Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин

Французский естествоиспытатель А. М. Ампер (1775–1836) предположил, что фтор можно получить, разлагая содержащие фтор соединения, электрическим током, то есть электролизом. Именно так незадолго до этого получил хлор английский химик Гемфри Дэви (1778–1829). Естественно, Дэви принял совет Ампера и стал проводить электролиз плавиковой кислоты (напомним, что это водный раствор HF). Результат был неудачен, поскольку плавиковая кислота разрушала прибор, в котором проводился электролиз. Кроме того, Дэви сильно отравился, надышавшись парами этой кислоты. Первооткрыватели сталкивались со многим опасностями – и это были не только токсичные вещества. В результате экспериментов в лабораториях появлялись и другие соединения, угрожающие жизни, самовозгорающиеся и взрывчатые.

Дэви был энергичным и азартным исследователем. Одно из самых ярких его достижений – получение двух новых элементов: металлических калия и натрия электролизом расплавленных солей. В одном из экспериментов при попадании металлического калия в воду произошел сильный взрыв, в результате у Дэви серьезно пострадал правый глаз.

Был и еще один взрыв. Дэви заинтересовался работами французского химика П. Л. Дюлонга, который синтезировал трихлорид азота NCl₃. Это соединение взрывается от легкого сотрясения, и в результате Дюлонг лишился глаза и трех пальцев. Темпераментный Дэви, узнав о новом неустойчивом соединении, решил его получить – при этом он тоже пострадал от взрыва и оправился от полученных травм лишь через несколько месяцев. Все эти беды не могли остановить талантливого химика: в последующие годы он сумел получить электрохимическим способом элементы барий, кальций, стронций и литий.

Что интересно, за открытие новых элементов калия и натрия французское правительство во главе с Наполеоном наградило Дэви премией в 3000 франков, а также именной медалью – несмотря на то что в те времена Англия и Франция находились в состоянии войны. Война не помешала воздать должное заслугам ученого.

Вернемся к плавиковой кислоте, которая "не щадила" никого. При работе с ней двое французских химиков – Ж. Гей-Люссак (автор газовых законов, изучаемых в школьном курсе физики) и Л. Тенар – получили сильные ожоги. Эти двое молодых энтузиастов внимательно следили за новыми открытиями в химии. Сообщение о том, что английский химик Г. Дэви сумел получить щелочные металлы калий и натрий, послужило вдохновением для Гей-Люссака и Тенара, но они решили получать эти металлы не электролизом, как Дэви, а реакцией железных опилок с расплавленным гидроксидом калия (КОН) при высокой температуре. Поскольку образующийся металлический калий мог загореться на воздухе, реакцию проводили в закрытой емкости. Несколько раз происходили взрывы, в результате одного из них оба ученых едва не погибли, а Гей-Люссак провел в больнице около сорока дней.

Химики рисковали здоровьем буквально каждую минуту. Проведя ряд опытов с циановодородной кислотой (HCN), Гей-Люссак решил опубликовать полученные сведения. Кроме того, следовало также указать и вкус кислоты. К счастью, он был осторожен и попросил своего ассистента Т. Ж. Пелуза (ставшего впоследствии крупным химиком) принести морскую свинку. От одной капли на язык свинка погибла. Это не остановило исследователей, и, соблюдая осторожность, они продолжили изучение кислоты. При реакции с хлором было получено новое – тоже весьма токсичное – соединение хлорциан Cl-C≡N. Эти работы впоследствии легли в основу теории радикалов, которая некоторое время была общепринятой в органической химии.

Попытки выделить фтор при электролизе продолжались, при этом пострадали французский химик Эдмон Фреми и английский электрохимик Георг Гор. И все же в 1886 г. фтор удалось получить Анри Муассану, причем электрохимическим способом (давний совет Ампера оказался правильным). Когда Муассан докладывал Парижской академии наук о своем открытии, один его глаз был закрыт черной повязкой – "мстительный" фтор не мог не оставить о себе память.

Итак, насколько опасны сегодня упомянутые вещества фтор, плавиковая кислота, металлы калий и натрий? Газообразный фтор действительно агрессивен и ядовит, но опасности не представляет, поскольку он практически недоступен. Полученный в промышленных масштабах фтор используют в качестве фторирующего реагента при производстве различных фторсодержащих веществ. Зато если фтор входит в состав соединений, то он становится совершенно "безобидным" и часто весьма полезным. Метан, в котором атомы водорода частично или полностью замещены фтором (СF₂H₂, CF₄), используют как хладагент (фреон) в холодильных установках. Фтор входит в состав полимера фторопласта – (CF₂-CF₂)_n-, имеющего высокую теплостойкость и антифрикционные свойства (скользкого на ощупь). Из него изготавливают подшипники, не требующие дополнительной смазки, а также антипригарные покрытия сковородок – в быту он известен как тефлон. Фторсодержащие соли добавляют в некоторые зубные пасты для профилактики кариеса.