Book: Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша



Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Ларс Орстрём

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Lars Öhrström

The Last Alchemist in Paris and other curious tales from chemistry


© Lars Öhrström, 2013

© Постникова О., перевод на русский язык, 2021

© Издание на русском языке. ООО «Издательская Группа «Азбука-Аттикус», 2021

КоЛибри®

Предисловие

Таблица Менделеева и код да Винчи

Если вам хочется действия, можете начать сразу с главы 1. Если же вам требуется краткое введение в Периодическую таблицу элементов и управление электронами, а также некоторое представление о том, что мог бы сотворить из этого Дэн Браун, начните с предисловия.

Периодическая система элементов часто пугает студентов. Вы можете испытывать трудности со спряжением неправильных французских глаголов, можете путать последовательность пребывания Эдуардов, Ричардов и Генрихов на английском престоле, но вам все равно будет казаться, что 114 элементов таблицы Менделеева, их обозначения и место, которое они занимают в маленьких ячейках этой совершенно несимметричной таблицы, представляют собой совершенно иной уровень сложности.

Для людей посвященных и для страстных любителей химии Периодическая система элементов – это источник бесконечного очарования, а для начинающих лаборантов, которые заучивают ее наизусть, – боевое крещение. Для всех остальных это лишь карта химического ландшафта, по которому все мы бродим, хотя связь между ней и нашей реальностью порой бывает довольно туманной. Истории, рассказанные в этой книге, помогут вам установить связь между картой и реальной жизнью: это истории о приключениях, успехах и неудачах обычных и необычных людей со всего света, которые намеренно встречались или случайно сталкивались с различными химическими элементами.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 1. Периодическая таблица 2012 года по версии ИЮПАК (Международного союза специалистов по теоретической и прикладной химии)[1]. Это расширенная версия, в которой элементы La – Yb и Ac – No находятся на своих местах, а не вынесены в отдельные строки под остальными элементами.


Однако для начала я должен дать вам краткое руководство по географии и карте элементов. На рисунке 1 вы видите Периодическую таблицу в версии 2012 года, в так называемой «длиннопериодной» форме, в которой более тяжелые элементы, такие как уран (U) и гадолиний (Gd), находятся на своих местах, подобно тому как Оркнейские и Шетландские острова занимают на карте точное положение относительно основной территории Великобритании, а не сдвинуты в область нефтяных месторождений к востоку от Абердина и Данди. Или как Аляска и Гавайи, изображенные в той же координатной сетке, что и материковая часть США, а не нарисованные приблизительно к югу от Калифорнии и к западу от Техаса.

Чтобы вы поняли, почему мы изображаем таблицу именно так, позвольте мне пригласить вас на воображаемое сафари в заповеднике, где лениво пасутся только два вида зебр: в черную полоску и в белую полоску. Здесь лишь один источник воды, поэтому всем зебрам приходится ходить к нему хотя бы раз в день. Проблема в том, что эти зебры очень агрессивны. Зебра в белую полоску может вытерпеть всего одну зебру в черную полоску, и наоборот; если зебр будет больше, это закончится ужасной дракой.

Если зебр всего две, по одной каждого вида, проблем не возникнет. Животные будут лениво пастись, по возможности стараясь избегать друг друга, и сформируют круг выщипанной травы с водопоем в центре. Если мы хотим, чтобы зебр было больше (а скорее всего, так и есть – ведь это прекрасные животные), нам придется как-то управлять их передвижением, чтобы избежать драк, и мы решим разгородить саванну на участки, напоминающие куски пирога. Однако администрация заповедника разрешит нам сделать это лишь тремя способами: так, чтобы в каждой совокупности загонов находились шесть, десять и 14 зебр (см. рисунок 2).

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 2. Загоны с зебрами, которые позволяют разделить их по типам, при этом у всех есть доступ к водопою в центре.


Поведение электронов немного напоминает поведение зебр: их притягивает положительно заряженное ядро, но при этом они любой ценой избегают друг друга, поскольку одноименные заряды отталкиваются. Они могут терпеть одного соседа, и то лишь в том случае, если у того противоположный спин[2] – это свойство связано со всем знакомым явлением магнетизма, но его тем не менее трудно точно определить. Существуют электроны с разными видами спина, но отличить их друг от друга так же сложно, как и решить, какая перед вами зебра: в черную полоску или все же в белую. Природа разделяет электроны, держа в каждой совокупности «загонов» по два, шесть, десять или 14 электронов. Теперь вам остается представить «загоны» в виде трехмерных участков пространства вокруг ядра. Мы называем эти участки орбиталями и используем для их обозначения буквы s, p, d и f.

Когда мы добавляем к ядрам протоны, чтобы создать более тяжелые элементы, мы также добавляем электроны, которые должны оказаться в секторе s, p, d или f, и, начав заполнять «загон», мы будем продолжать это делать до тех пор, пока он не будет полон. Вопрос в том, в какой степени и последовательности их заполняют. Давайте запишем числа на листе бумаги в стиле Дэна Брауна – так, чтобы они образовали паттерн, как на рисунке 3.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 3. Ищем закономерность разделения электронов: каждый «загон», или тип орбиталей, может принять не больше двух, шести, десяти или 14 электронов. Линия, пересекающая числа справа, отмечает путь через таблицу Менделеева.



Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 4. Периодическая таблица в виде четырех «континентов», соответствующих элементам, для которых на последних заполняемых типах орбиталей могут максимально разместиться два, шесть, десять или 14 электронов. Мы называем их s-, p-, d- и f- элементами соответственно.


Затем мы чертим диагональную зигзагообразную линию через эти числа, и она ведет нас через Периодическую таблицу в порядке увеличения зарядового числа: H, He, Li, Be, B и так далее. Если по мере продвижения мы будем заменять символ каждого элемента максимальным числом электронов в тех типах орбиталей, которые мы заполняем, то получим картину, изображенную на рисунке 4. Надеюсь, теперь стало совершенно очевидно, что географию Периодической таблицы можно приблизительно описать как четыре «континента», характеризующиеся соответственно двумя, шестью, десятью или 14 электронами в последнем заполняемом загоне, – или, как мы предпочитаем их называть, s-, p-, d- и f– элементы.

Это упражнение в нумерологии не интересовало бы химиков, если бы полученная в результате карта не помогала им маневрировать среди атомов и молекул в реальном мире; однако именно это она и делает[3]. Умение различать элементы по типу последней заполненной орбитали – s, p, d или – полезно и служит первым шагом к пониманию природы химических веществ.

Время от времени химики перестраивают Периодическую таблицу, отображая ее в форме спирали, трехмерных конструкций, кругов или цилиндров. Ценители Периодической таблицы утверждают, что существует по крайней мере 700 ее версий[4], и некоторые из них подробно и детально подчеркивают различные отношения между элементами, не являющиеся очевидными в стандартной версии. Другие, однако, пытаются найти основополагающие принципы и смыслы в том, что в конце концов представляет собой всего лишь удобный способ изобразить большой объем собранных данных[5].

Можно было бы вообразить, как главный персонаж книг Дэна Брауна, героический профессор символистики Роберт Лэнгдон[6] несется по страницам романа в поисках «истинного» изображения Периодической таблицы – той штуки, которая, если ее обнаружить, приведет к тому, что мир «исчезнет и будет заменен чем-то еще более странным и необъяснимым»[7]. А может быть, ответ на главный вопрос Жизни, Вселенной и Всего Такого в книге «Автостопом по галактике» – не 42[8], а молибден?

1

Мистер Кхама придет к обеду[9]

Если вы знакомы с Периодической таблицей, то, наверное, ожидали, что в главе 1 будет рассказываться о водороде – легчайшем химическом элементе с зарядовым числом 1, который состоит из ядра всего с одним протоном с зарядом плюс один и одного вращающегося вокруг ядра отрицательно заряженного электрона. Однако эта книга следует собственной логике, и вместо водорода мы начнем с элемента, который когда-то считался самым тяжелым во Вселенной. Его зарядовое число 92.

Температура приближается к +38 °C, впереди прямой линией стелется ведущее на северо-восток шоссе, связывающее столицу Ботсваны, Габороне, с Франсистауном. Сейчас самый разгар сезона жары, и здесь, у самой кромки пустыни Калахари, пейзаж по идее должен иметь желтоватый оттенок, но вместо этого все буйно зеленеет после дождей. Мы останавливаемся и видим сотни одинаковых бабочек, собравшихся в маленьком озерце грязи; вернувшись на хорошо заасфальтированную, гладкую дорогу, мы бдительно следим за тем, чтобы избежать столкновения с время от времени встречающимися коровами, козами или ослами, которые наслаждаются зеленой травой, растущей на обочинах.

У большой угольной шахты и электростанции в Палапье мы сворачиваем с главной дороги налево и еще через час проезжаем мимо большого современного торгового центра, а потом, почти не заметив этого, въезжаем в Серове – поселение, которое считается самой крупной традиционной деревней в Африке[10]: около 90 000 человек живут здесь главным образом в одно- и двухэтажных домах, которые расположены особенным, совершенно не городским образом.

Мы видим указатели к музею, который не находим, и к кготла – его нам отыскать удается. Это большое открытое пространство – очень чистое, окруженное величественными деревьями и оградой высотой по пояс – до сих пор служит местом встреч совета племени бамангвато (слово кготла на языке тсвана означает «суд»), но сегодня здесь совершенно безлюдно.

А теперь давайте перенесемся назад во времени; 23 июня 1949 года все было совершенно иначе. Серове, в то время крупнейший городской центр британского протектората Бечуаналенд, только что наводнили многочисленные южноамериканские и британские журналисты, присоединившиеся к сотням соплеменников, собравшихся на кготла. Было не так жарко, потому что стояла зима, но в те времена это место было по-настоящему труднодоступным. В протекторате тогда не было ни единого метра асфальтированных дорог, жизнь в стране была бедна и сурова, и британцы предпочитали довольно расслабленно руководить ею из более обустроенного Мафекинга в Южно-Африканском Союзе.

Все внимание в тот день было приковано к высокому, физически крепкому мужчине лет тридцати; он обращался к толпе людей, многие из которых проделали долгий путь, и к отсутствующей женщине. Кто они и что именно поставлено в этот день на карту?

Молодой мужчина – Серетсе Кхама, наследник вождей бамангвато. Он борется за то, чтобы его племя признало его брак с Рут Уильямс. Рут – молодая англичанка с твердым характером, бывшая служащая женской вспомогательной службы ВВС Соединенного Королевства, а теперь, по причине этого брака, бывшая сотрудница Лондонского Ллойда[11]. Ее уволили сразу после того, как общественность узнала о ее замужестве[12].

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 5. Серетсе Кхама обращается к суду племени в Серове, 1949 г. Фотография © Time & Life Pictures / Getty Images.


Вероятно, Серетсе – единственный человек в стране, получивший высшее образование: у него за плечами университет Форт-Хэйр в Южной Африке и обучение в Оксфорде; в настоящее время он изучает право в Иннер-Темпл в Лондоне. Он сын бывшего вождя; нынешний регент, его дядя Тшекеди, предназначил ему вести народ к современной жизни, но в его планы не входило то, что племянник влюбится в белую женщину и женится на ней. Тшекеди и старейшины племени не одобряют этот брак и требуют развода.

Но Серетсе получает поддержку молодых людей племени, и симпатии совета склоняются в его пользу. Все могло бы на этом и закончиться, и на кготла было бы принято решение приветствовать Рут как будущую королеву, но вместо этого совет превратится в «Дело Серетсе» – дипломатический и публичный кошмар для последующих правящих кабинетов Великобритании, как лейбористов, так и тори, который продлится до середины 50-х годов.

Почему?.. По законам протектората британское правительство должно было утвердить нового правителя, но этому не суждено было случиться. Сначала это дело погрузилось в пучину бюрократической волокиты: было проведено расследование, выводы следственного комитета утаили, копии отчета уничтожили, и наконец в 1952 году супружескую пару без суда приговорили к вечной ссылке с родины Серетсе; сделал это лорд Солсбери, госсекретарь правительства тори по делам Содружества[13].

Мы не знаем наверняка, какие факторы сыграли решающую роль и повлияли на действия кабинета министров и рекомендации от высокопоставленных чиновников, однако существует одно примечательное совпадение, которое, возможно, решило исход дела.

В начале 30-х годов атомную физику и ядерную химию считали не более чем дорогостоящим увлечением заумных исследователей, и страны, придававшие особое значение практической полезности науки (к примеру, СССР), почти не финансировали подобные исследования. Как следствие, радиоактивные вещества не пользовались большим спросом. Самым востребованным из них был радий, но и он не представлял большой ценности, а урановые руды, из которых он добывался, использовались лишь для окрашивания стекла (получалось прекрасно, но по очевидным причинам этого больше не делают).

Как все мы знаем, ситуация быстро изменилась, поскольку урану обязаны и Вторая мировая война, и Манхэттенский проект по созданию атомной бомбы, а позже и развитие гражданской атомной энергетики. Хотя этот металл существует в достаточном количестве (его содержание в земной коре составляет 2,3 ppm / 0,00027 %) и встречается чаще, чем, к примеру, олово, в те времена, когда на него возник спрос, пригодных для разработки месторождений было мало. Кроме того, процесс переработки руды в металл был довольно сложным и малоисследованным, поэтому разработку месторождений и производство урана невозможно было организовать быстро[14].

В 1939 году уран находился в дальнем углу Периодической таблицы. С зарядовым числом 92 он был самым тяжелым из известных элементов, пока в 1940 году не открыли нептуний и плутоний; до окончания войны об этих двух элементах знали лишь несколько избранных. На самом деле местонахождение урана в Периодической таблице не было точно определено. В 1939 году он еще не переехал со своего изначального места прямо под вольфрамом (W)[15]. Весь ряд трансурановых элементов еще только предстояло открыть и поместить в особую категорию актиноидов – элементов с зарядовым числом от 89 до 103; это произошло в конце 40-х годов.

Во время Второй мировой войны США фактически получили монополию на уран, поскольку контролировали два его главных источника, существовавших в 1949 году: Эльдорадо в Канаде и Шинколобве в провинции Катанга в тогдашнем Бельгийском Конго[16]. Советский Союз был вынужден обходиться (по крайней мере, так считалось) захваченными запасами, оставшимися от немецкого проекта по созданию атомной бомбы, и тем, что еще можно было добыть в старой шахте города Йоахимстали (Яхимов) на территории нынешней Чехии.

Несмотря на то что идея получать в больших количествах дешевую атомную энергию, без сомнения, привлекала британское правительство, национальная безопасность, воплощенная в ядерном оружии, вероятно, была более важным пунктом повестки дня. Британские ученые принимали участие в Манхэттенском проекте, но все же США не поделились всеми результатами работы со своими бывшими союзниками, предоставив британцам самостоятельно работать над недостающими деталями и, что не менее важно, найти свои собственные запасы урана.

Когда нервничающие политики обратились к геологам, те предсказали (весьма точно, как позже выяснилось), что со временем геологоразведочные работы помогут обнаружить достаточные залежи урана, которые сделают возможным и долгосрочное использование атомной энергии, и разработку ядерного оружия. То, как именно им удалось это предсказать, останется за рамками этой книги, но геологические карты, показывающие состав грунта по различным типам скальных пород, были широко распространены уже в 1948 году, и, зная тип скальной породы, можно было предсказать, какие минералы можно найти в данной местности.

Однако, для того чтобы фактически обнаружить ураносодержащую руду, нужно находиться на месторождении. В отношении урана существовало одно полезное устройство, которое могло превратить в геологоразведчика любого дилетанта, собирающего камни[17]: счетчик Гейгера. Этот недорогой портативный прибор измеряет радиоактивность, хотя альфа-частицы (ядра гелия с двумя протонами и двумя нейтронами, испускаемые с высокой скоростью) труднее обнаружить, чем бета-частицы (электроны) или гамма-лучи (они подобны рентгеновским лучам, но обладают еще большей энергией). Эти три типа радиации обычно называют «ионизирующим излучением», поскольку они способны отрывать электроны от ядер, образуя заряженные ионы; и именно так их обнаруживает счетчик Гейгера.



Когда излучение проходит через трубку, наполненную газом – например, благородным неоном, – молекулы газа (вернее, его атомы, ведь неон как вещество состоит из отдельных атомов) сталкиваются с быстрыми частицами или с высокоэнергетическими фотонами, которые смогут выбить из атома неона электроны, превращая атомы в положительно заряженные ионы. Теперь в трубке содержатся ионы, и внезапно она обретает способность проводить электричество, совсем как водный раствор какой-нибудь соли (нейтральные молекулы на это не способны), и именно это создает показания измерительного прибора. Но обычно счетчик также издает отчетливое пощелкивание, чтобы помочь геологоразведчику легко обнаружить источник излучения.

Я не знаю, удавалось ли кому-то из этих любителей найти золото и получить – по крайней мере, в США – щедрую награду от правительства. Однако в конце войны для страны, которая хотела быстро обзавестись ядерным оружием, обещания будущих шахт от геологов и геологоразведчиков были слабым утешением. Казалось, что удобное решение под рукой, когда выяснилось, что для получения урана, вероятно, можно использовать низкосортные руды золотых приисков Витватерсранда неподалеку от Йоханнесбурга[18]. Пробританский премьер-министр Южно-Африканского Союза фельдмаршал Ян Смэтс активно стремился к сотрудничеству, и переговоры уже велись, когда в 1948 году его партия проиграла выборы и к власти с большим перевесом голосов пришла Национальная партия под руководством Даниеля Франсуа Малана.

Новый режим немедленно принялся внедрять идеологию апартеида, и в июне 1949 года, когда происходило собрание кготла в Серове, парламент единогласно принял закон о запрещении смешанных браков. Вследствие этого Национальная партия ни за что не потерпела бы громкий смешанный брак прямо у себя под носом. Именно это и сообщил британскому правительству Д.Ф. Малан после триумфа Серетсе в Серове. Однако точных последствий в случае отказа британцев сотрудничать он не озвучил.

Различные правительства Великобритании долгое время отрицали, что находились под давлением Южной Африки, и использовали полуправду и беспочвенные обвинения для оправдания своих действий[19]. Однако в 1986 году кембриджский историк Рональд Хайам представил доказательства обратного[20], а в 1990 году независимо от Хайама это сделал журналист Майкл Датфилд в своей книге «Брак не по расчету»[21].

Вероятно, Национальная партия потратила некоторое время на поиски наилучшего инструмента убеждения, и, похоже, они выбрали для этого уран. Вскоре после того, как верховный комиссар Лейф Эгеланн лично доставил первое гневное послание от премьер-министра ЮАС, он же отправил ноту госсекретарю по делам Содружества, в которой заявлял, что переговоры по урану будут прекращены по крайней мере до конца октября 1949 года.

Затем на сцене появилось третье действующее лицо, которое, возможно, сделало урановый вопрос самым актуальным. 29 августа 1949 года Советский Союз удивил весь мир, и особенно западную разведку, взорвав первую ядерную бомбу более чем на три года раньше, чем ожидалось по оценкам ЦРУ.

Суть этой истории в том, что Рут, Серетсе и их маленькая дочь Жаклин жили в ссылке в Англии при двух британских правительствах подряд, несмотря на то что кабинеты министров попали под жестокий огонь критики со стороны национальной и международной прессы, и надо сказать, что некоторые (хоть и не все) британские чиновники, имевшие отношение к этому делу, испытывали искренние угрызения совести. Премьер-министр Эттли заметил: «Как будто нас вынудили согласиться на отречение от престола Эдуарда VIII, чтобы не раздражать Ирландское Свободное государство и Соединенные Штаты Америки»[22].

В 1952 году заработал первый в Южной Африке урановый завод[23], а 26 сентября 1957 года супружеской паре Кхама позволили вернуться домой, хотя Серетсе официально так и не признали вождем бамангвато. К тому времени, как и предсказывали, на рынке уже было достаточное количество урана, а Южная Африка была в любом случае проигранным делом для Содружества: до знаменитой речи Гарольда Макмиллана «Ветер перемен» в Кейптауне[24] оставалось всего два с половиной года.

На этом заканчивается история об уране, но не история Серетсе и Рут Кхама. Читатели восхитительной серии книг Александра Макколла Смита о «Женском детективном агентстве № 1», возможно, обратили внимание на портрет, висевший на стене у Мма Рамотсве: портрет первого президента Ботсваны сэра Серетсе Кхама, 1921–1980[25]. Мма Рамотсве глубоко его почитает и ставит на один уровень с королевой Великобритании и Нельсоном Манделой[26].

Так была ли принудительная ссылка четы Кхама следствием южноафриканского шантажа по поводу урана? Мы не знаем этого наверняка. Рональд Хайам и Питер Хеншоу утверждают в книге «Лев и антилопа: Великобритания и Южная Африка после Англо-бурской войны» (2003)[27], что правительство Великобритании было больше озабочено прямой аннексией своих южноафриканских протекторатов Южно-Африканским Союзом и что высылка четы Кхама рассматривалась как невысокая цена за защиту жителей нынешних Ботсваны, Лесото и Свазиленда от ига апартеида.

В то же время Хайам и Хеншоу отмечают, что для большинства министров это был стратегический вопрос, включавший в себя доступ к важным полезным ископаемым и основанный на «контексте и требованиях холодной войны». Уязвимость протекторатов сильно заботила министров и чиновников. Однако в британских архивах, похоже, нет доказательств прямой связи между прекращением переговоров по урану в 1949 году и действиями, предпринятыми против четы Кхама. Ответ на вопрос, разыгрывали ли южноафриканцы урановую карту в этой игре, следует искать в архивах Претории.

По моим личным представлениям, на короткий период 1949 года, последовавший за испытаниями советской бомбы, урановый вопрос сохранял важность, но в том, что касается всех действий, предпринятых британским правительством в последующие годы, был лишь одним из нескольких вторичных факторов, влиявших на его решения; вторым таким фактором были расовые предрассудки.

Некоторые говорят, что история Рут и Серетсе послужила источником вдохновения для последнего фильма, в котором снялся Спенсер Трейси, – «Угадай, кто придет к обеду?», где также снялись Сидни Пуатье, Кэтрин Хотон и Кэтрин Хепберн, а режиссером стал Стэнли Крамер. В этой классической голливудской постановке[28] Хотон – молодая белая женщина из среднего класса – приглашает своего жениха Пуатье, с которым она недавно обручилась, на обед со своими родителями. Фильм вышел на экраны в 1967 году, через полгода после того, как Верховный суд США признал незаконным запрет на межрасовые браки. В то время этот запрет широко применялся в 17 штатах, и «преступление» каралось тюремным заключением. Последним штатом, официально удалившим из свода законов этот так называемый акт против смешения рас, была Алабама в 2000 году[29].


Почему же оценки ЦРУ касательно русской атомной бомбы оказались столь неприлично ошибочными? В главе 2 мы исследуем ту часть Периодической таблицы, которая дает ответ на этот вопрос.

2

Из Биттерфельда с любовью

В главе 2 мы попадем в обманчивый и мрачный мир разведки и шпионажа, а заодно узнаем, как добывать металл из горных пород.

В сентябре 1961 года Генри Лёвенхаупт бросил последние куски восточногерманского металлического кальция в реку Потомак и наблюдал за бурной реакцией, в результате которой вода закипела, поскольку металл передал два своих электрона в молекулы H2О, в результате чего выделился водород и большое количество тепла. Разбор химических реакций может показаться пугающе трудным занятием, но на самом деле это совсем несложно, и по мере своего рассказа я обязательно продемонстрирую вам парочку уравнений. Просто запомните, что атомы и электроны никогда никуда не исчезают, и вы во всем разберетесь.

В виде уравнения описанное выглядело бы так:

Ca + 2H2O → Ca2+ + H2 + 2OH.

Возможно, оно покажется вам немного похожим на реакцию металлического натрия с водой, которую многим из нас демонстрировали в школе; так оно и есть. Однако реакция с кальцием протекает немного медленнее, и в ней выделяется меньше энергии, потому что от атома отрываются два электрона, а не один, как в случае с натрием[30]. (Отрыв электронов представляет собой то, что мы называем окислением, и кальций изменил степень окисления с 0 на +2.)

Мистер Лёвенхаупт наверняка все это знал. Он окончил Йельский университет, принимал участие в Манхэттенском проекте по созданию первой атомной бомбы и посвятил оставшуюся часть своей карьеры работе в ЦРУ – с основания этой организации в 1947 году и до своей отставки в 1991-м[31]. Брошенный в Потомак металлический кальций был остатками проекта, который мог бы спасти ЦРУ от первой для них крупной неудачи и который был частью одной из самых изощренных диверсионных операций в истории – операции «Гаечный ключ»[32].

Как мы выяснили в главе 1, испытания первой советской атомной бомбы в 1949 году стали полной неожиданностью для ЦРУ и МИ6. Но к их чести – по крайней мере, к чести американцев – надо отметить: для русских стало полной неожиданностью, что их немедленно вычислили. (Устройство этой системы обнаружения уже само по себе является интереснейшей историей.) Так почему же разведки США и Соединенного Королевства так катастрофически недооценили скорость развития сталинской атомной программы? По существу, они неверно оценили способность Советского Союза производить уран. Для этого в дополнение к существующим запасам, захваченным у немцев, использовались бедные ураном руды из шахт в Уральских горах.

Шпионаж непосредственно на русских атомных объектах был исключен, однако большое количество информации можно было добыть из других источников. Одной из важных целей был Uranverein – «Урановый клуб» нацистской Германии: это кодовое название носила программа по созданию атомной энергии и ядерного оружия, которая попала под управление русских на оккупированной ими территории. Одним из ключевых вопросов было то, как именно русские собирались получать уран из урановых руд.

Согласно общему правилу, металлы нестабильны в своей нейтральной форме (с нулевой степенью окисления), с известными исключениями в виде благородных металлов – золота и серебра – и меди, которые, если вам повезет, можно обнаружить в виде самородков. Эти металлы очень крепко держатся за свои электроны, чем кардинально отличаются от натрия и кальция, которые только и ждут чего-то подходящего, чтобы сбросить туда электроны со своей последней заполненной орбитали[33].

При определенных обстоятельствах уран может быть так же хорош, как золото, но он ни в коем случае не является благородным металлом. В природе он обычно встречается в форме со степенью окисления +4, U4+, с четырьмя оторванными электронами, обычно соединяясь с кислородом в UO2 (или в минерал уранинит с примерной формулой U3O8, в котором сосуществуют ионы U4+ и U6+). Чтобы вернуть электроны на место и получить металлический уран, нам потребуется нечто, что очень хочет отдать свои электроны, – то, что мы называем сильным восстановителем.

Большинство химических реагентов, которые используются при производстве урана из урановой руды, ничем не примечательны и используются также и для других целей, но из-за того, что уран настолько неблагородный, ему требуется очень сильный восстановитель, чтобы стать металлом. Немцы использовали металлический кальций, производившийся в Биттерфельде – маленьком городке под Лейпцигом в Восточной Германии и неподалеку от старой урановой шахты в Йоахимстале (Яхимове) в Чехии. Поскольку Германия была разделена оккупационными державами, а появление Германской Демократической Республики с ее строгим пограничным контролем было еще впереди, получение разведданных с занятой русскими территории было по крайней мере осуществимо, и МИ6 и ЦРУ пристально наблюдали за заводом в Биттерфельде (и друг за другом).

В 1947 году были собраны доказательства того, что завод в Биттерфельде ежемесячно производит 30 тонн дистиллированного металлического кальция высокой чистоты. Дистилляция ассоциируется у нас с отделением этанола от воды и производством спирта на винокурнях. Этот метод основан на разных температурах кипения двух веществ: этанол закипает при 78 °C, а вода – при 100 °C; однако на самом деле дистилляция – это очень распространенный метод очистки в химической промышленности, применимый к самым разным веществам. Если охладить воздух до состояния жидкости (для этого он должен быть очень-очень холодным), его можно подвергнуть дистилляции и выделить разные его компоненты, такие как азот или неон[34]. Кальций плавится при 842 °C и кипит при 1484 °C, но эти температуры снижаются при понижении атмосферного давления. Однако для этого вовсе не обязательно строить химический завод в Гималаях, поскольку создать похожие условия на заводе довольно легко, и в 1946 году США уже внесли вакуумные насосы в «список контроля за экспортом», помешав торговой организации русских получить большой заказ.

Задача, стоявшая перед Лёвенхауптом и его коллегами, звучала так: им нужно было удостовериться, что 30 тонн кальция в месяц отправятся для использования в советской ядерной программе, а не для какого-либо понятного употребления в немецкой промышленности. Проведя расследование, они установили, что около 5 тонн не особенно чистого металла ежемесячно производилось во время войны для компаний Osram и Phillips – по всей видимости, для изготовления радиоламп; еще 20 тонн различных сплавов кальция с алюминием и цинком ежемесячно продавались немецким железным дорогам. Таким образом, получалось, что 30 тонн дистиллированного кальция никак не могли попасть к покупателям в немецкой промышленности, и, когда находившийся на заводе в Биттерфельде агент сообщил, что 26 июля 1947 года три железнодорожных вагона с дистиллированным кальцием отправились по адресу: Электросталь, Москва, п/я 3, Курская железная дорога, все должны были понять, что правда выплыла наружу.

Чтобы выяснить, что именно русские собирались делать с этим кальцием, агент на заводе в Биттерфельде похитил его образец, и, когда ЦРУ получили результаты полного анализа, стало ясно, что он обладает всеми техническими характеристиками, необходимыми для преобразования ионов урана в металлический уран высокой степени чистоты, готовый для применения в атомной энергетике. Добиться этого можно было следующим способом: сначала нужно было создать молекулы UF4, а затем провести их реакцию с металлическим кальцием, чтобы получить фторид кальция и металлический уран. Эту реакцию удобнее записать в виде вот такого уравнения:

2Ca + UF4 → 2CaF2 + U.

Вы не видите в подробностях, как электроны меняют свою принадлежность в этой реакции, но, поскольку фтор всегда считается имеющим степень окисления минус один, за исключением газообразной формы F2, легко понять, что уран стартует со степени окисления +4, а каждый из двух атомов кальция приходит к степени окисления +2.

Одно из полезных свойств уравнения химической реакции заключается в том, что теперь мы можем точно подсчитать, сколько урана русские могли производить каждый месяц. Не буду утомлять вас деталями[35], но этот процесс не особенно отличается от подсчета количества меренги и майонеза, которое вы можете приготовить из определенного числа яиц. Поскольку уран гораздо «тяжелее» кальция, теоретически можно получить почти 200 тонн урана из 30 тонн кальция. При реальном производстве эта цифра ниже, а кальций используется с большим избытком. Американцы подсчитали, что с техническим максимальным выходом, равным примерно 1:2,2, из 30 тонн кальция получится лишь 66 тонн урана.

И все же основанные на этих цифрах подсчеты демонстрировали, что у русских гораздо больше урана, чем предсказывалось на основании доступных им источников этого элемента. По неясным причинам (Лёвенхаупт винил в этом «спесь») эта информация не привела к соответствующим действиям, иначе дата первых испытаний русской атомной бомбы наверняка была бы пересмотрена. Неизвестно, привело бы это к каким-либо изменениям, но фактором, который, возможно, оказал некое влияние, стала операция «Гаечный ключ», разработанная легендарным офицером МИ6 и химиком Эриком Уэлшем.

Самой важной технической характеристикой металлического кальция можно считать содержание примесного бора. Бор – элемент с символом В и зарядовым числом 5 – существует в природе в двух формах, которые мы называем изотопами: одна с пятью протонами и пятью нейтронами в ядре,10В, и одна с дополнительным нейтроном,11В, или бор-11 (использование надстрочных и подстрочных индексов показано на рисунке 6). Для ученых-ядерщиков бор-10 представлял собой большую проблему, так как его атомы поглощали любые нейтроны, которыми обстреливали образец урана, чтобы расщепить его атомы (а также вторичные нейтроны, полученные в результате этого расщепления, где продуктом был плутоний), в итоге превращаясь в бор-11. Если в металлическом уране было слишком много бора-10, то ядерная реакция просто прекращалась.



Обычный химический анализ металлического кальция с завода в Биттерфельде не показал бы, сколько изотопов каждого типа в нем присутствует, поскольку их химические свойства идентичны: в обычных тестах проверялось лишь то, что содержание бора составляло менее одной части на миллион. Капитану Уэлшу пришла в голову идея заменить природный бор, в котором содержится лишь 20 % губительного бора-10, на искусственно обогащенный образец. При условии, что происхождение образца никогда не будет предано огласке, материал с 90 %-ным содержанием бора-10 (при таком его уровне ядерное применение металлического урана становится совершенно невозможным) можно было получить в Комиссии США по атомной энергии, которая, в свою очередь, получила его как побочный продукт Манхэттенского проекта.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 6. Как пишутся массовое число и зарядовое число рядом с символом элемента? «5» и «В» говорят об одном и том же, но «11» обозначает конкретный изотоп, который мы также можем назвать бор-11.


Однако операция так и не была осуществлена, несмотря на то что обогащенный материал передали агенту на завод в Биттерфельд. Производство кальция на некоторое время остановилось, и агент опасался, что операцию разоблачили; а потом русские взорвали свою бомбу и построили собственные заводы по производству кальция, и всю операцию свернули. Но агент зря беспокоился. Уэлш настаивал на проведении операции под непосредственным руководством «С» («М» в романах о Джеймсе Бонде), в обход Кима Филби[36] и ему подобных, так что операция была бы вполне надежной – или, по крайней мере, настолько надежной, насколько это вообще возможно для подобных затей[37]. (Немецкого инженера и агента МИ6 вскоре эвакуировали и поселили в Аргентине под другим именем[38].)

Образец материала с примесями бора спокойно вернулся из Восточной Германии в Комиссию США по атомной энергии, и не существует никаких письменных свидетельств, что он когда-либо покидал отведенную ему полку в хранилище. Биттерфельд сыграл в истории урана центральную роль, но в нынешние времена ему приходится довольствоваться тем, что там проводится фестиваль хеви-метал музыки United Metal Maniacs.

Даже если мы не облучаем атомы урана нейтронами, они естественным образом разрушаются сами в процессе, известном как радиоактивный распад. Этот распад может происходить разными способами. В одном из вариантов распада излучается альфа-частица, больше известная как ион He2+. В противоположность металлическому кальцию – мощному восстановителю, который охотно отдает свои электроны, – He2+ является сильным окислителем и крадет электроны у любого атома, встретившегося у него на пути, чтобы стать нормальным газообразным гелием. Весь имеющийся на Земле гелий, включая тот, которым заполнены воздушные шарики, купленные детям на прогулке в парке, когда-то был частью атома урана или тория (торий, Th, с зарядовым числом 90 – это еще один важный природный радиоактивный элемент). Воздушный шар с гелием, или, вернее, его отсутствие, станет одной из главных тем в главе 3.

3

Загадочное происшествие с собакой в дирижабле[39]

В главе 3 мы играем с огнем и газами и изучаем одно из самых важных для науки уравнений.

Йозефу Шпе нужно было покормить собаку; в этом не было ничего странного. Проблема заключалась в том, что его немецкая овчарка Улла находилась в грузовом отсеке, куда вход пассажирам был воспрещен. Если бы все шло по плану, то и это не было бы проблемой, если не считать сердитых замечаний от членов экипажа, которые не понимали потребностей его хвостатой подруги и коллеги по сценическим выступлениям[40].

Но этот полет пошел не по плану, и частые визиты в хвостовую часть дирижабля доставят Йозефу много неприятностей в последующие годы[41].

Департамент энергетики США и его аналоги в Европе и Японии тратят миллиарды на разработку будущих способов применения водорода в сфере энергетики – например, в качестве топлива для автомобилей и автобусов[42]. Главное преимущество такого топлива – его экологически чистое сгорание: две молекулы водорода соединяются с одной молекулой кислорода и образуют две молекулы воды. Возможно, будущее за «водородной экономикой», но, к несчастью для его сторонников, история водорода в качестве топлива связана с трагедией дирижабля Hindenburg («Гинденбург»).

Мы вскоре вернемся к бедной собаке Йозефа Шпе, но пока поразмыслим над тем, что над головами собаки и всех пассажиров роскошного комфортабельного дирижабля находились огромные баллоны, наполненные водородом – это самый легкий из химических элементов: в его атомах лишь один протон и один электрон. У простого вещества водорода наименьшая плотность из всех газов, и он образуется из двух атомов водорода, соединенных одной-единственной химической связью, где два положительно заряженных ядра делят между собой два отрицательно заряженных электрона. Этот газ, Н2, нес из немецкого Франкфурта на авиабазу Лейкхерст в США самый большой в мире дирижабль, который за предыдущий год совершил множество успешных путешествий в разные точки земного шара.

Сейчас мы склонны удивляться тому, что людям вообще пришла в голову идея путешествовать по миру в том, что можно назвать летающей бомбой. Но мы забываем, что немецкие торговые дирижабли, которые производила немецкая компания Luftschiffbau Zeppelin GmbH, имели отличные показатели безопасности.[43] Например, дирижабль Graf Zeppelin («Граф Цеппелин») прослужил без единой аварии восемь лет, совершая регулярные рейсы главным образом между Германией и Бразилией, а большие дирижабли по всему миру (за некоторыми немногочисленными исключениями) использовали в качестве подъемной силы именно водород – и делали это на протяжении примерно 30 лет.

Итак, в обитой асбестом курительной комнате на борту дирижабля Hindenburg, совершавшего свой первый регулярный рейс Франкфурт – Нью-Йорк в 1937 году, Шпе и другие пассажиры на досуге наслаждались видом на Атлантический океан и совершенно не думали о водороде. На любительской съемке, сделанной Шпе и чудесным образом уцелевшей в катастрофе, видно, как они увлеченно указывают друг другу на проплывающие айсберги, пока дирижабль приближается к Американскому континенту на достойной уважения скорости 134 км/ч[44].

Как глупо, думаем мы сегодня; почему они не использовали вместо водорода гелий? А потом вспоминаем, что США наложили на нацистскую Германию торговое эмбарго, поэтому немцы не могли покупать гелий. Но при проверке деталей выясняется, что история сложнее и интереснее, чем этот простой, общеизвестный, но, как мы увидим дальше, неверный «факт»[45].

Разумеется, инженеры знали о гелии. Этот одноатомный газ с двумя протонами, двумя нейтронами и двумя электронами обладает большей плотностью, чем водород, и потому не имеет такой подъемной силы. Мы можем прийти к такому заключению, поскольку и H2, и He (а также почти все остальные газы) подчиняются чудесному закону химии, который называется уравнением состояния идеального газа. Помимо прочего, уравнение состояния идеального газа говорит нам, что, если мы удвоим вес (или, что более корректно, массу) газовой молекулы, плотность газа тоже удвоится.

Однако у гелия есть и технические преимущества. То, что частицы простого вещества гелия в два раза тяжелее, означает, что гелий представляет собой лучший теплоизолятор, чем водород, – а этот фактор не стоит игнорировать в случае с дирижаблем, который весь день жарится на солнце. Проблема нагревания проистекает из того, что газ, подчиняющийся уравнению состояния идеального газа, при увеличении температуры на 10 % (по шкале Кельвина) также увеличится в объеме на 10 % (или, если газ заключен в сосуд постоянного объема, на 10 % увеличится его давление на стенки сосуда). Инженеры должны были тщательно просчитывать оба этих следствия, чтобы удостовериться, что и контейнеры с газом, и алюминиевый корпус дирижабля смогут выдержать такое механическое напряжение. Так почему же с гелием меньше проблем? Потому что гелий медленнее нагревается: поскольку средняя скорость молекул тем ниже, чем они тяжелее, это означает, что гелий медленнее проводит тепло. Этот вывод мы тоже можем сделать из уравнения состояния идеального газа (надеюсь, теперь понятнее, почему оно настолько чудесно), а в холодных частях света мы извлекаем из этого знания пользу, устанавливая в домах окна с двойным или тройным остеклением, наполненные аргоном – газом, молекулы которого имеют массу, превышающую массу азота – главного компонента воздуха.

Уравнение состояния идеального газа имело колоссальное значение не только для основателей современной химии, но и для инженеров, проектировавших дирижабли, которые могли выдерживать изменения в объеме и давлении газа, а также адаптировавших их конструкцию к разным подъемным газам – водороду и гелию.

Большим преимуществом гелия является то, что он наименее активный из всех простых веществ: не существует ни одного известного нам сложного вещества, в котором атомы гелия соединялись бы с атомами других элементов. Поэтому этот газ не может вступать в опасные реакции, в противоположность водороду, который с готовностью вступает в реакцию с кислородом, и в некоторых пропорциях эта реакция становится взрывной.

Большая трудность для Германии, а также для Британии и Франции заключалась в том, что в Европе гелия не было. Единственным в мире поставщиком гелия были США, а в 20-х годах он даже там был в дефиците.

Гелий получается в результате радиоактивного распада более тяжелых элементов в недрах Земли, в особенности тория и урана. Гелий просачивается через отверстия и трещины в скальных породах и добывается как примесный компонент природного газа. Поскольку в 20-х годах бурение осуществлялось в основном для получения нефти, природный газ добывали в небольших количествах, поэтому и гелия получали мало. Говорят, что, когда флот США запустил USS Shenandoah («Шенандоа»; см. рис. 8) – первый из четырех гигантских дирижаблей на основе гелия, в его газовых баках находилась большая часть когда-либо произведенного гелия и что, когда в 1924 году на вооружение был принят дирижабль USS Los Angeles («Лос-Анджелес»), возникли трудности с использованием двух воздушных судов одновременно из-за нехватки гелия.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 7. Универсальный газовый закон рассказывает нам, как ведет себя газ в нормальных условиях. Вверху слева: давление (Р) на стенки сосуда – например, купленного в зоопарке воздушного шарика – возрастает, потому что молекулы газа ударяются о стенки, и чем больше таких ударов в секунду происходит, тем выше давление. Вверху справа: когда молекулы холодные (низкая Т) и движутся медленно, меньшее их количество ежесекундно ударяется о стенки, и давление тоже будет ниже. Внизу слева: если мы увеличим число молекул газа (n), большее их количество будет ударяться о стенки каждую секунду. Внизу справа: если мы уменьшим объем (V), у молекул останется меньше места для движения, и опять большее количество молекул будет ударяться о стенки. Все это изящно выражено в формуле P × V = n × R × T[46], где R – это «универсальная газовая постоянная», число, имеющее гораздо более широкое применение, чем просто объяснение поведения гелиевых шариков.


Поэтому гелий считался важнейшим стратегическим ресурсом, его производство подчинялось Горному бюро, а экспорт находился под контролем министра внутренних дел. Крупный национальный резервный запас (которым все еще пользовались в 2013 году) был создан в 1925-м. Однако со временем производство гелия выросло, запасы пополнились, и правительство стало выдавать лицензии на экспорт.

Надо сказать, что среди населения идея о запрете на экспорт американского гелия продержалась дольше, поскольку президент Герберт Гувер счел нужным прокомментировать этот вопрос на пресс-конференции в 1930 году: «…Представление о том, что Соединенные Штаты препятствуют использованию гелия в развитии аэронавтики, совершенно ошибочно». Далее он уточнил: причина того, что экспорт гелия не увеличивается, заключается в том, что он в четыре раза дороже водорода и что водород можно «получить немедленно», в то время как обслуживающих станций с гелием в мире крайне мало[47].

Возможно, вы задаетесь вопросом, где мы берем водород, поскольку президент Гувер считал, что его легкодоступность очевидна. Частично на этот вопрос можно ответить, что существует много способов получения водорода, и, поскольку сам Гувер был горным инженером, он, вероятно, хорошо это знал.

В качестве прелюдии еще к одной известной катастрофе – шведской арктической экспедиции 1897 года с участием Андре, Френкеля и Стриндберга (родственника писателя с той же фамилией, с которым мы познакомимся в главе 12) – пароход Virgo («Вирго») перевозил чугун и серную кислоту на Шпицберген, где кислоту вылили на чугун. Водород, образовавшийся в результате этой реакции, собрали и использовали для наполнения воздушного шара Örnen («Орел»), который вскоре поднялся и улетел на север, и больше его никто никогда не видел.

H2SO4 + Fe → Fe2+ + SO2–4 + H2.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 8. Если этот снимок корректно датирован 1924 годом, то изображенный на нем дирижабль USS Shenandoah, вероятно, содержит почти весь гелий, который на тот момент имелся в наличии. © CORBIS.


Однако чаще всего водород производят в результате нескольких связанных между собой остроумных процессов, в которых используются вода и углерод, а исходными материалами служат газ и нефть[48]; водород также можно получить путем прямого электролиза воды под действием электричества – эта реакция обратна потенциально взрывоопасной реакции окисления.

Итак, из-за легкости производства и большого количества возможностей срочной «дозаправки» водород по-прежнему оставался приоритетным газом для немецких и британских дирижаблей, а утверждение Гувера, сделанное им 10 октября 1930 года, вполне могло быть прямой реакцией на несчастный случай с британским дирижаблем R101.

Этот дирижабль был одним из двух первых воздушных судов, созданных в соответствии с государственным планом по внедрению авиасообщения с использованием дирижаблей. R101 разбился во время своего первого полета в окрестностях города Бове в Северной Франции всего через несколько часов после того, как пересек Ла-Манш. Это было правительственное воздушное судно, перевозившее британских госслужащих в Карачи (территория современного Пакистана), и многие надеялись, что R101 и его конкурент R100, произведенный на заводе Vickers, станут коммерчески успешными проектами.

Насколько привлекательно выглядели полеты на дирижаблях, можно понять, если сравнить график движения по этому маршруту: перелет самолетами компании Imperial Airways занимал восемь дней с 21 остановкой; путешествие по морю длилось четыре недели. R101 обещал пройти этот маршрут за пять дней всего с одной остановкой (в египетском городе Исмаилия), и при этом с удобствами «роскошного летающего отеля».

Само крушение, произошедшее ранним утром 5 октября 1930 года, за пять дней до пресс-конференции Гувера, было не особо кровавым, и при других обстоятельствах дело обошлось бы лишь незначительными повреждениями. Однако последовавший за падением дирижабля пожар унес жизни 44 человек из 49 находившихся на борту пассажиров и членов экипажа. Очевидно, поражающим элементом здесь выступил горящий водород, но изначальными причинами катастрофы были фатальные административные, политические и технические решения, принятые лордом Томпсоном, государственным секретарем воздушного флота, и другими высокопоставленными чиновниками, большинство из которых лишились жизни в этом крушении. По крайней мере, именно так рассказывается в изданной 25 годами позже книге «Логарифмическая линейка» – автобиографии популярного британско-австралийского автора Невила Шюта[49]. Шют в то время был главным инженером дирижабля R100 конкурирующей компании Vickers (дирижабль в том же году уже благополучно совершил тестовый полет в Канаду и обратно) и обладал глубочайшими познаниями во всех аспектах дирижаблестроения. Этот несчастный случай поставил точку в государственной программе строительства дирижаблей и, похоже, на всю жизнь пробудил в Шюте антипатию к госчиновникам и идеалистические взгляды на частное предпринимательство.

Катастрофа с R101 и увеличившиеся поставки гелия из США, возможно, заставили инженеров, проектировавших цеппелины, пересмотреть свои идеи: когда в 1931 году разрабатывались планы двух однотипных дирижаблей, позже названных Hindenburg и Graf Zeppelin II («Граф Цеппелин II»), подъемной силой в них должен был стать гелий. Однако два политических изменения сделали это невозможным: приход к власти в Германии Адольфа Гитлера и национал-социалистической партии и избрание Франклина Д. Рузвельта на пост президента США.

Главным препятствием был не сам Рузвельт, а человек, которого он назначил на пост министра внутренних дел (и тем самым сделал его начальником над национальными запасами гелия), – это был крайне независимый чикагский политик, антифашист Гарольд Икес[50]. Икес отказался подписывать лицензии на экспорт гелия в Германию, и поэтому Hindenburg пришлось приспособить под водород. Однако важно отметить, что в целом США не бойкотировали нацистскую Германию и не накладывали на нее торговое эмбарго.

Большинство людей хоть раз видели съемку крушения дирижабля Hindenburg с аэродрома Лейкхерст. Многие, вероятно, также убеждены, как был убежден и я, что никто не мог выжить в этом крушении и пожаре. Все происходит очень быстро, и за считаные секунды огонь охватывает весь дирижабль. Я был приятно удивлен, узнав, что дело было совсем не так: спаслись больше половины пассажиров и членов экипажа, а некоторые – в том числе Йозеф Шпе – отделались лишь незначительными травмами (конечно же, многие были серьезно ранены, и из 97 находившихся на борту 35 человек погибли, а с ними еще один человек из наземного экипажа).

Катастрофа R101 в Бове по большей части забыта, хотя можно утверждать, что она была гораздо страшнее, а вот крушение дирижабля Hindenburg известно во всем мире благодаря совсем не чудесному «закону СМИ»: если событие не попало на пленку, его все равно что не было.

Похоже, не существует единого мнения относительно причины этой катастрофы. В Британской энциклопедии сказано: «Официальной причиной пожара считается разряд атмосферного электричества рядом с местом утечки водорода в обшивке, хотя допускают, что дирижабль стал жертвой саботажа со стороны антифашистов». Никаких доказательств преступных действий не было, но, поскольку пожар начался в хвостовой части, визиты Шпе к собаке, свидетелями которых стали многие члены экипажа, вызвали подозрения. После катастрофы ФБР тщательно навело о нем справки, и в конце концов с него сняли все подозрения.

Эта катастрофа потрясла мир, и Германия вновь послала запрос на гелий для использования в дирижабле Graf Zeppelin II. Против Икеса выступил весь кабинет министров и сам президент Рузвельт, и в конце концов он уступил[51]. Статья в газете New York Times за 17 января 1938 г. сообщала, что в Хьюстон скоро прибудет 3663-тонный немецкий грузовой корабль Dessau («Дессау»), на который погрузят первую партию гелия для Германии[52]. Однако нацистские политики вновь поставили под угрозу соглашение по гелию, поскольку в феврале Гитлер «пригласил» австрийского канцлера заключить сделку, подготавливавшую аншлюс – полную аннексию Австрии нацистской Германией месяц спустя.

В дневнике Икеса, опубликованном после его смерти, гелиевый вопрос постоянно возникает на протяжении весны и начала лета. Например, 17 апреля он пишет: «Я еще не подписал договор на гелий» – и описывает то и дело возникающие жаркие споры с президентом и с госсекретарем Корделлом Халлом как во время официальных совещаний, так и вне министерских стен. Ему даже нанес личный визит капитан цеппелина доктор Эккенер, откровенно высказывавшийся против нацистов, о котором Икес был «весьма высокого мнения», но встреча не принесла результатов. Икес упорствовал и победил: контракт так и не был подписан[53].

К сожалению, Улла – собака Йозефа Шпе – не спаслась, но Шпе продолжил выступать с акробатическими номерами под псевдонимом Бен Дова, пока не ушел на покой в начале 70-х.

Построенный по типу Hindenburg дирижабль Graf Zeppelin II сыграл незначительную роль в нацистской пропаганде в 30-е годы и совершил несколько разведывательных полетов накануне Второй мировой войны, однако вскоре был списан, и его алюминиевый каркас был использован для постройки истребителей компании Messerschmitt. Но я настоятельно рекомендую вам посетить чудесный мир интернета, посмотреть фильм о том, как «Гинденбург» во всем своем великолепии летит над Манхэттеном 1936 года, и помечтать о более благородном способе путешествовать.

Однако не мечтайте направиться к любимому месту отдыха на дирижабле, летящем за счет подъемной силы гелия. Сейчас, как и в 20-х годах прошлого века, мы испытываем нехватку гелия, и хуже того: гелий настолько легок, что способен покинуть гравитационное поле Земли. Это означает, что любой воздушный шарик, купленный в парке ребенку, представляет собой ценный ресурс, навечно растраченный без всякой пользы.

4

Шпион и сарацинский секрет

Глава, в которой мы научимся не проявлять излишнего любопытства в окрестностях Шеффилда и узнаем, как найти карту, которая поможет нам производить сталь.

15 августа 1754 года оказалось неблагоприятным днем для шведского шпиона Рейнгольда Ангерштейна. После того как он якобы проявил живейший интерес к литейной Бенджамина Хантсмана, ему сразу предложили уехать из города в первой же карете. В своем дневнике он записал лишь кое-какую поверхностную информацию о том, как делаются карманные ножи, и в сравнении с тем, как много деталей он указал о других местах, недостаточность сведений о Шеффилде и в самом деле наводит на мысль о преждевременном и поспешном отъезде[54].

Однако, будучи человеком, обладавшим большими светскими талантами, а также отличавшимся благородным происхождением, он не отчаялся. По всей видимости, он нашел ночлег в Уэнтворт-Хаус – доме юного маркиза Рокингема, Чарльза Уотсона-Уэнтворта. Мимоходом, между техническими и деловыми заметками в его дневнике, мы узнаем, что маркиз женат на «дочери богатого джентльмена»[55]. Ангерштейн ничего не сообщает нам о ее привлекательности, но возможно, в те времена шпионы были сосредоточены исключительно на выполнении заданий. Он, разумеется, не читал Яна Флеминга и понятия не имел о том, какого поведения мы ожидаем от шпиона благородных кровей. Однако он рассказывает нам, что один из предков маркиза был обезглавлен за поддержку, которую оказывал Карлу I.

Сам Ангерштейн, по всей видимости, был недурен собой, если верить, что портрет на рисунке 9 точно передает сходство; он до сих пор висит в главном офисе Jernkontore («Железной конторы», Ассоциации шведских производителей стали[56]) в центре Стокгольма. В 1754 году ему было 36 лет, и, допуская художественную вольность, мы могли бы сказать, что он путешествовал по Англии и Уэльсу в попытках раскрыть сарацинский секрет. Он был промышленным шпионом, которого послало на задание шведское правительство, и в этом качестве использовал «все возможные средства, легальные или иные», чтобы суметь увидеть то, что ему было нужно[57].

В середине XVIII века шведское правительство и производители железа хотели знать все о том, как британцы производят сталь. Причина этого была не в том, что шведы хотели улучшить свои фабрики по производству оружия: все реальные мечты о шведской военной мощи в Европе закончились почти за 50 лет до того под маленьким украинским городом Полтавой. Нет, это был всего лишь бизнес. В то время большая доля железа, которое использовалось в британской сталелитейной промышленности, приходила из Швеции, и в некоторые годы эта доля составляла почти 60 % от всех доходов шведского экспорта[58]. Поэтому у шведов имелась веская причина пристально наблюдать за любыми связанными с железом разработками в Англии и соседних с ней странах.

Сейчас мне, конечно же, хотелось бы сказать, что причиной быстрого отъезда Ангерштейна из Шеффилда с его литейной стало то, что владелец литейной, бдительный мистер Хантсман, хранил от всех возможных конкурентов сарацинский секрет – древний способ производства стали, который он не так давно заново открыл[59]. Однако это не вполне соответствовало бы истине, поскольку то, что я решил назвать «сарацинским секретом», представляет собой довольно сложный процесс, который и сегодня не до конца понят, несмотря на утверждения обратного. Тем не менее я не слишком отклонился бы от истины, поскольку речь идет об изготовлении высококачественной стали из железа и углерода.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 9. Рейнгольд Ангерштейн, дворянин, промышленник и шпион, сегодня наблюдает за факсом и ксероксом в Ассоциации шведских производителей стали в Стокгольме. Портрет написан в 1755 году Олофом Арениусом, фото автора.


Чистое металлическое железо – не слишком полезный материал. Этот относительно мягкий металл быстро ржавеет. Но, смешав его с небольшим количеством углерода, вы получите сталь – материал, который физически изменил наш мир во многих отношениях: от небоскребов и мостов до скальпеля и бурильных установок[60]. Открытие стали – одно из чудесных природных совпадений. Для того чтобы получить железо из железной руды, первые металлурги использовали углеродсодержащие материалы в форме дров, а когда процесс был усовершенствован, дерево заменил уголь, и все это привело к тому, что небольшое количество углерода попадало в железо, в результате чего получалась эта волшебная смесь.

Углеродсодержащий материал не только дает необходимый для плавления железа жар, но является также и ключевым для реакции ингредиентом. Из главы 2 мы узнали, что металлы в природе существуют главным образом в виде положительных ионов, которым нужны электроны, чтобы стать металлами. Урану требуется мощный восстановитель – металлический кальций; но, для того чтобы сделать металлическое железо из ионов Fe2+ или Fe3+, мы можем использовать углерод:

3C + 2Fe2O3 → 3CO2 +4Fe.

Здесь мы вычисляем степень окисления, пользуясь правилом, согласно которому кислород всегда имеет заряд –2, за исключением состояния простого вещества или когда он соединяется с фтором, и видим, что железо вступает в реакцию со степенью окисления +3, а углерод в итоге получает степень +4.

Приведенная выше реакция упрощена: в пылающей литейной печи множество реакций происходит одновременно, и железо выплавляется при помощи оксида углерода (I), СО, который образуется, когда значительный избыток углерода частично окисляется кислородом воздуха. Вот с этой реакцией, тоже записанной в упрощенной форме, вы, возможно, встречались в школьной программе:

3CO + Fe2O3 → 3CO2 + 2Fe.

Когда железо плавится, оно растворяет некоторое количество углерода, а поскольку атомы углерода меньше, чем атомы железа (их размеры соотносятся примерно как бильярдный шар и мяч для гольфа[61]), они не полностью разрушают атомную структуру железа. Вместо этого, когда сплав железа с углеродом остывает и начинает твердеть, маленькие атомы углерода внедряются между атомами железа, в результате чего материал становится более жестким, но при этом более хрупким.

Можно представить это следующим образом. Без углерода у атомов железа больше свободы движения, что делает материал крепким, поскольку примененная к нему сила встречается с микроскопическими движениями атомов. Когда пустые места заняты атомами углерода, возникает гораздо большее количество взаимодействий между атомами, некоторые из которых находятся на грани обычных химических связей, и это делает материал гораздо более жестким, но в то же время более хрупким, поскольку у атомов остается меньше возможностей перемещаться так, чтобы противостоять внешнему воздействию. Или же вы можете представить себе, что в чистом металле атомы вставлены в плотное желе из электронов; когда мы добавляем туда атомы углерода, это желе частично замещается шаростержневыми соединениями между атомами углерода и железа – такие связи крепкие, но, если их разорвать, они не восстановятся.

Важную роль играет не только содержание углерода; ключевыми факторами являются также время, проведенное при различных температурах, скорость остывания и добавление других легирующих металлов. Все это превращает сталь, каким бы старинным материалом она ни казалась, в высокотехнологичный сплав, поскольку металлурги и материаловеды продолжают открывать инновационные способы производства новых ее видов.

На протяжении первых 4000 лет производства стали тогдашние химики и металлурги не слишком хорошо представляли себе, что именно они делают, и поэтому им было непросто оптимизировать процесс сталеварения. Добавьте к этому трудность, которую представляет собой огромный и весьма разнообразный спектр железных руд в природе – часто неприятностей добавляют содержащиеся в них атомы фосфора и кремния, – и вы сможете оценить сложность этой задачи. В результате копирования успешного метода можно и не получить хороший продукт, потому что использовалась руда из другой шахты. Во время своих путешествий по Англии Ангерштейн надлежащим образом записывал происхождение сырья, которое использовалось на различных металлургических заводах страны, и, без сомнения, с удовольствием отмечал, что лучшая сталь получалась из руды, добытой в шахте Даннемора к северу от Стокгольма.

Первым сталеварам не хватало хорошей карты и возможности рассмотреть детали своей продукции на атомном уровне. Простой вариант такой карты приведен на рисунке 10; ее более правильное название – фазовая диаграмма «железо – карбид железа».

На этой карте есть два вида координат. Двигаясь слева направо, вы идете от чистого железа к материалу, в котором на каждые четыре атома железа приходится по одному атому углерода (20 % углерода по числу атомов, а не по массе, что по-другому можно записать как «20 ат.% С»). Двигаясь снизу вверх, вы смотрите за температурой, которая увеличивается с 600 °C до 1600 °C, и в конце концов вы получаете жидкость (или, если угодно, расплав) – это темно-серая область. Области, расположенные сразу под ней, обозначают смеси «жидкость – твердое» (такие как лед и вода, сосуществующие при 0 °C), а под ними находятся твердые фазы (разные виды стали/чугуна), которые отличаются друг от друга деталями атомного строения.

В левой части диаграммы (до 9 ат.%) находятся различные виды стали, а правее этой цифры – чугун. В энциклопедии Кирка-Отмера по химической технологии объяснению этой диаграммы для подкованных инженеров-химиков отведено две страницы, так что я не буду вдаваться в дальнейшие подробности, упомяну лишь две вещи. Качество стали критически зависит от того, в какой части диаграммы вы находитесь, и, охлаждая сталь достаточно быстро, вы можете, к примеру, получить сталь, которая сохраняет свое высокотемпературное строение и никогда не превращается в тот вид, который вы теоретически должны получать в низкотемпературных областях. Также существует возможность получить сталь с различным расположением атомов на поверхности и внутри.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 10. Железоуглеродная карта стали с содержанием углерода от 0 до 20 ат.% и температурой от 600 °C до 1600 °C (при температуре ниже 600 °C ничего не изменится), известная также как фазовая диаграмма «железо – карбид железа». При содержании углерода выше 9 ат. % получается чугун, ниже – сталь. Названия обозначают различные фазы с разным расположением атомов. Это упрощенная диаграмма.


Так что секрет, который хранил Бенджамин Хантсман из Шеффилда, представлял собой лучший способ контролировать и оптимизировать процентное содержание углерода в железе и различное расположение атомов, что делало производимую им сталь лучшей из существовавших в то время.

Однако за много веков до того (возможно, на территории нынешней Сирии) технологии, мастерство и сырье соединились таким особенно удачным образом, что в результате появилась легендарная сталь и легендарное оружие: дамасский клинок. Это смертоносное оружие привело к росту активности кузнецов, так как оружейники по всей Европе пытались его скопировать; Вальтер Скотт использовал его в романе «Талисман» в качестве метафоры, чтобы показать примитивную культуру Европы времен Третьего крестового похода (1189–1192) в сравнении с утонченным мусульманским миром[62]. В романе во время встречи Ричарда I (Львиное Сердце) и Саладина (Салах ад-Дина) английский король демонстрирует мощь своего меча, с силой разрубив надвое железный прут. После этого султан Египта и Сирии вынимает из ножен мерцающий голубой дамасский меч и легко, почти без усилий разрезает пополам мягкую подушку – мастерство, которое Ричард еще несколько мгновений назад счел бы невозможным для любого меча.

Утверждают, что дамасские мечи и доспехи долгое время оставались лучшими и что европейские имитации никогда не достигали их уровня. Насколько это правда, можно поспорить.

Разумеется, такие романтики, как я, не могут устоять перед образом превосходного мерцающего голубого меча с изящным узором на клинке, выкованного таинственными восточными кузнецами. В том, что касалось доспехов, Вальтер Скотт не был новичком. Его коллекцию и по сей день можно увидеть в его доме в Абботсфорде в округе Скоттиш-Бордерс (вместе с большим количеством чрезвычайно странных артефактов, на которые определенно стоит взглянуть). И уж во времена Третьего крестового похода исламский мир все еще превосходил остальные страны по части технологий, так почему бы им было не иметь лучшие мечи?

Эта идея казалась настолько убедительной, что заставила группу немецких ученых искать нанотехнологию сегодняшнего дня в старинном дамасском мече из Бернского исторического музея в Швейцарии. Как ни удивительно, но они нашли свидетельства тому, что сталь этого меча содержит так называемые углеродные нанотрубки – недавно открытый очень прочный материал[63]. Они также предположили, что ухудшение качества стали на протяжении XVIII века было связано с изменением сырья, поскольку поставлявшие железную руду древние индийские шахты истощились, а в пришедших им на смену новых рудах не было определенных примесей, игравших важную роль в процессе изготовления стали.

Однако одна-единственная находка в одном-единственном мече почти ничего не доказывает. Мы не знаем, действительно ли нанотрубки были характерной чертой всего дамасского оружия, а их отсутствие в европейских мечах того же периода не доказано[64]. Поэтому у Международного общества исследователей дамасской стали все еще есть множество тем для обсуждения, и сарацинский секрет, если такой действительно существовал, еще предстоит разгадать.

А что же наш шпион?.. Рейнгольд Ангерштейн с самого рождения был железным человеком, как и многие поколения его семьи до него. Он почти десять лет весьма искусно и успешно занимался промышленным шпионажем не только в Англии и Уэльсе, но и на территории нынешней Бельгии, Германии, Чехии[65], Австрии, Венгрии, Италии, Франции и Португалии. Однако на основе информации должны предприниматься какие-то действия, и неясно, какие из скрупулезно собранных им сведений фактически использовались в Швеции.[66]

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 11. Особняк маркиза Рокингема в Уэнтворте1, 1754 г. Рисунок инженера Орре, сделанный в 1760–1765 гг. с оригинала (ныне утерянного) из иллюстрированного путевого журнала Рейнгольда Ангерштейна, в котором тот сообщает, что «внутренняя отделка еще не полностью завершена». Фото автора с оригинальной копии (1765 г.), хранящейся в библиотеке Шведской Ассоциации производителей стали.


Несомненно, многое он сам применял на практике, поскольку купил небольшой металлургический завод в имении Вира к северу от Стокгольма – легендарных поставщиков мечей для шведской армии. Он строил грандиозные планы, однако умер три года спустя в возрасте 41 года, так и не завершив большинство из них[67]. По иронии судьбы его многовековое наследие больше всего ценится британцами: в путевых дневниках о путешествиях по Англии и Уэльсу, которые он вел с 1733 по 1755 год, есть множество интересных деталей не только о промышленности, но и многих других сферах жизни в Британии середины XVIII века[68].

И наконец, стало ли близкое общение со скандально известным шведским шпионом препятствием для дальнейшей карьеры молодого аристократа, который приютил его в своем доме после неудавшейся экспедиции в Шеффилд? По всей видимости, нет. Чарльз Уотсон-Уэнтворт дважды был британским премьер-министром, впервые заняв эту должность в возрасте 35 лет. Он тоже умер в середине своей активной жизни, во время второго пребывания на этом посту. Кажется, он был очень привязан к своей жене, Мэри Брайт[69], которая была его секретарем и политическим советником.

5

Биопиратство, или Проклятие мускатного ореха

В этой главе мы раскроем химическую составляющую худшей в истории сделки по продаже недвижимости, познакомимся с ароматными молекулярными близнецами и научимся рисовать как химики.

Правительства и частные грантодатели часто пытаются контролировать исследования, проводимые за счет государственного бюджета, выдавая весьма специфические гранты и ожидая тесно связанных с ними результатов – таких как патенты, новые компании и изобретения в предписанных областях.

Исследователи, как правило, яростно противятся подобной политике, утверждая, что если их предоставить самим себе и позволить им самим решать, когда и как использовать шпатели, шприцы и микроскопы, то в результате появятся лучшие патенты, новые компании и изобретения. Заявки на гранты иногда пишутся послушным языком, придерживающимся той политики и формы, которые в данный момент в моде, но за этим языком более или менее хорошо скрыт план Б, содержащий настоящие научные вопросы, на которых, по нашему мнению, следует сконцентрироваться.

Это, конечно же, не новый феномен, и одно из самых чудовищных злоупотреблений грантом, должно быть, случилось в 1609 году. Капитан Генри Гудзон получил корабль, людей и провизию от Голландской Ост-Индской компании (VOC, Vereenigde Oost-Indische Compagnie); согласованный исследовательский план предполагал изучение пути в Индию через так называемый северо-восточный морской путь, пролегавший к северу от Скандинавии и России. Капитан попытался следовать этому плану, но где-то к востоку от самой северной точки Скандинавии, рядом с мысом Нордкап, ему пришла в голову идея получше, и он повернул корабль на запад. Он пересек Атлантику и, помимо прочего, исследовал реку, которая позже будет названа его именем – Гудзон. Это дало Республике Соединенных провинций возможность претендовать на большой остров, который местные жители называли Манна-хата; надо думать, английские соотечественники Гудзона очень об этом пожалели.

Необходимость отправиться на восток возникла отчасти из-за огромных прибылей, которые можно было получить от торговли специями, как по возвращении домой, так и при транспортировке гвоздики, перца и мускатного ореха в пределах Азии. В некотором смысле (если слегка побыть химическим шовинистом) торговлю специями можно рассматривать как торговлю химическими веществами, поскольку некоторое количество весьма занятных молекул лежит в основе нашего восприятия специй в отличие, скажем, от поедания риса – еще одного важного компонента ост-индской торговли.

В первом приближении рис представляет собой смесь очень больших молекул, таких как углеводы и белки. Такие факторы, как текстура и содержание воды, также важны для общего вкусового восприятия. Сравните его, например, с гвоздикой, характерный запах которой некогда повсеместно царил на Занзибаре и других островах соответствующего архипелага[70]. При экстракции масла из высушенных бутонов гвоздичного дерева оно будет состоять почти исключительно (до 95 %) из одного-единственного вещества – молекулы под названием эвгенол, и наши ощущения в тот момент, когда мы нюхаем или едим пищу с гвоздикой, возникают исключительно благодаря этому веществу и нескольким другим родственным ему молекулам.

Иногда это может вводить нас в заблуждение, как недавно показал выпуск научно-популярной программы на шведском государственном радио. Группа психологов хотела продемонстрировать мощную связь между запахами и нашими воспоминаниями о местах и событиях – обонятельную память, самый известный пример которой мы находим в начале книги Марселя Пруста «В поисках утраченного времени»[71], когда его альтер эго пробует приготовленное матерью печенье мадлен и мысленно переносится в забытые дни детства.

Но шведские психологи перемудрили. Они дали испытуемому понюхать химический препарат из зубоврачебного кабинета. «Рождество», – последовал немедленный ответ подопытного кролика, поскольку гвоздика – это один из ингредиентов шведских имбирных печений в виде человечков, которые готовят к празднику Йоль. «Ага! – сказали психологи. – А вот вы и ошиблись, потому что это ингредиент под названием эвгенол, который стоматологи используют в качестве мягкого обезболивающего и антисептика, и он не имеет к гвоздике никакого отношения!» И разумеется, на флаконе написано «Эвгенол», там не сказано, что это полученный методом паровой дистилляции экстракт гвоздики, так что откуда человеку знать? Уж конечно, химические препараты делаются на фабриках, а не растут на деревьях.

И в самом деле, на уроках химии в школе вам не расскажут о таких вещах, и, несмотря на беззлобные насмешки над магглами со стороны химиков, нам, возможно, стоит задаться вопросом, насколько сильно мы стараемся исправить эту ситуацию. Иногда я чувствую себя так, словно преподаю в Хогвартсе, раскрывая секреты древнего ремесла, о котором мало кто знает, если не считать его дурной репутации, как у колдовства, и что многих из нас, как ведьм и волшебников из «Гарри Поттера», такое положение дел вполне устраивает.

Следует, однако, добавить, что университетские учебные лаборатории, как правило, более приятное место, чем подземелье, в котором профессор Северус Снегг ведет уроки зельеварения. С другой стороны, есть и кое-что общее. Ученикам в Хогвартсе приходится изучать руны и другие графические изображения магических вещей; изучающим химию необходимо выучить ее графический язык, поскольку химики общаются картинками и рисунками почти так же часто, как словами.

Начнем с того, что у нас два языка. Первый – это язык условных обозначений для повседневного использования, в котором структуры и материалы имеют прозвища – или, как мы выражаемся, тривиальные названия – такие как эвгенол или его химический близнец изоэвгенол (компонент одной из самых редких восточных специй – мускатного ореха). У этих кратких и удобных наименований есть значительный недостаток: они никак не связаны с внешним видом молекулы и с формулой вещества, и их остается лишь выучить наизусть. Вместо этого мы можем назвать два этих вещества «2-метокси-4-(проп-2-енил)фенол» и «транс-2-метокси-4-(проп-1-ен-1)фенол», и большинство химиков сразу поймут, о каких молекулах идет речь. На письме это выглядит прекрасно, пусть и несколько громоздко, но, конечно же, произнести это совершенно невозможно, особенно если в названии нужны скобки. Вот почему мы любим рисовать, и в процессе создания картинки рисование становится и способом мыслить. На рисунке 12 показаны изображения эвгенола и изоэвгенола.

Когда я учился на инженерном факультете, у нас были уроки черчения, на которых мы делали детальные чертежи реакторов с профилями в разрезе и всем прочим, осваивая таким образом весьма эффективный и очень стильный с эстетической точки зрения язык общения. Формально у нас не было занятий по изображению химических формул, но нам всегда давали понять, что небрежная картинка – это признак небрежного мышления.



Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 12. Разные способы передачи информации о молекулах главного «пряного» ингредиента гвоздики (слева) и одного из основных компонентов мускатного ореха (справа) при помощи названий и схем. Оба имеют формулу С10Н12О2.


Поэтому все углы шестиугольников на рисунке 12 должны составлять точно 120°, вторая линия, изображающая двойную связь, должна помещаться внутри цикла, а не снаружи, и самое важное: атомы углерода находятся во всех углах и точках соединений, но никогда и ни за что нельзя писать символ «С», и никогда нельзя рисовать атомы водорода, соединенные с углеродом.

В мускатном орехе содержится мягкое психотропное вещество, родственное эвгенолам, – миристицин, два изображения формулы которого вы видите на рисунке 13. Надеюсь, вы согласитесь со мной в том, что формула справа по-настоящему уродлива, хотя она и несет в себе больше информации для непосвященного человека.

Приятной специей мускатный орех делает не только миристицин; на самом деле его содержание настолько низкое, что в том небольшом количестве мускатного ореха, которое мы обычно добавляем в пищу (например, он хорошо сочетается с картофелем и шпинатом), он не оказывает совершенно никакого галлюциногенного эффекта, а большее количество просто сделает блюдо несъедобным[72]. Нет, популярным в кулинарии ингредиентом мускатный орех стал благодаря сложной смеси нескольких молекул.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 13. Разные способы изображения формулы миристицина С12Н12О3. Красивый способ (слева) и один из многих безобразных способов (справа).


Если миристицин можно считать кузеном эвгенола и изоэвгенола, то молекулы двух последних, безусловно, должны быть братьями или сестрами с одинаковой формулой С10Н12О2. Химики называют таких молекулярных братьев изомерами.

В химии есть много видов изомеров, и эвгенол с изоэвгенолом принадлежат к самому базовому типу. Они отличаются по своим химическим связям, как видно из разного положения двух параллельных черточек (двойных связей) в «хвосте» этих молекул в правой их части на рисунке 12. Совсем как неполнородные братья и сестры, такие изомеры могут походить друг на друга не только химической формулой, но в этом случае они действительно весьма близки и очень напоминают друг друга.

Какой была бы химическая параллель с настоящими близнецами? Это молекулы с одинаковой формулой и эквивалентными связями, но при этом их пространственные формы отличаются.

Изоэвгенол – как раз такая молекула с полным названием транс-2-метокси-4-(проп-1-ен-1)фенол, и у него есть родной брат (или, если угодно, сестра), который называется цис-2-метокси-4-(проп-1-ен-1)фенол. В менее формальной версии они известны нам как цис- и транс-изомеры; у транс-изомеров одинарные связи находятся с противоположных сторон от двойной связи, а у цис-изомеров они находятся с одной стороны, как видно по жирной линии вверху слева на рисунке 14.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 14. Слева: молекулярные сиблинги изоэвгенолы. Справа: два изображения одной и той же молекулы эвгенола. Связи, изображенные жирной линией, подчеркивают разницу между цис- и транс-изомерами.


Показанные здесь транс- и цис-изомеры точно такие же, как и те, что содержатся в широко обсуждаемых транс-жирах – тех, что порой можно обнаружить в печенье и других продуктах промышленного производства и которые не особенно полезны для здоровья из-за содержащихся в них частично гидрогенизированных жиров. Не стоит думать, что ярлык «транс-» становится «меткой Пожирателя Смерти» для любой молекулы искусственного происхождения. Многие природные вещества содержат транс-изомеры – на ум приходит, к примеру, важный витамин А, а в коровьем молоке содержится некоторое количество природных транс-жиров.

Как вы уже поняли, в этих схемах содержится большое количество информации, незаметной, пока у вас нет ключа, – совсем как на средневековых картинах, которые радуют взгляд, но истинное значение которых теряется без знания лежащего в их основе символизма. Линии, изображающие химические связи, выглядят цельными и жесткими, словно спицы, но на самом деле молекулы гибки, а их атомы никогда не остаются неподвижными; они испытывают колебания и вращаются, так что нужно мысленно заменить спицы на пружины разной степени жесткости. Возьмем двойные связи: будучи двойными, они более прочны, и можно было бы подумать, что их достаточно нарисовать толще и короче, но тут есть самый настоящий механический символизм. Если два шара соединены спицей, каждый шар можно вращать независимо от другого, но, если они соединены двумя спицами, это невозможно.

Однако атомы соединяются при помощи электронов, а не спиц, и то, почему эта аналогия из области механики работает, не очевидно (да и не должно быть очевидным). Но она все же работает, и на том мы и остановимся, иначе всю оставшуюся часть книги нам пришлось бы посвятить квантовой химии – это крайне увлекательная ее часть, но она не для слабонервных. Позвольте мне упомянуть лишь один, самый важный вывод квантовой химии: электроны не вращаются вокруг атомов, словно планеты вокруг Солнца. Некоторые из них совершают нечто подобное, но другие движутся[73] в совершенно особых, часто взаимоисключающих направлениях, и именно это приводит к жесткости двойных связей и пресекает вращение. Это причина того, почему изоэвгенол существует в виде двух встречающихся в природе изомеров, а эвгенол – только в виде одного.

Все это было неизвестно двум Ост-Индским компаниям, Голландской и Английской, которые с жаром – и часто с применением чрезмерного насилия – боролись за контроль над торговлей специями в Европе. Будь эта химия известна в то время, можно было бы собрать веские доводы, которые помогли бы избежать борьбы за острова Банда – единственное место, где было найдено мускатное дерево.

Гвоздичное дерево легко вырастить почти в любом тропическом регионе, а если взять сушеную гвоздику и извлечь из нее масло, то в результате простой реакции с использованием едкого кали (КОН) эвгенол можно превратить в изоэвгенол – и вуаля, вы сделали из основного ингредиента гвоздики одну из характерных молекул мускатного ореха, и вам больше не требуется мускатное дерево, которое так трудно вырастить! Но все не так просто. Как и в случае со многими вкусными продуктами, аромат мускатного ореха рождается из сложной смеси разных составляющих[74]; гвоздика скорее исключение, поскольку производимый ею эффект основывается почти исключительно на одной молекуле.

Так что простая химия не спасла бы жизнь в этой ситуации. Жестокая борьба за острова Банда, особенно за один из самых маленьких – Рун, – вместо этого закончилась Бредским соглашением 1667 года, заключенным после англо-голландской войны. Маленькой деталью в этих переговорах было то, что Рун – единственный «английский» остров архипелага, взятый голландцами после четырехлетней осады, – должен был остаться у голландцев, а взамен англичане сохраняли за собой остров Манхэттен на реке Гудзон, который они оккупировали незадолго до того[75].

В краткосрочной перспективе это было очень выгодно голландцам, у которых теперь оказалась мировая монополия на мускатный орех. Однако этой монополии постоянно угрожало то, что в наши дни называют биопиратством. Разумеется, голландцы бессовестно получали прибыль с того, что по праву являлось ресурсами, принадлежавшими жителям островов Банда, но 15 000 островитян могли бы сейчас вести приятную жизнь на годовую прибыль 80 миллионов долларов США, которую приносит экспорт мускатного ореха, если бы в 1817 году британцы не умудрились посадить мускатные деревья в других тропических регионах[76].

Сегодня, когда действует Конвенция ООН о биологическом разнообразии, подобное перемещение биологического материала стало бы грубым нарушением соглашения, подписанного в 1992 году правительствами 150 стран на Саммите Земли в Рио-де-Жанейро[77]. Одна из главных задач – защита биологических ресурсов и знаний о них, особенно в бедных странах, от эксплуатации в интересах других государств.

Другая причина защищать биологическое разнообразие планеты заключается в том, что это один из важнейших для нас молекулярных ресурсов. Можно считать, что химическая промышленность могла бы легко состряпать технологию изготовления любой прибыльной молекулы, но это не всегда так. Синтезировать «с нуля» молекулы, такие как эвгенол, изоэвгенол и миристицин, не всегда целесообразно, и поэтому часто используются их природные источники. Это станет особенно актуально, когда закончится нефть – чудесный источник начальных реагентов.

На самом деле есть шанс, что существует еще множество неоткрытых ценных молекул – в растениях, которые в эту самую минуту находятся на грани исчезновения; это лекарства против ВИЧ и туберкулеза, новые антибиотики или идеальный прекурсор для изготовления катализатора, превращающего солнечные лучи в полезную энергию.

Голландская Ост-Индская компания утратила свое значение к концу XVIII века и исчезла в 1800 году. Вскоре после этого острова Банда утратили для голландцев экономическую важность. Однако цены на недвижимость на Манхэттене продолжали расти и сейчас являются одними из самых высоких в мире. Можно утверждать, что даже если американские индейцы сильно прогадали на этой сделке, то голландцы прогадали еще больше, а британцы, конечно, разыграли свои карты в Северной Америке так плохо, что в любом случае все было потеряно.

Однако по сей день Нидерланды являются крупнейшим рынком импорта мускатного ореха. Красочный рассказ об истории этого ореха, который с ботанической точки зрения орехом вовсе не является, можно найти в книге Джайлса Милтона «Мускатный орех Натаниэля»[78].

6

Смерть в доме № 29

В этой главе мы познакомимся с людьми с высоким содержанием тестостерона в организме и узнаем, как медь теряет электроны, а высший свет – людей.

Остальные пятеро пошли раньше, по одному, и в тогдашних источниках отмечалось, каким гуманным было это зрелище, поскольку его участникам не пришлось видеть друг друга. Тысячи жителей Стокгольма собрались на улице в холодный день 30 января 1744 года, чтобы посмотреть, как последний из этой шестерки, Густаф Шедин, счетовод медеплавильного завода Иншё, поднялся на эшафот. В качестве кульминации представления его должны были обезглавить, а затем разрубить тело на куски[79].

Летом предыдущего года Шедин руководил четвертым Даларнским восстанием – последним маршем старателей и крестьян Даларны (изобилующей рудниками шведской провинции в 100 милях к северо-западу от Стокгольма) на шведскую столицу. Это движение стало выражением сильного недовольства населения королем Фредериком I и гибельной для страны войной, которую тот вел с Россией. Такое уже случалось раньше и приводило к успеху: чрезвычайно свободомыслящие жители Даларны традиционно обладали некоторой властью благодаря богатым природным ресурсам, жемчужиной которых был крупный горный медный рудник в Фалуне. Некогда он был крупнейшим подобным рудником в мире и производил около 70 % мирового объема меди[80].

Рудник в Фалуне, как и многие другие, когда-то управлялся как кооперативное предприятие, и работали там свободные старатели, или бергсманы (bergsmän – «горные люди»), у которых были особые привилегии и свои законы. Однако их время подошло к концу. В 1743 году восстание закончилось кровавой резней в Стокгольме, а теперь должны были казнить шестерых его руководителей. Медный рудник также терял свое привилегированное положение. Он давал шведским королям и королевам экономическую опору для многочисленных более или менее успешных военных авантюр на территории континентальной Европы, но теперь пришел в упадок, как и военная мощь Швеции.

Это традиционно мужское занятие – рассердиться и собрать парней, чтобы разобраться с людьми и делами, – на химическом уровне связано с высоким уровнем большой органической молекулы под названием тестостерон. Для специалиста в неорганической химии, ищущего интересную историю, сейчас было бы прекрасно показать прямую связь между медью и тем, как эта молекула создается в нашем теле, начав с холестерина и заявив, что тестостерон делал мужчин из Даларны более склонными к поспешным революционным действиям. Что ж, забудьте об этой идее, потому что в этой цепочке событий нет ни следа меди. Для некоторых ферментов – белков, которые играют роль катализаторов в этих реакциях в человеческом теле, – крайне важны железо и цинк, но не медь, насколько нам известно; хотя медь играет роль реакционного центра для многих других ферментов. Этого слишком мало для обоснования, так что пойдем дальше и обсудим несколько других случаев, когда политические беспорядки были связаны с добычей меди.

Я слишком молод, чтобы помнить 1961 год, но у меня есть некоторые туманные воспоминания о 1973-м: знаменитое последнее фото президента Альенде в шлеме у главного входа во дворец Ла Монеда в Сантьяго, а рядом с ним – молодой человек в костюме с галстуком и с автоматом в руках. В 1961 году произошла авиакатастрофа под Ндолой на территории нынешней Замбии: на фотографиях изображен разбившийся самолет DC-6 и офицеры Северной Родезии в шортах. Меньше на Западе помнят о демократически избранном конголезском премьер-министре Патрисе Лумумбе, убитом в заключении при режиме Мубуто в 1961 году, с молчаливого одобрения правительства Бельгии (поступок, за который в 2002 году были принесены официальные извинения)[81].

Власть и богатство, а также война, убийство и различные ожесточенные конфликты – все это тесно связано с двумя более тяжелыми элементами в группе трех так называемых благородных металлов: серебром (Ag) и золотом (Au), а золото даже называют самым ядовитым из всех элементов, особенно опасным для разума. Все мы видели изображения пиратов, дерущихся за сундук, полный золотых дублонов, однако вряд ли в истории случались потасовки за ящик медных пенни. И однако же, вероятно, именно медь лежала в основе конфликтов в Чили и Конго, унесших жизни президента Сальвадора Альенде и Генерального секретаря ООН и шведского дипломата Дага Хаммаршёльда.

Оба эти человека представляли собой реальную или ощутимую угрозу для влиятельных компаний по добыче меди. Хаммаршёльд пытался разрешить конфликт, возникший из-за отделившейся республики Катанга на юго-востоке недавно обретшей независимость республики Конго; Альенде, будучи первым избранным социалистическим президентом, за несколько лет до того национализировал чилийские медные рудники. Альенде почти наверняка покончил с собой во время переворота и нападения на президентский дворец[82]; однако авиакатастрофа, оборвавшая жизнь Хаммаршёльда и еще 15 пассажиров и членов экипажа, все еще является предметом споров, и в этом деле были предъявлены новые факты, особенно после падения режима апартеида в Южной Африке[83].

Шахта – это глубокое отверстие в земле с химической фабрикой наверху. Это особенно справедливо в отношении добычи и производства меди, поскольку с таких заводов очень часто вывозятся не один, а два важных продукта – твердый и жидкий.

Так же как и ферменты в нашем теле, медь обычно не встречается в природе в виде блестящего металла. Вместо этого, имея 29 электронов, 11 из которых – на внешней оболочке, она обычно теряет два электрона и становится медью (II), Cu2+, или теряет один электрон и становится медью (I), Cu+. Нам это удобно, так как эти ионы часто водорастворимы и легче усваиваются организмом, чем твердые куски медной пластины.

В нашем организме за ионами меди присматривают главным образом атомы азота в составе белков (аминокислота под названием гистидин справляется с этим особенно хорошо); также этим занимаются содержащие серу аминокислоты цистеин и метионин. Откроем маленький секрет: медь и серу связывают вечные любовные узы, и наши ферменты пользуются этим, чтобы заставить медь выполнять некоторые весьма важные реакции в организме. Эта связь проявляется не только в любви меди к аминокислотам с серой, но и в зеленовато-синей патине, которая покрывает медные статуи (кстати, нет ни одной такой статуи Фредерика I, – кажется, все решили, что о нем лучше забыть) и другие предметы из меди, подвергающиеся воздействию внешней среды и серосодержащим загрязняющим веществам.

Связь медь – сера также можно обнаружить под землей, поскольку многие минералы, содержащие медь, имеют в своем составе серу – например, медный колчедан (CuFeS2). Когда стали массово появляться медеплавильные заводы, разлучение этих двух влюбленных начало представлять угрозу для окружающей среды. Причиной этого был тот факт, что в этом процессе используется кислород из воздуха, который вместе с ионами Cu2+ забирает по два электрона у каждого атома серы. Эта реакция превращает медь (II) в металлическую медь, а ионы серы (S2–) – в молекулы оксидов серы (IV) или (VI) – SO2 или SO3 соответственно, – где атом серы хорошо спрятан в оболочку из атомов кислорода и больше не может испытывать влечения к атому меди. Разумеется, и SO2, и SO3 – оба они газообразны – просто выпускали из заводской трубы: всё, проблема решена!

3Cu2S + 3O2 → 6Cu + 3SO2.

Но, как это часто случается, то, что для одного – мусор, для другого – клад. Вместо того чтобы выбрасывать SO2 и SO3 в воздух, где, смешавшись с водяным паром, они превратились бы в сернистую (H2SO3) и серную (H2SO4) кислоты и вызвали бы кислотный дождь, эти газы можно собрать и превратить в 100 % SO3 путем окисления кислородом О2 из воздуха при помощи новых умных катализаторов. После этого к газу добавляется вода, и мы вновь получаем серную кислоту, но теперь можем ее продать. И существует довольно большой рынок спроса: год за годом серная кислота возглавляет первую десятку химических продуктов по всему миру.

Швеция в настоящее время производит всего 1 % мировой меди, а рудник в Фалуне закрыл производство в 1992 году. Сейчас это объект мирового наследия ЮНЕСКО, и вы можете посетить и надземную, и подземную его часть. Изначальная старательская компания «горных людей» со временем превратилась в Stora Kopparbergs Bergslags Aktiebolag (Великую гильдию медных старателей), которая, вероятно, является старейшим в мире акционерным предприятием. В 1998 году она слилась с финской компанией Enso и теперь занимается гораздо более мягкими вещами, поскольку Stora Enso – одна из крупнейших в мире лесопромышленных компаний и производителей бумаги.

7

Камни голубых кровей и узник в клетке из кристаллов

В этой главе мы узнаем кое-что о древнем искусстве кристаллографии, ставшем наукой, – о той области, которая имеет отношение не только к вашему ювелиру, но и к вашей кухне и которой в равной степени занимаются материаловеды, разработчики лекарств и биохимики.

Вы, несомненно, слышали о кровавых алмазах и знаете, что это не редкая красная версия драгоценного камня, а незаконно добытые алмазы, которые используют для финансирования и затягивания вооруженных конфликтов в некоторых африканских странах. Но слыхали ли вы о камнях голубых кровей?

Детально разработанная система маркировки, известная как схема сертификации процесса Кимберли, в настоящее время используется (по утверждению некоторых, неэффективно) для отделения хороших алмазов – добытых, например, в Ботсване – от кровавых, или конфликтных, алмазов, которые не следует допускать на рынок. Эта схема не нужна для голубых камней, которые называются lapis lazuli, поскольку в мире существует лишь одна шахта, которая производит эти камни высокого качества, – шахта Сар-и-Санг в долине реки Кокча, в провинции Бадахшан на северо-востоке Афганистана; поэтому сомнений по поводу их происхождения никогда не возникает[84].

Эта шахта находится в столь отдаленном месте, что туда не добрались даже такие активные и успешные путешественники, как Марко Поло и сэр Ричард Бертон, хотя первый упоминает эти места в путешествии, когда он пересек реку Оксус (известную также как Амударья), притоком которой является Кокча: «Гора в той области, где можно найти прекраснейший на свете лазурит»[85]. Шотландский исследователь Джон Вуд посетил это место в 1837 году, но, если верить его книге «Путешествие к истокам реки Оксус», это была отнюдь не воскресная прогулка. «Если не хотите погибнуть, избегайте узкой долины реки Коран [Кокча]» – вот к какому выводу он пришел[86].

Человеком, наконец добравшимся туда, стала британская журналистка Виктория Финли, автор чудесной книги «Цвет: путешествие по коробке с красками»; несмотря на то что она приехала на шахту в начале 2000-х, это был самый настоящий подвиг[87].

Так зачем кому-то переносить всяческие тяготы только ради того, чтобы увидеть шахту, в которой из горной породы можно добыть синие камни? Возможно, это объясняется тем, что за многие века эти редкие камни приобрели огромную ценность, став отличительным знаком королей и аристократии; или тем, что ради торговли ими даже в древние времена люди преодолевали огромные расстояния; а может быть, тем, что эта старейшая в мире шахта разрабатывается на протяжении 5000–6000 лет – и до сих пор действует. Причиной, по которой туда поехала Финли, были не столько сами камни, сколько пигмент, который из них получают путем растирания в мельчайший порошок и который служит основой для самого хорошего и самого дорогого синего цвета – натурального ультрамарина (это слово означает «с другой стороны моря»). Теперь у нас есть синтетические аналоги этого пигмента, но они все же несколько уступают ему по качеству, и, как мы увидим дальше, тому есть очень веская химическая причина.

Афганская политика так же сложна и запутанна, как детективные романы Рэймонда Чандлера, – по крайней мере, когда смотришь на нее со стороны; так что время покажет, будут ли на следующего участника этой истории смотреть в позитивном ключе в последующие годы. Ахмад Шах Масуд, «Панджшерский лев» – официально национальный герой Афганистана, и 9 сентября, в день покушения, которое привело к его гибели, многие афганцы совершают паломничество к его могиле в кишлаке Джангалак, чтобы отдать ему дань уважения[88].

Изучая инженерное дело в Кабуле в 70-х годах, он стал политическим активистом и был вынужден бежать в Пакистан, откуда вернулся несколько лет спустя, чтобы стать легендарным полевым командиром моджахедов во время советской оккупации. Он был настолько успешным военачальником, что Советская армия, превосходившая моджахедов по количеству оружия и личного состава, так и не добилась полного контроля над провинцией Панджшер, к югу от Бадахшана, где расположена шахта по добыче лазурита. Возможно, он занимался разработкой шахты, но настоящим спасительным кругом она стала после гражданской войны в Афганистане, когда талибы триумфально вошли в Кабул, а Масуд покинул свой пост министра обороны и вновь отправился в горы[89].

Мы много слышали о торговле опиумом, за счет которой финансировалась гражданская война в Афганистане, но похоже, Северный альянс, которым руководил Масуд, получал бо́льшую часть денег, контролируя международную торговлю лазуритом и другими драгоценными камнями, главным образом изумрудами, и по иронии судьбы на эти деньги закупалось оружие у бывших врагов – русских[90]. Как и русские, «Талибан» так и не получил полного контроля над этими провинциями. Масуд сам был убежденным мусульманином и в некотором роде исследователем Корана, если даже не религиозным лидером, и отвергал взгляды талибов-фундаменталистов в пользу более современной версии ислама.

Так что же делает эти синие камни такими особенными? Во-первых, как и в случае с другими драгоценными камнями, дело в их детстве. Нехорошо слишком быстро расти и достигать взрослого состояния – как для людей, так и для драгоценных камней.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 15. Ахмад Шах Масуд, «Панджшерский лев». © Reza / Webistan / Corbis.


Эти кристаллы (как химики называют большинство драгоценных камней) вырастают из крошечных скоплений молекул и ионов – зародышей. Никто точно не знает, насколько они малы – возможно, это всего несколько молекул, возможно, несколько сотен частиц, плавающих в чем-то вроде жидкости или расплава. Время от времени новая молекула из этой жидкости соприкасается с поверхностью зародыша и застревает на ней, за счет чего кристалл растет.

Так вот, главное в кристаллах – это упорядоченность. Возьмите на кухне кристаллик сахара и рассмотрите его. Он похож на крошечный сверкающий драгоценный камень, чистый и прозрачный, и у него красивые четкие грани и ребра.

Он обладает всеми этими характеристиками потому, что внутри этого кристалла вы найдете молекулы сахарозы, расположенные одинаково – сверху вниз, слева направо, спереди назад, словно солдаты на параде, лозы в винограднике или апельсины, аккуратно разложенные во фруктовой лавке. Просто их там будет гораздо больше, чем вы можете себе представить.

Если солдаты прибывают на парад неспешно и по одному, им будет легко найти свое место. Но если все они явятся на площадь одновременно, несясь туда бегом со всех сторон из-за того, что они поздно позавтракали (когда я служил в армии, у меня был приятель, отличавшийся таким поведением), им будет трудно образовать четкий военный строй, которого от них ожидают. Возможно, они смогут проследить за движением ближайших соседей, но в целом бардак будет продолжаться до тех пор, пока не явится сержант и криком не призовет их к порядку.

У молекул нет сержантов, они все равны между собой, поэтому, если такой процесс пойдет неправильно в молекулярном мире, дороги назад обычно не бывает. Возьмите красивые кристаллики сахара, растворите их в горячей воде и затем быстро выпарьте воду. Это заставит молекулы снова броситься друг к другу, чтобы образовать единое целое, и вы получите назад свои молекулы сахарозы в твердой форме, но прекрасные кристаллы исчезнут! В зависимости от условий в результате ваших действий может получиться что угодно, от липкой массы до деформированных кристаллов[91]. Если вдуматься, на дне вашего кухонного чайника вы тоже не найдете красивых кусочков мрамора, хотя в принципе накипь – этот тот же карбонат кальция, образующийся на нагревательном элементе (в зависимости от вашего места жительства и жесткости воды). Столовую соль легче вернуть в кристаллическую форму, так что очевидно, что это зависит от имеющихся у вас конкретных молекул, но в целом рост кристаллов – это коварная область, в которой существует мало правил и есть лишь ненадежные ориентиры. Именно поэтому некоторые мои коллеги-химики в шутку называют этот процесс «черной магией», но все же другие люди заклинаниями призывают фею кристаллов к действию в своих пробирках.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 16. Слева: молекулы сахарозы на параде в кристалле сахара. Для простоты показаны лишь два цикла – один с пятью и второй с шестью атомами. Полная формула выглядит так: (C6H11O5)O(C6H11O5). Справа: упрощенная палочковая схема молекулы сахарозы.


Почему нас так волнуют кристаллы? Потому что они помогают нам видеть молекулы, с которыми мы работаем, – с тех пор как мы около 100 лет назад выяснили, как создавать изображения кристаллов, это очень сильно способствовало развитию химии, медицины и материаловедения. Молекулы, как правило, слишком малы даже для самой причудливой и изощренной современной микроскопии[92], но, когда они стоят по стойке смирно внутри кристалла, сам порядок вещей оказывается весьма полезным: расстояния между атомами внутри молекул и между ними повторяются миллионы раз. Среднестатистический кристаллик сахара содержит около 1018 молекул – 1 квинтиллион, или то же количество, что и в решении знаменитой задачи о зернах на шахматной доске[93].

Если мы направим узкий рентгеновский луч на кристалл, фотоны луча станут отталкиваться от атомов, с которыми будут сталкиваться, – или, вернее, от их электронов. Некоторые на поверхности, некоторые в первом слое, некоторые в следующем и так далее. Если поместить позади кристалла фотографическую пластину (или еще какой-нибудь чувствительный элемент), в его центре мы увидим большое пятно от луча, который проходит через кристалл, а также более бледные пятна вокруг него. Эти смещенные от центра пятна возникают от фотонов, которые по пути столкнулись с атомом. Из-за того, что световые волны прошли разные расстояния, максимумы и минимумы волны (своеобразные «пики» и «ущелья») теперь находятся не там же, где у лучей, которые отражались от верхнего слоя и слоя, следующего за ним, и которые преодолели чуть большее расстояние.

Для обычного света это расхождение настолько мало, что оно не имеет значения, но поскольку длина волны рентгеновских лучей близка к внутримолекулярным и межмолекулярным расстояниям между атомами, то разница в преодоленном пути может достигать половины длины волны. Когда такие комбинации лучей выходят из кристалла и снова соединяются, образуя отраженный луч, максимум волны в одном отражении теперь совпадает с минимумом волны в другом отражении – две волны гасят друг друга, и пятно на пленке не появится. Это явление известно как деструктивная интерференция.

С другой стороны, если разница в пройденном расстоянии составляет одну, две, три или любое другое целочисленное значение длины волны, для фотонов максимумы совпадут, и они окажутся «в фазе». Это конструктивная интерференция, а кристаллографы просто скажут, что в таких случаях вы видите дифракционный пик. Измерив интенсивность и расположение таких пиков (дифракционную картину) на фотопленке, отец и сын Брэгг в 1913 году смогли определить расположение ионов натрия и хлора в кристаллах столовой соли и таким образом стали первыми людьми, которые «увидели» атом[94]. В настоящее время широко распространены ПЗС-детекторы вроде тех, что используются в цифровых фотоаппаратах, чтобы регистрировать эти пятна.

Несмотря на разговор о пиках и ущельях, мы забрели далеко от афганских гор. Я сделал это для того, чтобы вы смогли оценить истинную красоту ляпис-лазури (а вернее, минерала лазурита), великолепного синего компонента лазуритовых руд, потому что он бесконечно более тонкий и сложный, чем король драгоценных камней алмаз. Еще до Первой мировой войны отец и сын Брэгг смогли определить положение атомов углерода в алмазе при помощи фотопленки, карандаша и бумаги, но кристаллографы до сих пор бьются над определением структуры лазурита.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 17. Вверху: максимумы и минимумы волн, которые совмещаются со сдвигом ровно на половину длины волны (серая линия), гасят друг друга и дают нулевой сигнал. Внизу: совпадающие по фазе совмещения усиливаются и дают мощный сигнал (серая волна).


Лазурит – сложный минерал, потому что его химическая формула изменчива. В отличие от алмаза – просто «С» – мы обычно записываем лазурит как Na6Ca2(Al6Si6O24)[(SO4), S, Cl, (OH)]2, где точное количество последних четырех составляющих варьируется в зависимости от типа горной породы[95]. Почему же это вещество ведет себя так странно, не подчиняясь закону постоянства состава, который мы изучали в школе? Причина – пространственная структура фрагмента Al6Si6O24. Ее можно достаточно просто определить на основе рентгеновской дифракционной картины: вы увидите бесконечную взаимосвязанную структуру, состоящую из тетраэдров AlO4 и SiO4, где каждый атом кислорода служит мостиком в паре ионов металлов Al/Si[96].

Ну и что такого, скажете вы: если вы были внимательны на уроках химии, то знаете, что алмаз тоже состоит из тетраэдров. Но в нашем случае расстояния между центрами ячеек (теми центрами, что связаны с четырьмя другими узлами) гораздо больше, что приводит к возникновению огромных, похожих на клетки областей пустого пространства внутри кристалла. Там мы обнаружим довольно скучные – маленькие и бесцветные – ионы натрия и калия, которые занимают области поменьше, и столь же прозрачные, но более крупные ионы сульфата, хлорида и гидроксида, заключенные в клетки большего размера. Так что же с цветом: значит, его дает каркас из алюминия и кремния? Нет, подобный каркас служит основой для многих минералов. Возможно, ключ к разгадке можно найти в другой составляющей лазурита: в горной породе присутствуют кристаллические частички железного колчедана (пирита, или «золота дураков»). «Золото дураков» не только придает камню красоту, но также может играть важную роль в образовании настоящих пленников этих кристаллических клеток – отрицательно заряженных ионов S3[97], поскольку пирит имеет формулу FeS2 и содержит структурные единицы S-S, которые когда-то могли стать начальной точкой для появления ионов S-S–S.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 18. Кристаллическая ячейка лазурита из связей Al—O и Si—O и стабилизированный в ней ион-радикал S3, придающий синий цвет ляпис-лазури (три более темные сферы).


Эти необычные частицы существуют в кристалле лишь в очень малых количествах, и их требуется держать в клетке-ловушке, поскольку это радикалы. (На самом деле химия не настолько консервативна, чтобы считать, что всех радикалов нужно держать под замком; дело просто в том, что молекулу, содержащую неспаренные электроны, мы называем радикалом, и такие ребята обычно весьма активны.) Вы, вероятно, слышали о «свободных радикалах», всячески вредящих вашему организму. Это радикалы ОН; а ион S3 представляет собой другую разновидность подобных частиц. Он придает синий цвет лазуриту, однако, если выпустить его из клетки, он будет немедленно разрушен и цвета исчезнут. Часть секрета изготовления из лазурита хорошей краски, вероятно, заключается в том, чтобы этого не случилось по ходу дела.

Клетки и их узники – это также причина того, что подобные материалы трудно воспроизвести в лаборатории или в промышленных масштабах. Ионы S3 слишком велики, чтобы выбраться из неповрежденных клеток, и это также означает, что невозможно положить в клетки что-то еще. Процесс должен быть интегрированным: нестабильные ионы S3должны образовываться более или менее одновременно с образованием окружающих их клеток. Химикам еще предстоит разобраться, как добиться подходящих для этого условий и создать самоцвет того же качества, что и природный.

Однако если это удастся сделать, то это может повредить будущим повстанцам, отступающим в горы Бадахшана и полагающимся на доход от этой торговли. Для Масуда все и без того закончилось плохо. В нападении, которое называют прелюдией к теракту 11 сентября, 9 сентября 2001 года в Ходжа-Бахауддине (в провинции Тахар на северо-востоке страны) на него совершили успешное покушение два террориста-смертника из «Аль-Каиды». С 2005 года 9 сентября считается «Днем Масуда» – государственным праздником в Афганистане[98].

8

Бриллианты навсегда[99], а также цирконий для подводных лодок

Из этой главы мы узнаем, как взаимное расположение элементов в Периодической таблице помогает предсказать не только их свойства, но и их местонахождение в природе, а еще поговорим о ядерных реакторах, фальшивых бриллиантах и главной драме, развернувшейся в СМИ в 1952 году.

Казалось, что появление обручального кольца с бриллиантом в длинной и запутанной истории любви между Мма Рамотсве – первой женщиной-детективом Ботсваны – и блестящим механиком и владельцем компании Road Speedy Motors в Тлоквенге мистером Дж. Л. Матекони ознаменовало собой конец этой сюжетной линии, которая развивалась на протяжении нескольких томов в серии оригинальных и весьма популярных детективов Александра Макколла Смита (мы уже говорили о них в главе 1). Однако обнаружилась небольшая проблема с участием кубического циркония, и эта история продолжилась и в следующей книге серии[100].

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 19. Периодическая таблица, в которой переходные металлы выделены серым, а группа титана дана в увеличенном виде.


Похожие названия элементов и их соединений – одно из досадных неудобств в химии[101], но часто они возникают исторически, и в случае с цирконием произошло именно так.

Помимо чистого металла циркония, существуют еще циркон и кубический оксид циркония (в русском языке его часто называют «фианит», а в английском языке он известен как zirconia), и у всех из них есть важные практические приложения. Циркон – это силикат циркония, имеющий формулу ZrSiO4, а кубический оксид циркония – это особая форма ZrO2. Как вы уже догадались, последний, помимо других сфер применения, может служить отличной заменой бриллианту в обручальных кольцах.

Мы не станем задерживаться на детальном описании элемента циркония, но вам следует знать, что в Периодической таблице он находится в середине, в большом семействе элементов, которые называют переходными металлами. Возможно, вы слышали о его кузене титане, расположенном прямо над ним, и о родном брате гафнии, стоящем на ступеньку ниже.

Почему я называю их родными братьями? Потому что элементы, расположенные в Периодической таблице в одной группе (то есть столбце), часто имеют схожие химические свойства. В частности, в центральной ее части, в семействе переходных металлов, состоящем из 27 элементов, – все они имеют много общих свойств – два нижних элемента обычно больше всего похожи друг на друга.

Схожие химические свойства циркония и титана означают, что мы обычно можем найти цирконий там, где добываем гораздо более распространенный титан; кроме того, как только мы отделим титан от циркония, за ними потянется некоторое количество гафния – примеси, от которой гораздо труднее отделаться.

Ушлого ювелира из Габороне не волнует, есть ли в его фальшивых бриллиантах следы HfO2, смешанного с ZrO2. Для нетренированного глаза это никак не повлияет на блеск, твердость или прозрачность камня, но для инженеров, проектирующих первые ядерные реакторы для электростанций в США, дело обстояло совсем иначе.

Всесторонние испытания различных материалов после Второй мировой войны показали, что сплав, основным компонентом которого служит металлический цирконий, лучше всего подойдет для покрытия оксида урана в топливных стержнях, которые предполагалось использовать в ядерных реакторах. Загвоздкой для инженеров, внедрявших эту технологию на электростанциях, оказалось то, что металл должен быть полностью очищен от примесей гафния. Причина заключается в том, что цирконий и гафний схожи во всем, кроме ядра – того места, где заканчивается химия и начинается физика. Эти два элемента (или, выражаясь точнее, их природные изотопы) очень по-разному реагируют, когда сталкиваются с нейтронами; как объяснил бы физик, их нейтронные сечения сильно различаются.

Для того чтобы цепная реакция деления ядра урана в ядерном реакторе шла с соответствующей низкой скоростью, требуется постоянный поток нейтронов. Если их будет слишком много, реакция выйдет из-под контроля, а если слишком мало – она просто прекратится. В обычном ядерном реакторе происходит следующее: уран-235, или 235U на языке химиков, сталкивается с нейтроном, имеющим массовое число 1. Далее может произойти множество вещей, самая важная из которых расщепление ядра урана с образованием двух новых атомов, 92Kr и 141Ва. Как вы заметили, сумма массовых чисел этих двух атомов не равняется 235 + 1 = 236: не хватает трех атомных единиц массы. Это происходит потому, что во время реакции испускаются три новых нейтрона, каждый из которых может расщепить еще одно урановое ядро и выпустить еще три новых нейтрона. Это и есть основа знаменитой цепной реакции в атомной бомбе. Эта реакция может стать совершенно неуправляемой, если тщательным образом не контролировать количество свободных нейтронов в реакторе.

Во время работы над проектом атомной электростанции металлы анализировали на наличие многих свойств, одним из которых была их способность захватывать нейтроны; уровень и детальность этого анализа были беспрецедентными по сравнению со всеми инженерными проектами прошлого. Ученые обнаружили, что все природные изотопы циркония имеют очень маленькое сечение захвата тепловых нейтронов; это означает, что нейтрон, столкнувшийся с атомом циркония, просто оттолкнется от него и полетит к другому атому. А вот изотоп гафния 178Hf, представляющий собой каждый второй встречающийся в природе атом гафния, испытывает большую симпатию к этим элементарным частицам. 178Hf легко поглощает нейтрон, в результате чего образуется 179Hf, тоже стабильный и встречающийся в природе изотоп. Самое малое количество гафния во внешнем слое топливных стержней быстро поглотит нейтроны, остановит цепную реакцию, и реактор встанет. Положительный аспект всего этого заключается в том, что гафний можно использовать в управляющих стержнях, которые опускаются между топливными стержнями реактора и эффективно останавливают процесс расщепления, поглощая все питающие его нейтроны.

Мы начали главу с обручального кольца в Габороне – городе, расположенном недалеко от пустыни Калахари в не имеющей выхода к морю Ботсване, а завершим ее рождественской историей из Северной Атлантики. Любопытное совпадение: гафний назван в честь датской столицы Копенгагена (Køpenhavn по-датски), и незадолго до Рождества в 1951 году легендарный (мы скоро поймем почему) датский капитан торгового судна Курт Карлсен покинул Гамбург на ходившем под американским флагом грузовом пароходе Flying Enterprise («Флаинг Энтерпрайз»), следовавшем в Нью-Йорк. Датчанином был не только капитан: судно принадлежало живущему в Нью-Йорке датчанину Хенрику Исбрандсену – необычному предпринимателю, связанному родственными узами со знаменитым семейством Мерск, чьи суда даже сегодня можно встретить во всех главных морских портах.

Все, кто прожил достаточно, чтобы помнить новостную повестку начала 1952 года, скорее всего, в курсе событий, развернувшихся сразу после Рождества 1951-го. На Северную Атлантику и северо-западную Европу обрушился один из самых страшных штормов, случавшихся в 50-е годы; блуждающая волна ударила выходивший из Ла-Манша пароход, и в центре корпуса образовалась трещина. Команда произвела временный ремонт, который выглядел вполне надежно, и капитан приказал двигаться дальше как можно быстрее, хотя некоторые члены экипажа испытывали по поводу этого решения смешанные чувства и предпочли бы, чтобы Карлсен направил судно в безопасную гавань. И действительно, через несколько часов на судно обрушилась вторая волна, в результате чего в третьем трюме сдвинулись автомобили «фольксваген», а возможно, то был чугун в болванках в трюме номер два. Судно получило крен 60°, от которого так и не оправилось[102].

Нас интересует другой трюм, в котором находился незадекларированный груз металлического циркония; однако внимание общественности привлекла спасательная операция. Вторая волна также уничтожила двигатели и вывела из строя рулевое управление, так что у Карлсена не оставалось иного выбора, кроме как приказать всем покинуть корабль. На деле это оказалось не так просто, так как спасательные шлюпки не функционировали из-за крена. К счастью, на сигнал бедствия откликнулись три других судна, среди которых был и транспортный корабль USS General A.W. Greely («Генерал А.В. Грили»), так что Карлсен велел команде и пассажирам прыгать в воду и плыть к приближающимся спасательным шлюпкам.

В то время это казалось удачей, но, возможно, в ретроспективе Карлсен желал бы, чтобы корабль американского флота находился где-нибудь в другом месте. Постоянное присутствие нескольких американских кораблей рядом с его полуопрокинувшимся судном вызывало бесконечные домыслы о том, что старый и ветхий корабль перевозил очень важный и секретный груз для американского правительства; эти домыслы будут преследовать Карлсена до самой смерти.

Существует множество косвенных улик. Почему флот США не спасал другие пострадавшие от шторма суда? Почему Королевский флот Великобритании также обратил пристальное внимание на это судно? Почему часть груза спасли во время секретной операции весной 1953 года? Почему Карлсен не повернул назад после первой блуждающей волны? И самое главное: почему он оставался на тонущем судне в течение почти двух недель и покинул его за несколько мгновений до того, как оно затонуло в Ла-Манше примерно в 70 километрах от порта Фалмут в Корнуолле?

В человеческой натуре есть одна неприглядная черта: как бы мы ни восхищались героями, ничто не доставляет нам большего удовольствия, чем их ниспровержение; их очень человеческие слабости позволяют нам чувствовать себя лучше. Так что дело было не в классическом искусстве мореплавания, не в чудовищности того факта, что капитан потерял свой корабль, не в боевом духе того, кто до последнего не был готов сдаться; Карлсена толкало вперед что-то другое. Наверняка капитан получил от самого высокопоставленного начальства в США строжайший приказ не покидать корабль, поскольку в противном случае секретный груз попал бы в неподходящие руки. Более цинично настроенные люди предполагают, что в Нью-Йорке капитана ожидала большая награда, которую держали в тайне.

Зачем же была нужна вся эта секретность, беспокойство и укрывательство? Затем, что цирконий предназначался для реакторов первой в мире атомной подводной лодки USS Nautilus («Наутилус»). Два десятилетия спустя Карлсен насмехался над «глупыми журналистами», предположившими, что он перевозил материалы для ядерного оружия, и говорил, что из-за невозможности доставить груз запуск подлодки отложили на полгода[103].

Однако насколько секретной была эта история на самом деле? Разумеется, правительство США не готово было делиться со всем белым светом знаниями о ядерных свойствах циркония, но уже в марте 1951 года Комиссия США по атомной энергии выпустила пресс-релиз, в котором заявляла о намерении получать цирконий и гафний из коммерческих источников и просила подавать предварительные заявки. В ноябре того же года к участию были приглашены 35 компаний, а в январе 1952-го шесть компаний претендовали на контракт[104].

Это была тщательно продуманная стратегия еще одного легендарного мореплавателя – адмирала Хаймана Риковера, который в то время был одновременно директором отдела военно-морских реакторов и чиновником в Комиссии по атомной энергии. Приняв решение об использовании циркония в топливных стержнях еще в 1947 году, он не хотел, чтобы программа по созданию реакторов для флота зависела от одного-единственного поставщика, особенно не являющегося государственным ведомством, несмотря на то что на начальных стадиях Ок-Риджская национальная лаборатория (прославившаяся атомной бомбой) и Горное бюро успешно производили цирконий[105].

Итак, если капитан Карлсен перевозил «секретный» груз циркония, он не обязательно делал это по приказу Военно-морского флота США; возможно, он делал это по поручению одной из двух компаний, задействованных в выполнении правительственного заказа.

Тогда каково было происхождение этого циркония? Возможно, относительно большой запас чистого циркония имелся у компании Philips в Эйндховене, так как в 1928 году они получили первый патент на отделение гафния от циркония и производили этот металл в чистом виде по крайней мере до 1950 года[106] – главным образом для использования в фотовспышках.

Сам Карлсен утверждает, что источником его циркония был Uranverein – проект нацистской Германии по созданию атомной бомбы и получению атомной энергии[107]. Однако для создания самой простой атомной бомбы на основе урана цирконий не нужен; он требуется только для вырабатывающего энергию атомного реактора, а немцы не продвинулись сколько-нибудь серьезно ни в одном из этих направлений. Возможно, нацисты просто украли запас циркония у компании Philips, поэтому трудно сказать, точно ли Карлсен ошибался на этот счет.

Сомнений, однако, не вызывает то, что адмирал Риковер получил готовый USS Nautilus в срок, с запасом уложившись в официальный график, но упустил свою собственную, более амбициозную цель из-за проблемы с паропроводом в зоне электростанции, не относящейся к выработке ядерной энергии. Однако весь циркониевый проект представлял собой взвешенный риск. Не из-за проблем с поставкой – обнаружить цирконий легче, чем многие распространенные металлы вроде вольфрама, хрома, цинка и меди, – а из-за инженерных сложностей при производстве чистого металла. Один из ближайших гражданских коллег Риковера, Тед Рокуэлл, говорил мне, что это была «трудная и яростная гонка», которая «легко могла оказаться безуспешной вплоть до самого последнего момента»[108].

Но все получилось, а остальное, как говорится, история. Риковер[109] также осуществлял контроль за строительством первой специализированной мирной АЭС в Шиппингпорте, Пенсильвания, которая была подключена к электросети через несколько лет после спуска USS Nautilus на воду. Более того, введенные им стандарты для атомного флота позволяют американскому Военно-морскому флоту до сих пор работать с атомными реакторами без единой аварии[110].

Тем не менее цирконий – не беспроблемный элемент. При обычных условиях это прочный и весьма инертный металл, который так же устойчив к коррозии, как золото, но, если топливо не удается охладить и если нельзя задействовать управляющие стержни для остановки цепной реакции, экстремально высокая температура сделает цирконий похожим на натрий. А теперь проведем типичный школьный демонстрационный опыт, с которым мы вкратце ознакомились в главе 2 при обсуждении кальция: кусочек блестящего металлического натрия, брошенный в банку с водой, крутится на поверхности воды, горит, а иногда производит громкие хлопки или отдельные чпокающие звуки.

Реакция 1:

2H2O (жидкость) + 2Na (твердый) →

2Na+ + H2 (газ) + 2OH + теплота.


Реакция 2:

2H2 (газ) + O2 (газ) →

2H2O (жидкость) + большое количество теплоты.

Горение, которое мы наблюдаем, – это не металл, а газообразный водород, образующийся в результате реакции между металлом и водой (реакция 1). Иногда случаются небольшие взрывы – когда накапливается не прореагировавший водород, смешивается с кислородом воздуха и затем весь мгновенно вступает в реакцию (реакция 2). Это называется водородным взрывом, и именно он произошел в реакторе на АЭС Фукусима-1 (остров Хонсю, Япония) в 2011 году, а возможно, и во время аварии на АЭС Три-Майл-Айленд (Пенсильвания, США) в 1979-м, только металлом в обоих случаях был не натрий, а цирконий.

И наконец, если среди читателей есть потенциальные покупатели колец с бриллиантами, то их, возможно, интересует, как избежать проблем, возникших у Дж. Л.Б. Матекони. Очевидный способ проверить предположительно фальшивые камни – опустить их между топливными стержнями ядерного реактора и посмотреть, не снизится ли выходная мощность из-за содержащегося в них гафния; вы мало что можете сделать помимо этого, если камень мал и уже вставлен в оправу кольца.

Фианит и алмаз слегка отличаются твердостью и показателем преломления, но пробу царапанием и тест на прозрачность трудно провести на оправленном камне. Они также отличаются друг от друга плотностью – очевидно, что атомы углерода весят меньше, чем атомы циркония, – но это практически невозможно проверить на камне в кольце.

Если же вы присматриваете солидный бриллиант, проверить его довольно просто. Приложите камень к какому-нибудь чувствительному участку кожи – например, к верхней губе: настоящий бриллиант очень хорошо проводит тепло, поэтому он быстро примет на себя тепло из кожи, и вы ощутите холод, словно от кусочка металла; а вот фианит – теплоизолятор, поэтому вы не заметите никакой разницы.

9

Графитовая долина: информационные технологии в озерном крае XVIII века

В этой главе мы выясним, что чистые простые вещества могут всячески маскироваться и что провозить контрабандой стоит не только алмазы. И наконец, узнаем больше о химических связях и о том, как заставить электроны скакать.

Если вы выросли на английской детской литературе, то озеро Уиндермир на северо-западе Англии, наверное, вызывает у вас ассоциации с поэтами или подростковыми приключениями не столько о волшебниках и вампирах, сколько о «Ласточках и амазонках»[111]. В общем, для вас оно связано с людьми, которые зарабатывали на жизнь карандашом. Или, может быть, ручкой? Мы как-то не представляем себе серьезного автора, усердно работающего в кабинете с карандашом в руке. Обычно считается, что карандаши больше подходят детям, выполняющим домашнее задание, или тем людям, которым часто приходится исправлять ошибки.

У людей никогда не было недостатка в чернилах, традиционно состоящих из смеси солей железа, воды и танинов – горьких на вкус компонентов чая[112] и красного вина. Этой черной жижи всегда было достаточно, чтобы писать стихи и подписывать смертные приговоры. Но карандаш – совсем другое дело. Он предназначен отнюдь не только для детей – он был и остается незаменимым инструментом для художников, инженеров, плотников и архитекторов[113]. В инженерном училище в конце 80-х мы (по крайней мере, некоторые из нас) все еще вручную чертили карандашом прекрасные чертежи реакторов с двойной облицовкой из нержавеющей стали. А за четыре года до того, в армии, недалеко от полярного круга, разве мы выписывали приказы и расшифровывали радиосообщения шариковой ручкой? Разумеется, нет; строго говоря, это было запрещено, потому что чернила в ручке быстро замерзают.

«Свинцовый карандаш» (конечно же, грифель карандаша состоит не из свинца – элемента за номером 82, а из кое-чего другого) переносит нас в зеленые долины английского Озерного края и Камбрии – в место, где так же неожиданно обнаружить центр информационных технологий, как и в апельсиновых рощах вокруг Пало-Альто. Разница в том, что в Калифорнии 70-х годов важны были преданные делу люди, а не местные кремниевые шахты. В долине Борроудейл в конце XVI века значение имело содержимое горы, потому что именно там можно найти то, из чего делается карандашный грифель.

Не то чтобы люди совсем не были важны: здесь процветали различные формы предпринимательства. Говорят, например, что Черный Сэл, трудившийся в начале XVIII века в маленьком городке Кесвике недалеко от Борроудейла, руководил сетью контрабандных поставок карандашного графита. Этот ценный груз – плюмбаго – перевозили по труднопроходимой холмистой местности до Ирландского моря, откуда на ожидавших там лодках отправляли на континент. Незаконная разработка месторождения, питавшая этот контрабандный бизнес, была в то время обычным делом, и существуют также письменные свидетельства о парочке вооруженных ограблений на рудниках. В целом это очень похоже на Дикий Запад, только вместо американских кавалеристов в синей форме действовали «красные мундиры»[114], а местные пытались удержать в своих руках то, что считали своей собственностью, и не отдать ее «иностранным» владельцам и инвесторам[115].

В те дни в Камбрии[116] важную роль играли многие виды горных работ, но самым ценным минералом, когда-либо добытым из местной земли, считался черный камень, который называли вад или плюмбаго. Предполагают, что впервые его начали использовать в позднем Средневековье для того, чтобы отслеживать, кому какие овцы принадлежат, – тогда, как и сейчас, отчетность о материальной собственности была важной частью информационных технологий[117].

Так что же такое это серое вещество, если не свинец? Это кристаллическая форма углерода под названием графит (см. рисунок 20), которая сильно отличается от другой формы кристаллического углерода – алмаза. Но точно так же, как это делается на алмазных рудниках, работников в Борроудейле при выходе из шахты обыскивали, чтобы найти припрятанные камни, а транспорт с графитом до конечного пункта назначения провожали вооруженные охранники.

Все эти разные формы углерода немного сбивают с толку. Углерод добывают также и в угольной шахте, так что в шведском языке все еще более запутано, потому что слова «углерод» и «уголь» обозначаются одним словом kol[118]. А ведь существуют еще угольные печи, в которых уголь предполагается получать из дров. Но никакой путаницы здесь нет – мы говорим об одном и том же элементе, а не об ошибке определения, когда один элемент принимают за другой, как в случае со «свинцом» в карандашах.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 20. Кусок графита из Борроудейла, купленный совершенно легально в Кесвике (Камбрия, Великобритания) в 2012 году. Фото сделано автором.


Итак, давайте начнем с самого драгоценного члена этой семьи – алмаза. В этом веществе каждый атом углерода соединен прочными связями с четырьмя другими атомами. Образуется (если бы мы могли это увидеть) нечто похожее на миниатюрные строительные леса, только перекладины в них соединяются не под прямым углом, а под углом 109,5°, что позволяет этой конструкции бесконечно повторяться во всех направлениях. Поскольку перекладины состоят из прочных одинарных углерод-углеродных связей, структура получается очень крепкой. Кроме того, эти атомы углерода абсолютно лишены воображения: они располагаются совершенно одинаковым образом в пределах всего алмазного кристалла, и именно по этой причине алмаз – это прежде всего кристалл; нам требуется знать лишь положение одного-единственного атома углерода, и тогда мы сможем сказать, где расположены все остальные атомы этого кристалла.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 21. Слева: атом углерода, соединенный с четырьмя другими атомами и образующий то, что мы называем тетраэдром. Справа: множество углеродных тетраэдров, соединяющихся друг с другом и образующих алмазную структуру. Алмаз – это бесконечная решетка из атомов углерода, очень похожая на одну большую молекулу; структура воспроизводится и вдоль пунктирных линий.


К тому же жесткой дисциплине подчинены и электроны: на каждую углерод-углеродную связь полагается по паре электронов, а сбежать им не дает заклятие притяжения, наложенное на них положительно заряженными ядрами углерода. Это означает, что алмаз не должен проводить электрический ток; он действительно проявляет свойства электроизоляционного материала, и притом весьма хорошего. (Как ни удивительно, при этом он отлично проводит тепло, как мы убедились в главе 8.) Электроны держатся так крепко, что их нельзя сдвинуть и при помощи видимого света – то есть тем способом, при помощи которого вещества обычно приобретают цвет (поэтому идеальный алмаз совершенно прозрачен).

Следующим по ценности в этом списке идет графит, в котором атомы углерода расположены совершенно иначе; это мы и называем явлением полиморфизма. Полиморфные модификации – это такие вещества, которые имеют одинаковый химический состав, но разное пространственное расположение атомов. В особых случаях, когда простое вещество существует в разных формах, такие формы называют аллотропами или аллотропными модификациями. В графите, в отличие от трехмерной алмазной решетки, атомы углерода формируют слои в виде пчелиных сот толщиной один атом, в которых каждый атом углерода образует связи только с тремя своими соседями. Наиболее запоминающаяся черта этой структуры – абсолютно симметричные шестиугольники, образованные шестью атомами углерода в замкнутом контуре.

Если вы бухгалтер, то, наверное, сразу обратили внимание, что теперь у нас больше электронов, чем нужно для того, чтобы вставить по паре электронов между каждым атомом углерода, образуя таким образом химические связи в шестиугольных слоях. Каждый атом углерода в алмазе делился четырьмя электронами, по одному на каждую связь. То же упражнение, проделанное с графитом, оставляет нам один избыточный электрон на каждый атом углерода, после того как три других распределились по трем связям с соседними атомами.

Так что же делать с этими избыточными электронами?.. Было бы естественно подумать, что их можно использовать для того, чтобы связать вместе слои и образовать трехмерное вещество, которое мы можем взять в руки в виде реального куска графита, но дело обстоит иначе. Между слоями графита нет ничего, напоминающего химические связи. Вместо этого близкое расположение атомов углерода внутри слоев создает пространство сверху и снизу этих слоев, где избыточные электроны свободно перемещаются, внося свой вклад в образование связей в шестиугольниках. Это не те двойные связи, которые мы видели в главе 5; их называют делокализованными двойными связями, поскольку мы не можем точно указать, между какими именно атомами углерода находятся дополнительные электроны. Наличие таких освобожденных электронов приводит к возникновению электропроводности, и графит в самом деле отлично проводит электричество – при условии, что мы остаемся в рамках одного слоя.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 22. Небольшая часть слоя графита и расположенные друг над другом слои в кусочке кристаллического графита, похожего на тот, что добывали в шахтах Борроудейла.


Дополнительные связи также улучшают прочность слоев – но эти дополнительные электроны с большой неохотой помогают удерживать два слоя вместе: расстояние между слоями больше чем в два раза превышает расстояние между атомами углерода в слоях.

Еще одно важное свойство: теперь электроны можно перемещать при помощи видимого света, хотя моих коллег, возможно, огорчает такая терминология и они предпочли бы, чтобы я сказал, что электроны «возбуждаются». Поскольку электроны постоянно движутся или ведут себя скорее как волна с некоторой плотностью (представьте расплывчатое облако, окружающее ядра в атомах), то, возможно, лучше сказать, что они переключают передачу. Химики часто используют термин «скачок», описывая возбужденные электроны, особенно когда графически изображают это на бумаге в виде диаграмм. Для большинства веществ, способных поглощать видимый свет, существует лишь одна либо несколько избранных передач, каждое переключение между которыми требует собственного цвета, или длины световой волны. Эти цвета, условно говоря, поглощаются веществом и стираются из полного спектра белого света, а мы видим лишь оставшиеся цвета.

Однако графит обладает черным или темно-серым цветом с металлическим блеском, поэтому должен поглощать все длины волн приходящих фотонов. Следовательно, у него не может быть обычной коробки передач с пятью-шестью положениями; ему требуется постоянное переключение скоростей от низкоэнергетических красных цветов до высокоэнергетических оттенков, находящихся на границе с ультрафиолетом. Именно это происходит, когда избыточные электроны, не ограниченные одинарными углерод-углеродными связями в графите, могут свободно перемещаться в том, что фактически может рассматриваться как одна гигантская плоская молекула.

И наконец, эта самая плоская природа скажет последнее слово в ответе на вопрос, почему графит стал такой важной частью информационных технологий. Поскольку прочных связей, удерживающих слои графита вместе, не существует, можно относительно легко создать новые, более мощные силы притяжения, прижав графит к шероховатой поверхности. Тогда слои графита прилипнут к волокнам бумаги, и большие его куски останутся на ней, заполнив микроскопические впадины на бумаге. На карандашном рисунке мы видим не единичные слои: толщина этих линий составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч слоев.

При этом следует заметить, что слои графита в один атом толщиной можно извлечь с поверхности графита, и тогда вы получите самый тонкий из известных материалов – графен[119]. Работа, посвященная этому веществу, получила Нобелевскую премию по физике в 2010 году. Вполне вероятно, что когда-нибудь в будущем графен тоже найдет место в информационных технологиях.

Еще на ступеньку ниже по соотношению ценности к стоимости добычи находится антрацит, но теперь мы покидаем область чистых веществ и встречаемся с материалами, которые представляют собой смеси. Антрацит состоит из углерода примерно на 97 %, однако из-за примесей ему недостает дальнего порядка симметрии, характерного для графита, хотя он также содержит некоторое количество очень маленьких кристаллических областей.

Расположенные еще ниже (согласно качественной оценке) вещества типа угля непросто охарактеризовать по их молекулярному составу, но ясно, что со снижением содержания углерода снижается и кристалличность. То же самое вы можете наблюдать, рассмотрев кристаллики кухонной соли: очень чистый NaCl промышленного производства образует единообразные кубические кристаллы, ровные и прозрачные – под микроскопом они похожи на маленькие драгоценные камни. Прочие разнообразные «гурманские» виды соли, морская соль и прочие имеющиеся в продаже продукты обычно имеют гораздо больше примесей и, следовательно, более низкую кристалличность.

С XVI по XVIII век в Европе и других странах было много графитовых шахт, но шахты в Камбрии выделялись среди прочих высочайшим качеством добываемого графита. Он был очень чистым и обладал высокой кристалличностью; фактически эта шахта была единственным в мире известным источником графита, из которого получались карандаши достойного качества. Некоторое время графит также играл важную роль в изготовлении форм для отливки пушечных ядер, но для этого можно было использовать и более низкокачественный графит, а вскоре разработали и технологию на замену.

Когда шведский промышленный шпион и дворянин Рейнгольд Ангерштейн (глава 4) приезжал в Борроудейл в 1754 году, он должным образом отметил беды более раннего поколения, но к тому времени власти и крупные промышленники вроде бы взяли ситуацию под контроль[120]. Однако лучшей поре камберлендского графита вскоре суждено было миновать. В следующем поколении Французская революция и британское эмбарго на экспорт, наложенное на вновь образованную республику, оказали удивительное и нежелательное (для британцев) влияние на изобретение современного карандаша, который придумал Николя-Жак Конте. Он соединил глину и низкокачественный графит, запек эту смесь и вложил внутрь палочек из древесины кедра; весь этот процесс описан во французском патенте № 32[121].

Последняя шахта в Борроудейле закрылась в 1891 году, поскольку в ней закончился пригодный для разработки графит. Однако компания по производству карандашей продолжает существовать под именем Derwent Cumberland Pencil Company, хотя больше и не является независимым предприятием. Некоторые компании по производству карандашей, возникшие в конце XVIII века – например, те, что были основаны Конте во Франции и Каспаром Фабером в Германии, – продолжают существовать, демонстрируя всем, что карандаш по-прежнему является важной частью наших информационных технологий.

В романе Глена Петри[122] «Рука славы» знаменитого контрабандиста Черного Сэла постигла весьма страшная участь: его загнали и загрызли волкодавы. Хью Уолпол в своем более известном романе «Разбойник Херрис»[123] тоже описывает жизнь вокруг Кесвика далеко не в радужных тонах, хотя в этом произведении отсутствуют дурные поступки, явно связанные с пригодным для карандашей графитом. Но, как подтвердил Ангерштейн, ситуация улучшалась, и в 1807 году Уильям Вордсворт опубликовал поэму «Нарциссы», в которой описывал скорее цветы и красоту пейзажа, нежели горное дело и преступления. Неизвестно, был ли написан первый черновик этой поэмы карандашом или пером.

Помимо изготовления карандашей, с графитом можно сделать очень многое. Это отличный смазочный материал, а благодаря тому, что он хорошо проводит электричество, из него получаются хорошие электроды для масштабного применения в промышленности – например, для изготовления металлического алюминия из оксида алюминия, который, так уж получилось, станет основной темой следующей главы.

10

Император и мисс Смилла

В этой главе самолет терпит крушение и падает в болото, император сует нос в химию, а молодая дама, специализирующаяся на кристаллической форме воды, станет нашим гидом по химической природе алюминия и фтора.

Поездка на велосипеде из Авиньона – временной резиденции пап римских на юге Франции – до Арля, города быков и Ван Гога, по идее должна неспешно протекать посреди приветливых пейзажей Прованса и не должна требовать от велосипедиста выдающихся физических способностей. При условии, что вы будете держаться подальше от единственного препятствия на пути – расположенной на вершине холма укрепленной деревушки Ле-Бо-де-Прованс.

Солнечным сентябрьским днем много лет назад странная (а по мнению некоторых, подозрительная) ошибка навигатора завела нас на вершину этого холма, но оказалось, что этот окольный путь стоил всех затраченных усилий. И деревня, и вид с холма очень живописны и могут служить визитной карточкой коммуны Ле-Бо. Однако деревня известна (или должна быть известна) другим – рудой, называемой бокситом, обнаруженной неподалеку Пьером Бертье в 1821 году.

Боксит любопытным образом связывает это солнечное местечко с его цикадами и пастисом в послеобеденной тени с гренландскими приключениями Смиллы Кваавигаак Ясперсен. Эти приключения, описанные в романе «Смилла и ее чувство снега», в 1992 году принесли его автору, датчанину Питеру Хёгу, международную славу и успех[124].

В этом ставшим бестселлером романе, который можно описать и как триллер, и как постфеминистскую критику датского колониализма[125], главную роль играют таинственная деятельность гренландского Криолитового общества, а также глубокие знания Смиллы о свойствах находящейся в твердом состоянии воды. Датчанка родом из Гренландии, Смилла прежде была гляциологом[126]; она расследует смерть шестилетнего соседского мальчика, упавшего с обледеневшей крыши, которую полиция списывает на несчастный случай. В процессе расследования она оказывается в архивах Криолитового общества в Копенгагене, изучает судебные улики и наконец присоединяется к злополучной экспедиции в отдаленную часть Гренландии.

На первый взгляд общим знаменателем для боксита и криолита должен быть алюминий. Собственно, в этом нет ничего примечательного: алюминий, находящийся в Периодической таблице прямо под бором, присутствует во многих минералах и рудах – это третий по распространенности элемент в земной коре. Однако важной связью между этими материалами является процесс получения металлического алюминия. Этот металл оказался загадкой для химиков XIX века и выглядел как иллюстрация шведской пословицы «Когда с неба льется суп, у бедняка нет ложки». Алюминий был повсюду, но его невозможно было добыть. Боксит, несомненно, был хорошим источником. Он содержит различные формы гидроксидов алюминия, такие как Al(OH)3 и AlO(OH), которые довольно легко превратить в оксид алюминия Al2O3. Но как же отделить ионы алюминия от оксид-ионов и перевести их в металлическое состояние?

Племянник Наполеона Бонапарта, самозваный император французов Наполеон III предсказал будущее значение этого металла для производства оружия, а его инициатива в конечном итоге привела к запатентованному в 1886 году процессу Холла – Эру, который используется и по сей день[127].

История о том, как Чарльз Холл в Огайо, США, и Поль Эру в Нормандии, Франция, независимо друг от друга превратили металл, из которого когда-то делали столовые приборы для самых важных гостей при дворе Наполеона III, в металл, из которого мы сегодня делаем банки для безалкогольных напитков, очень увлекательна – по крайней мере, для химиков, – но была уже рассказана неоднократно[128].

Мы, однако, остановимся подробнее на самом методе, поскольку он демонстрирует некоторые важные принципы химии и объясняет следующие несопоставимые на первый взгляд факты: почему в Исландии есть алюминиевые заводы, но нет бокситовых шахт и почему самолет B17 Flying Fortress угодил в болото в Западной Швеции 24 июля 1943 года.

В процессе Холла – Эру применяется электролиз. Помните, как в главе 2 нам потребовался по-настоящему хороший восстановительный агент, чтобы сделать металлический уран из ионов урана 4+? Так вот, сделать алюминий из Al2O3 еще труднее, и вместо поисков химического реагента, который даст нам необходимые три электрона для превращения иона Al3+ в нейтральный металл, мы обратимся к женным электронам.

Во время электролиза мы вводим электроны из одного электрода (электропроводящего стержня) в раствор ионов Al3+. Ионы с этого электрода перепрыгивают в раствор и захватываются ионами Al3+. Когда все ионы Al3+ поглотят таким образом по три электрона, мы получим атомы Al(0), которые начнут быстро соединяться и образовывать металлический алюминий, опускающийся на дно реакционного сосуда. С противоположной стороны второй электрод ждет возможности принять испущенные первым электродом электроны, чтобы замкнуть электрическую цепь. Поскольку электроны из входящего электрода не идут дальше, их нужно брать где-то еще, и если ваш расплав представляет собой жидкий Al2O3, то в роли источника остаются только ионы О2–. Они имеют отрицательный заряд, так что для них логично направиться к положительно заряженному электроду и отдать два электрона.

Al3+ + 3e→ Al

2O2– → O2 + 4e.

Поскольку ни один электрон не может ускользнуть, их количество, принимаемое алюминием, должно точно соответствовать количеству, отдаваемому кислородом, что дает нам полную реакцию:

4Al3+ + 6O2– → 4Al + 3O2.

Конечно, эта реакция прямо противоположна той, которая произошла бы самопроизвольно, если бы молекулы кислорода могли расколоть тонкий, но непроницаемый слой оксида, защищающий поверхность всех алюминиевых предметов, что придает им потрясающие антикоррозионные свойства. Причина того, что при помощи электролиза мы можем сделать прямо противоположное, заключается в том, что в этой реакции мы задействуем большое количество электрической энергии, которая превращается в химическую энергию, запасаемую в полученных веществах. Это очень дорогостоящая реакция. Если вы хотите провести электролиз воды, описанный в школьном учебнике, вы можете использовать обычный аккумулятор, но для получения алюминия лучше обзавестись гидроэлектростанцией или еще каким-то источником дешевой электроэнергии. Вот почему в Исландии существует промышленное производство алюминия. Боксит стоит недорого, и его можно перевозить по морю, но на земле мало мест, которые могут производить электричество по такой низкой цене, как Исландия.

Все это было известно и во времена Наполеона III. Проблема заключалась в том, что высокая температура плавления оксида алюминия (2072 °C) делала процесс практически невозможным. Затем появились Холл и Эру, которые показали, что можно растворить оксид алюминия в расплаве гексафтороалюмината натрия (Na3AlF6), уменьшив таким образом необходимую для процесса температуру примерно на 1000 °C. Загвоздка была в том, что Na3AlF6, больше известный как криолит, можно было найти лишь в одном месте на планете – в шахте Ивиттуут на юге Гренландии. Вследствие этого, когда алюминий приобрел значение для военных, гренландские криолитовые шахты стали жизненно важным стратегическим активом, и этот факт героиня Хёга Смилла обнаруживает в архивах Криолитового общества в Копенгагене.

Оккупация Дании Германией в 1940 году заставила британцев и их союзников понервничать. Под предлогом путешествия через Северо-Западный проход единственное судно канадского правительства, способное плыть через ледяные гренландские воды, – шхуна St. Roch («Св. Рох») под командованием Генри Ларсена из королевской канадской конной полиции – вышло из Ванкувера, чтобы разведать ситуацию, поскольку существовали опасения по поводу германского вторжения[129]. Позже, со вступлением в войну США, криолитовый вопрос разрешился тем, что Гренландия временно стала американским протекторатом и производство на шахте Ивиттуут существенно возросло[130].

В своем романе Питер Хёг намекает, что во время Второй мировой войны у немцев был план нападения и захвата криолитовой шахты. Однако единственным зафиксированным покушением нацистов на Гренландию была скромная попытка создать там метеостанцию. Небольшой десант в количестве 17 человек был вскоре обнаружен и обезврежен датским санным патрулем и американскими ВВС[131][132].

Вместо этого немцы построили фабрику по производству синтетического криолита рядом с алюминиевым заводом на полуострове Херёйя на юге Норвегии. В то время этот процесс был новшеством, но Nordische Aluminium так и не начала полномасштабное производство, так как стала мишенью рейда бомбардировщиков. В результате фабрика была уничтожена, а из 180 вылетевших на задание утром 24 июля 1943 года самолетов В17 только один был потерян[133]. Однако благодаря умелой навигации и управлению первого пилота Осса Вернона Джонса подбитый В17 Georgia Rebel благополучно приземлился на нейтральной территории – в болоте на западе Швеции, неподалеку от маленького городка Орьенг. Это была первая из 200 подобных аварийных посадок самолетов ВВС США в Швеции за время Второй мировой войны[134].

К тому времени, когда Хёг написал свой роман, криолитовые шахты уже пару лет как полностью истощились, и в процессе изготовления алюминия использовался искусственный криолит. В то время как приключения Смиллы перемещаются в другую, более близкую к биологии плоскость, мы берем криолитовый след в триллере авторства шведского физика и венчурного капиталиста Леннарта Рамберга «Киото и бабочки» (Kyoto och Fjärilarna, 2007)[135]. В этом романе мы тоже отправимся в экспедицию на Крайний Север, но на этот раз цель обозначена с самого начала: найти таинственный источник молекул тетрафторметана, которые обнаружил в воздухе над Арктикой исчезнувший эксцентричный профессор химии. Книга написана в жанре экологического триллера, поскольку молекулы тетрафторметана вызывают парниковый эффект, более чем в 1000 раз превышающий воздействие углекислого газа[136]. В романе автор также постарался детально описать такой любимый химиками-аналитиками инструмент, как газовый хроматограф (возможно, это первая подобная попытка в популярной литературе).

Главный герой, аспирант Кими, страдает от неуверенности в себе. Отчасти тому виной его прежняя карьера модели, а отчасти (хотя и вполне объяснимо) то, что его профессор испарился, а вместе с ним и надежды Кими на получение ученой степени. Однако ему известно все о тетрафторметане (CF4), а группа защитников окружающей среды, с которыми он оказался в одном лагере (или, вернее, на одном корабле), знает все о том, как привлечь к проблеме внимание общественности.

Главный злодей романа получает дешевый алюминий где-то рядом с полярным кругом, поскольку криолит, разумеется, тоже играет важную роль в этой книге. Связующим звеном тут служит «функциональная часть» минерала – ионы фтора. Они отвечают за способность жидкого криолита растворять оксид алюминия, но также обладают неприятной склонностью соединяться с атомами углерода с графитовых электродов, которые используются в процессе производства, и образовывать CF4, особенно если плавильная печь работает с минимальными вложениями, чтобы максимально увеличить краткосрочную выгоду.

Как и полагается криминальному роману на тему глобального потепления, он не оставляет без внимания углекислый газ, но это вещество играет в книге небольшую и довольно неожиданную роль в своей твердой форме, известной как «сухой лед».

Две упомянутые книги очень сильно различаются, если не считать нескольких схожих затронутых в них тем. Однако Рамберг называет роман Хёга одним из главных источников вдохновения, побудивших его к писательской деятельности. Эффект, который написание книги оказало на жизнь авторов, тоже был разным: роман Рамберга еще не перевели на английский язык, в то время как огромный успех книги «Смилла и ее чувство снега», а также ее экранизация (режиссер Билле Аугуст, в роли Смиллы Джулия Ормонд) должны были сделать жизнь Питера Хёга весьма комфортной в финансовом смысле. Что касается двух изобретателей процесса Холла – Эру, они оба заработали целое состояние, а Наполеон III прожил недостаточно долго, чтобы увидеть реализацию своего проекта.

Осс Вернон Джонс был репатриирован из Швеции в конце 1943 года, в январе 1944-го он возобновил службу на авиабазе Риджвелл в Эссексе, где располагалась 381-я группа бомбардировщиков, получил звание майора и пережил войну. Он умер в 1989 году. Реальная датская криолитовая компания, которая перерабатывала криолит из Гренландии, называлась Øresund’s chemiske Fabriker A/S, и в 1987 году из Ивиттуута был отправлен последний груз предназначенного для продажи криолита[137].

11

Встреча на плоскогорье

В главе 11 мы запутаемся в красно-бело-синих флагах, отправимся в кино с отцом Гордона Гекко и узнаем больше об электролизе, ядерных реакциях и изотопах.

Двое лыжников в белых анораках медленно приближались, скользя по заледенелому горному плато Хардангервидда зимой 1943 года. Друзья или враги?.. Это был вопрос жизни и смерти для шестерых молодых мужчин, наблюдавших за ними: на многие километры вокруг в этой заснеженной пустыне больше не было ни души. Люди двигались медленно, они были худыми и не очень здоровыми на вид – так они могли бы выглядеть, если бы провели 130 дней зимой 1942/43 года, скрываясь в простой хижине на склоне горы, питаясь мхом и мясом браконьерски добытого северного оленя. Это наверняка были они. Руководитель группы Йоахим Рённеберг решил вступить в контакт[138].

Эта история – трагедия, за которой последовал успех, но началась она не на плато Хардангервидда, а в Шотландии; расположенная там лыжная столица Великобритании – городок Эвимор в Национальном парке Кэрнгормс – стала отправной точкой нескольких опасных путешествий через Северное море.

Несколько лет назад мы ехали по горной дороге, которая в итоге должна была привести нас к пику Кэрнгорм высотой 1245 м над уровнем моря, и проезжали мимо информационного центра для посетителей парка, расположенного в красивом месте у небольшого озера. Мы заметили, что на ветру развевается нечто похожее на Юнион-Джек, который редко можно встретить в шотландских горах. Мы повернули и двинулись по дороге вверх по холму и вскоре обнаружили, что то, что из-за расцветки мы приняли за флаг Великобритании, на самом деле государственный флаг Норвегии.

В 1468 году, когда норвежцы уступили свои последние шотландские владения королю Якову III в Эдинбурге, норвежского флага еще даже не существовало, поэтому нам стало любопытно, отчего он развевается тут, в самом сердце Кэрнгормс.

Но конечно же, что может быть более норвежским, чем горы, снег и лыжи? Это упрощенное умозаключение на самом деле оказалось ближе к истине, чем мы могли предположить, поскольку памятная табличка сообщила нам, что во время Второй мировой войны на этом месте была расквартирована знаменитая рота Линге. Этим норвежским диверсантам, действовавшим в тылу своей оккупированной врагом родины под руководством капитана Мартина Линге, нужна была тренировочная база, максимально похожая на Норвегию. Кроме того, они являлись частью Управления специальных операций (УСО) – секретного вооруженного подразделения британского правительства – а не регулярной армии, и это означало, что удаленность местности принесет дополнительную пользу[139].

Многие военные кампании ведутся ради золота и серебра, углерода и нефти, но самая известная операция роты Линге была запланирована ради получения воды. Не ради обычной воды, Н2О (к сожалению, подобные войны ждут нас в будущем), а ради ее почти полного химического близнеца – вещества под названием оксид дейтерия. В этой молекуле, известной также как тяжелая вода и имеющей формулу D2O, где D обозначает дейтерий – изотоп водорода, который состоит из одного протона и одного электрона, как и обычный водород, но в его ядре есть дополнительный нейтрон.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 23. Мемориал роты Линге рядом с информационным центром в парке Гленнмор-Форест, Лох-Морлих, Шотландия, Великобритания. Фото сделано автором.


Словосочетание «тяжелая вода» звучит зловеще: на ум приходят тяжелые металлы, «плохие парни» Периодической таблицы, а еще у вас, наверное, есть некое туманное представление о том, что дейтерий может иметь отношение к ядерной энергии и атомной бомбе. Это можно понять, и я надеюсь, что не шокирую вас, если скажу, что вы ежедневно пьете тяжелую воду безо всякого вреда для здоровья. И если задуматься, то некоторые «плохие парни» бывают вполне дружелюбными, и они даже необходимы, чтобы поддерживать вашу жизнедеятельность.

Когда мы говорим об элементе из Периодической таблицы и пользуемся его обозначением, то имеем в виду (хотя можем этого и не осознавать) существующую в природе смесь его изотопов. К примеру, мы уже познакомились с двумя природными изотопами бора, а в столовой ложке серебра содержится 51,8 % изотопа серебра с 47 протонами, 47 электронами и 59 нейтронами – и 48,2 % изотопа, в котором 47 протонов, 47 электронов и 61 нейтрон.

В химическом отношении такие пары изотопов – почти идентичные близнецы, потому что в химии имеет значение количество электронов, которые атомы используют для создания химических связей, и количество протонов, которое определяет, насколько прочно ядро удерживает отрицательно заряженные электроны. Очевидно, что нейтрально заряженные нейтроны не участвуют в этой игре, так как не притягивают и не отталкивают электроны и не оказывают влияния на силу химических связей, образованных электронами. Именно эта идея лежала в основе операции «Гаечный ключ» в главе 2: обычный химический анализ не выявил бы подмены в содержании изотопов.

Итак, обычно, говоря о воде, мы имеем в виду Н2О, где символ «H» относится к обоим стабильным изотопам: 98,98 % по содержанию составляет обычный водород, а 0,02 % приходится на дейтерий – это природное содержание изотопов для водорода. Атому кислорода все равно, связываться ли с H или с D, и молекула воды может содержать ни одного, один или (очень редко) два атома дейтерия. Это означает, что питьевая вода содержит H2O, HDO и D2O в приблизительной пропорции 25 000 000:5000:1. Таким образом, на первый взгляд кажется, что шансы встретить молекулу D2O невелики, но поскольку в столовой ложке воды содержится 500 000 000 000 000 000 000 000 молекул воды (5 × 1023), то вы можете сделать ставку у своего букмекера на то, что каждый день поглощаете достаточное количество молекул тяжелой воды.

Значит, мы пьем эту воду и готовим на ней пищу; но можно ли получить ее в чистом виде? Ответ утвердительный, и именно поэтому вам не стоит заменять ежедневную порцию H2O на D2O. Химические связи, которые дейтерий образует в организме с углеродом, азотом и кислородом, будут почти такими же, как те, которые образует водород, но скорость, с которой ферменты (белки-катализаторы в нашем теле) обращаются с водородом или дейтерием, будет отличаться, так как дейтерий в два раза тяжелее водорода. Это означает, что употребление тяжелой воды будет медленно искажать ваш метаболизм и в итоге у вас возникнут серьезные проблемы со здоровьем. Эта небольшая разница в продолжительности процесса – или, вернее, в скорости реакции, как называют ее химики, – лежит в основе производства тяжелой воды.

Поскольку нейтрон открыли лишь в 1932 году, а дейтерий – почти сразу после этого, нет ничего удивительного в том, что первые сообщения об интересе нацистов к тяжелой воде разведка встретила несколько скептически: на службе практически не было офицеров с естественно-научным образованием[140]. К счастью, физик Реджинальд Джонс стал первым ученым, завербованным в разведку в 1939 году, и смог немедленно приступить к действиям, когда получил от норвежского ученого телеграмму, в которой тот сообщал о планах нацистов увеличить производство тяжелой воды в оккупированной Норвегии[141].

Несмотря на то что высокая концентрация и долгий прием тяжелой воды вредны для здоровья, в планы немцев не входило медленное отравление британцев D2O, произведенной на заводе Norsk Hydro’s Vemork в Рьюкане. Желание заполучить единственный в Европе крупный завод по производству тяжелой воды не было основной причиной оккупации немцами Норвегии в 1940 году, но это непременно принесло бы пользу Uranverein – нацистскому проекту по созданию ядерной бомбы.

К несчастью для нацистов, союзникам было известно о существовании завода в Рьюкане (в горах на юге Норвегии, в губернии Телемарк). Он был частью большой системы химических заводов, где основными реагентами служили электроны – очень дешевые электроны, которые использовались в самых разных процессах. Одним из направлений было производство газообразного водорода путем электролиза воды, в результате которого получался побочный продукт – вода, обогащенная D2O. Тяжелую воду здесь производили с середины 30-х годов, а последнюю предвоенную поставку тайно получило Второе разведывательное управление – орган военной разведки вооруженных сил Франции; 185 кг этой воды второпях привезли ради безопасности в Англию двое французских ученых, спасавшихся от немецкого вторжения в начале лета 1940 года[142].

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 24. Электростанция «Веморк» в Рьюкане. Коллекция Гундерсена / Норвежский музей промышленности.


Отдаленное расположение завода было благом лишь отчасти: его было легко защищать и патрулировать, но во многих отношениях он был более уязвим для дерзких диверсионных операций, чем если бы располагался, скажем, в Людвигсхафене на Рейне. Людвигсхафен служил домом большому химическому конгломерату, однако ему не хватало важного ресурса: дешевых электронов, которые можно получить на гидроэлектростанции.

Если у вас есть доступ к электричеству, вы можете провести электролиз, пропуская электрический ток через раствор при помощи двух электродов, как описывалось в главе 10. Если раствор водный, а напряжение достаточно высокое (это классический демонстрационный опыт из школьной программы), то вы получите газообразный водород там, где электроны попадают в воду и где собираются катионы (катод), и кислород там, где они снова возвращаются в замкнутую электрическую цепь (анод). Если вы работаете с расплавом оксида алюминия, то на катоде вы получите металлический алюминий, а из концентрированного раствора хлорида натрия (столовой соли) на аноде вы можете получить газообразный хлор. Все эти процессы служат рабочими лошадками для химической промышленности по всему миру.

В Рьюкане главной целью компании Norsk Hydro было производство аммиака, который далее переправлялся на одну из фабрик в Херёйе (да, то самое место, которое упоминалось в главе 10), где из него делали азотную кислоту и удобрения. Первоначально азотную кислоту производили прямо в Рьюкане, используя очень энергозатратный электродуговой метод, когда азот и кислород вынуждают вступать в реакцию прямо в воздухе; но к 30-м годам этот метод заменили гораздо более эффективным процессом Габера – Боша. В реакции Габера – Боша азот из воздуха соединяется с газообразным водородом, и в результате получается аммиак:

N2+3H2 → 2NH3.

Для этой реакции не нужен электрический ток, но Norsk Hydro использовала электроэнергию для получения необходимого газообразного водорода путем электролиза воды[143].


Вскоре стало понятно, что этот процесс обогащает D2O и HDO воду, не превращенную в газы: поскольку Н легче D, реакция, производящая Н2, будет проходить быстрее, чем та, в результате которой получается D2[144]. В числе осознавших это был и Лейф Тронстад, молодой профессор неорганической химии из Норвежского технологического института в Тронхейме. Представьте себе, как имеющие меньший размер ионы Н+ быстро несутся к отрицательно заряженному катоду, где смогут поймать электрон и образовать газообразный водород, соединившись с другим шустрым ионом Н+; более крупные ионы D+ слегка отстают в этой гонке. Следовательно, атомы водорода будут удаляться из раствора быстрее, чем атомы дейтерия, и оставшаяся вода будет обогащена D2O и HDO.

Однако разница в скорости реакции все же мала, поэтому школьный эксперимент с водой, аккумулятором и одним-единственным сосудом не представлял бы для немцев почти никакой ценности. Тронстад и несколько других людей спроектировали процесс, где первичный раствор переходит во вторую ячейку для электролиза и вновь слегка обогащается – и так далее, и так далее. Этот так называемый каскадный процесс заканчивается в n-ной ячейке, в которой вы наконец получаете обогащенную тяжелую воду.

На этот процесс вы затратите огромное количество энергии. Вы не только подвергнете электролизу все молекулы Н2О, но также большое количество молекул HDO и D2O. Чтобы заниматься этим в промышленных масштабах, вам нужна огромная электростанция, а впервые заработавшая в 1911 году электростанция «Веморк» была тогда крупнейшей в мире. В электролизе используется постоянный ток (DC) – тот, что получают при помощи аккумулятора, в отличие от переменного тока (AC), который используется в бытовых электроприборах. Теоретически электроэнергию лучше транспортировать в виде постоянного тока, но в то время не все инженерные проблемы были решены, поэтому в 30–40-х годах крупному производству, занимающемуся электролизом, для работы требовалось находиться рядом с электростанцией.

Тронстад бежал в Лондон в 1941 году, и благодаря опыту службы в вооруженных силах и опыту научной работы его вскоре приняли на службу в находившееся в изгнании норвежское высшее командование. Поскольку он обладал глубокими познаниями по части производства тяжелой воды, которую в своих дневниках неизменно называл «сиропом», ему предстояло играть одну из главных ролей в различных операциях, известных под общим названием «диверсия на производстве тяжелой воды». Прежде чем покинуть службу, именно он отправил Реджинальду Джонсу первую важную телеграмму, касавшуюся тяжелой воды, а впоследствии сообщил еще некоторые крайне важные сведения, хоть и с условием, что никакая информация не будет передана Имперскому химическому тресту (ICI) – крупнейшему британскому химическому концерну, поскольку «кровь – не вода, пусть даже тяжелая»[145].

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 25. А – Херёйя, Норвегия, место расположения Norsk Hydro; В – Рьюкан, Норвегия; С – Эвимор, Великобритания, база УСО; D – Уик, Великобритания, база ВВС; Е – Хайгерлох, Германия, экспериментальный реактор.


Во время первой из военных акций, операции «Тетерев», четверых норвежцев из роты Линге в конце 1942 года успешно сбросили с парашютами на плато Хардангервидда для проведения рекогносцировки. Второй операции было суждено превратиться в трагедию.

Вечером 19 ноября 1942 года с авиабазы Скиттен Королевских ВВС неподалеку от Уика на северо-востоке Шотландии взлетели два бомбардировщика Halifax («Галифакс»); они вели за собой два планера, на борту которых находились 48 молодых, прошедших особую подготовку добровольцев из Королевских инженерных войск. Назад вернулся только один бомбардировщик, а большая часть операции «Незнакомец» пошла наперекосяк. Найти подходящую посадочную площадку оказалось невозможно, погода стояла плохая, один Halifax разбился, погубив семь членов экипажа, а планеры совершили трудную посадку вдали от цели, и при этом несколько солдат получили ранения.

Нацисты, которых быстро оповестили местные власти (у них в этом деле не было особого выбора, и поэтому не стоит судить их слишком строго), жестоко казнили всех выживших, поскольку под военной формой у них была гражданская одежда, из-за чего их сочли партизанами, а не находящимися на службе солдатами. По прошествии времени стало понятно, что эта операция была плохо спланирована. Выполнив задание, солдаты должны были перебраться через горы в Швецию, но они не умели ходить на лыжах и знали лишь несколько фраз на норвежском языке. Их командир, полковник Хенникер, был недоволен этим планом и, возможно, предчувствовал, что отправляет молодых людей почти на верную смерть[146].

Во время подготовки к операции солдатам говорили, что в случае успеха будет уничтожена угроза, которая способна повернуть ход войны и в течение полугода привести к победе нацистов и их союзников. Как мы теперь знаем, это было большим преувеличением, но в то время никто не мог знать, что Гейзенберг[147] и его команда так медленно продвигаются в своих исследованиях.

Тяжелая вода сама по себе безвредна: атомную бомбу из нее не сделаешь; однако она играет важнейшую роль в ядерном реакторе, работающем на необогащенном уране (в то время разрабатывался только такой тип реактора). Если с урановым стержнем сталкиваются нейтроны, испущенные непосредственно расщепленным ядром урана, то скорость этих частиц будет так высока, что у них не будет достаточно времени для того, чтобы вступить в реакцию с ядром урана-235, разделить его, выделить энергию и развить цепную реакцию, или для того, чтобы соединиться с гораздо более распространенными изотопами урана-238 и после испускания электрона, а также некоторого количества радиации образовать искомый плутоний-239, из которого можно сделать атомную бомбу.

Эти нейтроны известны как «быстрые нейтроны», и их необходимо замедлить при помощи столкновений с другими частицами. Лучше всего это делать, заставляя их сталкиваться с частицами сравнимых размеров – например, с протонами. Представьте себе комплект бильярдных шаров, которые катятся на полной скорости: если на их пути поставить несколько шаров для боулинга, это лишь заставит их оттолкнуться и изменить направление движения, но не изменит их скорость. Если заставить их сталкиваться с другими бильярдными шарами, скорость упадет, и направление движения изменится – это известно всякому, кто хоть раз подходил к бильярдному столу.

Проблема с протонами обычной воды заключается вот в чем: вместо того чтобы оттолкнуть нейтрон и замедлить его, поглотив часть его энергии, вода может поглотить сами нейтроны. В такой ядерной реакции образуется полностью стабильный изотоп дейтерий, что на практике останавливает реакцию. С другой стороны, дейтерий не так хорошо впитывает нейтроны, и в 1942 году для изготовления ядерного реактора выбор, в сущности, состоял между двумя типами замедлителей частиц: графитом – то есть чистым углеродом (никакого водорода и маленькие атомы углерода, не поглощающие нейтроны) – и тяжелой водой. У команды Гейзенберга с графитом ничего не вышло[148], хотя американцы успешно использовали этот материал, и поэтому немцы сконцентрировались на D2O. И им требовалось большое ее количество.

Отсюда и всеобщий интерес к деревне Рьюкан, где капля по капле изготавливали тонны тяжелой воды. Эти капли стали лейтмотивом в фильме 1965 года «Герои Телемарка», так как британцы, конечно же, не сдались. Однако четверым участникам операции «Тетерев» пришлось продержаться почти всю зиму 1942/43 года без дополнительных поставок продовольствия в хижине на плато Хардангервидда на высоте 1100 метров над уровнем моря.

Конечно, фильм не совсем достоверно передает события операции «Ганнерсайд», которая, возможно, стала самой успешной тыловой диверсионной операцией за все время войны. Слишком многое нужно было рассказать за слишком короткий промежуток времени, к тому же требовалось зачем-то добавить в сценарий историю любви. Однако этот фильм гораздо ближе к правде, чем вышедшая в том же году лента «Операция “Арбалет”» об ответных мерах на появление гитлеровских ракет V-1 («Фау-1») и V-2 («Фау-2»).

Профессор физики (!) из Осло, которого играет Кирк Дуглас, смутно напоминает Джеймса Бонда; это явно заметно в первых сценах фильма, где он нетрадиционным образом сотрудничает с молодой ассистенткой в фотолаборатории. У героя не было прототипа в реальной жизни; по-видимому, в нем соединились профессор химии (и майор) Тронстад и руководитель диверсионной группы Йоахим Рённеберг. На этой стадии норвежцы и УСО против его воли посчитали Тронстада слишком важной фигурой, чтобы рисковать им в тылу врага.

Однако основные моменты изображены верно. Норвежские нерегулярные войска УСО под командованием Рённеберга десантировались в начале 1943 года, вступили в контакт с группой «Тетерев» и осуществили диверсию на электролитических ячейках на заводе в Рьюкане. Половина группы затем бежала в Швецию, а вторая половина осталась в Норвегии и позже при помощи бомб замедленного действия затопила железнодорожный паром, перевозивший тяжелую воду, которая предназначалась для экспериментального ядерного реактора в немецком Хайгерлохе. Эта операция вкупе с устроенной американцами бомбардировкой положила конец попыткам немцев получить тяжелую воду в Рьюкане.

В конечном счете не это помогло выиграть войну, но в то время никто не мог этого знать. Разумеется, это очень подняло боевой дух британцев и норвежцев, а у военного кабинета стало на одну заботу меньше, поскольку эти вопросы неизбежно привлекали внимание на самом высоком уровне. Как выразился Реджинальд Джонс, позже ставший профессором Абердинского университета, «цена была бы слишком высока», если бы немцы добились успеха.

Все участники диверсионных операций «Тетерев» и «Ганнерсайд» пережили войну, а погибшие в операции «Незнакомец» герои также не были забыты: мемориалы в их честь есть и в Шотландии, и в Норвегии.

На заключительном этапе войны норвежское правительство в изгнании было озабочено тем, что немцы уничтожат жизненно важные части норвежской промышленной инфраструктуры, особенно оборудование для электростанций в Телемарке. Это наконец дало профессору, а вернее, майору Тронстаду шанс поучаствовать в боевых действиях. Он прошел ту же подготовку, что и остальные, зачастую гораздо более юные солдаты 1-й отдельной норвежской роты (официальное название роты Линге), и с самого своего приезда в Великобританию хотел участвовать в операциях. В ноябре 1944 года он и еще 8 диверсантов из роты Линге спустились на парашютах на плато Хардангервидда, где Тронстад принял на себя командование операцией «Солнечный свет». К началу весны 1945 года под его командованием было более 2000 вооруженных бойцов Сопротивления.

11 марта 1945 года, когда до капитуляции Германии в Норвегии оставалось чуть меньше двух месяцев, Лейф Тронстад был убит в одиночной схватке с норвежскими коллаборационистами. Неподалеку от хижины в Сиребеккстёлене в Телемарке, где он умер, установлен мемориальный камень в честь Тронстада и его соратника, бойца Сопротивления Гуннара Сиверстада.

Тяжелую воду производили на заводе «Веморк» до конца 60-х годов, когда водородное производство закрыли, а полностью Norsk Hydro закрыла этот объект в 1991 году. Сейчас там находится Норвежский музей промышленности.

12

Последний алхимик в Париже

В этой главе мы узнаем о тяжеловесах и легковесах и поиграем с мягкими и твердыми, большими и маленькими атомными шарами, некоторые из которых могут сохранить ваш рассудок или – в неудачный день – совершенно перекрыть поток творческой энергии.

В Периодической таблице полно элементов. Вряд ли может вызвать удивление тот факт, что в ней также полно и чисел: разумеется, там указаны зарядовые числа, то есть количество протонов в ядрах, которые служат адресом элемента в таблице, а также атомная масса, число изотопов и любые другие свойства, непосредственно связанные с атомом, о котором идет речь. Короче говоря, если у вас есть склонность к нумерологии и вы любите доказывать свои любимые теории, комбинируя два или несколько чисел, чтобы получилась красивая цифра или приятное совпадение, у вас тут больше возможностей, чем во всех египетских пирамидах вместе взятых.

К примеру, у золота (Au) 79 протонов, следовательно, его зарядовое число – 79. У иттрия (Y), первого из семи элементов, обнаруженных и названных в честь шахты в Иттербю на острове Ресарё Стокгольмского архипелага, зарядовое число 39. Одним из более поздних открытий, сделанных в той же шахте в 1879 году, стал скандий с зарядовым числом 21. Сложите два этих числа, и вы получите 60 – достаточно распространенный номер дома, имеющий в этой главе особое значение. Разделите 39 на 13 – число невезения, – и получите 3, зарядовое число лития (Li).

В феврале 1896 года один странноватый человек, находившийся в довольно взвинченном состоянии и некоторое время не испытывавший никакого везения, поселился в отеле «Орфила» (Hôtel Orfila, дом № 60 по улице Ассас, неподалеку от Люксембургского сада в Париже). Будучи главным летописцем Стокгольмского архипелага, он наверняка был знаком с шахтой на острове Ресарё, а будучи неудавшимся студентом-химиком, он наверняка знал об иттрии. Он наотрез отказался от 13-го номера, заселился в другой и принялся за изготовление золота. Это был знаменитый романист и драматург Август Стриндберг в возрасте 47 лет (зарядовое число серебра). Он был также успешным художником, то есть обладал множеством талантов, не последним из которых было чувство собственного достоинства[149].

Он устроил свою лабораторию здесь, недалеко от Сорбонны и работавших там Мари и Пьера Кюри, ибо собирался показать им всем – и покрывшимся пылью старым профессорам в университете Уппсалы, и особенно этому жулику Менделееву с предложенной им Периодической таблицей. Он собирался добыть золото, произвести революцию в химии и написать величайшую книгу о Вселенной – но, может быть, ему лучше было бы не добираться до конца числового ряда в таблице и принять вместо этого литий.

Карбонат лития (Li2CO3) и другие его соли сегодня применяют в качестве стандартного медикаментозного лечения маниакальной фазы биполярного расстройства. Непрофессионалу не стоит ставить психиатрические диагнозы, особенно в отношении давно умерших людей, но, похоже, специалисты единодушны во мнении, что Стриндберг в то время страдал психозом[150]. Помог бы ему литий? Мы не знаем; возможно, у него был иной психиатрический диагноз, но многие люди, страдающие биполярным расстройством (или маниакально-депрессивным психозом, как его называли раньше), заявляют, что препараты с литием помогают им вести нормальную жизнь. Однако эти сведения, как и любые другие, не являются неоспоримыми: если и есть на свете что-то весьма сложное, так это химические процессы в мозге. Британский актер Стивен Фрай, у которого в зрелом возрасте диагностировали биполярное расстройство, признает, что у него есть сомнения относительно приема лекарств из-за возможных побочных эффектов, но он также считает, что маниакальные фазы на самом деле способствовали развитию его карьеры[151].

Какой бы выбор ни сделал Фрай, ясно, что все это непросто и каждый случай нужно рассматривать в индивидуальном порядке. Для химика очевидно, что химические процессы в мозге можно изменить или даже точно настроить при помощи лекарств или, возможно, подходящего питания; но точно так же очевидно, что сделать это корректно – очень сложная задача. Однако вызванный словами или действиями эмоциональный отклик – это тоже химические реакции, а психическое здоровье – это вопрос не только ДНК, медикаментозного лечения или диеты, но и пережитых событий и жизненных обстоятельств.

Биохимическую активность лития все еще исследуют, но уже ясно, что для нее есть много областей применения. Например, Li+ может работать с ионными каналами, замещая ионы натрия и замедляя работу сигнальной системы[152]. Возможно, это связано с его размером. Ион лития очень мал; фактически это самый маленький ион металла с зарядом +1. Его радиус на 35 % меньше иона натрия (Na+) – это довольно существенная разница.

Для меня в этом отчасти заключается очарование химии: она может быть математически сложной, но при этом такой же простой, как детский деревянный конструктор, полагающейся на такие элементарные вещи, как разница в размерах. Время от времени мы достаем свои конструкторы из ящика, однако теперь все чаще используем компьютер. И совсем как маленькие дети, которых зачаровывает цвет, форма и текстура набора шариков, химики испытывают потребность потрогать пальцем атомы и молекулы, чтобы выяснить, какими свойствами они обладают.

Конечно, довольно трудно найти что-то настолько малое, чтобы им можно было потыкать в атом – но на самом деле нам хочется знать, как он будет реагировать, если неподалеку разместить крошечный отрицательный или положительный заряд, а это мы вполне можем осуществить. Нейтральный атом лития ни тверд, ни мягок при приближении заряда, но, если убрать из него один электрон, он превращается в Li+ и, совсем как улитка, прячется в свою раковину-оболочку, становясь маленьким и «твердым».

Парадоксальным образом в организме человека разница в размерах между Na+ и Li+ может фактически сделать ион лития больше, потому что малый размер и твердость заставляют Li+ гораздо крепче держаться за окружающие его молекулы воды. Это происходит потому, что отрицательно заряженный кислородный конец молекулы воды подходит гораздо ближе к ядру лития, то есть к положительному заряду, чем к ядру натрия в соответствующем ионе. Следовательно, электростатическая связь (притяжение противоположных зарядов), которая удерживает молекулы воды вокруг иона металла, будет крепче[153]. Чем больше расстояние, тем слабее энергия взаимодействия и тем легче разорвать связь. Поэтому ионы натрия могут легко расставаться с гидратной водой, оставаясь почти голыми, в то время как ионы лития все время носят плотную шубу из молекул воды.

Золото в виде атома, напротив, очень мягкое; каким-то образом (но не напрямую) это связано с хорошо известным физическим свойством металлического золота – оно мягкое и ковкое. Можно было бы решить, что оно тоже, словно большая улитка, спрячется и станет твердым и неподатливым, если мы удалим один электрон, чтобы придать золоту степень окисления +1, Au+, но это не так. Конечно, этот ион будет не так легко потревожить, как атом золота, – в конце концов, общий заряд +1 означает, что электроны удерживаются на более короткой цепи. Но, поскольку атом золота имеет большой размер, цепь все равно получается довольно длинной, и положительно заряженное ядро с трудом контролирует внешние электроны. По этой причине ионы Au+ легко деформируются и этим сильно отличаются от ионов лития, которые к тому же гораздо меньше – их объем составляет примерно 0,1 объема иона одновалентного золота. Выражаясь техническим языком, они легко поляризуются.

Смысл всего вышесказанного в том, что крепкие парни любят играть с такими же крепкими парнями, а тонкие натуры держатся в стороне. Просто взглянув на Периодическую таблицу, мы можем понять, кто есть кто, хотя для этого и потребуется больше инструментов, чем я вам здесь предоставил. Например, мы можем понять, почему ионы цианида (CN) используются для очистки золота от примесей (они мягкие); а может быть, поймем, как делать литий-ионные батареи более высокого качества.

Известно, что золото отравляет разум, и для этого его не обязательно принимать внутрь – достаточно лишь слишком много о нем думать. На самом деле употребление золота в небольших количествах безвредно. Это одобренный в Великобритании пищевой краситель, который чаще всего используется в маленьких, изысканных и довольно дорогих конфетах пралине. Соединения золота также широко использовались в лечении артрита, но сейчас их заменяют более эффективные лекарства; в любом случае проблема Августа заключалась не в этом.

Разум Стриндберга не был отравлен золотом в привычном нам смысле, хотя на тот момент, после двух разводов и имея впечатляющую (и довольно пагубную) страсть к алкоголю, он, несмотря на свою славу, жил на грани нищеты. Нет, Стриндберг хотел произвести свою собственную научную революцию и был восходящей звездой на парижской сцене оккультизма и эзотерики[154]. Современные писатели придают большое значение тому факту, что всего 20 лет спустя классическую физику пошатнет пришествие квантовой механики, а в 40-х годах прошлого века золото и в самом деле станут синтезировать из других элементов, что якобы доказывает способность Стриндберга подрывать устои еще и в науке.

Однако подобные мысли были широко распространены в алхимии на протяжении долгого времени, и Стриндберг не был в этом смысле уникумом. Идея того, что элементов слишком много – в 1896-м их насчитывалось уже 65 – и что за этим беспорядочным разнообразием должно маячить нечто простое и объединяющее, казалась весьма убедительной – и была такой еще со времен Античности. Как мы теперь знаем, она была правильной, но в 90-х годах XIX века все полученные экспериментальным путем доказательства свидетельствовали об обратном.

С учетом этого следует отметить, что в рамках своей собственной системы Стриндберг вел себя более или менее рационально, хоть и весьма предвзято. Он никогда не рассматривал альтернативные объяснения, которые не согласовывались с его идеями. Стриндберг действительно приходил к своим выводам путем экспериментальных наблюдений, но они выборочно подгонялись под более или менее произвольные сочетания чисел из Периодической таблицы. Кроме того, им руководили – возможно, в периоды меньшей ясности ума – послания, полученные от «высших сил»: он видел их во всем, начиная от надписей на стенах и заканчивая тем, что он в один и тот же день случайно набрел на отель «Орфила» и на статую родившегося в Испании парижского химика и врача Матьё Орфила, пионера судебной медицины.

Еще одно совпадение: первооткрывателя лития тоже звали Август, а именно Юхан Август Арфведсон, которому на момент проведения ключевого лабораторного анализа было всего 25 лет. Арфведсон, в отличие от Стриндберга, имел даже не одно, а два высших образования, полученных в университете Уппсалы. Любопытно, что он сделал свое открытие, воспользовавшись минеральным образцом с Утё – еще одного острова Стокгольмского архипелага, расположенного совсем рядом с островом Кюммендё, где Август-писатель прежде проводил летний отпуск. Это было до того, как он написал об этом острове роман, где изобразил сам остров и его обитателей настолько неприкрыто, что его перестали считать там желанным гостем на летние месяцы[155].

Легко насмехаться над идеями, поступками и умозаключениями исследователей, работавших 100 лет назад, будь они представителями мейнстрима или людьми, работавшими на задворках настоящей науки. Гораздо труднее полностью погрузиться в привычный тип мышления отдельно взятой эпохи и увидеть реальность такой, какой ее видели эти мужчины и женщины. Надеюсь, я не занимаюсь первым, а для второго у меня недостаточно амбиций и знаний. Замечу лишь, что великий культурный разрыв (термин, предложенный Ч.П. Сноу в 1959 году[156]) тогда еще не произошел, и радикально рационалистическое и материалистическое отношение к науке еще не до конца сложилось в ролевую модель для ученых. И несмотря на то, что научные эксперименты Стриндберга не имели большого значения для химии, они оказали важное влияние на его рост как писателя. Будущий лауреат Нобелевской премии по химии Теодор Сведберг писал в 1918 году, что «его научные изыскания, без сомнения, в значительной степени обогатили его произведения, добавив в них новые свежие образы, и необычным способом заставили его близко соприкоснуться с окружающим миром»[157].

Очевидно также, что Стриндберг обладал и практическими талантами. Химик и историк химии Джордж Б. Кауфман попытался воспроизвести эксперименты Стриндберга в 80-х годах, причем он даже провел долгое время в последней квартире Августа, «Голубой башне» в центре Стокгольма. Следуя инструкциям Стриндберга в таких журналах, как L’Hyperchimie, он получил оксиды и гидроксиды железа, которые, очевидно, являлись конечным продуктом «синтеза золота». Он пришел к заключению, что синтезированное вещество могло убедить лишь «человека, обладавшего таким же воображением и уже убежденного», каким и был Стриндберг. Но затем он взглянул на настоящие артефакты – полученные Стриндбергом образцы, выставленные в Королевской библиотеке в Стокгольме и в библиотеке Лундского университета, – и был вынужден признать: «Эти образцы гораздо больше напоминали по виду золото, чем те, что получились у меня»[158].

То, что образцы представляли собой оксиды и гидроксиды железа, было установлено почти сразу, поскольку Стриндберг предоставил их для проверки независимыми химиками (разумеется, он считал, что это нужно только для проформы). Результаты проверки настолько его огорчили, что на страницах одной из главных ежедневных шведских газет он публично обвинил инженера Юхана Ландина в том, что тот произвел ошибочный анализ.

Отеля «Орфила» больше не существует, но на здании, где он располагался, есть табличка в память о шести месяцах, проведенных в нем Стриндбергом, и о романе «Ад», который стал результатом его пребывания там. В этом романе он признает Матьё Орфила своим Магистром, упоминая его химический трактат 1817 года, который возник на его пути благодаря «Великим Силам» той необыкновенной весной и летом 1896 года.

Что касается покрывшихся пылью старых профессоров в университете Уппсалы, Стриндберг не так уж сильно ошибался на их счет. Его современнику Сванте Аррениусу едва удалось получить в старейшем университете Швеции степень доктора философии: старые профессора решили, что он явно не создан для такого блестящего заведения, и со временем ему пришлось спуститься вниз по академической лестнице до недавно образованного Стокгольмского университетского колледжа. Там он продолжил свою деятельность и поразил сообщество химиков по всему миру, продемонстрировав, помимо прочего, что в водных растворах таких соединений, как карбонат лития, ионы Li+ фактически плавают сами по себе (вернее, как мы уже видели, в шубе из молекул воды), а не в виде отдельных частиц Li2CO3. Так что в каком-то смысле Август опосредованно отомстил старым профессорам, когда Аррениус получил Нобелевскую премию по химии в 1903 году.

Действительно ли Август был последним алхимиком в Париже? Может быть, и нет. Алхимия как часть эзотерики и оккультизма до сих пор процветает в рамках своей собственной субкультуры, хотя можно предположить, что алхимикам, так же как химикам-любителям и создателям запрещенных наркотических средств и взрывчатки, сегодня гораздо труднее добыть реактивы, чем 100 лет назад. Но возможно, Стриндберг был последним знаменитым алхимиком, – разумеется, если не верить Дж. К. Роулинг, которая в 1997 году описала смерть Николя Фламеля в финале своей первой книги о Гарри Поттере. Фламель, которому принадлежал до сих пор существующий дом по адресу ул. Монморанси, 51, в двух шагах от современного Центра Жоржа Помпиду в самом сердце Парижа, приобрел посмертную славу создателя философского камня, но Стриндберга он не обогнал: Фламель умер в 1418 году.

В заключение, говоря о сверхъестественном, мне следовало бы добавить, что призрак Августа можно увидеть и услышать в отеле «Шевийон» (Hôtel Chevillon) в Гре-сюр-Луэн на юго-востоке Парижа – по крайней мере, так мне рассказывали, – хотя умер он в своей стокгольмской резиденции, «Голубой башне», в 1912 году в возрасте 63 лет.

В следующей главе мы вернемся к ментальным проблемам, которые совершенно определенно можно вылечить при помощи совсем несложной химии. Для этого мы перейдем к элементу, который в соединении с элементом, названным в честь Франции – галлием, – дает атомную массу золота, 197.

13

Простите мой французский: капитан Хэддок и страдания савойяров

В этой главе мы доберемся до труднодоступных долин в европейских Альпах, узнаем о том, каких продуктов там не хватает, о пользе торговли и о химической связи, о которой ваш школьный учитель химии мог вам и не рассказать, но которая заставляет наш разум взлетать над уровнем моря.

Пребывание в европейских Альпах, особенно в туристический сезон, означает, что вам постоянно напоминают как о героизме, так и о страданиях, которые приносит людям этот великолепный пейзаж. Во всех книжных магазинах Гренобля есть впечатляющие стенды, посвященные подвигам и приключениям здравствующих и преждевременно погибших альпинистов, и вам стоит лишь включить радио, чтобы услышать новости о первых в этом году смертях на склонах Монблана – высочайшей вершины Европы (4810 м).

Однако жестокость этого пейзажа раньше была более зловещей и скрытой, не видимой невооруженным глазом. Лишь после проведения определенных экспериментов с водорослями, собранными на пляжах Нормандии, мы начали понимать причину тех ужасных зрелищ и случайных встреч, которые выпали на долю швейцарского пионера альпинизма Ораса Бенедикта де Соссюра в отдаленной деревне недалеко от Аосты, на территории региона Пьемонт в современной Италии.

Соссюр, молодой профессор Женевского университета, отправился на одну из своих многочисленных прогулок по Западным Альпам, которые сейчас находятся на территории Швейцарии, Италии и Франции, а в то время были по большей части под юрисдикцией королевства Сардиния. В тот летний день 1768 года он набрел на маленькую деревню и, естественно, захотел узнать, где именно он находится, поэтому обратился к первому же человеку, которого встретил на деревенской дороге, но ответа не получил.

Если бы речь шла лишь об одном человеке, то можно было бы подумать, что проблема заключается в языке или в распространенном недоверии к подозрительным незнакомцам (зайти в маленькое кафе в отдаленной деревне и обнаружить, что все люди в нем хранят полное молчание, еще не означает, что у всех у них одновременно развилось нарушение речи). Однако, когда он вошел в деревню и не получил никакого ответа ни от второго, ни от третьего встречного (не считая невнятного бормотания), он задумался о том, что тут происходит. Ближе к центру деревни он столкнулся с пугающим числом мужчин и женщин, у которых был огромный зоб и толстые губы, рот постоянно полуоткрыт, а на лицах застыло бессмысленное выражение; это зрелище привело его в ужас. Как он сам вспоминает во втором томе первых серьезных очерков об этом регионе, «Путешествия в Альпах», «словно бы злой дух превратил всех жителей в бессловесных животных, оставив им лишь человеческую оболочку, чтобы показать, что когда-то они были людьми». Он ушел оттуда опечаленным и напуганным, а увиденное им зрелище навеки отпечаталось в его памяти[159].

Несмотря на то что людей с подобными симптомами можно было встретить по всей Европе, особенно в некоторых относительно изолированных регионах (зоб называли также «дербиширской шеей»), нигде больше вы не встретили бы того, что увидел Соссюр. Однако в Альпах это была не редкость. В конце концов масштабы этой проблемы исследовали и отразили в отчете, составленном для короля Сардинии в 1848 году, а в Швейцарии было установлено, что в некоторых регионах этим телесным недугом страдают до 90 % населения, а у 2 % наблюдается серьезная задержка умственного развития.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 26. Житель Савойи с зобом – возможно, один из «альпийских кретинов». Рисунок Доминика Вивана, © Британский музей.


Люди, которых повстречал Соссюр и другие путешественники – к началу XIX века туристов в этом регионе становилось все больше[160], – были не кем иным, как «кретинами», которых прославил в своих книгах о Тинтине бельгийский писатель и иллюстратор Жорж Реми (Эрже). Серьезной проблемой для переводчиков оказалось переложение изощренных ругательств друга Тинтина, капитана Хэддока, на более чувствительные шведский и английский языки 50–60-х годов, поэтому выражение bougre d’extrait de crétin des Alpes могли в конечном итоге перевести совершенно иначе, но в то время подобные люди были известны именно как crétin des Alpes или crétin de Savoie – «идиот из Савойи».

Попытки разгадать причины двух этих заболеваний – серьезной умственной отсталости, ставшей известной как «кретинизм» (хотя этот термин сейчас считается неприемлемым), и красноречивых визуальных признаков зоба – оказались трудной задачей, которая занимает медиков с тех самых пор, как об этой болезни стало известно, то есть уже на протяжении 5000 лет. «Кретин» описан в энциклопедии Дидро как «слабоумный, глухой и немой, со свисающим до талии зобом», которого можно было часто встретить среди тогдашних обитателей территории современных Швейцарии, Южной Франции и Северной Италии[161].

Причины эти оставались загадкой. Если у обоих родителей был зоб, то их отпрыски страдали теми же симптомами, так что наследственный фактор явно присутствовал; но касательно всего остального делались самые безумные предположения. Может быть, дело в преобладающих ветрах в этих труднодоступных долинах? Ведь хорошо известно, что фён – теплый сухой ветер – даже способен временно свести с ума жителей Австрии, так кто знает, какое воздействие мог оказать злостный шквалистый ветер, дующий в этих отдаленных местах? В качестве альтернативной теории выдвигалось отсутствие ветра в некоторых долинах, из-за чего воздух становился затхлым; также в качестве объяснения предлагался постоянный недостаток солнечного света на некоторых горных склонах с осени по весну.

Зоб традиционно лечили при помощи пепла от сожженной морской губки, и в 1811 году Бернар Куртуа, парижский химик и производитель селитры, открыл новый элемент йод в пепле от сожженных морских водорослей, которые использовались на его селитряном заводе. Это заставило Жана-Франсуа Куанде – женевского врача, получившего образование в Эдинбурге, – совершить храброе умозаключение, или, правильнее выражаясь, сделать предположение, основанное на опыте. В 1819 году он предположил, что в морской губке также содержится йод и что прием йода может излечить зоб[162].

У йода зарядовое число 53, и он находится в Периодической таблице под бромом; в то время Периодической системы элементов еще не существовало, но йод очень интересовал химиков. Его кристаллы глубокого фиолетового цвета обладали отчетливым металлическим блеском, хотя йод – не металл. Воздух внутри стеклянной банки с этим веществом быстро приобретал легкий фиолетовый оттенок, а некоторые кристаллы без каких-либо видимых усилий перемещались со дна банки на внутреннюю сторону крышки – этот процесс известен как сублимация, или возгонка.

В 1819 году о йоде и его химических свойствах еще многого не знали: например, о его родственных связях с соседями сверху – бромом (открытым в 1826 году) и хлором (открытым в 1774-м), но Куанде все же опробовал йод на своих пациентах. Как выяснилось, он добился даже слишком большого успеха: страдавшим зобом пациентам становилось лучше. Но другие врачи стали использовать йод для лечения совершенно посторонних заболеваний, и вскоре озабоченные состоянием своего здоровья жители Женевы стали принимать йод в настолько высоких дозах, что проблемой стали частые отравления этим веществом[163].

Так почему же йод оказывал нужное действие? В то время врачи еще не имели никакого понятия о следовых количествах микроэлементов в нашем организме – очень низких концентрациях различных элементов (например, меди, селена, марганца), необходимых для правильной работы ферментов и других молекулярных систем; анализ же питательных веществ в пище был невозможен, так как большая часть этих веществ не была идентифицирована. Тем не менее в середине XIX века парижский ботаник и врач Гаспар Адольф Шатен проанализировал содержание йода в образцах растений, почвы и воды, собранных во время отпусков, проведенных в разных частях Франции и Европы[164]. Оценив суточное потребление различных продуктов, он затем подсчитал, что средний парижанин поглощает 5–10 мкг йода в день (5–10 миллионных долей грамма), в то время как жители Лиона и Турина получают с пищей лишь 1–2 мкг, а крестьяне в альпийских долинах вынуждены обходиться менее чем 0,5 мкг[165].

Он смело выдвинул теорию о важности йода для того, чтобы избежать развития зоба и кретинизма, но без особого результата. Шатену пришлось ждать 1896 года: за пять лет до его смерти немецкий химик Ойген Бауман смог наконец доказать, что щитовидная железа, расположенная в нижней части шеи и резко увеличивающаяся в размерах у страдающих от зоба людей, содержит йод. Это открыло возможности для масштабного лечения и профилактики заболевания, особенно когда были раскрыты молекулярные формулы секретов щитовидной железы: два вещества, известные как Т3 и Т4 – трийодтиронин и тирозин, где к в целом органическим структурам присоединены три и четыре атома йода соответственно.

Это и в самом деле весьма странные молекулы, которые можно рассмотреть получше, если отойти от формального схематичного изображения, показанного на рисунке 27, и вместо этого попытаться представить себе размер молекулы и содержащихся в ней атомов. По мере того как мы добавляем протоны и нейтроны к атомным ядрам и продвигаемся от более легких элементов с низким зарядовым числом к более тяжелым, ядра, разумеется, увеличиваются в размере, но лишь в небольшой степени, так как большая часть пространства в атоме занята летающими электронами. С увеличением количества протонов растет и заряд ядра – соответственно, и сила, притягивающая к ядру электроны. Это означает, что атомы имеют склонность уменьшаться по мере увеличения зарядового числа. С другой стороны, должно расти и число электронов, и, когда эти отрицательно заряженные элементарные частицы приближаются к ядру, они начинают отталкивать друг друга, из-за чего атом кажется больше.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 27. Гормоны щитовидной железы трийодтиронин и тироксин, известные также как Т3 и Т4 из-за количества атомов йода, прикрепленных к их органическому скелету. Изображенная жирной линией связь с группой NH3+ означает, что эта связь выходит из плоскости и направлена в вашу сторону.


Которая из сил одержит верх? Это легко рассчитать, взглянув на Периодическую таблицу: если двигаться по периодам (строкам) слева направо, побеждает сила притяжения, и атомы становятся немного меньше; если двигаться по группам (столбцам) сверху вниз, побеждает сила отталкивания, поскольку после достижения конфигурации каждого из благородных газов (элементы в крайнем правом столбце) электроны добавляются на орбитали, или оболочки за пределами плотной внутренней электронной оболочки в атоме, соответствующей конфигурации благородного газа, и не особенно ощущают влияние дополнительного заряда ядра.

Химия не была бы химией, если бы не существовало исключений для этого правила; однако их мы рассмотрим в другой главе. Достаточно понять, что, спустившись по галогеновой лестнице от фтора (F) к хлору (Cl) и брому (Br), мы добираемся до атома йода, который совершенно не похож своими размерами на атом углерода. Взгляните на изображение, показанное на рисунке 28, и вы увидите, насколько сильно на нем преобладают атомы йода, которые на палочковой схеме совершенно идентичны остальным атомам.

Но дело не только в размере. Йодид-заместители (их так называют потому, что мы рассматриваем их как атомы, заменившие собой атом водорода в шестиугольном углеродном цикле С6) на самом деле не обладают красивой округлой формой, а их электроны не движутся равномерно вокруг ядра; система больше напоминает фаршированные оливки, где связь углерод-йод вставлена прямо в красноватую начинку. Оливково-зеленая поверхность притянула избыточные электроны и имеет отрицательный заряд, а область начинки лишилась электронов, и там проглядывает положительно заряженное ядро, придавая этой части положительный заряд.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 28. Здесь мы попытались изобразить истинный размер атомов в Т4 – гормоне щитовидной железы тироксине, – нарисовав их в виде сфер разного размера. Обратите внимание на то, как доминируют на этом изображении крупные темные атомы йода, хотя они составляют менее 9 % от общего числа атомов в этой молекуле (все остальные атомы показаны светло-серым цветом).


Это означает, что атом – обычно это атом кислорода, – в котором есть пара электронов, очень заметно торчащая наружу (так обычно и происходит в аминокислотах, образующих наши белки), может зацепить молекулы Т3 и Т4, направив эту электронную палку на красную положительно заряженную начинку и образовав слабую химическую связь. Именно так гормоны щитовидной железы выполняют свою важную задачу в организме: они передают сигналы, которые не только регулируют рост, развитие нервной и половой системы, но также контролируют химические пути расщепления пищи, извлечения энергии и производства тепла.

Разумеется, правильно работающая щитовидная железа крайне важна для нашего здоровья, и существуют самые разные связанные с ней заболевания и симптомы. Однако давайте на некоторое время остановимся на том, что в начале ХХ века верно определили скорее как нехватку микроэлемента, нежели как болезнь, – на зобе и кретинизме.

В Швейцарии с 1922 года обогащают йодом всю соль, предназначенную для употребления в пищу, но правительства других стран вели себя осторожнее. Французская академия наук предупреждала об опасности передозировки йода еще в 60-х годах XIX века, и пищевая соль с добавлением йодида калия (KI) была разрешена во Франции лишь в 1952 году. Тем не менее проблемы со здоровьем у жителей альпийских департаментов словно исчезли сами собой, поскольку невидимая рука рынка распространяла йод в виде импортных товаров из регионов, в которых качество почвы было выше и, что немаловажно, в которых заготавливали рыбу и морепродукты, как правило богатые йодом.

Сейчас мы без труда добираемся до деревень и бывших горных пастбищ в Альпах и поэтому легко забываем, что даже в XIX веке вблизи таких старинных и крупных городских центров, как Гренобль, существовали населенные районы, до которых можно было добраться только на ослах по узким тропинкам, преодолев труднодоступные горные перевалы, да и то лишь летом, в то время как вся остальная страна быстро покрывалась сетью железных дорог. Гражданские инженерные проекты, которые способствовали улучшению санитарных условий в больших городах через отвод сточных вод и отходов в современные подземные тоннели, также способствовали притоку йода в отдаленные горные деревушки по дорогам, проложенным через скалы при помощи новых и относительно безопасных взрывчатых веществ.

Почему же этот драгоценный ресурс так неравномерно распределен по планете? Дожди и постоянные паводки в Альпах постепенно вымывали из почвы йод, поскольку простые соли натрия и калия (NaI и KI) легко растворяются в воде. То же самое может происходить в прибрежных регионах с большим количеством осадков, таких как Бангладеш, но в целом хуже всего дело обстоит в горных регионах по всему миру.

И я использую настоящее время, потому что, каким бы невероятным это ни казалось, нехватка йода до сих пор является проблемой, несмотря на все наши знания и на то, каким простым кажется ее решение. Подсчитано, что от 800 миллионов до 2,2 миллиарда людей по всему миру все еще испытывают нехватку йода или находятся в зоне риска, и несколько лет назад заголовок статьи в New York Times гласил: «Секрет повышения мирового IQ заключается в соли». Статья рассказывает о трудностях и успехах в увеличении потребления йодированной соли в бывшей советской республике Казахстане; один из тех, кто этому способствовал, – бывший чемпион мира по шахматам Анатолий Карпов, многолетний борец с нехваткой йода в качестве посла ЮНИСЕФ[166].

Подобные усилия прилагаются по всему миру, и их часто поддерживает активизм Международного совета по контролю йоддефицитных состояний (ICCIDD). Эта организация официально признана ЮНИСЕФ и ВОЗ и является партнером Организации по устойчивому устранению дефицита йода. Эти усилия успешны, но лишь отчасти. В 80-х годах ХХ века только 20 % мирового населения имели возможность готовить пищу с йодированной солью; сегодня эта цифра составляет около 70 %[167].

Но впереди у нас еще долгий путь, и йодированная соль – это самый дешевый и простой способ бороться с подобным типом повреждения мозга у детей. И все же, по подсчетам, 18 миллионов младенцев ежегодно рождаются с нарушениями умственной деятельности из-за недостаточного употребления матерями йода и железа – еще одного микроэлемента, проблемы с которым существуют по всему миру. Даже в Западной Европе около 50 миллионов человек могут находиться на грани незначительной нехватки.

Что касается фактической потребности в йоде, то следует заметить, что Гаспар Шатен, вероятно, недооценил суточную дозу йода для парижан, живших в 60-е годы XIX века, или же у них тоже были серьезные проблемы с нехваткой йода. Рекомендованная суточная доза на сегодняшний день составляет 100–220 мкг, и она еще выше для беременных и кормящих женщин; для сравнения: Шатен оценил ее на уровне 10 мкг в сутки.

В конце главы отметим, что Орас де Соссюр был первым человеком, предавшим широкой огласке проблемы с зобом и кретинизмом в Альпах, и он же первым стал побуждать людей к восхождению на Монблан, объявив в 1760 году награду для того, кто первым доберется до вершины. Сам он стал третьим побывавшим на вершине человеком в 1786 году, через год после Жака Бальма и Мишеля Габриеля Паккарда. Что касается первой женщины, покорившей эту гору, то это более темная история, где споры идут между двумя именами – Марией Паради и Генриеттой д’Анжевилль, добравшихся до вершины в 1808 и 1838 году соответственно.

14

Две блестящие карьеры

В главе 14 мы исследуем взаимосвязь убийства и гор в истории, в которой химическое понятие растворимости используется, чтобы раскрыть преступление и изготовить эффективные таблетки для фармацевтической промышленности.

К году издания этой книги прошло ровно 50 лет с тех пор, как Боб Дилан ответил на множество загадочных вопросов двусмысленной строчкой «ответ – в дуновении ветра» на стороне А пластинки «The Freewheelin’ Bob Dylan». Но по крайней мере на один из этих вопросов – «Как долго может просуществовать гора, прежде чем ее смоет в море?» – мы можем попытаться ответить, поскольку часть ответа заключается в одном из известных универсальных правил, которые учат все химики-новички: соединения положительно заряженных ионов металлов с оксидами (О2–), сульфидами (S2–), фосфатами (РО43–), силикатами (SiO42–) и карбонатами (СО32–) не растворяются в воде; а соответствующие нитраты (NO3), хлориды (Cl) и бромиды (Br) растворимы[168].

Если применить это правило к тому, что можно найти на вашей кухне, это означает, что, когда вы кладете ложку столовой соли (NaCl) в воду, соль «исчезает», и делает это быстрее при нагревании или перемешивании, а вода при этом выглядит такой же, какой была до того. Чтобы найти нерастворимые вещества, перейдем к более дорогостоящему содержимому наших сервантов и посмотрим, в каком состоянии находится столовое серебро и медная посуда. Когда подобные вещи выставлялись на всеобщее обозрение, моя мама заставляла меня чистить их при помощи специального средства для серебра или меди, поскольку оксиды и сульфиды, образующие пятна на металлических поверхностях, не исчезают при мытье водой – они абсолютно нерастворимы. Это подходящее для ребенка, но скучное занятие заменяло мне в детстве набор юного химика.

Однако в учебниках по химии обычно не рассказывается о существовании всеобъемлющих следствий этих правил, которые можно увидеть по всему миру. Почему горы состоят из пород, в составе которых есть оксиды, сульфиды, фосфаты, силикаты и карбонаты? Потому что они нерастворимы! Любую гору, состоящую из хлорида натрия, и в самом деле «смыло бы в море» тысячи лет назад, а там, где добывают NaCl, он также известен как «каменная соль», и его можно найти либо под землей, либо в регионах с очень засушливым климатом[169].

И этот факт приводит нас к герою и героине данной главы. Насколько мне известно, Агата Кристи (1890–1976) и Герберт Доу (1866–1930) никогда не были знакомы, но оба они отчасти обязаны своей блестящей карьерой одному и тому же элементу – брому, адрес которого в Периодической таблице выглядит так: зарядовое число 35, 17-я группа, 4-й период, символ Br; бром живет прямо под хлором.

Поскольку ион брома (Br) – это единственная форма (или скорее степень окисления), в которой этот элемент встречается в природе, законы растворимости говорят нам, что добыча бромсодержащих полезных ископаемых вряд ли может увенчаться успехом. Соединения типа NaBr очень легко растворяются в воде, а бром к тому же тяжелый элемент – они встречаются в природе реже, чем легкие (это весьма общее правило, из которого существует множество исключений). Однако схожесть свойств элементов из одной группы (столбца) означает, что там, где мы находим хлор, можно обнаружить и бром, но в меньшей концентрации. И в самом деле, в морской воде на каждый ион брома приходится 666 ионов хлора (это число выглядит зловещим, но я уверен, что это всего лишь совпадение, а не послание от высших сил).

Герберт Доу, химик и изобретатель с отличным деловым чутьем, придумал свой собственный способ извлекать бром из рассола (концентрированной соленой воды), который он закачивал насосом из огромного подземного озера в Мидленде, штат Мичиган, США; этот проект он затевал, еще будучи студентом учебного заведения, ныне носящего название «Университет Кейс Вестерн Резерв». В то время, в 1891 году, производство брома было новой разработкой. Этот относительно недавно открытый элемент был доступен в больших количествах всего около 30 лет. Бром пользовался спросом в новом ремесле фотографии (в качестве одного из реактивов для производства фоточувствительного бромида серебра AgBr) и, что более удивительно, на быстро растущем рынке «патентованных лекарств».

В мире, где абсолютно все новое считалось хорошим (если только вдруг это новое не нарушало установленный общественный порядок), преобладал авантюрный подход к недавно созданным соединениям. Им находили применение и быстро выпускали их на рынок. Акушер королевы Виктории сэр Чарльз Локок предлагал ионы брома в качестве средства от эпилепсии, и бромид калия KBr был первым средством (неэффективным по сегодняшним стандартам), которое врачи применяли для контроля над этим хроническим заболеванием.

Вскоре стало понятно, что ионы брома оказывают общий седативный эффект, и его стали применять передовые врачи, такие как Жан-Мартен Шарко, работавший в госпитале Сальпетриер в Париже (этот огромный больничный комплекс рядом с вокзалом Аустерлиц существует до сих пор). Среди его пациентов был парижский рассыльный, страдавший странными повторяющимися и порой длительными приступами, во время которых он не осознавал, что делает, но мог передвигаться по городу, общаться с людьми и даже уехать на поезде аж до прибрежного города Бреста. Из заметок Шарко об этом случае можно сделать вывод, что пациент частично излечился благодаря неоднократной терапии бромом, после которой (при условии продолжающегося приема препарата) у него наступали долгие периоды без симптомов заболевания и случались лишь краткие рецидивы. Однако похоже, что бром скорее облегчал симптомы, чем излечивал болезнь, так как меньше чем через год после последнего курса лечения этот пациент исчез, и никто больше о нем не слышал[170]. Частичный успех, которого добился доктор Шарко, и другие подобные истории, в сочетании с острой нехваткой терапевтических методов, которую испытывали врачи в 90-х годах XIX века, привели к тому, что доктора почти повально выписывали KBr и NaBr. По-видимому, некоторые специализированные клиники использовали тонны этих веществ ежегодно[171], что означало процветание для фармацевтической индустрии (которая тогда находилась в зачаточном состоянии), в частности процветание доктора Майлза. Максимальная суточная доза пациента доктора Шарко составляла 7 г; это вам не 0,2 г активного вещества в таблетке ибупрофена.

Вряд ли это потревожило сон Герберта Доу, и ему, надо полагать, незачем было применять препарат «Нервин» доктора Майлза, который производился в Элкхарте, в соседнем штате Индиана, поскольку Химическая компания Доу вполне преуспевала[172]. Справедливо будет предположить, что бромовые соли, которые использовал доктор Франклин Майлз и которые стали первым продуктом появившейся позже компании Miles Laboratories, крупной американской фармацевтической корпорации, закупались на фабриках мистера Доу.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 29. Реклама «Нервина» доктора Майлза – препарата на основе солей брома, таких как NaBr. Из сборника Dr. Miles New Jokebook 1933 года.


Более значительным деловым достижением Доу оказалось его противостояние всемогущему Deutsche Bromkonvention, картелю немецких компаний, который почти монополизировал мировую торговлю бромом. Немцы наводнили США дешевым бромом, чтобы сбить цены на товар Доу, который попытался выйти на британский и японский рынки. Однако у Доу оказалось достаточно финансовых возможностей, чтобы тайно скупить немецкий бром в США и реэкспортировать его в Европу, включая саму Германию, так что в итоге ситуация переломилась не в пользу всемогущего картеля[173].

А вот кто действительно страдал от проблем со сном, так это миссис Инглторп, хозяйка и тиран поместья Стайлс, повторно вышедшая замуж вдова, у которой имелось множество родственников, то и дело появлявшихся в поместье с более или менее убедительными претензиями на наследство. Изучавшая фармацевтическое дело Агата Кристи воспользовалась этой бессонницей как предлогом, чтобы поместить жидкий «Нервин» доктора Майлза или подобный ему раствор бромида на туалетный столик в спальне миссис Инглторп, где он очень кстати оказался под рукой у ее убийцы.

Если вы не читали «Загадочное происшествие в Стайлсе» – первый роман Агаты Кристи, опубликованный в 1920 году[174], – то можете не волноваться и не пролистывать главу: я не стану раскрывать подробности сюжета, а только расскажу вам, как было совершено убийство. Возможно, вы умнее меня и эта информация поможет вам узнать, кто убийца, раньше, чем Эркюль Пуаро, ее теперь уже знаменитый бельгийский детектив, в классической манере пригласит главных героев на «небольшую встречу в салоне». В таком случае прошу меня простить, но я с радостью признаю, что был на тот момент в полной растерянности, так как в романе содержится достаточно ложных следов, чтобы увлечь целый штат работников уголовного розыска.

Многие из этих следов имеют отношение к стрихнину – веществу, доступ к которому, кажется, был у всех персонажей романа. Выясняется, что смертельная его доза содержалась во флаконе, находившемся в спальне миссис Инглторп, поскольку вдобавок к успокаивающим ионам брома ей также прописали стрихнин: в очень малых дозах он играет роль стимулятора центральной нервной системы[175].

Маленький ежевечерний глоток из этого флакона был бы совершенно безвредным, но, если выпить все его содержимое за один раз, доза будет смертельной. Убийце приходит в голову изобретательный план: заставить богатую вдову сделать именно это – принять смертельную дозу по своей собственной воле.

Этот план, конечно же, имеет отношение к растворимости, и выясняется, что растворимость – это общая проблема молекул лекарств, то есть фармакологически активных соединений. Хотя сегодня фармацевты и не используют стрихнин, он служит хорошим примером. Как и многие чрезвычайно ядовитые вещества, стрихнин встречается в природе: его можно экстрагировать из дерева под названием «рвотный орех» (Strychnos nuxvomica), произрастающего в Индии[176]. Однако такой экстракт абсолютно бесполезен для приготовления «тонизирующих средств», поскольку эти жиролюбивые молекулы совершенно не растворяются в воде; этой чертой обладают многие активные компоненты лекарств.

Взгляните на рисунок 30 – и вы увидите, что в структуре стрихнина преобладают связи углерод – водород и углерод – углерод. Все они характеризуются более или менее симметричным распределением электронных пар между атомами; дело обстоит иначе в молекуле воды, где жадный атом кислорода держит поближе к телу два электрона, которые он официально должен делить с водородом, что сообщает атомам кислорода однозначный отрицательный заряд, а атомам водорода – положительный заряд. Мы называем молекулу воды полярной, потому что у нее есть два конца с заметными по величине и однозначно расположенными зарядами, а вот молекула стрихнина неполярна, потому что в ее структуре нет подобных центров с заметным зарядом.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 30. Слева: молекула стрихнина, нерастворимая в воде. В центре: молекула стрихнина, проявившая свойства основания и принявшая протон (Н+, черного цвета) от молекулы хлороводорода (HCl) с образованием соли (стрихнин Н+)(Cl), известной как гидрохлорид стрихнина и растворимой в воде[177]. Справа: палочковая схема строения стрихнина.


Еще одно базовое эмпирическое правило, обычно усваиваемое начинающим химиком, гласит, что «подобное растворяется в подобном», – возможно, он или она уже усвоили это на собственной кухне. У столовой соли очень полярное строение, и в растворе она распадается на катионы натрия (Na+) и отрицательно заряженные анионы хлора (Cl); и те и другие любят поплескаться и поиграть с полярными молекулами воды. С другой стороны, многие ароматические и вкусовые молекулы предпочитают жиры и плохо растворяются в воде. Вот почему небольшое количество сливок или растительного масла усиливает вкус многих блюд: эти чудесные молекулы растворяются в жире и легко переносятся к нашим органам обоняния. Более того, если вы увлекаетесь диетами, вам следует знать, что то же самое касается и некоторых витаминов, особенно витамина А: они также растворяются в жирах, так что добавить в морковь сливочное или оливковое масло – не такая уж плохая идея.

На молекулярном уровне мы грубо подразделяем наши вещества на полярные и неполярные; неполярные вещества не растворяются в таких полярных растворителях, как вода. Возьмем для сравнения поверхность липучки «велкро» или фетра и ровную стеклянную поверхность. Фетр прилипает к фетру, но не к стеклу, а две ровные чистые стеклянные поверхности прилипнут друг к другу, но не к «велкро»; ровная и плоская поверхность – аналог неполярных связей С—Н и С—С, а крючки и петли «велкро» соответствуют отрицательно и положительно заряженным концам полярной молекулы.

Молекулы некоторых лекарств настолько неполярные и нерастворимые, что если дать их пациенту в виде таблетки, то даже ужасно кислой среды желудка будет недостаточно, чтобы выпустить их в кровоток, прежде чем они выведутся из организма; такая таблетка будет практически бесполезной.

Фармацевтические компании прилагают большие усилия, чтобы обойти эту проблему, поскольку они очень любят таблетки. Для этого существует классическая успешная стратегия: сделать неполярную молекулу полярной, добавив к ней заряд. В случае со стрихнином к нему нужно добавить по одной молекуле хлороводорода (HCl) на каждую молекулу потенциального яда. Эта стратегия работает, так как на «верхушке» молекулы, которую я изобразил на рисунке 30, торчит черный атом азота. Эта часть молекулы – основание (в противоположность кислоте), а именно амин, родственный простому реактиву аммиаку (NH3), с которым вы, возможно, знакомы по своему ящику с чистящими средствами. У него есть небольшой отрицательно заряженный конец, торчащий из неполярной основной части молекулы из-за того, что на нем расположена пара электронов, обращенных наружу от атома азота. Этой небольшой доли «полярности» недостаточно для того, чтобы сделать стрихнин растворимым в воде, но если добавить HCl, то Н+ немедленно прыгнет на это место, и внезапно у стрихнина окажется заряд +1 с ионом хлора для сохранения баланса, и теперь молекула готова к плаванию (при этом сохраняя свою химическую активность). Похожие реакции делают водорастворимыми такие лекарства, как кодеин, ципрофлоксацин и многие другие. В списке ингредиентов будет указан, например, «кодеина гидрохлорид», прямо как название соли – поскольку речь на самом деле о реакциях между кислотами и основаниями, в результате которых и вправду получаются соли, равно как в реакции HCl + NaOH, где получаются NaCl и H2O.

Из того, что мы узнали к этому моменту, мы могли бы предположить, что гидробромид стрихнина тоже окажется водорастворимым: здесь есть тот же самый Н+, а бромид-ион очень похож на хлорид-ион (к примеру, расположение ионов в твердом NaBr точно такое же, как в NaCl). Но нас ждет сюрприз: расположение ионов в кристалле гидробромида стрихнина сильно отличается от такового в гидрохлориде стрихнина. Анионам и катионам вода приятна примерно в одинаковой степени в обоих случаях, но у гидробромидной соли связи между молекулами[178] гораздо крепче, чем у гидрохлорида, и поэтому она не слишком хорошо будет растворяться в воде. Не потому, что она не любит воду, а потому, что ей гораздо уютнее находиться на пляже с друзьями.

Так как же это помогло ловкому убийце? Он (или она) понял, что в спальне у миссис Инглторп стоят два флакона: один с гидрохлоридом стрихнина, а второй – с бромистым натрием. Добавьте бромистый натрий в раствор стрихнина, и протонированные молекулы стрихнина вскоре найдут своих бромидных приятелей и устроятся вместе с ними на пляже; вернее, они плотным слоем осядут на дне, а в воде будут плавать ионы натрия и хлорид-ионы. Небольшое количество тонизирующего средства со стрихнином выпивается каждый день, однако теперь оно практически лишено молекул стрихнина; уровень жидкости будет постепенно уменьшаться до того фатального момента, когда из флакона выпьют последнюю дозу, в которой теперь содержится весь стрихнин из изначального раствора; эта последняя доза окажется смертельной.

Это было началом долгой блестящей карьеры Агаты Кристи в детективном жанре. Она начала писать, когда Конан Дойл еще выпускал истории о Шерлоке Холмсе, и закончила свой последний роман через три года после того, как Реджинальд Хилл представил миру своих знаменитых йоркширских детективов Дэлзила и Пэскоу. Ближе к концу Первой мировой войны она работала в аптеке при госпитале, где и трудилась над первым романом, когда не готовила лекарства и не занималась химией для сдачи экзамена по фармакологии. Периодическая таблица и атомная масса сначала вызывали у Кристи некоторое замешательство, однако потом она занималась химией с удовольствием; вероятно, она – одна из очень немногих авторов детективов, кто действительно провел пробу Марша на мышьяк в реальной жизни[179].

Корпорация Dow Chemicals, штаб-квартира которой по-прежнему находится в Мидленде, штат Мичиган (население 41 863 человека), является сегодня одной из двух или трех, смотря как считать, крупнейших компаний по производству химикатов в мире (две другие – это BASF и DuPont). Miles Laboratories была куплена немецким фармацевтическим и химическим гигантом Bayer в 1979 году и больше не является независимой компанией[180]. Все бромсодержащие препараты для производства транквилизаторов были сняты с производства в США из-за долгосрочных проблем со здоровьем, связанных с чрезмерным употреблением бромид-ионов[181], а на сегодняшний день людям доступны более эффективные лекарственные средства.

15

Война и тщеславие

В этой главе мы столкнемся с первым специально спроектированным биотехнологическим процессом, не подразумевающим хранение пищевых продуктов, развенчаем устойчивый миф о сотворении мира и научимся искать взрывчатку.

Когда ребенком я ездил в Гетеборг с матерью, эти визиты всегда включали в себя долгую (так мне тогда казалось) поездку на трамвае из центра города в северо-восточные районы, мимо старого, построенного из красного кирпича шарикоподшипникового завода СКФ, до большого кладбища Квиберг, чтобы положить цветы на могилу моей бабушки. Я никогда не отваживался отходить далеко, чтобы прогуляться среди аккуратных, украшенных цветами могил на ухоженных газонах, но если бы я это сделал, то, возможно, нашел бы другую, более унифицированную часть кладбища, которую редко посещали родственники, – ту, где находились военные захоронения.

Довольно неожиданно обнаружить солдатские могилы на пригородном кладбище в стране, которая сохраняла нейтралитет в обеих мировых войнах, но факт остается фактом. Среди немецких, американских и британских могил на участке кладбища, принадлежащем Содружеству, мы найдем могилу Артура Коундена, который в свои 17 лет был, наверное, самым юным из похороненных здесь солдат[182]. Он служил телеграфистом на эсминце британского ВМФ, и утром 1 июня 1916 года его тело выбросило на берег неподалеку от маленькой рыбацкой деревушки Фискебекскил на западном побережье Швеции. Его судно, HMS Shark («Акула»), стало одной из многих понесенных британцами потерь во время произошедшего накануне Ютландского сражения – единственного за время Первой мировой войны столкновения между королевским флотом и немецким Флотом открытого моря.

По всем свидетельствам, это была страшная битва, с тысячами погибших с обеих сторон, одно из крупнейших морских сражений за всю историю. Ютландское сражение остается несколько противоречивым событием по двум причинам: первая – длительный конфликт между двумя британскими командующими, Дэвидом Битти и Джоном Джеллико, а вторая – предполагаемая роль бездымного пороха кордита, который использовал Британский королевский флот и который привел к тому, что затонули несколько его же кораблей.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 31. Могила Артура Коундена в Гетеборге. Фото сделано автором.


Тактика ведения морских боев нас не касается, но кордит связан с одной из малоизвестных проблем с поставками во время Первой мировой войны – а именно с поставками ацетона. Вы, вероятно, знакомы с этой молекулой, если пользуетесь жидкостью для снятия лака, но, возможно, вам также известно о том, какое губительное воздействие он оказывает на отполированное покрытие автомобилей. Все это указывает на то, что ацетон – прекрасный растворитель, и в этом качестве он широко используется в лакокрасочной и фармацевтической промышленности. Разумеется, в этих областях ацетон стали применять сравнительно недавно: и автомобильная краска, и лак для ногтей были фактически разработаны после Первой мировой войны.

Ацетон очень легко воспламеняется (на флаконах с жидкостью для снятия лака стоило бы ставить предупреждающие об этом значки), но сама по себе эта органическая молекула – простейший кетон с формулой СН3СОСН3 – не является взрывоопасным веществом. Вы не рискуете взорвать свой будуар, храня ацетон рядом с другими продуктами для красоты и гигиены (все они тоже состоят из химических веществ, даже если на упаковке сказано «органический»).

Откуда мы знаем, что ацетон не взрывоопасен? Это один из ключевых продуктов химической промышленности на протяжении уже более 100 лет, и мы знаем о его свойствах из опыта, но существуют также простые правила, которые помогают химику получить представление о свойствах вещества, просто взглянув на формулу молекулы.

В случае со взрывчатыми веществами нужно ориентироваться на три вещи (если исходить из того, что мы имеем дело с понятными веществами, состоящими только из азота, кислорода, углерода и водорода). Сначала следует обратить внимание на форму молекулы: не похожа ли она на сжатую до предела пружину автомобильной подвески, готовую резко распрямиться и выплеснуть свою сохраненную энергию? (Какими бы безобидными ни казались подобные механические приспособления, они на самом деле убивают людей.)

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 32. Два изображения молекулы ацетона, простейшего из всех кетонов с формулой СН3СОСН3.


Следующим шагом станет простая проверка процентного содержания атомов азота в молекуле: чем их больше, тем риск взрыва выше. Почему? Потому что все атомы азота испытывают непреодолимое желание (которое химик назвал бы термодинамической движущей силой) соединяться с другими атомами азота, чтобы образовать N2 – газообразный молекулярный азот, основной компонент воздуха. Вы, возможно, знаете, что при нормальных условиях молекулярный азот ни с чем не реагирует, словно камень, скатившийся на дно глубокой долины. Найти молекулу с большим количеством атомов азота все равно что обнаружить ближе к вершине крутого холма большой валун, который удерживают от падения лишь несколько камешков, мешающих ему посеять хаос на своем пути.

И наконец, кислород; но тут нам следует обратить внимание не столько на количество его атомов (сахар содержит по одному атому кислорода на каждый атом углерода, но не является при этом взрывчаткой), сколько на их соседей по молекуле. Связан ли атом кислорода с другим таким же атомом? Тогда будьте начеку, потому что вы имеете дело с одним из пероксидов, простейшим из которых является перекись водорода – вы можете купить ее в виде водного раствора, но тем не менее на флаконе будет предупреждающая надпись. Ближайший сосед кислорода – атом азота? Или, хуже того, два атома кислорода связаны с одним и тем же атомом азота? Тогда, возможно, пора принимать меры предосторожности, потому что перед вами одно из нитросоединений, самые известные из которых нитроглицерин и ТНТ – 2,4,6-тринитротолуол, или тротил.

Но если ацетон не взрывчатое вещество, то в чем же заключалась его ценность для военно-морского флота? Конечно же, в его свойствах как растворителя, как вы уже могли догадаться. Упомянутый ранее кордит не был сильнодействующим взрывчатым веществом, которое использовали, чтобы сеять смерть и разрушение после того, как снаряды пробьют броню противника; он был компонентом пороховой смеси, благодаря которой артиллерийские снаряды или пули получали способность взлетать. В этом качестве его лучше сравнить не с камнем, все быстрее несущимся по склону холма, а скорее с мячом, катящимся по извилистой горной дороге с управляемой скоростью.

Оказалось, что такой компонент можно изготовить из подходящей смеси нитроглицерина и нитроцеллюлозы (хлопкового пороха, или ружейного хлопка, – обратите внимание на приставку «нитро») и небольшого количества вазелина в качестве стабилизатора. Однако эти компоненты требуется тщательно перемешивать, иначе отдельные области чистого нитроглицерина могут взорвать всю партию смеси. Как же добиться этого? Нитроглицерин – это жидкость, вазелин – желеобразная субстанция, а волокна хлопка очевидно тверды. Можно вообразить, как все это бросают в блендер и смешивают на высокой скорости. В целом полученная в результате смесь была бы вполне хороша, если бы не способность нитроглицерина детонировать при ударе. Значит, лучше найти хороший растворитель для всех компонентов – и вот тут на сцену выходит ацетон. С его помощью можно получить относительно гомогенную смесь; из этого продукта, напоминающего по консистенции тесто, делают тонкие шнуры (отсюда и название кордита – от англ. cord, то есть «шнур»), благодаря чему излишки ацетона испаряются[183].

Откуда же получают эти ингредиенты? Мы не умеем выращивать растения, которые производят нитрованную целлюлозу, а нитроглицерин и ацетон не зачерпнешь из реки. Но мы можем вырастить хлопок и другие растения для получения целлюлозы; глицерин – это побочный продукт мыловарения (изначально его получают из растительных или животных жиров), а нитраты в то время привозили из Чили (и называли их чилийской селитрой). Проблема была в ацетоне. Его изготавливали из древесины, но для производства 1 кг ацетона ее могло требоваться до 100 кг. Инженер-химик назвал бы это однопроцентным выходом конечного продукта, а потом сел бы и разрыдался. Это было паршиво даже для тех времен, задолго до зеленой химии, экономии атомов и разумного природопользования, и уж точно этот процесс ни в коей мере не мог удовлетворить запросы завода по производству кордита для королевского флота в Холтон-Хит, графство Дорсет. Вдобавок к этому сам королевский флот уже на протяжении 400 лет вырубал английские леса для постройки кораблей, а то, что от них осталось, превратилось в топливо для промышленной революции, так что проблема и в самом деле была серьезной и стояла весьма остро.

Далее следует история, изобилующая не поддающимися проверке байками и противоречивыми свидетельствами, которые приводят в своих автобиографиях некоторые из ключевых ее участников, в особенности Дэвид Ллойд Джордж, занимавший в то время пост министра военного снабжения[184]. Был ли ацетон случайно упомянут во время беседы за ланчем между Ллойд Джорджем и редактором Manchester Guardian Ч.П. Скоттом, причем ни один из них толком не знал, о чем именно они говорят? И какова была роль расположенного на окраине Лондона завода Николсона по производству джина?[185] Так или иначе, то, что последовало, стало одним из первых успешных применений современной биотехнологии задолго до изобретения самого этого термина.

Дело в том, что ацетон – это по-настоящему «органическая» органическая молекула, возникающая в процессе метаболизма почти во всех живых организмах. Мы, люди, тоже производим ацетон, когда сжигаем запасы жира для получения дополнительной энергии. Если наш организм нормально функционирует, то на этом процесс не завершается, и через некоторое время, после расщепления жиров несколькими ферментами в теле, в итоге образуются углекислый газ и вода. Однако остается запах – сладковатый и весьма отчетливый, так что грамотный врач может обнаружить нарушения обмена веществ по повышенному содержанию ацетона в дыхании пациента.

Мы не знаем, пользовался ли обонянием Хаим Вейцман, читавший лекции по химии в Манчестерском университете, для того чтобы обнаружить ацетон, произведенный различными видами бактерий, которые он на протяжении многих лет пытался уговорить произвести бутанол из крахмала. В любом случае он был не первым, кто нашел ацетон в продуктах бактериального брожения. Но именно он определил самый лучший вид бактерий для этой задачи – Clostridium acetobutylicum, которая достаточно быстро превращала 100 кг мелассы в 12 кг ацетона[186]. Все же выход конечного продукта получался довольно скромным, и никто не знал, что делать с большим количеством одновременно производимого бутанола (по две молекулы на каждую молекулу ацетона). Однако в целом это был успех, который обрадовал и Ллойд Джорджа, и первого лорда Адмиралтейства Уинстона Черчилля. Обрадовал настолько, что Вейцман вскоре стал директором по научным исследованиям в лабораториях Адмиралтейства Великобритании[187].

Утверждают, что Декларация Бальфура 1917 года и, как следствие, основание государства Израиль (хотя открыто в документе об этом не говорится) стали подарком Вейцману в качестве признания его достижений в это непростое военное время. Наверное, изящнее всего это утверждение изобразил Джордж Бернард Шоу в своей пьесе «Артур и Ацетон»[188]. Артур Бальфур был министром иностранных дел Великобритании в последние годы войны, и Ллойд Джордж также рассказывает похожую историю в своих «Военных мемуарах», изданных в 1933 году[189], а вот сам Вейцман отрицает подобный поворот событий в изданной в 1949 году автобиографии «В поисках пути»[190]. Более того, очевидно, что Вейцман познакомился с Бальфуром задолго до войны, когда он переехал из Швейцарии и занял ставку в Манчестерском университете, а Бальфур служил местным членом парламента. Он уже тогда был ярым сторонником сионистского движения и всю свою жизнь работал ради его целей; венец его достижений – пост президента Израиля, который он занял в 1948 году, став первым на этом посту.

Сегодня масштабное производство ацетона достигается главным образом благодаря реакции между двумя продуктами нефтеперерабатывающей промышленности – пропиленом (пропеном) и бензолом, – а также кислородом воздуха. Во время Первой мировой войны этот огромный сектор промышленности, основанный на добыче нефти и природного газа, находился в зачаточном состоянии, так что стоит задуматься о том, что индустрия биотехнологий, которую мы сегодня считаем столь многообещающей, добилась своей первой победы почти 100 лет назад. (Если не принимать во внимание производство консервантов, таких как этанол и различные кислоты, при помощи традиционной ферментации – первоосновы этой технологии, об истории которой рассказывается в главе 16.)

Через какое-то время нефть закончится, так что, возможно, не так уж и плохо будет сдуть пыль со старых методов Вейцмана, тем более что производимый с их помощью в больших количествах бутанол теперь стал важным и ценным для химической промышленности продуктом.

Несчастливый корабль Артура Коундена HMS Shark находился под верховным командованием контр-адмирала Дэвида Битти, который видел, как через 20 минут после начала боя затонули два его линейных крейсера. Он резко заметил: «Кажется, с нашими чертовыми кораблями сегодня что-то не так». Некоторые утверждают, что корень проблемы был в кордите, поскольку его штабеля вызвали дальнейшие губительные взрывы после немецких ударов, которые корабли при обычных условиях должны были выдержать. Недавно морские археологи обследовали обломки одного из кораблей Битти, HMS Queen Mary («Королева Мэри»)[191], но все же трудно будет когда-либо прийти к определенному заключению по этому вопросу.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 33. Профессор Хаим Вейцман (передний план): химик, пионер биотехнологий и политик-сионист с друзьями в верхах. © Институт Вайцмана.


Похоже, что на некоторых кораблях нарушались строгие правила обращения с шелковыми мешками, в которых хранился кордит, или что эти правила мешали орудиям стрелять с запрашиваемой скоростью. Что касается роли ацетона, то нам известно, что в оружейных запасах на HMS Queen Mary находилась как более старая версия кордита – cordite Mk.I, так и улучшенный cordite M.D., в котором было гораздо меньше нитроглицерина[192]. Неясно, было ли причиной то, что первая версия считалась безопасной, или то, что из-за нехватки ацетона было слишком дорого заменять его на версию M.D. Как бы то ни было, кажется, главной проблемой версии Mk.I был не повышенный риск взрыва, а скорее эрозия орудийных стволов.

Корабль HMS Shark не имел непосредственных проблем с кордитом, а затонул, «сражаясь до последнего», как сказано в Британской энциклопедии 1960 года издания. Его капитан Лофтус Джонс был посмертно награжден крестом Виктории. Шестерых выживших подобрал датский корабль, приставший к берегу в Халле, но самый юный (с большой вероятностью) член команды нигде не упомянут[193]. В этом году 31 мая я снова сел в трамвай до кладбища Квиберг и положил цветы на могилу моей бабушки и на могилу бедного Артура Коундена.

И наконец, я хотел бы подхватить нить повествования из прошлой главы и спросить: так что же производит разрушительную силу взрыва? Ответ заключается в уравнении состояния идеального газа, с которым мы встречались в главе 3, и в реакции разложения – к примеру, нитроглицерина. Химики записали бы ее в виде вот такого уравнения, в котором (ж) обозначает жидкость, а (г) – газ:

4C3H5(NO3)3 (ж) → 6N2 (г)+10H2O (г)+12CO2 (г)+O2 (г).

Четыре молекулы жидкого нитроглицерина образуют 29 небольших молекул четырех видов газа. Объем этих молекул в газообразном состоянии можно рассчитать, применив уравнение состояния идеального газа, по формуле:


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша


Вода тоже будет находиться в газообразном состоянии, поскольку во время реакции выделяется большое количество тепла – такая реакция называется экзотермической. (Имея некоторые дополнительные данные и воспользовавшись приведенной выше формулой, мы даже смогли бы точно подсчитать, сколько выделится тепла.) Если мы возьмем чайную ложку (5 мл) жидкого нитроглицерина, мы сможем подсчитать, сколько выделится молекул газа (n), так как при этом нам заранее известны давление (Р) и температура (Т)[194]. Оказывается, эти 5 мл за доли секунды создадут более 8 литров горячего газа – это колоссальное увеличение в объеме, которое в буквальном смысле разнесет на кусочки все, что встретит на своем пути.

Как мы увидели, вопрос об использовании жидкости для снятия лака для нужд фронта во время Первой мировой войны дошел до самых высоких кругов. До войны большая часть ацетона ввозилась в Великобританию из Германии, где химическая промышленность работала весьма эффективно, и, похоже, этот стратегически важный факт не был принят во внимание. Это странно, поскольку исходное сырье для производства взрывчатых веществ стояло на повестке дня на протяжении многих веков. В следующей главе вы переместитесь из салона красоты со всеми его специфическими ароматами в другое место, которое ваш орган обоняния (то есть нос) наверняка легко распознает: в конюшню.

Я посвящаю эту главу памяти моего двоюродного деда, служившего матросом на судне HMS Astrea («Астрея»), который погиб на службе в Шведском королевском флоте в 1917 году в возрасте 21 года.

16

Когда государственная безопасность была дурно пахнущим занятием

В этой главе мы отправимся в дебри «малых земель» – лесистого региона, некогда служившего естественной границей между относительно цивилизованной Данией в континентальной Европе и Королевством Швеция. Здесь мы узнаем, что варили в сараях и амбарах.

На дворе весна 1708 года, и Швеция воюет уже восемь лет. Карл XII стоит лагерем со своей армией в Литве, до роковой Полтавской битвы на Украине остается еще год, а у сезонных работников Пера Ларссона Гессабода и Эсбьёрна Перссона Бёлсё сейчас горячая пора. В провинции Смоланд («малые земли»), бывшем пограничном с Данией регионе, который сейчас лежит прямо к северу от новой шведской провинции – недавно занятого Сконе, – коров выпустили из амбаров, в которых они провели холодную зиму, и Перу с Эсбьёрном пора доставать лопаты, грузить телегу и отправляться с королевским поручением к местным крестьянам.

Они – часть армии, их зачислили на регулярную военную службу, но не для участия в боях; они – зелейщики[195], или sjudare («кипятильщики»), как их называли по-шведски. Крестьяне не особо радуются визитам таких людей, потому что они беспрепятственно распоряжаются их лошадьми и повозками, забирают у них дрова (которые им требуются в огромных количествах) и устраивают беспорядок в сараях, конюшнях и домах в поисках унавоженной и пропитанной мочой почвы, которая представляет собой ценный для их ремесла исходный материал.

Эти люди изготавливают нитрат – а именно нитрат калия (KNO3), известный также как селитра, – и доставляют его на королевские пороховые заводы. Более 100 лет назад современник Генриха VIII, столь же прозорливый и безжалостный король Густав Ваза осознал ненадежную ситуацию с порохом в Швеции и простым росчерком пера постановил, что земля под сараями, конюшнями и коровниками принадлежит королю. В дополнительном постановлении, которое иллюстрирует скорее его страх быть обманутым передовыми крестьянами, чем хорошо известное внимание к деталям, он также запретил выкладывать пол камнем в помещениях для скотины. В стране, где строительство каменных домов было делом неслыханным, если не считать жилищ очень богатых людей, сделать каменный пол в сарае для скотины вряд ли было бы возможно, но король не любил рисковать деньгами, а селитра была ценным товаром, который в противном случае пришлось бы ввозить из-за границы[196].

В этот весенний день Пер и Эсбьёрн трудились в сарае трактирщика Йонса Йонсона в Эльмхульте – маленькой деревне, в которой позже возникнет компания IKEA. Обычно землю вскапывали на глубину примерно 30 см, а затем на некоторое время ссыпали в большие чаны с водой, чтобы дать нитрату калия раствориться. Когда грязь оседала, чистый водный раствор можно было переместить в большие медные котлы объемом около 800 литров каждый. Затем Пер и Эсбьёрн приказывали принести дрова, воду в котлах нагревали до кипения и оставляли кипеть на медленном огне примерно неделю – или «пока яйцо не станет держаться на поверхности». После этого в горячий раствор добавляли золу, и в результате на дне получалось то, что химики называют выпавшим осадком. Выражаясь более грубо, в котлах образовывались плотные куски, которые оседали на дне. Один из моих источников говорит, что работникам следовало подождать, пока температура опустится до 25 °C. Однако какая-либо температурная шкала, не говоря уж о термометре, была зелейщикам недоступна. Им оставалось лишь полагаться на свое здравое суждение о «параметрах процесса», таких как температура и вязкость, прежде чем отделять твердый осадок от жидкости. По мере дальнейшего снижения температуры начинали появляться кристаллы нитрата калия.

Выход бесцветных кристаллов, полученных в результате трудов Пера и Эсбьёрна, зависел от двух процессов, которые в то время оставались малопонятными. Один из них, вероятно, был первым из числа биотехнологических процессов, не применяющихся для увеличения срока хранения пищи. Так называемые нитрифицирующие бактерии почвы питались продуктами разложения содержащихся в навозе и моче белков, таких как мочевина (H2NCONH2), которая образуется при распаде азотсодержащей пептидной связи, соединяющей аминокислоты в белки.

Это похоже на то, что происходит на последних этапах изготовления сыра, и объясняет, почему зрелый бри или камамбер пахнут аммиаком (NH3), а порой и самым настоящим скотным двором. Превращение NH3 в NO3 химически сложнее, поскольку требует полной смены окружения атома азота: из атома с тремя дополнительными электронами (химики называют это «степень окисления –3»), окруженного тремя атомами водорода, он должен стать нитрат-ионом (NO3), которому недостает пяти электронов (степень окисления +5). Ниже приведена простая реакция, в которой мочевина – основной азотсодержащий компонент мочи, не имеющий запаха, – превращается в аммиак и углекислый газ:

H2NCONH2 (т) + H2O (ж) → CO2 (г) + 2NH3 (г),

где (ж), (г) и (т) обозначают жидкость, газ и твердое вещество соответственно.

Легко представить, как атомы азота хватают каждый по одному атому водорода из воды, а атом углерода цепляется за ставший одиноким атом кислорода из Н2О. Одно короткое мгновение атомы держатся друг за друга, словно танцоры в хороводе, образуя замысловатое кольцо, а затем разлетаются в разные стороны, образуя новые созвездия. Мы называем подобную картину механизмом реакции.

А теперь в дело вступает биотехнология. Когда навоз и моча скапливаются в земле под ногами коров и лошадей, крошечные нитрифицирующие бактерии (которые не следует путать с азотфиксирующими бактериями[197]) принимаются за работу над молекулами аммиака. На самом деле эти бактерии живут за их счет, поскольку основным источником энергии для них является приведенная ниже реакция (в которой (aq) означает водный раствор):

6NH3 (г) + 12O2 (г) → 6HNO3 (aq) + 6H2O (ж).

Эта реакция выглядит гораздо более сложной, чем предыдущая, а в реальности дело обстоит еще хуже, поскольку это лишь сильно упрощенная схема процесса, который состоит из множества различных индивидуальных реакций.

Путаницу вносит и то, что уравнение химической реакции может подразумевать две разные вещи. Когда мочевина встречается с водой, уравнение реакции описывает фактическое столкновение реагентов, в результате которого получается один или два продукта – в нашем случае это аммиак и углекислый газ. В подобные реакции обычно вступают только две молекулы, поскольку вероятность одновременного столкновения трех молекул крайне мала: точно так же встреча с другом в центре города субботним утром – это обычное дело, но, для того чтобы трое друзей сошлись в одном месте, обычно требуется некоторое предварительное планирование, не говоря уж о 18 молекулах, которые необходимы для приведенной выше реакции.



Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 34. Упрощенный механизм реакции образования аммиака и углекислого газа из мочевины и воды. Пунктирные линии обозначают образующиеся новые связи или распадающиеся старые.


В реакции нитрификации, в свою очередь, мы рассматриваем систему целиком: что попадает внутрь бактерии или набора различных бактерий в почве и что выходит наружу. Подобным же образом дети заходят в систему школьного образования с одного конца и выходят инженерами-химиками с другого. Мы знаем, что в промежутке они проходят множество важных стадий, но в очень упрощенном виде работает это именно так. Так же как и в школьном образовании, где есть (наверное, к счастью) и другие выходы, кроме как стать инженером-химиком, это уравнение не описывает всех вариантов того, что происходит с атомами азота. Однако, если мы попытаемся создать для бактерий идеальные условия, как это делалось в XVIII веке, когда строили специальные селитряные амбары, мы сможем заставить большую часть атомов азота пойти по желаемому пути.

Эти реакции выглядят сложными не только для нас; они и в самом деле настолько сложны, что лишь несколько избранных организмов могут с ними справиться, и у этих организмов развились для этого весьма своеобразные молекулярные механизмы. Ферменты – белки, которые катализируют химические реакции в живых организмах, и в них часто встречаются ионы металлов в стратегическом положении. Некоторые из них знакомы вам по полке с пищевыми добавками в местной аптеке: железо (Fe), цинк (Zn), кобальт (Co), марганец (Mn); однако нитрифицирующая бактерия, не настроенная работать поутру, не найдет тут подходящего средства, потому что у аптекаря редко найдешь молибден (Мо).

Ферменты, которыми пользуются нитрифицирующие бактерии, также содержат железо и медь, но использование молибдена выходит из ряда вон. Это переходный металл, совсем как железо, хром и кобальт, но он находится во втором ряду переходных металлов, а не в первом и поэтому существенно «тяжелее» ионов других металлов, которые используют различные живые организмы.

Но даже если бактерии хорошо поработали, нитрат и вода – не единственные ингредиенты в зловонных котлах зелейщиков: здесь требуется дополнительная очистка. Поэтому, когда варево остывает, в котлы добавляют золу, которая состоит главным образом из карбоната калия (К2СО3), известного также как поташ. Теперь мы переходим от биотехнологии к несложной химии простых солей – кристаллических веществ, содержащих положительно заряженные катионы (такие, как натрий +1) и отрицательно заряженные анионы (например, хлор), которые вместе дают то, что мы обычно называем солью – NaCl (т).

Когда вы добавляете хлорид натрия в воду, то видите, что он довольно быстро исчезает, растворяясь. Обычно это и происходит с солями, содержащими хлорид-ион, поскольку они растворимы; однако нитратсодержащие соли еще более растворимы (вот почему у нас нет гор, состоящих из нитрата натрия, как мы видели в главе 14). Белесая субстанция, остающаяся после костра или шашлыка, – зола – состоит из частиц органической материи, которые не сгорают и не образуют газы. Это по большей части ионы металлов, преимущественно калия (К+), а также натрия, и карбонат-ионы (СО32–), которые нужны ионам металлов для образования нейтральной соли.

Добавление К2СО3 в котлы приводило к образованию некоторого количества белой мути, которая оседала на дне. Это карбонат кальция и магния, СаСО3 и MgCO3, – тот же белесый налет, который вы обнаруживаете на дне и стенках чайника, если живете в местности с жесткой водой. Хлорид натрия также менее растворим, чем KNO3, и, выражаясь языком химии, он «выделялся из раствора». Оба этих осадка затем удаляли и выбрасывали. После этого, пока котлы медленно остывали, в них формировались кристаллы KNO3 – вероятно, сначала на поверхности и стенках сосуда, – и наконец, после длившегося целую неделю процесса, Пер и Эсбьёрн могли собирать кристаллы нитрата калия и везти этот продукт на королевский пороховой завод для дальнейшей переработки[198].

K+ (горячая H2O) + NO3 (горячая H2O) → охлаждение и частичное испарение → KNO3 (кристаллы) + H2O.

Ну а затем они перебирались к следующему несчастному крестьянину. Вот только в тот день возникли определенные осложнения, поскольку на глубине полуметра в земле под коровником господина Йонса они обнаружили человеческий череп. Вызвали земского начальника Ингевальда Кнутссона Пеппанеса с помощниками, и началось расследование с тщательным допросом местных жителей. Состоявшийся 23 июля 1708 года экстренный окружной суд постановил, что череп пролежал в земле долгое время и что невозможно продвинуться дальше в этом расследовании, поскольку никто из жителей деревни не признался, что ему что-либо известно об этом деле[199].

Крестьяне не испытывали добрых чувств к зелейщикам, в особенности из-за того, что те иногда были не из местных и приезжали издалека, чтобы заниматься своим ремеслом. Может быть, в этой деревне встретил свой страшный конец какой-нибудь особенно грубый и безжалостный представитель этого рода королевских войск, который невольно сам себе вырыл могилу и был убит недовольным крестьянином? Справедливости ради надо отметить, что в Англии зелейщиков ценили ничуть не больше: к примеру, допущенные ими злоупотребления обсуждались в парламенте в 1606 году[200].

Еще одна версия, гораздо сильнее щекочущая нервы, предполагает, что дело было в ссоре между преступниками, совершившими одно из самых знаменитых нераскрытых преступлений в криминальной истории Швеции. Речь о двойном ограблении казначейского обоза шведской армии, известном как «Лосхультский рейд»[201].

Сумма ограбления составляла около 4 миллионов фунтов стерлингов в сегодняшней валюте[202]. Сначала часть денег забрали крестьяне в Лосхульте – небольшом поселении в лене Сконе, сразу за старой границей с Данией, в 4 милях к югу от Эльмхульта. Затем, когда обозы с охраной отступили на север, в Смоланд, и остановились в Эльмхульте, рядом с постоялым двором, считавшиеся преданными короне местные шведы забрали все, что еще оставалось в обозах. Это ограбление до сих пор считается самым крупным в истории Швеции, причем вернуть удалось лишь малую толику награбленного и всего несколько преступников были наказаны.

Зелейщики продолжали свою работу и в XIX веке. В 1805 году шведский король отказался от своих прав на землю под конюшнями и сараями, и производство нитрата калия перестали регулировать. В 1830 году были упразднены похожие на налог правительственные требования на поставки KNO3 крестьянами, а в 1895 году распустили и остатки особого армейского подразделения, Salperstaten, поскольку большая часть KNO3 теперь поставлялась за счет дешевого импорта.

Однако всего через несколько лет Первая мировая война и использование неорганических удобрений на основе KNO3 привели к новому подъему спроса на нитрат. Теперь его стали производить не из зловонных навозных куч, а путем смешения бесцветного и не имеющего запаха газообразного азота (N2) из воздуха и газообразного водорода (Н2, полученного из природного газа или угля и воды), чтобы получить аммиак, после чего его окисляли до нитрата при помощи так называемого процесса Габера – Оствальда.

О Фрице Габере написаны книги и пьесы, и, как правило, его изображают как одного из главных злодеев от науки ХХ века[203], однако о зелейщиках – злодеях или добродетельных гражданах – по большей части никто не вспоминает. Эта глава написана в память о них и их зловонном ремесле.

Эпилог

Шведское название селитры salpeter и французское salpêtre произошли от латинского sal petrae – буквально «соль камня». В английском языке к слову добавилась еще одна буква t – saltpeter, а занимавшихся этим ремеслом людей иногда называли salt peter men. По странному совпадению слово petermen в английском языке обозначает представителей еще одного «ремесла», связанного со взрывчатыми веществами, – медвежатников, то есть взломщиков сейфов, которые пользуются для взлома взрывчаткой.

Помимо KNO3, который в больших количествах производился на фермах Северной Европы, мы упомянули еще один химикат, служивший источником заработка для крестьян, особенно в богатой лесами Швеции, – это К2СО3, или поташ. Многочисленные области его применения невозможно вместить в это краткое примечание, но стоит отметить, что, помимо пороха, поташ был важным ингредиентом менее смертельной смеси – мыла.

17

Армия Бонапарта, или Пропадающие пуговицы

В главе 17 мы познакомимся с жидким металлом, который становится твердым, и с твердым металлом, который рассыпается в пыль, а тем временем узнаем больше об аллотропах, кристаллических структурах и материалах.

Как-то в конце ноября, по дороге в столицу Литвы – Вильнюс, я осознал, что не взял с собой зимнюю одежду. Однако я был не первым человеком, совершившим эту ошибку. Никто из примерно полумиллиона немцев, французов, швейцарцев, поляков, итальянцев и представителей других этносов, проезжавших и проходивших через этот город или его окрестности в июне 1812 года, не взял с собой теплых вещей, о чем многие из них позже пожалели.

Они двигались по направлению к Москве, хотя в тот момент об этом не знали. Не знали они и того, что им предстоит совершить, наверное, худшее в мире путешествие туда и обратно: от Вильны[204] до Москвы и обратно (в то время город был известен под польским названием и недавно перешел к русским в результате раздела польского государства). Стоял июнь, все были в прекрасном расположении духа, поскольку русский царь незадолго до того сбежал из Вильны, а за ним последовали и его переругавшиеся между собой генералы; командовал же войском, вероятно, самый умелый военачальник со времен Александра Македонского – Наполеон Бонапарт[205].

Однако меня отсутствие теплой одежды не обеспокоило. К утру снег растаял, а я, к счастью, не направлялся в Москву пешком. Я приехал в Вильнюс в поисках пуговиц – в первую очередь тех, что изготовлены из олова.

История о пуговицах армии Наполеона и их фатальной роли в злополучной кампании 1812 года широко известна среди ученых и преподавателей естественных наук. Отчасти этому способствовала популярная книга с тем же названием, написанная химиками Пенни Ле Кутёр и Джеем Барресоном[206], и мне захотелось выяснить, есть ли в ней какая-то доля истины, или это лишь одна из многих легенд и слухов, которыми обросла эта война.

Вкратце история звучит так: металлическое олово – плотный материал (с большим количеством атомов на кубический сантиметр), и считается, что оно использовалось для изготовления многих пуговиц на обмундировании Великой армии. К несчастью, у металлического олова, Доктора Джекилла от олова, есть свой гадкий Мистер Хайд, известный как серое олово. Эта разновидность совершенно не обладает той плотностью, что металлическое (или белое) олово, и, если какая-то часть оловянной пуговицы вдруг превратится в серое олово, атомам потребуется гораздо больше места и пуговица рассыплется.

Это явление известно как «оловянная чума». Согласно общепринятой версии, именно это случилось с оловянными пуговицами на обмундировании наполеоновской армии во время отступления из Москвы в ноябре и декабре 1812 года, и по этой причине солдаты не могли нормально сражаться или умирали от холода, поскольку стояла суровая русская зима и их одежда распадалась на части.

Так же как алмаз и графит можно назвать аллотропами углерода (см. главу 9), белое и серое олово – это аллотропы элемента Sn (stannum, латинское название олова). Олово расположено в той же группе, что и углерод, но на три ячейки ниже. Сама идея Периодической таблицы заключается в том, что элементы, расположенные в одной группе, должны обладать общими свойствами, и, как мы видим, серое олово хорошо вписывается в эту концепцию. У него то же строение, что у алмаза, – решетка, состоящая из двухэлектронных связей, повторяющаяся во всех направлениях. Следовательно, мы можем назвать твердые материалы такого типа твердыми веществами с атомной кристаллической решеткой; еще одним подобным примером может служить кварц – решетка из атомов кремния и кислорода.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 35. Слева: металлическое белое олово, с плотной упаковкой атомов, в сравнении с неметаллическим серым оловом, имеющим то же строение, что алмаз. На обеих картинках изображено одинаковое количество атомов, и обе они представлены в одном масштабе. Обратите внимание на то, что атомы серого олова занимают гораздо больше места, и представьте себе, что происходит с металлической пуговицей, если олово начинает переходить в другую форму. (Чем светлее оттенок атома на рисунке, тем дальше он расположен, а «связи» в металлическом олове просто уточняют расположение атомов.)


Но по мере продвижения к нижней части столбца многое меняется, и одно из проявлений этого – то, что элементы группы углерода становятся все больше похожи на металлы. В металлах нет таких спицеобразных двухэлектронных связей, их строение больше похоже на ту ситуацию, когда атомы погружены в желе из электронов. Как же атомы распределяются, если у них нет направляющих спиц? В металле они хотят придвинуться как можно ближе друг к другу, чтобы не оставлять «дыр» в электронном желе, и если вы хотите увидеть достаточно точную модель, то отправляйтесь к ближайшему развалу с овощами и фруктами. Любой уважающий себя владелец такой лавки выложит апельсины или яблоки таким образом, что получится почти идеальная модель организации атомов в металле[207].

На химическом жаргоне это называется плотная упаковка, но, если вы внимательно посмотрите на модель строения белого олова на рисунке 35 (речь о металлической форме), вы увидите, что она не в точности соответствует расположению апельсинов на рисунке 36. Это потому, что даже в металлическом олове присутствуют некоторые остаточные характеристики локализованных двухэлектронных связей серого олова, имеющего структуру алмаза. Металлы, которые точно соответствуют догме плотной упаковки, – это, например, магний и цинк.

Переход из металла в твердое вещество с атомной кристаллической решеткой должен протекать при 13 °C, то есть серое неметаллическое олово существует при более низких температурах – по крайней мере, так утверждает термодинамика. Однако термодинамика может лишь сказать нам, какие перемены в принципе возможны, но не дает представления об их скорости. На самом деле для металлического олова при температурах чуть ниже 13 °C эта реакция протекает бесконечно медленно.

Вы, наверное, задаетесь вопросом, почему вообще существует металлическая форма, если серое олово более стабильно и характеризуется меньшей энергией. Если подобное расположение атомов стабильно при 12 °C, то почему не при 14 °C?

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 36. Модель расположения атомов в металле – способ упаковать апельсины (или атомы) наиболее плотно, сведя к минимуму пространство между ними. Семь светло окрашенных атомов справа показывают, как именно шесть атомов располагаются вокруг одного центрального атома в плоскости; еще три атома выше (не показаны на рисунке) и ниже составляют число ближайших соседей – 12 – в структуре с плотной упаковкой.


Можно поразмышлять об этом в категориях того, какая система наиболее вероятна. Возьмите большой «сухой бассейн» с пластиковыми шариками – в таких еще любят играть маленькие дети – и наполните его шариками примерно на три четверти. Отдельно взятый шарик, лежащий на бортике, уменьшит свою энергию и переместится в более стабильное термодинамическое состояние, упав обратно в бассейн. При этом общая энергия останется неизменной: потенциальная энергия шарика перейдет в тепловую при ударе о другие шарики. Обратный же процесс никогда не произойдет.

Однако если повысить температуру шариков, добавив туда маленьких детей, то наиболее вероятное состояние системы будет подразумевать нахождение довольно большого числа шариков за пределами бассейна. Нечто весьма похожее происходит и с атомами олова, и химики занимаются этой проблемой, численно оценивая вероятность, температуру и теплоту, выделяющуюся в результате протекания реакции, и выражая все это величиной, которую мы называем энергией Гиббса. Чтобы понять, сможет ли пройти реакция, мы рассчитываем изменения в энергии Гиббса до и после, и если она снижается, то реакция принципиально возможна[208].

Переход олова начинает ускоряться при более низких температурах, с максимальными значениями скорости в температурном диапазоне от –20 °C до –40 °C, и существует множество задокументированных случаев «оловянной чумы», особенно заметных в органных трубах церквей Северной Европы. История об армии Наполеона, конечно, куда более эффектна и всегда очень нравилась учителям и авторам учебников, которые любят приправлять свои рассказы занятными деталями.

Так что, какой бы сомнительной ни была эта деталь, она все же попала в учебники по общей химии для школы и младших курсов, и обычно это сопровождается пометкой, что ее связь с реальной историей вызывает сомнения. Существуют также различные версии: например, одна из них гласит, что олово вместо меди использовали из экономии[209]; кроме того, некоторые авторы переименовывают битвы, так что бойня под Бородином превращается у них в «осаду Москвы»[210]. Некоторые также пользуются возможностью пошутить, вставляя в текст описания французских солдат, которые пытаются сражаться одной рукой, второй придерживая штаны.

Я хорошо подготовился перед поездкой в Вильнюс, и мне ясно одно: шутить тут совершенно не над чем. На самом деле шутки такого сорта можно сравнить с насмешками над солдатами пехоты в битве при Пашендейле или на Сомме, застрявшими в грязи траншей во время Первой мировой войны. События 1812 года были европейской трагедией огромных масштабов. Около миллиона человек погибло с обеих сторон, и финальный смертельный поход от Смоленска на границе с Белоруссией (армия рассчитывала найти там убежище и провизию на зиму, но не получила ни того ни другого) до Вильнюса заставляет померкнуть даже возвращение Скотта с Южного полюса.

Легко было бы решить, что 200 лет спустя доступная информация об этих событиях будет в лучшем случае фрагментарной и что мы никогда не узнаем правды. Однако все совсем наоборот: у нас есть существенное количество документальной информации, поскольку большое число выживших, от простых солдат до генералов, записали свои рассказы, – возможно, это было нечто вроде «разбора полета» еще до того, как этот термин вошел в употребление. Некоторые из них также вели дневники на протяжении всей кампании или, по крайней мере, до того, как их чернила замерзли.

Одним из таких людей был генерал Луи-Жозеф Вионне де Маренгоне из Старой гвардии, который много лет спустя сидел в своем шато неподалеку от Гапа, где Альпы уступают место холмам Прованса, и писал мемуары. Он сразу поможет нам с ответом на вопрос, насколько холодно было на обратном пути армии. Генерал пишет, что ртуть в его термометре замерзла до твердого состояния («она была похожа на свинец») утром 8 декабря[211], и это говорит о том, что минимальная ночная температура была ниже температуры плавления ртути (–38,8 °C). Это согласуется со многими другими наблюдениями, сделанными в то время, и таким образом мы можем предположить, что температуры были близки к той области, в которой превращение олова протекает с максимальной скоростью.

Далее встает вопрос о самих пуговицах: действительно ли в обмундировании солдат Великой армии использовались оловянные пуговицы? Не слишком ли дорого это было? Некоторые авторы весьма решительно утверждают, что это было не так, другие же говорят, что нам это просто-напросто неизвестно[212]. Оба утверждения неверны. Наполеоновская армия была очень хорошо организована и описана в документах, так что, разумеется, нам известна и эта информация: да, у них действительно были оловянные пуговицы[213]. Не у всех солдат и не на всех предметах одежды, но нет сомнений в том, что довольно большое число французских солдат армии Наполеона во время похода на Москву имели на своем обмундировании оловянные пуговицы. Что касается многочисленных представителей других частей империи, тут все не так ясно, но похоже, что по крайней мере несколько нидерландских полков были экипированы формой, которая застегивалась на оловянные пуговицы.

Этот факт возвращает нас в Вильнюс, а именно к нескольким неприметным зданиям на восточном берегу реки Вильня: отделу хранения Литовского государственного музея.

Я отправился туда из-за жуткой находки, сделанной на окраине Вильнюса в 2001 году во время строительных работ, проводившихся на том месте, где когда-то располагались части Красной армии. Когда строители готовили землю под новые постройки, рабочие обнаружили большое количество скелетов и, конечно, сразу вызвали местную полицию. Изначально не было понятно, кто эти бедняги, было лишь ясно, что их много – около 7000. Был ли это результат работы КГБ и партизанской войны, которая продолжалась даже в 50-х годах? Или Второй мировой войны? Или это были шведы и финны, которые в 1709 году вместе с Карлом XII отправились навстречу своей судьбе под Полтавой?

Вызвали судебных патологоанатомов, и вскоре стало ясно, что это были последние остатки Великой армии 1812 года – бедные солдаты и присоединившиеся к ним гражданские попутчики (среди них было много женщин), которые добрались до безопасных мест, но в последующие недели умерли от ран[214]. Когда русские вновь вошли в город, эти тела без всяких церемоний были сброшены в фортификационные рвы, выкопанные французской армией за девять месяцев до того.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 37. Дорога на Москву. Карта похода Великой армии. Вдобавок к этому большая часть армии, за исключением поляков, прошла долгий путь еще до того, как добралась до Вильнюса. (А – Вильнюс, В – Витебск, С – Смоленск, D – Бородино, Е – Москва.)


По счастливому совпадению один из этих патологоанатомов оказался другом моего друга, и вот почему мы – два химика, два патологоанатома и музейный специалист по сохранению исторического наследия – получили возможность порыться в аккуратно упакованных картонных коробках, в которых содержалось последнее имущество этой исчезнувшей армии: рукава мундиров, шляпы, шлемы, ремни, пряжки и, конечно, пуговицы. Мы нашли аккуратные и хорошо сохранившиеся латунные и серебряные пуговицы, на которых все еще четко просматривались номера полков, но всего несколько очень уродливых оловянных пуговиц – к некоторым из них был прикреплен листок бумаги с результатом химического анализа, в котором в графе «Sn» стоял аккуратный крестик.

Итак, я их видел – знаменитые пуговицы армии Наполеона, но были ли они уродливы из-за «оловянной чумы» или по какой-то другой причине, мне неизвестно, так что я уехал из Вильнюса, обогатившись опытом, но лишь незначительно увеличив свои познания.

Если эта история всего лишь историческая выдумка, то кто ее придумал и с какой целью? Или же это литературный вымысел? По крайней мере, самый знаменитый автор, описывавший эту войну, – Лев Толстой – вроде бы к этому непричастен. В его знаменитом романе «Война и мир» содержится шесть упоминаний пуговиц, но ни в одном из них они не рассыпались и не были сделаны из олова[215].

С другой стороны, если эта история правдива (а мы установили корректность и температуры воздуха и материала, из которого были изготовлены пуговицы), то описания этого должны были появиться хотя бы в одном из свидетельств очевидцев тех событий. Эти рассказы, зачастую очень подробные и весьма жуткие, сообщают необычные подробности об аномальном холоде (и часто подтверждаются рассказами других выживших)[216].

Удивительным образом рассказы о рассыпающихся в пыль пуговицах отсутствуют. Само по себе это не опровергает теорию, поскольку эти документы представляют собой лишь малую часть доступных материалов. Однако на этом я должен прекратить свои попытки. У меня нет ни времени, ни достаточных навыков, чтобы изучить все разнообразные документы на русском, польском, французском и немецком языках. Лучше расспросить того, кто уже этим занимался, и Адам Замойский – писатель и полиглот польского происхождения, родившийся в Нью-Йорке и получивший образование в Оксфорде, – как раз тот, кто нам нужен. Его недавно опубликованная книга «1812: фатальный поход Наполеона на Москву»[217] стала основным источником подготовки к написанию этой главы, и автор сказал мне, что постарался «прочесть все мемуары, письма или воспоминания, которые смог найти»[218]. Странным образом история о наполеоновских пуговицах оказалась для него новостью, но он подтвердил мои подозрения: не существует ни одного свидетельства того, что пуговицы рассыпались в прах или вызывали какие-либо иные проблемы.

Конец истории? Не совсем. Мы все же можем получить некоторое представление о том, откуда взялся этот слух. Во-первых, ясно, что он не является изобретением современного автора учебника со слишком богатым воображением. Самое раннее упоминание, которое мне пока что удалось обнаружить, – это номер журнала American Journal of Science за 1909 год, и из того, как формулирует свои мысли автор, становится ясно, что к тому времени эта идея уже закрепилась[219]. Но вероятно, уже тогда ее рассматривали как историческую байку. Когда в 1911 году профессор Эрнст Коэн из Утрехта, ставший ведущим экспертом по «оловянной чуме», читал лекцию об аллотропных модификациях металлов в Обществе Фарадея в Лондоне, он много говорил об олове, но не упоминал при этом о Наполеоне[220].

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 38. Одна из знаменитых пуговиц армии Наполеона. Черная и уродливая, но в целом нетронутая после почти 200-летнего пребывания в массовом захоронении на окраине Вильнюса в Литве[221]. Фото сделано автором. © Литовский государственный музей.


Вместо этого он говорил кое о чем, имеющем отношение к нашей теме: он рассказал о другом случае с пуговицей, записанном немецким ученым Карлом Фритцше, работавшим в Санкт-Петербурге[222]. Случай произошел на армейском складе одной чрезвычайно холодной зимой в 60-х годах XIX века, и на этот раз рассыпались русские оловянные пуговицы, а не французские.

Возможно, кто-то обратил внимание на эту историю и пришел к поспешным выводам о судьбе, постигшей отступающую армию в 1812 году. Стоит добавить, что сделано это было не без причины, поскольку мы видим, что погодные условия были подходящими (хотя возникают сомнения касательно времени, необходимого для превращения металла в пыль). Кроме того, существовали также важные косвенные доказательства в виде постоянных отчетов о состоянии обмундирования и общем внешнем виде армии. Как я уже сказал в начале главы, у солдат не было зимней формы, и, когда настали холода, они надевали на себя все, что могло их защитить, включая награбленные в Москве женские платья. Когда кто-то из их товарищей падал мертвым на марше или не просыпался поутру, любая полезная часть его обмундирования быстро переходила к другому хозяину, и особенно обувь, так как хорошие сапоги пользовались большим спросом. Вдобавок ко всему в большинстве армейских соединений мораль и дисциплина упали ниже всякой критики, и поэтому даже до сильных холодов остатки Великой армии были больше похожи на бродяг и попрошаек, чем на солдат.

Словно этого было недостаточно, полное отсутствие гигиены и ужасающее питание, чаще всего состоявшее из сырого конского мяса, которое порой срезали с еще живых лошадей, вызвало у многих жестокую диарею. По мере снижения температуры воздуха расстегивать и застегивать одежду становилось все труднее, болезненнее, а в конце концов даже опаснее, так что в качестве последнего средства солдаты распарывали свои брюки (вернее, бриджи), разрезая от талии задний шов, чтобы можно было немедленно облегчиться, не рискуя получить обморожение и гангрену пальцев.

Легко понять, как поверхностное чтение рассказов выживших участников тех событий могло привести к заключению, что беспорядок в обмундировании был вызван недостатком пуговиц или даже что невозможность застегнуть пуговицы при –30 °C могла привести к неверным заключениям из-за неправильного перевода или неверной интерпретации.

Для тех, кому все равно хочется думать, что эта история произошла на самом деле, есть одна соломинка, за которую можно уцепиться. Тьерри Ветт, специалист по французской армейской форме, который участвовал в исследовании массового захоронения в Вильнюсе, пришел к заключению, что для такого количества идентифицированных остатков обмундирования количество оловянных пуговиц очень мало; похоже, множество их просто отсутствует[223]. Однако, если принимать во внимание общий беспорядок в одежде и форме, это доказательство вряд ли можно считать убедительным.

Итак, развенчав этот исторический миф, можем ли мы предложить вместо него что-то другое, чтобы помешать студентам засыпать на лекциях? Что ж, есть один весьма прозаический инцидент. На ведущей на запад дороге между Вильнюсом и Каунасом, у деревни Паняряй, есть холм, который во время отступления французской армии был покрыт снегом и льдом. Отсутствие слоя мелких частиц диоксида кремния в форме кварца (более известного как песок) на этой дороге помешало обозам с французской казной и другим тяжелым повозкам продвинуться дальше этого места. Это привело к серьезным финансовым потерям и недостатку вооружения (хотя принесло целое состояние тем немногим счастливцам, кому удалось похватать мешки с золотом с покинутых обозов до прибытия казаков). Еще более трагично то, что повозки с больными и ранеными тоже пришлось бросить, и многие из них, без сомнения, оказались в массовых захоронениях, найденных в 2001 году[224].

Итак, война была проиграна не из-за нехватки пуговиц, но казна была потеряна из-за недостатка песка, и, возможно, именно это сыграло роль в окончательном падении Наполеона пару лет спустя.

18

О чем предупреждал Марк Витрувий Поллион

В этой главе мы познакомимся с металлоорганической химией, которая прежде была бичом городов, а теперь является важной частью производства и исследования лекарств.

Сельские районы Массачусетса восхитительны поздним летом. Классическая новоанглийская архитектура в сочетании с газонами, садами и зелеными рощами создает потрясающе гармоничную картину. В солнечный день самое время прогуляться по студенческому городку Амхерсту. Однако через несколько кварталов на этой идиллической картине проступает отчетливая трещина: реставрируется традиционный деревянный белый дом, и знак с изображением черепа и скрещенных костей на лужайке предупреждает, что нам нужно держаться подальше из-за опасности отравления свинцом.

Оказывается, традиционный белый цвет, в который здесь красили дома, часто давали краски на основе свинцовых пигментов. Использование свинца в красителях постепенно сошло на нет к 1978 году, но до сих пор является проблемой, если судить по брошюре на шести языках, выпущенной американским Агентством по охране окружающей среды, и по уголовным делам, возбужденным против риелторских компаний и домовладельцев, не уведомивших арендаторов и покупателей жилья о содержании свинца в их домах[225].

Марк Витрувий Поллион, наверное, согласился бы с этой брошюрой и с соответствующими законодательными инициативами, и наверняка точно так же поступила бы Элис Гамильтон. Несмотря почти на два тысячелетия, отделяющие римского инженера от первой женщины-преподавателя в медицинской школе Гарварда, их объединяет борьба с опасностью, которую свинец представляет для рабочих и общественности.

Мы знаем не так много о жизни Марка Витрувия Поллиона – архитектора и инженера, жившего в I веке до н. э. и больше известного как Витрувий, за исключением того, что можно предположить на основании его знаменитой работы «Десять книг об архитектуре». Этот фундаментальный труд, написанный в дни правления императора Августа, вероятно, представляет собой собрание профессионального опыта пожилого человека. Его название в некотором роде вводит в заблуждение, поскольку во времена Древнего Рима архитектура охватывала гораздо больше областей знания, чем сегодня. Витрувий рассказывает нам многое об инженерном деле в целом, о химии красителей – а также об акведуках и правильной водоподготовке, что очень полезно для нашей истории[226].

Витрувий отчетливо консервативен: в тексте он бранит «декадентские фрески» и «нынешние времена дурного вкуса». И нет, он говорил не о той разновидности изображений, которые можно было найти на стенах определенных домов с дурной репутацией в Помпеях; он просто возражал против изображения нереалистичных предметов, говоря, что «картины, непохожие на реальность, не следует поощрять».

Он любил классические греческие здания, поэтому описанные в его сочинениях идеи подхватили архитекторы итальянского Возрождения – отчасти по той причине, что копия его книги в хорошем состоянии обнаружилась в нужное время в швейцарском городе Санкт-Галлене. Так итальянцы получили виллы Палладио[227], а новое издание книги с добавленными в него иллюстрациями (часть из которых подготовил сам Андреа Палладио) вдохновляло архитекторов еще многие годы спустя.

Жаль, что никто не обратил тогда такого же внимания на практические советы, которые Витрувий дал в отношении свинца. Когда речь заходит об организации водопровода, он выражается абсолютно ясно: «Вода ни в коем случае не должна течь по свинцовым трубам, если мы хотим, чтобы она оставалась полезной». Помимо прочего, он указывает на плохое здоровье водопроводчиков – то есть «тех, кто работает со свинцом» (plumbum – латинское название свинца, от которого произошло английское plumber – «человек, работающий со свинцом», изначально относившееся к тем, кто занимался свинцовыми крышами, трубами и канавами) – и подкрепляет этим свое утверждение о свинцовых трубах, так как «естественный цвет тела у них сменяется сильной бледностью».

Поскольку прошло много веков, прежде чем какой-либо из западноевропейских городов хоть немного приблизился к совершенству римской инженерной инфраструктуры городских коммуникаций, то обошлось без немедленных последствий для широких слоев населения. Однако свинец постоянно использовался в самых разных целях, и подвергавшиеся его воздействию рабочие (например, печатники) страдали от его пагубного влияния.

Отравление свинцом, возможно, сыграло значительную роль в судьбе экспедиции сэра Джона Франклина по исследованию Северо-Западного прохода, начавшейся в 1845 году. Группа из 129 человек отправилась в путешествие по поручению британского Адмиралтейства на двух новейших кораблях, оснащенных паровыми двигателями и снабженных припасами на три года. Самому Франклину было уже 59 лет, но он удостоился знаков отличия за свою службу на флоте и прославился исследованиями северной части Канады.

Летом 1845 года корабли были замечены двумя китобойными судами у входа в пролив Ланкастер, неподалеку от самой северо-западной точки Гренландии, и после этого ушли в западном направлении, растворившись в тумане истории, где исчезают все пропавшие экспедиции. Поиски Франклина и его команды начались в 1847 году, когда в лондонском Адмиралтействе решили, что у экспедиции закончилась провизия, и с тех пор почти не прекращались.

Экспедиции Франклина и последующим спасательным и поисковым операциям посвящено немало художественной литературы и документальной прозы. По всей вероятности, Франклин и его люди провели две зимы, застряв во льдах к северу от полярного круга, а когда запасы провизии подошли к концу, они покинули корабли и встретили свою судьбу во время напрасного похода на юг.

Возможно, верх над Франклином и его командой одержали технологии и пренебрежение советами Витрувия. При поисковых работах были обнаружены различные предметы и останки тел, и недавний анализ сохранившихся тел участников экспедиции показал, что содержание в них свинца было гораздо выше нормального для того времени уровня[228]. Существует два возможных источника этого свинца. Предполагают, что современная система подачи воды, установленная на «Терроре» и «Эребусе», имела свинцовые детали[229] и что консервные банки, в которых содержалась большая часть продуктового запаса, были некачественно изготовлены и в продукты попал свинец из запаивающих швов[230].

Ничто не указывает на то, что участники экспедиции умерли именно из-за отравления свинцом. Но нам доподлинно известно, что среди органов, которые прием высоких доз свинца поражает сильнее всего, есть головной мозг: это приводит к нервным расстройствам и проблемам с памятью и концентрацией. Привести экспедицию к ужасному концу могла неспособность команды принимать рациональные решения или даже осознать серьезность ситуации. Судя по добытым при раскопках материальным свидетельствам, многие предметы, которые члены экспедиции взяли с собой в последний, оказавшийся фатальным поход, были совершенно бессмысленными: книги и столовые приборы лишь добавили к ноше лишний груз[231].

Свинец ядовит во многих отношениях – главным образом потому, что он способен замещать ионы «хороших» металлов, таких как Са2+, мешая им выполнять свои функции. Pb2+ тоже «мягкий» (с этой концепцией мы познакомились в главе 12), поэтому вступает в реакцию с отрицательно заряженными мягкими атомами в организме – чаще всего это атомы серы, и особенно те, что входят в состав аминокислоты цистеина. Одна из причин, по которым он вызывает эти проблемы в мозге, – в том, что свинец мешает ферментам регулировать работу нейромедиаторов ацетилхолина и дофамина[232]. «Сильная бледность», которую отмечал Витрувий, это, в свою очередь, результат воздействия свинца на систему выработки гемоглобина[233].

Тяжелое психическое заболевание, вызванное отравлением свинцом, стало причиной того, что человек по имени Джозеф Д. Лесли был в течение 40 лет заперт в психиатрической клинике. Его кончина в 1964 году стала большой неожиданностью для его родственников, так как они считали, что он погиб еще в 1924 году во время аварии на заводе компании Standard Oil в Нью-Джерси, где он работал оператором химических процессов. Правду знали только его жена и сын[234].

Хотя в те времена условия работы часто бывали опасными, эта авария, при которой пострадали несколько рабочих, получила довольно широкую огласку. И тут в нашей истории появляется Элис Гамильтон. Она получила диплом терапевта на медицинском факультете Мичиганского университета и одной из первых в США занялась вопросами здравоохранения работников. В 1919 году Гамильтон только что получила постоянную должность на кафедре производственной гигиены медицинского факультета в Гарварде. В том же году детройтская компания General Motors приобрела небольшую исследовательскую фирму под руководством некоего Чарльза Кеттеринга в Дейтоне, штат Огайо. Кеттеринг охотился за идеальной антидетонационной присадкой для автомобильных двигателей, и в 1921 году его команда предложила тетраэтилсвинец в качестве возможного решения[235].

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 39. Аминокислота цистеин (слева) и нейромедиатор ацетилхолин (справа).


Однако на этот раз общественность и власти знали о потенциальной опасности свинца. Более того, поскольку ни один из возможных поставщиков – ни E.I. du Pont de Nemours Corp, ни Standard Oil – не смог освоить сложный процесс производства (вдобавок к несостоявшейся смерти Джозефа Д. Лесли десять рабочих погибли, а многие другие пострадали от отравления свинцом), будущее этого нового компонента выглядело мрачным. Элис Гамильтон, которая приобретала все больший авторитет в вопросах токсичных промышленных веществ, высказывалась против «этила», как любили называть это вещество его защитники, работавшие в корпорации Ethyl Gasoline. Гамильтон подчеркивала риски как для безопасности рабочих, так и для всего населения в долгосрочной перспективе. Тетраэтиловый свинец запретили в Нью-Джерси и перестали использовать в Нью-Йорке и Пенсильвании.

Хотя у Кеттеринга в рукаве лабораторного халата были припрятаны и другие возможные решения, General Motors и Standard Oil (основные акционеры корпорации Ethyl Gasoline), похоже, решили, что тетраэтиловый свинец – оптимальный выбор для рынка. Ситуация с патентом была прозрачной, а в том случае, если «этил» стал бы стандартной присадкой к любому бензину, прибыль оказалась бы весьма существенной. Разумеется, с этанолом, одной из альтернативных присадок, все было совсем не так; не была идеальной и ситуация с пентакарбонилжелезом, поскольку здесь существовали европейские конкуренты и возможные патенты.

С точки зрения химии пентакарбонилжелезо и тетраэтилсвинец (показаны на рисунке 40) – это металлоорганические соединения, поскольку в них есть связь металл – углерод. В том, что касается образования химических связей, тетраэтилсвинец весьма прямолинеен. Можно считать, что свинец отчасти ведет себя здесь как углерод – элемент, находящийся на самом верху этой же группы в Периодической таблице, – так что Pb(CH2CH3)4 становится аналогом углеводорода C(CH2CH3)4 – 3,3-диэтилпентана, или тетраэтилметана, изображенного на рисунке 40. Пентакарбонилжелезо, или Fe(CO)5, – совсем другое дело.

Если представить, что углерод-углеродные связи в 3,3-диэтилпентане состоят из двух электронов, по одному от каждого атома углерода, и атомы равномерно делят электроны между собой, то связь свинец – углерод можно рассматривать так: ион Pb4+ заимствует по два электрона у каждой отрицательно заряженной этиловой группы и образует четыре связи Pb – C, в каждой из которых тоже по два электрона. Железо в Fe(CO)5 не заряжено, как и СО, молекула оксида углерода (II), или угарного газа, так что в этом случае не очевидно, в каком направлении захотят переместиться электроны. На самом деле они движутся в обе стороны: два электрона на концах молекул СО оказываются в совместном владении с железом, и одновременно другие электроны, стабилизированные на других орбиталях, атом железа отдает СО. Это настолько запутано, что обычно мы не пытаемся показать процесс, изображая связи, так что Fe и С по-прежнему соединены лишь одной линией, хотя характер образования связи тут совершенно иной, чем для связи Pb – C.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 40. Простой углеводород, родственный этому углеводороду тетраэтилсвинец и пентакарбонилжелезо Fe(CO)5.


Трудно сказать, стал ли бы Fe(CO)5 лучшей антидетонационной присадкой, чем Pb(CH2CH3)4. Их острая токсичность примерно одинакова, и, возможно, количество добавляемого в топливо пентакарбонилжелеза было бы выше. Как бы то ни было, это показывает, что альтернативная присадка, не оставлявшая устойчивого загрязнения, возможно, была разработана еще в 20-х годах.

Однако в то время об этом мало кто знал. Чтобы разрешить проблему с тетраэтилсвинцом, главный санитарный врач США созвал общегосударственное собрание, и в мае 1925 года более 100 делегатов от компаний, профсоюзов, органов власти, университетов и прессы встретились в Вашингтоне. Кеттеринг, один из докладчиков, представил собравшимся тетраэтилсвинец как единственный жизнеспособный вариант решения проблемы с детонированием, хотя некоторые из слушателей, включая Гамильтон, отказались в это поверить[236].

Разумеется, альтернативные варианты были надежно заперты в корпоративной лаборатории Кеттеринга; мы знаем о них только благодаря работам профессора Уильяма Коварика из Университета Рэдфорда, который использовал недавно обнародованные архивы[237] исследовательской организации GM в Дейтоне, чтобы опубликовать всестороннее исследование этого вопроса. Возможно, давление со стороны конкурирующих продуктов также послужило причиной того, что GM и ее партнеры начали масштабное производство тетраэтилсвинца прежде, чем разработали соответствующие меры безопасности и провели подготовку персонала.

Итогом встречи стало образование комитета, который в конце концов обнаружил, что, по сути, не обладает законными полномочиями для запрета тетраэтилсвинца. Туманные обещания провести дальнейшие исследования были забыты, и к концу 30-х годов 90 % бензина в США содержало свинец[238].

И все же в некотором смысле Гамильтон и ее коллеги одержали победу, поскольку это разбирательство создало прецедент на право правительства и науки сказать последнее слово в вопросах здравоохранения на рабочих местах и загрязнения окружающей среды.

Витрувий, вероятно, был одинок в своих призывах в эпоху, когда его соотечественники-римляне радостно приправляли еду тригидратом ацетата свинца (II)[239], а позже его «Десять книг об архитектуре», наверное, не считались обязательным чтением для горных инженеров, металлургов и печатников. Можно извинить пренебрежение советами Витрувия, но гораздо примечательнее то, что были совершенно забыты жаркие дебаты 20-х годов[240]. Коварик обращает внимание на то, что в 1984 году газета New York Times сообщает[241] о недавно введенном в Чикаго запрете на тетраэтиловый свинец и его приветствуют как первый подобный акт. Если бы журналисты порылись в своих собственных архивах, они бы обнаружили похожие сообщения о запрете «этила», датированные 60 годами ранее.

Ученые, похоже, совершали те же самые ошибки. В статье 1925 года в весьма уважаемом еженедельном журнале, издаваемом Американской медицинской ассоциацией, Гамильтон и ее коллеги дали исчерпывающий обзор токсикологии тетраэтилсвинца и разгромили вышедший ранее отчет Горного бюро США, в котором преуменьшалось вредное воздействие загрязненных свинцом выхлопных газов[242]. Другие ученые цитировали эту статью всего 15 раз по сравнению с сотнями цитирований других статей по этой проблеме.

В заключение скажу, что в честь Кеттеринга был назван университет, но зато в Национальном институте по охране труда и промышленной гигиене США (NIOSH) ежегодно вручают награду имени Элис Гамильтон за достижения в области гигиены труда. На главной странице сайта NIOSH сказано:

«Многие из первых законов и правил, принятых для улучшения состояния здоровья рабочих, стали прямым следствием работы одной талантливой и преданной своему делу женщины – доктора медицины Элис Гамильтон»[243].

Гамильтон дожила до 101 года и умерла как раз тогда, когда в 70-х годах разгорелись повторные жаркие дебаты по поводу тетраэтилсвинца.

Несмотря на то что сейчас производство тетраэтилового свинца свернуто почти во всем мире, вокруг него по-прежнему ведутся споры. Могли ли General Motors или другие компании разработать эффективную альтернативную присадку в 20-х годах прошлого века? Этого мы никогда не узнаем, но, возможно, блестящий ученый Томас Миджли-младший, который проводил исследования антидетонационных присадок в GM, стал бы известен как человек, который действительно решил проблему детонации, а не как тот, кто, к сожалению, стал отцом одной из самых трудноискоренимых экологических проблем двадцатого столетия.

Однако мы знаем, что первые работы над такими соединениями, как тетраэтилсвинец и пентакарбонилжелезо, подготовили почву для небольшой революции в органическом синтезе: это появление реагентов и катализаторов на основе металлоорганических соединений. Хотя ни Pb(CH2CH3)4, ни Fe(CO)5 не используются напрямую как реагенты или катализаторы, понимание сути этих опасных молекул по иронии судьбы дало нам возможность выбрать лучший и экологически менее вредный путь ко многим химическим веществам и лекарствам; мы узнаем об этом больше в главе 22.

19

Блестящая поверхность и запятнанное прошлое

В этой главе мы познакомимся с элементом, обладающим хорошими и плохими сторонами, узнаем об окислении и о том, как его предотвратить, рассмотрим быстрый способ получения уксуса из этанола, а также прибегнем к помощи собаки, чтобы пасти зебр.

Тот день, когда Эрин Брокович ехала по городу Рино и в нее врезался другой водитель, не только близко свел ее с бампером чужой машины, но через некоторое время познакомил ее с законодательной системой США, после чего ее жизнь коренным образом изменилась.

Тот день, когда Стивен Содерберг попросил Джулию Робертс сыграть роль Эрин Брокович в одноименном фильме, наверное, не особенно изменил ее жизнь, но однако же он показал зрителям и кинокритикам во всем мире, что эта звезда и обладательница «Оскара» 1990 года действительно вернулась в строй.

Какова связь между этими событиями? Ответ на этот вопрос – элемент под названием хром.

Именно хром заставил сотрудницу юридической фирмы Брокович вступить в неравную борьбу с голиафоподобным калифорнийским энергетическим конгломератом Pacific Gas and Electric Company, а режиссера Содерберга – снять фильм-блокбастер, который подарил Джулии Робертс «Оскар» за лучшую женскую роль в 2000 году и дал новый толчок ее актерской карьере.

Постараюсь не разглашать детали сюжета тем, кто не видел фильм, так как посмотреть его действительно стоит, но то, что хорошие парни в конце концов побеждают, наверное, все равно не вызовет удивления. Однако роль хрома в этой пьесе вовсе не очевидна. И в самом ли деле хороши эти хорошие парни?

Обычно все в природе существует в достаточном количестве и в нужном месте, включая элементы Периодической таблицы. Главный компонент стали – материала, играющего некоторую роль в этой истории, – это железо, и хотя иногда содержание этого элемента в нашем организме слишком низко, слишком большое его количество может нас убить.

То же касается и хрома: без него мы не можем жить. По крайней мере, так считалось до последнего времени[244]. Предполагалось, что хром помогает нам расщеплять и усваивать сахара, и поэтому дефицит хрома предположительно мог быть связан с диабетом[245]. Низкий уровень содержания этого элемента не наносит вреда, но все же есть вероятность существования терапевтического окна, то есть того диапазона концентраций, которые могут принести некоторую пользу; однако хром, кажется, больше не считают незаменимым элементом, хотя официального согласия по этому поводу пока не найдено[246]. Что действительно ясно, так это то, что слишком высокий уровень хрома вызывает проблемы и что важна также и форма, в которой он попадает в пищеварительную систему или в легкие.

В Хинкли, штат Калифорния, хром нашли в неправильное время (80-е годы), в неправильном месте (в питьевой воде) и в неправильных количествах. Более того, он скрывался под видом хромат-ионов CrO42–, некоего троянского коня, который успешно прячет свое ядовитое содержимое внутри тетраэдра из атомов кислорода. В такой форме охранники на мембранах наших клеток пропускают хромат, принимая его за безобидного двойника, сульфат-ион SO42– (убедитесь в этом сами, взглянув на рисунок 41).

Как же хром попал в питьевую воду? В результате простой инженерной ошибки или упрощения процедур с целью сократить расходы? Вероятно, мы никогда об этом не узнаем. В любом случае компания PG&E перекачивала природный газ на территории Калифорнии – это было частью их энергетической инфраструктуры. В протянувшихся на большие расстояния газопроводах требовалось повышать давление на промежуточных компрессорных станциях, и одна из таких станций располагалась в Хинкли[247].

Хотя сами трубы не очень велики (их диаметр составляет 61–66 см) и закопаны в землю, компрессорная станция – это довольно крупный промышленный объект, где существенная доля оборудования, резервуаров и трубопроводов сделана из стали. