О кислотах и солях

DjVu

      ГЛАВА I
      КИСЛОТЫ, СОЛИ И ЩЕЛОЧИ
     
      «Гнилой» камень
      Под Ленинградом, на Карельском перешейке, а также в некоторых районах Карело-Финской ССР можно встретить огромные валуны. Это следы работы ледника, некогда, десятки тысяч лет назад, покрывавшего большую часть Европы.
      Одни валуны, разбросанные по лесам и пашням, оголены, другие покрыты плотной шубой мха, третьи поросли кустарниками.
      Есть камни, достигающие размеров скал. На них растут сосны и ели. Под пологом деревьев развиваются кустики черники и брусники.
      Снимем с такого камня мягкий пушистый мох, соскребем слой земли. Обнажив поверхность валуна, мы убедимся, что гранит под мхом превратился в красноватую труху, которая рассыпается под ударом палки.
      Отчего «сгнил» крепчайший гранит — минерал, всегда служивший олицетворением прочности?
      Присмотримся к валуну, который еще не успел зарасти мхом. Мы увидим на поверхности гранита темносерые пятна. Это лишайники — растения, которые отличаются исключительной выносливостью и неприхотливостью. Они могут развиваться и ка вершинах скалистых гор, где не выживает ни одно растение, и на глинистых, затвердевших бесплодных участках пустыни, и в суровом климате Заполярья.
      И вот оказалось, что лишайники способны выделять особые едкие вещества. Попадая в мельчайшие трещинки на поверхности камня, эти вещества постепенно разъедают гранит, превращают его в труху. Ветер наносит на камень песчинки. Они задерживаются в разрыхленном граните. Пройдет еще много лет, на камне появятся мхи, потом прорастут занесенные ветром семена кустарников и даже деревьев. Лишайники, выделяющие едкие вещества, таким образом, как бы подготовили почву для других, высших растений.
      Что за вещества выделяют лишайники? Лишайниковые кислоты. Эти кислоты и разъедают гранит.
      Кислот вообще очень много. Они содержатся в пище, которую мы потребляем; их добывают искусственным путем в лабораториях, на заводах; они образуются в природе.
      С древнейших времен известна людям уксусная кислота. Древние египтяне знали, например, что в этой кислоте можно растворить жемчуг. В течение многих веков уксус был единственной известной людям кислотой.
      Всем знаком вкус лимонной кислоты, — она содержится в плодах лимона.
      Из жиров можно выделить стеариновую кислоту. Она содержится в жирах в соединении с другими ве-ществами.
      Из коровьего масла можно получить масляную кислоту.
      В листьях щавеля много щавелевой кислоты. В валерианке есть валериановая кислота. А кому не доводилось попадать в заросли жгучей крапивы? Крапива обжигает кожу оттого, что в ее волосках содержится муравьиная кислота. Названа она, эта кислота, муравьиной потому, что добыта впервые из жидкости, выделяемой муравьями.
      Среди кислот есть такие, как серная, которая обугливает дерево, и такие, как плавиковая, разъедающая стекло, но не оказывающая никакого воздействия на мягкий парафин. Есть кислоты чрезвычайно ядовитые (синильная), есть целебные (аскорбиновая) и дезинфицирующие (борная). Угольная кислота содержит углерод — основу всего живого. Без серной и азотной кислот не могли бы развиваться многие отрасли промышленности.
      Кислоты очень разнообразны не только по своим свойствам, но и по внешнему виду. Есть среди них густые, как масло (фосфорная), твердые, похожие на куски льда (очень чистая уксусная), в виде белых чешуек (борная) и в виде студня (кремневая).
      Кислоты можно получать из самых разнообразных веществ. Не только сера, азот, углерод, но мышьяк, иод, бром могут давать кислоту.
      Уже из этого перечисления видно, как разнообразны, как не похожи одна на другую кислоты.
      Что же всё-таки общего между кислотами и как их отличить от других веществ? Почему мы объединяем под одним названием прозрачный сок лимона, придающий приятный вкус чаю, и белые кристаллики борной кислоты?
