«ТАК ПРОДОЛЖАТЬСЯ НЕ МОЖЕТ»

Гена ходил мрачный. Это было странно – работа приближалась к концу. Вопросов я не задавал. Спрашивать – верный способ ничего не узнать. Гена немедленно замкнётся и будет молчать, как телефон-автомат, в который забыли бросить монету. С ним надо по-другому: делать вид, что ничего не замечаешь. Тогда он не выдержит.

Мы гуляли. Так, по крайней мере, нам казалось. Прохожие, вероятно, думали иначе: два молодых человека опаздывают на поезд. Нам постоянно не хватало времени – мы разучились гулять.

И зря. Стоял февраль. Ночной приморский бульвар, по которому мы мчались, был прекрасен. Лёгкий норд, забавляясь, теребил вечную зелень олеандров. Внизу, у самых ног, ровно дышали волны. И огни, огни. Бухта, подковой огней охватившая море. Небо – высокое, чёрное – в огнях звёзд. Это здесь, на приморском бульваре, Горький сказал когда-то: «Ночью Баку красивее Неаполя…»

– Любишь неожиданности? – не поворачивая головы, буркнул Гена.

Я ответил, что люблю, особенно приятные.

– А неприятные?

Я вынужден был признать, что неприятные неожиданности люблю значительно меньше.

– Гладко, очень гладко, слишком гладко, – услышал я в ответ.

– Может быть, сядем?

Сделав крутой поворот и не сбавляя скорости, мы ринулись к скамейке.

– Что гладко? – спросил я.

– Всё.

Я молчал, выжидая. Гена напоминал паровой котёл. С минуты на минуту он должен был взорваться.

– Так дальше продолжаться не может.

Это Гена произнёс спокойно. А дальше на меня обрушился поток, шквал, самум слов.

Всё идёт слишком хорошо. До неприличия гладко. Мы успокоились. Мало занимаемся. Ещё меньше знаем. Неожиданности, неприятности, несчастья подстерегают нас на каждом шагу. А мы бездельничаем. И дождёмся, что всё рухнет. Так дальше продолжаться не может.

Я робко напомнил, что наши дела идут вовсе не так гладко. Чертежи до сих пор не подписаны. Модель не заказана. История с получением перекиси едва не кончилась печально. Если бы не счастливый случай…

– Вот именно, – перебил Гена. – Дуракам – счастье…

Я возразил. По-моему, счастье навещает дураков довольно редко.

– А почему? – Гена умел перестраиваться на ходу. – Потому что разумный человек слышит предупреждение. Стукни тихонечко в окно, и он поймёт. А дурак? Дурак закроет ставни.

– Туманно, – заметил я, адресуясь к Большой Медведице.

– Наоборот, всё ясно. – Гена обращался к Малой. – Почему случился конфуз с перекисью? Потому что мы не думали. Разве нельзя было предвидеть вопрос Смолина? А вся эта дикая трёхдневная чехарда? Тут не гордиться, плакать надо. Предложить аппарат на перекиси и не удосужиться изучить её… Безобразие! Распущенность! Нашей самоуверенности мог бы позавидовать барон Мюнхаузен…

Это был полный пересмотр наших позиций. Я гордился теми тремя днями, и Гена, ручаюсь, тоже. И вдруг… Но, подумав, я согласился, что во многом он прав.

– Выводы? – спросил я.

– Мы начинаем работать с кислородом. А много ли мы о нём знаем? – Гена фыркнул. – Примерно то, что ты писал в школьном сочинении.

Это был, конечно, очередной «загиб». Но специально кислородом мы действительно не занимались.

– Что же конкретно надо знать?

– Всё. – Гена ударил кулаком по скамейке. – Всё о кислороде.

В то время никто из нас не представлял себе задачу. О большинстве химических элементов – даже редких, малоизвестных – написаны толстые книги. О кислороде такой книги нет. Её и не может быть. Во-первых, потому, что это была бы слишком толстая книга – в десятки тысяч страниц. Во-вторых, её пришлось бы пивать целому коллективу, людям разных специальностей. Химик, биолог, металлург, подводник, сварщик, врач, астрофизик, лётчик, геолог – я мог бы перечислять и перечислять, потому что добрая половина человеческих специальностей связана с кислородом.

