КРЕМЕНЬ

 

 

К ТАЙНЕ ОЗЕРА СВЕТЛОГО

Серебристые облака. Порфирины биокатализаторы

 

 

 

Целесообразно рассказать сразу о "серебристых" облаках, которые более ста лет занимают умы ученых, и о порфиринах - виновниках этих уникальных образований в верхних слоя атмосферы. Они имеют отношение к разгадке феномена кремня, поскольку вода, если вспомнить упомянутую выше рабочую гипотезу ее появления на Земле, кометы и "серебристые" облака обязаны своему зарождению одним и тем же центрам кристаллизации веществ, т.е. матрицам порфириновых систем - вечным странникам Вселенной.

 

О том, что сильные бури и тайфуны могут поднять с земли насекомых или даже животных и перенести их на значительные расстояния, было известно давно. Дожди из улиток, гусениц или иных живых Существ вызывали подчас суеверный страх.

 

Совершенно очевидно, что сильные порывы ветра способны Поднять частицы пыли, а вместе с ними и клетки микроорганизмов На очень большую высоту. Но могут ли микроскопические живые существа "оторваться" от Земли и быть вынесенными в космическое Пространство? Могут ли земные организмы существовать там? Отдельные ученые допускают, что для того, чтобы вынести мельчайшие живые существа за пределы земного притяжения и обеспечить Им перемещение в космосе, вполне достаточно давления света. Однако такое предположение маловероятно. Размеры и вес клеток микробов хотя и невелики, но все же превышают вес частиц, перемещаемых светом в космическом пространстве. Следовательно, самопроизвольный экспорт земных форм жизни нереален. ' А если вспомнить, что все живое оставляет после себя частицы с генетической памятью в виде тех же порфириновых систем (четыре пиррольных кольца), которые приспособлены к экстремальным условиям окружающей среды и при этом могут являться центрами кристаллизации, то все станет на свои места.

 

Большое влияние на развитие наших представлений о внеземной жизни и разработку методов ее обнаружения оказали два направления в современной науке. Одно из них - космохимия, благодаря которой установлено, что во Вселенной легко могут быть обнаружены одни и те же химические элементы и идентичные радикалы. Кроме того, в метеоритах, именно в углистых хондритах, обнаружены самые различные органические вещества: аминокислоты, углеводы, углеводороды, пуриновые и пиримидиновые основания, продукты окисления хлорофилла и т.п.

 

Экзобиология как самостоятельная дисциплина возникла недавно. Ее рождение подготовили успехи астрономии, математики, физики, химии, механики и техники, обеспечившие реальное изучение космоса.

 

Спор ученых о природе "серебристых" облаков тянулся десятилетиями. Число гипотез росло, а истина оставалась недосягаемой. Только ракеты дали достоверные сведения об их происхождении. Первый успех принадлежит советским исследователям. Они обнаружили, что "серебристые" облака - довольно плотные образования, примерно в тысячу раз плотнее окружающих слоев воздуха, находящегося приблизительно на высоте 100 км от поверхности Земли. Результаты советских физиков подтвердили американские и шведские ученые. В вертикальном столбе оказалось 80 миллиардов частиц вещества. Разгадана, наконец, и природа этих частиц - облако состоит из мельчайших космических пылинок диаметром от 0,2 до 0,5 мкм. Химический анализ показал, что среди них довольно много частичек железа с большой примесью никеля. Однако самое удивительное заключалось в том, что каждая пылинка покрыта, как тончайшей броней, прозрачной корочкой льда. Частицы на высоте около ста километров становятся своеобразными ядрами, вокруг которых конденсируются рассеянные в верхних слоях атмосферы пары "земной" воды.

 

Так, благодаря соединению земного вещества с космическим, полагают ученые, и рождаются "серебристые" облака - одно из интереснейших образований в атмосфере нашей планеты.

 

Во Вселенной нет уголка, где бы не наблюдалось бурного перемещения атомов, образования различных соединений, распада наименее устойчивых из них, наконец, рассеивания атомов отдельных элементов. А коль скоро известно, что под влиянием быстрых протонов и нейтронов из газовой смеси и воды синтезируются органические вещества, то без биокатализаторов (биометок-матриц порфириновых систем) такие явления не могли бы происходить. По-ви- димому, облучение космическими лучами сыграло в этом случае особую роль.

 

Ученые Института геохимии и аналитической химии Академии наук СССР на основе геохронологического излучения Земли выдвинули гипотезу от том, что 3,5 миллиарда лет назад из состава земной коры начинают исчезать осадки, представленные карбонатами, углесодержащими сланцами. Это лишний раз свидетельствует о том, что жизнь на Земле в ранний период ее существования отсутствовала.

 

В 1964 году в печати появилось сообщение советских ученых М.Вольпина и В.Шура о том, что с помощью циглеровских катализаторов восстановлен молекулярный азот до аммиака. Химики были удивлены, ибо знали, что реакции полимеризации хуже идут в атмосфере азота, чем в аргоне. По-видимому, этим и обусловлено, что никто раньше не пытался работать с азотом и металлокомплексами в данном направлении.