      То, что кисло и едко, то и есть кислота, — ответят многие.
      В таком ответе есть доля истины. Кислотам действительно свойственны кислый вкус и едкость. Но это не значит, что все кислоты кислы на вкус и едки. Есть совсем «безобидные», неедкие кислоты. Есть горькие кислоты, есть кислоты «безвкусные», есть даже кислоты сладкие.
      Именно так — сладкая кислота!
      Сладкий вкус имеет салициловая кислота. Она широко применяется в медицине при лечении суставного ревматизма и как жаропонижающее. Салициловая кислота является также хорошим противогнилостным средством.
      Сложные, получаемые при разложении белков, аминокислоты тоже сладки. Эти кислоты играют весьма важную роль в нашем организме. Когда белки, содержащиеся в пище, попадают в желудок, они сначала разлагаются на аминокислоты. Эти-то кислоты и всасываются стенками кишечника. Потом из аминокислот в организме снова образуются белки.
      Горька на вкус пикриновая кислота. Эта кислота и ее соли являются сильными взрывчатыми веществами.
     
      Кислота и кислород
      Могут всё-таки возразить: какая же это кислота, если она имеет сладкий или горький вкус?
      Дело в том, что общим для всех кислот признаком является не их вкус, а особенность состава.
      Все кислоты имеют общие черты в своем составе. Другими словами, все кислоты имеют некоторые общие составные части.
      Но прежде нужно сказать несколько слов о том, что такое вообще «состав» вещества и «составные части».
      Знаком ли вам медный купорос? Этот синий кристаллический порошок при прокаливании белеет, потом темнеет и превращается, наконец, в темнобурую массу. Из такой массы можно выделить металл — медь. Само собой понятно, что в медном купоросе есть медь. Она и является одной из составных частей купороса.
      Но в медном купоросе содержится не только медь. Если внимательно следить за разложением, можно заметить еще выделение паров воды и какого-то сильно пахнущего газа. Эти вещества также являются составными частями медного купороса.
      Итак, медный купорос — сложное вещество. Сложное потому, что имеет много составных частей, одной из которых является медь.
      Вот эта-то совокупность составных частей и называется составом вещества.
      Можно сказать, что все вещества состоят из других веществ, так же, как слова состоят из букв.
      Бывают слова, содержащие две или одну букву.
      Так и с веществами. Вместе со сложными веществами, имеющими много составных частей (например, медный купорос), встречаются такие вещества, в которых всего одна составная часть, — это так называемые простые вещества.
      Зная составные части вещества, можно объяснить превращение вещества.
      Каждому, наверно, известна широко распространенная игра: из букв одного какого-нибудь слова составить несколько других слов. Например, из слова пароход можно составить слова: род, поход, порода и другие. Этих слов иногда может получиться довольно много, и они будут очень сильно отличаться друг от друга. Тем не менее, их число всё-таки ограничено тем небольшим количеством букв, которые содержатся в исходном слове.
      То же происходит и с веществами. Из составных частей одного вещества, точно так же, как из букв исходного слова, получается несколько очень сильно различающихся друг от друга веществ. Однако все они будут только разными комбинациями составных частей первого вещества. И подобно тому, как нельзя из букв, составляющих слово пароход, составить какое угодно слово (например, велосипед или телефон), так же точно из составных частей медного купороса можно получить медь, но нельзя приготовить какое угодно вещество (например, поваренную соль, сахар, золото). Просто в медном купоросе нет тех составных частей, которые составляют соль, сахар и золото.
      Конечно, нельзя при этом забывать, что буква в слове не меняется. Другое дело — составная часть вещества. Медь, сделавшись составной частью медного купороса, теряет свой обычный вид блестящего, желтоватого металла. Всем известно, что медный купорос представляет собой синие, хорошо растворяющиеся в воде кристаллы. Водород и кислород, входя в состав воды, также не проявляют в ней своих обычных свойств.
      Так можно представить себе состав веществ и их превращения.