Но всё это выяснится потом… А пока мы бежим по бульвару, и Гена монотонным голосом бубнит: – Всё о кислороде. Знать. Чувствовать. Угадывать его с закрытыми глазами.

Я киваю. Мы не знаем историю кислорода. Не знаем, каких трудов стоило его угадать. Даже с открытыми глазами.

И ГРЯНУЛ БОЙ…

Трудно найти человека, который открыл кислород. Книги спорят. Одни называют шведского аптекаря Карла Вильгельма Шееле из маленького городка Штральзунд. Другие – англичанина Пристли, священника «по должности», химика и биолога по призванию. Такой авторитет, как Фридрих Энгельс, считает, что кислород открыл великий французский химик Лавуазье. Знаменитый Джемс Уатт был искренне убеждён, что его роль не меньше. Есть, наконец, ещё голландец Дреббель, о загадочной судьбе которого мы знаем мало.

Но разве так важно, кто первый сказал «а»? В данном случае – очень. Да и просто интересно, кто первый узнал кислород.

Собственно, знали его первые люди на Земле. Уже эти люди (а до них – растения и животные) «открыли» кислород – они им дышали. И тот, кто первый зажёг огонь, тоже открыл кислород: без кислорода нет горения. И ещё один, бросивший в костёр кусок медной руды, – он хотел освободить медь от кислорода. Об алхимиках и говорить нечего: в поисках «философского камня» они постоянно соединяли элементы с кислородом и отнимали у веществ кислород.

Кислород открывали тысячи людей, и никто его не открыл. Так бывает в науке. Люди умели падать задолго до Ньютона, но закон всемирного тяготения открыл всё-таки Исаак Ньютон.

Первым, кто получил кислород в чистом виде, кто исследовал его свойства и даже предсказал некоторые области применения, был Джозеф Пристли. Он пользовался веществом, которое теперь знакомо школьнику 7-го класса, – окисью ртути.

Не знаю, стоит ли описывать, что он делал с кислородом. Получится простое повторение школьных опытов. Пристли вносил в кислород тлеющую лучину – лучина вспыхивала, горящую свечу – свеча горела ярче. Он поместил под колпак с кислородом мышь – мышь дышала. Попробовал дышать сам – получилось. В своём дневнике он записал: «После ряда других опытов 1 августа 1774 года я попытался извлечь воздух (так Пристли называет кислород. – Р.Б.) из ртутной окалины и нашёл, что воздух легко может быть изгнан из неё посредством линзы (солнце, пропущенное сквозь линзу, исполняло роль горелки). Каково же было моё изумление, когда я обнаружил, что свеча горит в этом воздухе необычайно ярким пламенем. Тщетно пытался я найти объяснение этому явлению… Может быть, чистый дефлогистированный воздух (то есть опять-таки кислород. – Р.Б.) станет когда-нибудь модным предметом роскоши… А пока только две мыши да я сам имели возможность вдыхать его».

Как видите, ничего особенного. И всё-таки не стоит улыбаться и пожимать плечами. Не школа научила Пристли этим опытам. Наоборот, этим опытам Пристли научил школу.

Пристли многое знал о кислороде. Но одного – самого главного – он не знал. Не знал, что открытый им газ – кислород. Воздухом он называл его не случайно. До самой смерти Пристли был искренне убеждён, что имеет дело с очищенным от флогистона «дефлогистированным» воздухом.

Другой химик, Карл Шееле, получивший кислород примерно в то же время, называл его «райским воздухом» – отличие не очень существенное…

Пристли и Шееле многое сделали для химии. Но именно о них писал в «Диалектике природы» Энгельс: «они… идут неверными, кривыми, ненадёжными путями и часто даже не познают истины, хотя и упираются в неё лбом».

Упереться лбом и не увидеть? Что, у них на глазах были шоры? Да. Правда, шоры имели вполне солидное название: «флогистонная теория».