 

Поистине азоту не везло. Сначала его трижды пытались открыть. В 1772 году Г.Кавендиш, пропуская через раскаленный уголь воздух, обнаружил в нем какой-то новый неизвестный газ. Потом то же самое сделал Дж.Пристли, удушив мышь воздухом, лишенным кислорода. Наконец, химик Д. Резерфорд опубликовал диссертацию "О фиксируемом воздухе, называемом иначе удушливым", где впервые описал химические свойства нового газа. С тех пор азот и числится официально открытым.

 

Затем начались сложности с его наименованием. Г.Кавендиш назвал его вредным воздухом, К.Шееле - испорченным, Дж.Пристлифлогистированным, А.Лавуазье - удушливым атмосферным газом. И такая путаница продолжалась до 1787 года, когда была принята химическая номенклатура, по которой азот и стал азотом.

 

Но неразбериха на этом не закончилась. Члены номенклатурной комиссии, в частности А.Лавуазье, предложили новое название от греческого слова "зоэ" - жизнь, прибавив к нему отрицательную частицу "а". Таким образом, по их толкованию азот - значит безжизненный газ, каковым он вроде и является. Однако очень скоро выяснили, что само слово "азот" известно еще с древности и уж несомненно его знали алхимики средневековья, только обозначали им не конкретный газ, а некую абстрактную "первичную материю металлов", "философский меркурий". Поскольку этот меркурий считался началом и концом всего на свете, то, следуя традиции Апокалипсиса, в котором суть человека обозначается как "альфа и омега, начало и конец, первый и последний", и вместе с тем учитывая, что по евангельским преданиям на кресте, где распят Христос, надпись сделана на трех священных языках - латинском, греческом и древнееврейском, - решили обозначить меркурий первыми и последними буквами всех трех алфавитов. Сложенные вместе три первые буквы - "а", "альфа", "апеф" и три последние - "зет", "омега", "тов" - и дали слово "азот".

 

Итак, члены номенклатурной комиссии, которые по меньшей мере неудачно обосновали в общем-то неплохое название, вынуждены были по-другому назвать столь распространенный в природе газ, чем еще больше запутали всех химиков. В результате научной дискуссии, продолжавшейся около ста лет, в разных странах прижились разные названия: в Германии - штикштоф (удушливое вещество), в Англии - нитроген, во Франции и России - азот, хотя было принято международное название - нитрогениум.

 

Для азота скорее подошло бы название "полный противоречий" в этом убеждает вся его история. В самом деле, азот - безжизненный, азот - вредный, в нем живое гибнет и вместе с тем азот - основа жизни, он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Противоречия начались как только стала известна исключительно важная роль азотосодержащих соединений в нашей жизни. Следующий этап открылся многочисленными попытками связать атмосферный азот. Это оказалось нелегко и далось ценой чуть ли не столетних усилий.

 

Вначале связать его было просто невозможно. Азот представлялся химически неприкосновенным элементом, он не желал вступать ни в какие реакции. Все известные химические ухищрения оставляли его равнодушным. Химикам было тем более досадно, так как выяснилось, что самый неприступный азот очень легко связывается бактериями, находящимися в клубеньках бобовых растений, и микроорганизмами, свободно живущими в почве. Именно таким незаметным способом - без температуры и давления - вовлекается нежизненный азот в великий цикл жизни.

 

Когда в середине прошлого века ученые установили, что азот необходим для роста сельскохозяйственных растений, стало ясно, что человечество стоит перед дилеммой: найти способ создавать азотные удобрения или готовиться к истощению почвы. Сначала "азотная проблема" не показалась страшной, поскольку незадолго перед этим на севере Чили, в пустыне Атакама, были открыты мощные запасы селитры. Но положение все равно оставалось зыбким.

 

Наука время от времени очерчивает границы невозможного; правда, она же и штурмует их, но происходит это в разное время. Чем больше ученые накапливали фактов о невозможности вовлечь азот в химическую реакцию при нормальных условиях, тем дальше они отходили от истины. Впрочем, надо признать, что до 1951 года эта истина и не могла быть известна ученым. Еще не произоше/t тот случай, который высветил бы ее.

 

Читая материал об открытии порфиринов, я переживал вновь и вновь ситуацию, сложившуюся вокруг открытия феномена кремня, которое, уверен, ученые смогут понять и оценить по достоинству.

 

То, что произошло в один из дней 1951 года, вначале не имело никакого отношения к азоту. Двое англичан - химик Паусон и его студент Кили - пытались, исходя из известных положений, получить сдвоенный органический радикал. Это казалось вполне возможным. В результате синтеза должны были образоваться два пяти- членных кольца, соединенных химической связью. Когда закончился синтез, в сосуде оказались оранжевые кристаллы необычного вида и состава, содержащие железо. По идее, его там не должно быть, поскольку оно вводилось в реакцию в качестве катализатора. Данные анализа позволили написать формулу вещества, составной частью которой является железо. Связь между железом и углеродом несильная, а новое вещество выдерживает нагревание до 470°С, действие кислот и щелочей. Когда же удивленные химики не обнаружили в поведении нового соединения и намека на существование • кольцах двойных связей, стало очевидно, что формула неверна.