      Но оказалось, что точно изучить все составные части вещества, узнать его состав не так уж легко. В тех случаях, когда при разложении вещества его составные части не улетучиваются, дело обстоит просто.
      Но иногда при разложении может выделиться газ. Это вещество очень часто невидимо, очень мало весит, иногда лишено запаха, а главное, не успев образоваться, исчезает в воздухе. Его появление древние ученые могли вообще не заметить, а если иногда и замечали, то не умели газ задержать, собрать и изучить. Как птица, выпущенная из клетки, газ исчезал в воздухе, унося с собой несколько составных частей вещества и вместе с ними тайну его состава.
      Между тем, при разложении веществ газы встречались особенно часто. И пока химики не научились их исследовать, изучение составных частей веществ двигалось очень медленно.
      Поэтому на изучение газов ученые обратили особое внимание. На некоторое время изучение газов стало основной задачей химиков. И скоро удалось обнаружить очень интересные свойства газов.
      Стоит только бросить небольшой кусочек мрамора или мела, скажем, в уксусную кислоту, как начинается бурное кипение и тысячи мельчайших пузырьков поднимаются к поверхности. Объем газа, который выделяется при этом, в 600 раз превосходит объем взятого кусочка мрамора.
      Как из этих твердых веществ образуются газы?
      Настоящего объяснения всем этим явлениям долго не могли найти.
      До середины XVIII века наука ничего не Михаил Васильевич Ломоносов, знала о различных газах. Газ, выделяющийся от действия кислот на мрамор или на металл, газ, образующийся при взрыве пороха, газ, выделяющийся при брожении, — всё это считалось воздухом, который будто бы содержится в мельчайших порах или «теснинах» этих веществ.
      Очень много сделал для изучения газов великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов.
      «Бесполезно тому очи, — писал он, — кто желает видеть внутренность вещи, лишаясь рук к отверстию оного. Бесполезно тому руки, кто к рассмотрению открытых вещей очей не имеет. Химия руками, математика очами физическими по справедливости называться может».
      Так говорил и так поступал М. В. Ломоносов.
      Ломоносов не только наблюдал за превращением веществ, но и повсюду старался произвести точные определения веса, объема и других свойств, то есть применить математику и физику в химии. Так Ломоносов превратил химию в точную науку. Химия вступила в новый период развития, — период точных измерений.
      Больше всего Ломоносов уделял внимание измерению веса тел. Он удивлялся, что до него все, даже очень известные ученые не придавали большого научного значения показанию этого точнейшего физического прибора. Ломоносов твердо ввел весы в обиход химической лаборатории.
      После введения в химию весов продвинулось вперед и изучение газов.
      Изучая с помощью весов различные химические превращения, Ломоносов, в частности, заинтересовался процессом, происходящим при прокаливании металлов. Процесс прокаливания, или обжига, металлов был известен давно. Давно знали, что при сильном нагревании многие металлы теряли свой блеск и ковкость и превращались в серый рассыпчатый порошок — окалину. Что происходит при этом с металлом, теряет ли он какую-нибудь составную часть, или, наоборот, сам соединяется с чем-нибудь, — никто не знал. Только Ломоносов с помощью точных взвешиваний разрешил эту загадку.
      Прежде всего Ломоносов подтвердил опытом уже известный факт, — что вес металла при прокаливании увеличивается. Но дальше возникал вопрос: за счет чего происходит это увеличение веса? Наверное, какое-нибудь вещество при прокаливании присоединилось к металлу. Какое же? Ведь около металла не было других веществ, кроме воздуха. Значит, тут дело именно в нем. Один только воздух, присоединившись к металлу, и мог послужить причиной увеличения веса. Но пока это только догадка. Ее нужно проверить.
      Для этого Ломоносов стал прокаливать металлы в закрытом сосуде, чтобы внешний воздух к нему не поступал. Как он и предполагал, вес сосуда с метал-лом после прокаливания в этом случае не изменился. Ведь если во время прокаливания воздух, находящийся в закрытом сосуде, и соединился с металлом, то общий вес сосуда не должен был меняться, так как наружный воздух попасть к металлу в сосуд не мог, Значит, действительно только один воздух, соединяясь с металлом, увеличивает при прокаливании его вес.