В науке редко пользуются одним цветом: абсолютно белым или абсолютно черным. О флогистонной теории можно сказать много плохого. Можно сказать и немало хорошего. Например, что эта теория (пусть ошибочная) нанесла решительный удар «колдовству» и шарлатанству алхимиков, помогла химии стать наукой.

Но всё зависит от времени. К концу XVIII века борьба с алхимиками осталась в прошлом. Пора было думать о будущем, идти вперёд. И тут оказалось, что флогистонная теория (именно потому, что она ошибочная) идти вперёд не хочет. Мало того, она сдерживает общее движение. Это правило: и теории, и люди, отставшие от времени, боятся будущего.

Любопытно, что в основе флогистонной теории лежит ошибка. Простая и гениальная ошибка, которую сделал замечательный учёный Роберт Бойль (один из первооткрывателей закона Бойля – Мариотта).

В 1673 году Бойль провёл опыт. Вложил кусок свинца в стеклянную реторту, запаял и взвесил. Потом нагрел до высокой температуры. Получилась окись свинца («известь», как тогда говорили). Бойль отломил узкое горлышко реторты – в неё со свистом ринулся воздух. Снова взвесил. Вес увеличился.

Этого следовало ждать. Поскольку кислород, находившийся в реторте, соединился со свинцом и его место занял наружный воздух, общий вес, понятно, стал больше. Бойль, однако, ничего не знал о кислороде. А воздух, ворвавшийся (да ещё со свистом) в реторту, не заметил. Поистине гениальная ошибка!

Результатом её был естественный вопрос: за счёт чего увеличился вес запаянной реторты? Очевидно, за счёт какого-то вещества, которое находилось снаружи и проникло сквозь стеклянные стенки.

Это не был воздух. Ведь воздух ринулся в реторту только после того, как её вскрыли (тут Бойль не забыл о свисте). Воздух считался чрезвычайно «тонкой материей». И если он не смог пройти сквозь стекло, а некое вещество прошло – значит, оно было тончайшей, прямо-таки неуловимой материей. Бойль решил, что это может быть только огонь, «огненная материя».

Остальное просто. Огненная материя просочилась в реторту. Соединилась со свинцом. Образовалась «известь». Вес реторты увеличился – опять-таки за счёт этой «материи»…

Идеи Бойля развили другие химики. В начале XVIII века немецкий учёный Э. Шталь создал законченную, стройную и по-своему логичную теорию.

Все вещества, способные гореть, состоят из особой материи «флогистона» (от греческого «флогистос» – «сжигаемый») и золы. Когда такое вещество, скажем дерево, горит, флогистон улетучивается, превращаясь в тепло и свет. При горении металлов флогистон также исчезает, остаётся металлическая зола – окалина. Окалину можно снова превратить в металл, если вернуть ей флогистон. Для этого её надо прокалить с веществом, в котором много флогистона. Например, с углём.

Как видите, идеи Бойля сильно «усовершенствованы» и выглядят довольно убедительно. Во всяком случае, подавляющее большинство химиков XVIII столетия считало теорию бесспорной. И если, как это было в опытах Пристли, факты противоречили теории, химики действовали по принципу: «Тем хуже для фактов».

Очень интересна в этом смысле история с водой. Со времени древнегреческого философа Эмпедокла считалось, что мир состоит из четырех главных «начал»: земли, воды, огня и воздуха. Эти «начала» просты, и потому их нельзя ни изменить, ни разрушить. И конечно же, «горячий и сухой» огонь не может превратиться в «холодную и мокрую» воду…

И вдруг в 1781 году английский химик Кэвендиш обнаружил, что водород (тогда его называли горючим воздухом) при сгорании превращается в… воду. Ещё раньше это явление наблюдал Пристли. Но отмахнулся от него, как от явной нелепости. Водород многие считали флогистоном (лёгкий и горит). И вдруг «сам» флогистон превращается в негорючую воду…

Кэвендиш тоже не поверил, но остановиться не мог. Для него, экспериментатора по натуре, опыты были страстью. Он искал ошибку. Но скоро убедился, что ошибки нет – флогистон действительно превращается в воду.

