см. На конце каждого цилиндра болталась резиновая трубка. Одну трубку он присоединил к вентилю газового освещения, который пропускал обогащенную метаном (CH₄) газовую смесь, а другую – к канистре с кислородом. Он начал потихоньку выпускать оба газа и достал из мешка последний элемент экипировки – коробок спичек. А дальше направил наконечник готового газового резака на железный сейф.

Химики предыдущего столетия (непреднамеренно) обеспечили научную базу этого преступления, объяснив суть процесса горения. В частности, они обнаружили три необходимых условия горения, коими являются топливо, энергия и так называемый окислитель. Окислители отнимают электроны у других соединений, и это важно, поскольку именно электроны осуществляют все химические превращения (предмет химии как раз и заключается в изучении того, каким образом атомы воруют, обменивают и делят между собой электроны). Кислород является отличным окислителем и, отбирая электроны у метана (топлива), делает молекулу метана неустойчивой. Неустойчивый метан и кислород взаимодействуют между собой со взрывом, претерпевая серию быстрых химических превращений, приводящих в конечном счете к образованию так называемых оксидов (таких как диоксид углерода, углекислый газ). Но есть одно условие: кислород не начнет атаковать топливо без инициации тепловой энергией. Для этого нужны спички. Далее реакция протекает с выделением большого количества тепла, так что процесс поддерживает сам себя.

Добиться горения несложно: передайте энергию кислороду, дайте ему возможность прореагировать с топливом и ждите в сторонке.

Однако Смиту нужно было сделать еще один шаг. Пламя он получил, но его задача заключалась в том, чтобы вскрыть железный сейф.