      Подобный же опыт делал и до Ломоносова английский химик Бойль. Однако он допускал одну ошибку: открывал свой сосуд перед взвешиванием. Ученый не принял во внимание, что, открывая сосуд, он впускает в него новую порцию воздуха, взамен того, который соединился с металлом.
      Понятно, что вес сосуда при этом увеличился.
      Так Ломоносов подтвердил свое предположение, что при прокаливании часть воздуха соединяется с металлом, в результате чего и получается окалина.
      Но какая часть воздуха присоединяется к металлу во время прокаливания? И вообще — является ли воздух одним веществом, или смесью разных газов?
      А если это смесь, то какие газы входят в ее состав?
      Эти вопросы были разрешены позднее.
      В 1774 году английский химик Пристли, изучая газы, проделал такой опыт: он поместил в банку, наполненную ртутью,
      немного ртутной окалины. Плотно закрыв банку, Пристли направил на нее свет через сильное зажигательное стекло. Пристли рассчитывал, что при нагревании ртутной окалины из нее начнет выделяться какой-нибудь газ и этот газ, расширяясь, будет вытеснять ртуть из банки.
      Так в действительности и произошло. Выделился новый газ, который обладал удивительными свойствами. Обычная свеча в таком газе горела особенно ярким пламенем. Попробовав вдохнуть этот газ, Пристли обнаружил, что он как-то особенно облегчает дыхание и напоминает свежий воздух гор.
      Однако на этом Пристли и остановился. Он не сделал больше никаких выводов из своего открытия. Он ограничился тем, что предсказал новому газу большое применение в медицине для облегчения дыхания и рекомендовал его тем, кто захочет доставить себе удовольствие подышать свежим горным воздухом, не выходя из своей комнаты.
      Великий французский химик Антуан Лавуазье через несколько лет повторил опыты Пристли. Он рассуждал так: если из ртутной окалины выделяется газ и окалина при этом превращается в металл, то не есть ли этот газ тот самый газ, который содержится в воздухе и соединяется с металлами, превращая их в окалины?
      Многочисленными, тщательными опытами он проверил это предположение. Оно оказалось совершенно верным.
      Так была открыта составная часть воздуха, соединяющаяся с металлами, превращающая их в окалины и увеличивающая их вес.
      Лавуазье назвал эту составную часть воздуха, этот новый газ, кислородом.
      Что служит «кислотвором»?
      Лавуазье назвал новый газ кислородом. Почему он выбрал такое название? Ведь кислород значит: «рождающий кислоты». Но мы пока только видели, что, соединяясь с металлами, кислород дает окалины.
      Однако, изучая действие кислорода на различные другие вещества, Лавуазье заметил, что соединения многих других веществ с кислородом, особенно если они попадают в воду, образуют кислоты. В большинстве случаев это были не похожие на металл вещества: сера, фосфор. Действительно, образующиеся при горении серы и фосфора вещества давали с водой кислоты.
      Основываясь на этих опытах, Лавуазье решил, что кислород и есть именно та составная часть, которая характерна для всех кислот.
      Так была создана кислородная теория кислот. Она имела большое значение для науки и продержалась очень долго. Но потом были добыты факты, которые заставили ученых пересмотреть теорию Лавуазье.
      Если кислород входит в состав каждой кислоты, — рассуждали ученые, взявшие под сомнение теорию Лавуазье, — то в каждой кислоте этот газ можно обнаружить. Но вот в соляной кислоте никак не удавалось открыть присутствие кислорода.
      Соляная кислота была известна Лавуазье. Но, не найдя в ней кислорода, он просто решил, что этот газ в соляной кислоте прочно соединен с другим, неизвестным веществом, названным Лавуазье «мурием». Однако, как ни бились химики, как ни старались, ни кислорода, ни самого «мурия» в соляной кислоте найти не удалось.