И тогда Джемс Уатт высказал поразительно смелую, даже дерзкую мысль (о ней он любил вспоминать впоследствии). Уатт предположил, что одна из «основ мироздания» – вода – сложное тело. Однако (но об этом он предпочитал не вспоминать), он считал воду «соединением дефлогистированного воздуха с флогистоном», то есть обыкновенным воздухом!

Через несколько лет, когда Лавуазье «разоблачил» водородно-кислородную природу воды, Уатт обиделся. Он утверждал, что его обошли, что он говорил то же самое. Но вода есть вода, а воздух есть воздух, и тут ничего не поделаешь…

Нашёлся лишь один учёный, у которого хватило смелости (а смелость требовалась немалая) выступить против флогистонной теории. Он писал: «… деланы опыты в запаянных накрепко сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металла от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропускания внешнего воздуха вес сожжённого металла остаётся в одной мере».

Это написано в 1756 году, в период безраздельного господства флогистонной теории. Фамилия учёного – Ломоносов. Ломоносов точно указал на ошибку Бойля, высказал глубокие и верные мысли о природе горения. Только одного он не смог сделать: объяснить, что при горении к веществу добавляется кислород. Кислород стал известен после его смерти.

Но открыт он был раньше. И тут нельзя не вспомнить Корнелия Дреббеля.

Дреббель жил в XVII веке. Мы мало знаем о нём, но, судя по тому, что знаем, это был великий изобретатель и большой учёный. Он создал подводную лодку. Объём лодки ограничен. Брать с собой воздух, состоящий на 3/4 из бесполезного азота, невыгодно. Лучше использовать кислород. И Дреббель, не мудрствуя лукаво, получил его из селитры.

Это произошло в 1673 году, задолго до флогистонной теории, открытия кислорода, работ Лавуазье. Каким образом один человек мог предвосхитить развитие науки на целое столетие? Неизвестно. Подводная лодка была военным изобретением, и всё, что с ней связано, держалось в тайне. Эта тайна раскрыта недавно. Случись по-другому, кто знает, возможно, наука пошла бы иными путями.

А может быть, во всем виновата флогистонная теория? Может, не будь её, кислород стал бы известен гораздо раньше? Вряд ли. Это в геометрии прямая – кратчайшее расстояние между двумя точками. Развитие человеческих знаний идёт сложными путями.

Через много лет опыты Ломоносова с запаянными сосудами повторил Лавуазье. Результат получился тот же. Но сторонники флогистона и не подумали сдаться. Они утверждали, что флогистон, в зависимости от обстоятельств, имеет различный вес. Иногда он ничего не весит, иногда весит «меньше, чем ничего», то есть вес его отрицательный.

Металл окислился и стал тяжелее? Вполне естественно. Из него удалился флогистон с его «антивесом», и металл приобрёл свой истинный вес. Попробуй поспорь…

Лавуазье был человеком осторожным (что, правда, не спасло его от эшафота). Долгие годы он ставил опыты, давал своё, «нефлогистонное», объяснение процессам горения. Короче, всячески «подкапывался» под теорию Шталя. А открыто против неё не выступал. Это значило бы вступить в борьбу со всей официальной химией.

Для такой борьбы мало было владеть правильной теорией. Нужны были бесспорные факты. Выделив кислород в чистом виде, Пристли получил эти факты. Но значения их он не понял. Зато Лавуазье оценил их сразу. Он воспроизвёл опыты в своей лаборатории. Дал чёткую характеристику процесса горения. «Разоблачил» воздух как смесь газов, воду как химическое соединение водорода и кислорода. Объяснил процесс дыхания. Предсказал многие области применения кислорода. Иначе говоря, поставил химию с головы на ноги.

И только после этого ринулся в открытый бой. «На этот раз, – писал химик тех лет, – он входит во все детали теории флогистона, он преследует его по пятам; он, так сказать, схватывается со Шталем врукопашную и не выпускает его до тех пор, пока не опрокинет на землю».

Кислородная теория горения многим показалась убедительной.

Лавуазье поддержали Монж, Лаплас, Кузен – какое созвездие имён! Математик, астроном, физик… и ни одного химика. Все видные химики того времени – Кэвендиш, Бертолле, Маке, Боме – выступили против. И самое поразительное, с особым упорством боролись с кислородной теорией Пристли и Шееле – химики, открывшие кислород!

Борьба была жёстокой и трудной. История сохранила нам день, когда фронт противников Лавуазье был прорван. 6 августа 1785 года на заседании Академии наук Бертолле публично заявил об отказе от старых взглядов. В марте 1789 года, незадолго до начала французской буржуазной революции, вышел капитальный труд Лавуазье «Начальный курс химии». Первый курс химии, из которого был изгнан флогистон. С этого момента кислород, по выражению знаменитого шведского химика Берцелиуса, «сделался осью, вокруг которой вращается вся химия».

ПО МНЕНИЮ ПИНГВИНА

Одной хорошей, толстой книги о кислороде нет. Есть много книг. Но с этим, в конце концов, мы примирились. Хуже другое: в книгах содержатся разные, иной раз прямо противоположные утверждения. Ясно, среди них есть ошибочные. В 1942 году я этого не знал и стал «Химиком № 28». Теперь последствия могли быть серьёзнее – нам предстояло работать с кислородом. (Кстати, недавно, уже в 1963 году, я перечёл литературу по кислороду. Книг стало больше; ошибки, увы, сохранились.)

«Кислород – самый распространённый элемент и на Земле и вообще в природе», – так я писал в своём злополучном школьном сочинении. Так иногда пишут и сейчас.

Надежда Фёдоровна – она знала химию – поставила тут вопрос. А стоило бы два вопроса – по количеству ошибок.

В мире, в котором мы живём, кислород действительно самый распространённый элемент. Земная кора состоит главным образом из глины, песка и других пород, богатых кислородом. Вода (а вода занимает 3/4 земной поверхности) – почти чистый кислород. В воздухе его 23 процента. Растения, животные, сам человек больше чем наполовину «построены» из кислорода.

Всё это так. И однако только на основании нашего опыта нельзя судить о земном шаре и тем более о природе вообще. Иначе возможны всякие неожиданности. Скажем, по мнению пингвина, природа состоит в основном из льда. Между тем верблюд, живущий в Сахаре, искренне убеждён, что самым распространённым «элементом» является песок, тогда как вода встречается на земле чрезвычайно редко…

Очень приятно написать о «своём» элементе, что он самый-самый. Но чего нет, того нет. На Земле (а земной шар, как известно, сплошной и не похож на футбольный мяч) больше всего железа – 67 процентов. Кислород занимает второе место. На Земле по одним данным – 12, по другим – 29 процентов кислорода.

При всём том его запасы огромны. Если бы атмосферный кислород превратился в жидкость, земная поверхность покрылась бы сплошным океаном глубиной больше 2 метров. Мы буквально утонули бы в этом кислороде. А ведь кислород, содержащиеся в атмосфере, – лишь ничтожная часть всего кислородного «хозяйства» Земли.

А в природе, во Вселенной? (Вопрос, кстати, совсем не такой абстрактный, ведь кислород – это жизнь на других мирах.) К сожалению, Вселенная гораздо беднее кислородом, чем наша Земля. Учёные считают, что в природе на 100 молекул водорода приходится 20 молекул гелия и лишь 7 молекул остальных элементов, вместе взятых. Видимо, по распространённости кислород занимает третье-четвёртое место, значительно уступая гелию и особенно водороду. Его содержание измеряется долями процента.

Другое обычное заблуждение связано с окислением и горением. Может ли кислород окисляться? Почему вода не горит? Эти вопросы вошли в химические викторины.

Есть готовые ответы. Кислород окисляться не может, потому что окисление – процесс соединения веществ с кислородом. А вода не горит, ибо сама является продуктом горения, «золой». В одной книге мне встретился «хитрый» опыт: кислород направляют в струю водорода, и получается, что он вроде бы горит. Всё, однако, кончается благополучно. Это шутка. Горит, конечно, водород…

Но кислород – без всяких шуток – окисляется. А вода и лёд при высокой температуре горят. Поэтому горящую нефть, бензин, керосин нельзя тушить водой. Лёд горит ярким белым пламенем, если бросить в него зажжённый термит – смесь порошкообразного алюминия с ржавчиной. Обычно алюминий отнимает кислород у окиси железа. Но, оказавшись среди льда, он отнимает кислород и у него, поскольку лёд тоже окись, только не железа, а водорода. Получается, что лёд сгорает: кислород воды соединяется с алюминием, водород, оставшись в одиночестве, сгорает в атмосферном воздухе.

Ещё нагляднее реакции кислорода и воды с фтором. Кислород чрезвычайно активный окислитель, именно поэтому и думают, что никакой другой элемент не может его окислить. А фтор ещё активнее. В атмосфере фтора кислород сгорает. Образуются OF2 и O2F2. Обратите внимание, кислород стоит на непривычном для него месте, первым. Это значит, что не он окислил металл (как, скажем, в FeO) или водород (H2O), его окислил фтор!

А вода? Она отлично горит во фторе и в веществе, которое называется трифторид хлора. Процесс горения протекает очень бурно, с образованием видимого пламени, с большим выделением тепла.

С фтором и трифторидом хлора химики раньше работали редко. Да и сейчас ими занимаются немногие. Но скоро будет иначе: фтор и его соединения имеют большое будущее. А пока что история с «негорючей» водой является примером того, что наш повседневный опыт – это ещё далеко не истина…

Уступая фтору, кислород тем не менее обладает высокой активностью. Земля устроена так, что достаточно полное представление об этом его качестве мы получаем редко, только во время взрыва.

Между тем рубидий, цезий и барий загораются в воздухе уже при комнатной температуре. Натрий и калий вспыхивают во влажном кислороде. Даже самые «спокойные» металлы (железо, кобальт, никель), если их сильно измельчить, воспламеняются сами собой. Например, железная пыль, рассеянная в воздухе, вдруг, без всяких видимых причин, накаляется добела…

По активности кислород уступает фтору; по распространённости на Земле – железу. Иначе говоря, он занимает два вторых места. Но спортсмен знает, что два вторых места часто важнее одного первого. В данном случае – именно так. Два вторых места сделали кислород важнейшим элементом земной жизни.

Запасы фтора сравнительно невелики, и это нас совсем не беспокоит. Если бы на Земле было мало железа, человеку пришлось бы трудно. Однако он вышел бы из положения, заменив железо сплавом других металлов, синтетическими материалами.

Кислород нельзя заменить.

В истории кораблекрушений отмечены случаи, когда человек жил без пищи (но с водой) около трёх месяцев. Без воды (с сухой пищей) – 6 – 8 дней. Без кислорода смерть наступает через 4 – 6 минут.

Горение веществ в кислороде – главный источник энергии на Земле. Реакции окисления играют решающую роль в промышленности. «Мы не ошибёмся, – отметил академик П. Л. Капица, – если скажем, что 80 процентов всех процессов, имеющих место в технике, основано на применении кислорода».

Не будем, однако, повторять ошибки, о которых говорили. Не стоит представлять себе дело так, словно горение и дыхание возможны только в кислороде.

Горение – то есть «быстро протекающая химическая реакция, сопровождающаяся выделением тепла и света», – может идти и без кислорода. Многие металлы горят в атмосфере хлора. Окись натрия и окись таллия горят в углекислом газе. А фтор окисляет вещества, перед которыми даже кислород бессилен, и горение в нём идёт с ещё большим выделением тепла и света.

Можно представить себе и дыхание без кислорода. На Земле есть так называемые анаэробные бактерии – кислород им не нужен. В принципе допустимы и другие живые существа, которые дышали бы фтором, хлором или углекислым газом.