 

В 1952 году с помощью рентгенографических исследований было установлено, что открыто не просто новое вещество, а новый класс веществ; их назвали Сандвичевыми. Это комплексные металлорганические соединения, в которых атом металла, в данном случае железа, как бы зажат между двумя органическими молекулами.

 

Работы по исследованию новых соединений хлынули как из рога изобилия. Еще бы: новый класс веществ по форме и содержанию отличался от известных, он обладал высокой прочностью, наблюдались удивительные превращения. Соединения обладали замечательной активностью, мгновенно вступали в химические взаимодействия многие органические молекулы, не склонные к реакциям. Так, на их основе были созданы превосходные катализаторы для реакций окисления, гидрирования, полимеризации.

 

Объясняется это гам, что соединения переходных металлов, занимающих середину больших периодов таблицы Менделеева, легко образуют комплексы с непредельными соединениями, имеющими двойную или тройную связь. Таким образом, при этом электрон металла вовлекается ма электронную орбиту непредельного соединения, а электроны непредельной молекулы переходят на свободную орбиту металла. В результате такого электронного взаимодействия кратная связь активируется и непредельное соединение оказывается достаточно подогретым, чтобы вступить в реакции, ранее считавшиеся неосуществимыми.

 

Примерно в 1962 году сотруднику Института элементоорганиче- ских соединений АН СССР Марку Ефимовичу Вольпину пришла на ум заманчивая идея: если соединения переходных металлов так легко разрыхляют кратные связи в непредельных молекулах, то не могут ли они сделать то же самое и с азотом, ведь в его молекуле тройная связь?

Эта идея не принадлежала к числу гениальных. Без эксперимента она не представляла ценности. В одном М.Е.Вольпину повезло: он нашел себе соратника. Неудача следовала за неудачей. В течение почти двух лет все попытки разрыхлить связь в молекуле азота ничего не давали. Случались, правда, обнадеживающие опыты, но они, увы, не воспроизводились.

 

Наконец, в 1964 году настал день, когда в реакционном сосуде оказалось соединение, содержащее связанный азот. Опыт удалось повторить неоднократно. Тогда лишь стало ясно, что идея была замечательной. Неприступный атмосферный азот при комнатной температуре легко реагировал с соединениями титана, хрома, молибдена, вольфрама, давая продукты восстановления. А когда на них действовали водой, выделялся аммиак - тот самый аммиак, который производили бактерии, вожделенный аммиак, с которого начинается вся азотная промышленность.

 

После этого все решили, что уже не за горами тот день, когда во всем мире появятся заводы, где атмосферный азот будет вовлекаться в процесс органического и неорганического синтеза, причем в нормальных условиях, не осложненных давлением и температурой.

 

Вскоре после появления в печати работ М.Е.Вольпина и В.Шура советскому ученому А.Е.Шилову с коллегами удалось получить комплексы из газообразного азота. Процесс азотофиксации идет в несколько стадий. Сначала металл, связанный с органическими группами, восстанавливается до низковалентного состояния. Затем он готов соединиться с азотом, обменявшись с ним частью электронов. Следующий этап - внедрение в связь между атомами азота электронов сильного восстановителя - поставщика электронов (металлы, гидриды, порфирины, электрический ток).

 

В заключение следует подчеркнуть, что данная книга задумана не как учебник, раскрывающий феномен кремня (учебники пусть пишут узкоспециализированные ученые, занимающиеся преподавательской деятельностью), а как работа, призывающая беречь наше национальное достояние и разумно, с максимальной пользой, его применять.

 

В данной публикации помещена маленькая толика того, что необходимо сказать о феномене кремня, случайно открытом, но не случайно пропагандируемом уже в течение полутора десятков лет. А пропаганда эта была чревата для первооткрывателя множеством неприятностей, обусловленных сложившимся у,нас в стране отношением к новшествам в длительный период застоя, когда уже начиналось охаивание всего произведенного гением и руками граждан собственного государства. Не хотелось, чтобы кремень был вывезен кем-то с н^шей территории подобно тому, как во время оккупации Украины немцами в Германию отправлялись эшелоны с черноземом, созданным природой в течение миллионов лет. Кстати, года два назад немецкая делегация, побывавшая в Минске, охотно выслушала сообщение сотрудников Министерства строительных материалов о кремне и пожелала его купить "на корню", естественно, по цене гравия или щебня.

 

Хочется предупредить всех, что кремень специально добывать просто кощунственно. Этот продукт сопутствует крупномасштабной  мела, песка, гравия и некоторых карбонатных пород как сырье. Лет 35-40 назад, когда в городе Пропойске перерабатывали кремень в порошок и увозили для производства фаянса и шлифпорошков, его не использовали, а свозили в отвалы, из которых его можно брать без ущерба для окружающей среды и применять с большой пользой для людей.

 

 

К содержанию книги: Камень кремень

 



 Смотрите также:

 

 Применение кремня...  Крымский кремень  как добывали кремень  Кремень. Магические и лечебные свойства камней и минералов