      Тогда-то и возникло сомнение в том, что кислород действительно является «кислотвором», то есть обязательно присутствует во всех кислотах.
      Значит, поиски общей составной части всех кислот надо было продолжить.
      Очень скоро обнаружили, что во всех кислотах обязательно присутствует другое важное вещество — водород. Кислород может быть, а может и не быть в кислоте, но водород обязательно должен в ней присутствовать. Он есть и в соляной, и в серной, и в азотной, и в других кислотах.
      Что же представляет собою водород? Если его выделить в чистом виде, то это очень легкий газ. Он в четырнадцать с половиной раз легче воздуха.
      Получил он свое название потому, что содержится в воде и может быть из нее выделен с помощью электрического тока или пропусканием водяного пара через слой раскаленного угля.
      В составе воздуха, которым мы дышим, содержатся лишь ничтожные следы водорода. На земном шаре главная масса водорода находится в соединениях — в связанном состоянии, как говорят ученые. Водород входит в состав воды, нефти, различных природных газов. Водород есть во всех живых организмах.
      Если взять не только наш земной шар, но вселенную в целом, то водород в ней — самый распространенный элемент. В атмосфере солнца, раскаленной до температуры многих тысяч градусов, водорода содержится более восьмидесяти процентов. С помощью спектроскопа удалось обнаружить водород не только в солнечной атмосфере, но и на звездах.
      Водород впервые был добыт искусственным путем в первой половине XVI века известным средневековым ученым Парацельсом. Легчайший газ стали использовать не только в лабораториях ученых, но и в технике. Водород применяется при автогенной сварке металлов, где требуются очень высокие температуры. Его используют в химической промышленности — для производства минеральных удобрений, для превращения жидких жиров в твердые.
      Но какова же роль водорода в кислотах? Прежде всего, всякое ли вещество, содержащее водород, можно назвать кислотой?
      Конечно, не всякое. В спирте около десяти процентов водорода, но он отнюдь не является кислотой. Водород есть в сахаре, в глицерине, а эти вещества, разумеется, тоже не кислоты.
      Всё дело в том, что водород, содержащийся в кислоте, как бы ведет себя по-иному, не так, как в других веществах, хотя водород в кислоте остается тем же водородом. Для того, чтобы разобраться во всем этом, воспользуемся химическими формулами.
      Мы уже говорили о составных частях веществ.
      Но в каком виде входят эти составные части в состав разных тел?
      Все вещества состоят из мельчайших частичек — атомов. Каждой составной части вещества соответствует свой вид атомов. Сколько видов атомов в веществе, столько в нем и составных частей. Кислород имеет одни атомы, водород — другие, медь — третьи и т. д. В сложном веществе все атомы соединены друг с другом в более крупную частичку.
      Одним словом, атомы в веществах, как и составные части веществ, можно сравнить с буквами в словах. Подобно тому, как одна и та же буква может входить в разные слова, — подобно этому одни и те же атомы входят в состав разных веществ.
      Химики условились обозначать каждую составную часть веществ своей буквой. Значит, каждый вид атомов обозначается особой буквой. Если сложное вещество содержит несколько атомов одного и того же вида, то, кроме буквы, обозначающей вид атома, пишут еще и цифру. Так получается своеобразное «химическое слово», выражающее состав вещества. Это и есть химическая формул а.
      Например, водород обозначается латинской буквой Н (первая буква латинского названия водорода — hydrogenium), кислород буквой — О (от слова oxyge-шшп).Так как частички воды, как сложного вещества, состоят из двух атомов водорода и одного атома кислорода, то формула воды будет — Н20.
      Здесь буквы обозначают составные части, а цифры внизу — количества этих составных частей. В воде два атома водорода соединились с одним атомом кислорода.
      Если выделить водород из кислоты, то он будет «вести» себя подобно водороду, выделенному из любого другого вещества. Но в составе кислоты водород «держит себя» по-особениому.
      В чем же особенности «поведения» водорода, содержащегося в кислоте? В том, что водород, входящий в состав кислоты, легко замещается, или вытесняется, металлом. Это важнейшая особенность водорода, содержащегося в кислоте. Это и важнейшая особенность кислот вообще, которую надо хорошо запомнить.
      Теперь кислотами и называют вещества, в составе которых находится водород, способный замещаться металлом. Кроме того, кислоты действуют на некоторые растительные краски, изменяя их цвет. Так, например, раствор особой растительной краски — лакмуса, имеющего фиолетовый цвет, под действием кислоты становится красным.
      Это свойство кислот также является отличительной их особенностью.
     
      Кислота и соль
      Что же получится в результате вытеснения водорода кислоты металлом?
      Возьмем банку с раствором хорошо известной нам серной кислоты. Опустим в кислоту кусок металла, скажем, цинка. Мы сразу заметим, что цинк покрывается мелкими пузырьками газа. Газ этот — водород.
      Если оставить цинк водород в серной кислоте надолго, то металл совсем растворится.
      Серная кислота содержит кроме кислорода и водорода обязательно серу (сера обозначается буквой S).
      Формула серной кислоты:
      H2S04.
      Из этой формулы видно, что в серной кислоте, как и в воде, — два атома водорода. Но, кроме того, в серной кислоте содержится еще четыре атома кислорода и один атом серы.
      Когда мы опускаем кусочек цинка в серную кислоту, цинк встает на место водорода, а водород улетает в виде газа. Цинк обозначают — Zn. Формула образовавшегося вещества и будет:
      ZnS04.
      Это новое образовавшееся вещество носит название соли.
      Водород в серной кислоте можно заменить и другими металлами. При этом также всегда получится соль соответствующего металла и серной кислоты.
      Но с помощью металла можно вытеснить водород и из любой другой кислоты и получить любую другую соль.
      Итак, соль тесно связана с кислотой. Это вещество, в котором водород кислоты заменен, вытеснен металлом.
      Все металлы — золото, серебро, железо, медь, олово, свинец, алюминий, платина, никель, марганец, молибден, натрий, калий и другие — могут замещать водород в кислотах и давать соли. Не забудем, что кислот очень много. И каждая кислота с каждым металлом может дать соль. К этому еще надо добавить, что встречаются соли, в которых содержится не один, а несколько металлов. Есть также соли, образованные несколькими кислотами. Поэтому мир солей буквально беспределен.
      Подобно тому, как не всякая кислота кисла на вкус, не всякая соль солена. Чисто соленой является только поваренная соль, которую мы употребляем в пищу. Другие соли имеют также обязательно какой-нибудь привкус. Есть горькие, кислые соли, есть соли горько-соленые и кисло-горькие. Встречаются соли с вяжущим вкусом, сладкие соли.
      Много веков тому назад, когда еще не знали свойств и превращений солей, главным свойством соли считали ее способность растворяться в воде и вновь выпадать из воды при выпаривании. Древний римский ученый Плиний писал, что «всякая стоячая вода, которая, впрочем, мелка и не глубже, как по колено, от летнего солнечного жару становится солью». Он не знал, что просто, под влиянием теплых солнечных лучей, вода испаряется и остается соль. Другие даже предлагали называть солью всякое вещество, которое может растворяться в воде. Так как сахар тоже растворяется в воде, то, встав на такую точку зрения, пришлось бы и сахар называть солью!
      Соль — это сложное вещество, которое образуется в результате замещения водорода кислоты металлом.
      Мы уже видели, что кислотный остаток после этой реакции замещения остается нетронутым. Этот кислотный остаток характерен и для кислоты и для соли. Металл занял место водорода — кислота преобразовалась в соль.
      Но соль можно получить и другим путем: не прямо замещать водород в кислоте металлом, а уничтожать едкость кислоты столь же едким веществом — щелочью.
     
      Ошибка молодого химика
      Щелочи, так же как и кислоты, известны каждому. Это мылкие на ощупь вещества, сильно разъедающие кожу и употребляемые иногда для прижигания. Например, при укусах змей и бешеных животных щелочью можно обезвредить рану. «Щелок», получаемый обычно кипячением золы, содержит щелочь и употребляется для стирки. Наконец, мыло приготовляется также с помощью жиров и щелочей.
      Но в мыле едкость щелочи уже не проявляется, и мы спокойно можем мылить руки, не боясь ожогов. Вместе с тем, можно легко обжечься, если взять голыми руками кусочек чистой щелочи. Чистой щелочью нередко пользуются в лабораториях для мытья посуды.
      Один неопытный молодой лаборант, промывая посуду после опытов, решил воспользоваться щелочью. Но грязь слишком сильно пристала к стенкам посуды, и он решил воспользоваться еще и кислотою. Не вылив щелочь, он добавил в сосуд кислоты, рассчитывая усилить едкость состава.
      Однако лаборант просчитался. Едкость состава совсем исчезла, и отмыть посуду ему не удалось.
      В чем была ошибка начинающего химика?
      Сначала выясним, что такое щелочь.
      Как уже сказано, щелочь употребляется для производства мыла.
      Жизнь современного человека немыслима без употребления мыла.
      Мыло приготовляют из жиров — растительных или животных. Один из способов получения мыла состоит в том, что в открытый котел загружают расплавленную жировую массу, а затем прибавляют в нее постепенно щелочь.
      Едкий натр получился из соды. Соду тоже иногда называют щелочью. Она действительно тоже обладает едкими свойствами.
      Обычный едкий натр в чистом виде представляет собой куски белого твердого вещества. На пальцах это вещество производит ощущение мылкости и, если долго соприкасается с кожей, оставляет ожоги.
      Каков же состав щелочи? Долгое время щелочи
      считали простыми веществами и думали, что их нельзя разложить на составные части.
      И верно, все обычные средства разложения — накаливание на огне, нагревание с углем — совершенно не действовали на щелочи.
      Состав щелочи удалось установить лишь после того, как применили новый, особенно сильный способ разложения веществ — воздействие электрическим током.
      В начале прошлого столетия было обнаружено, что электрический ток можно получать не только с помощью трения в специальной машине, но и путем химической реакции.
      Если взять две пластинки из разных металлов, скажем, из цинка и меди, и проложить между ними прослойку, смоченную кислотою, то между пластинками можно обнаружить ток:
      Но ток этот очень слаб, и его нужно как-то усилить. Для этого можно взять не одну пару, а много пластинок — сто, двести, тысячу. Тогда ток усилится, и на концах сближенных проводов можно будет получить даже искру и яркий свет.
      Впервые электрический ток с помощью химической реакции удалось получить итальянским ученым Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта.
      Большую электрическую батарею построил в 1802 году наш русский ученый — Владимир Васильевич Петров. Батарея Петрова содержала 4200 медных и цинковых кружков. Если все эти кружки положить один на другой, то получился бы столб высотой с трехэтажный дом. Петров называл свою батарею «наипаче большой».
      Батарея позволила Петрову проделать массу интересных и важных для науки опытов.
      В 1807 году английский ученый Г. Дэви, продолжая опыты, начатые Петровым, попытался применить электрический ток для разложения щелочи. Он положил кусочек обычной щелочи на платиновую пластинку, соединенную проводом с батареей. Потом он взял другой провод, соединенный с батареей, и приложил его к поверхности кусочка едкой щелочи. О том, что наблюдалось при этом, Дэви сам рассказывает так:
      «На верхней поверхности наблюдалось усиленное кипение, на нижней, или отрицательной, поверхности не замечалось выделения газа, но появились небольшие шарики с ярким металлическим блеском, с виду в высшей степени похожие на ртуть. Некоторые из них сейчас же сгорали со взрывом и ярким пламенем, другие же оставались, только поверхность их тускнела и, наконец, покрывалась белой пленкой».
      Совершенно ясно, что в результате воздействия тока на щелочь образовался какой-то металл. Но свойства этого металла, внешне напоминавшего ртуть, были весьма удивительными.
      Прежде всего, металл этот был очень легким, настолько легким, что плавал на воде. И не просто плавал, — с металлом происходили странные превращения.
      Сначала он медленно двигался по поверхности воды. Затем движения его убыстрялись, и он начинал буквально метаться из стороны в сторону, издавая шипенье и испуская пар. И, наконец, с легким хлопком последний кусочек металла исчезал с яркой желтой вспышкой.
      Но изменились ли теперь свойства воды, в которой исчез кусочек этого металла? Да, изменились. Она стала мылкой и приобрела все свойства настоящей щелочи.
      Петров в своей лаборатории.
      Значит, при взаимодействии полученного металла с водою образовалась щелочь — едкий натр. Металл, содержащийся в едком натре, который так странно ведет себя в воде, и назвали натрием.
      Химический символ натрия — Na. Соединяясь с водою, он выделяет водород и образует щелочь.
      Вода имеет формулу Н2О, или:
      Можно очень легко представить, как на место одного атома водорода в воде помещается натрий:
      Значит, формула щелочи едкого натра — NaOH.
      Но кроме едкого натра есть и другие щелочи. Щелочью называют и известь. В извести содержится другой металл, очень похожий на натрий — такой же легкий, мягкий. Это кальций.
      Итак, мы узнали состав щелочей. Они содержат металл, обязательно похожий по свойствам на натрий или кальций, водород и кислород.
      Вернемся теперь к молодому лаборанту, совершившему промах при мытье посуды.
      Он думал, что едкие свойства, присущие кислоте и щелочи в отдельности, усиливаются, если соединить эти вещества. Получается же наоборот — не более едкая смесь, а более слабая. А иногда, при определенных соотношениях кислоты и щелочи, их свойства вообще исчезают. Щелочь «съедает» кислоту, но и сама перестает быть щелочью, теряет свои свойства. Образуется новое вещество, которое не обладает ни свойствами кислоты, ни свойствами щелочи. Это новое вещество — уже известная нам соль. Кроме соли при взаимодействии щелочи и кислоты образуется вода.
      Итак,
      КИСЛОТА + ЩЕЛОЧЬ ВОДА + СОЛЬ
      Значит, соль образуется не только при действии металла на кислоты, но и при действии щелочи на кислоты. Только там выделяется водород, а тут образуется вода.
      Образующиеся соли не обладают резко выраженными свойствами кислот и щелочей (например, их едкостью).
      Возьмем для примера одну из кислот — скажем, соляную. Ее формула — НС1. В ней содержится водород и особое вещество хлор (кислорода, как мы знаем, в этой кислоте нет).
      При взаимодействии со щелочью (едким натром) образуется вода и соль — обычная поваренная. Что при этом происходит? Водород в кислоте и натрий (металл) в щелочи меняются местами:
      Значит, и здесь водород также вытеснился металлом. Но при этом водород не выделился в виде газа, а перешел в состав воды. В этом вся и разница.
      Это взаимодействие кислоты и щелочи с образованием соли и воды называется нейтрализацией.
      Теперь становится понятным, почему мы рассказываем в одной книге о таких разнородных, а порой прямо противоположных веществах, как кислоты, соли, щелочи. Объединяет эти вещества возможность взаимных переходов между ними. Они все находятся как бы в химическом родстве.
      Если вы захотите получать в лаборатории кислоты, вам придется начать дело с соли. Например, чтобы выделить серную кислоту, надо нагреть ее соль — железный купорос. А для того, чтобы из какой-нибудь кислоты получить снова ее соль, нужно эту кислоту нейтрализовать, то есть использовать щелочь.
      То же самое происходит и на заводах, где вырабатываются удобрения, соду, мыло, даже стекло. Там постепенно приходится иметь дело с кислотами, солями, щелочами.
      Кислоты, щелочи, соли играют огромную роль в нашей жизни.
      Кислоты идут для производства минеральных удобрений, без которых нельзя добиться высоких урожаев фруктов.
      Большое значение имеют кислоты, например, при производстве красителей.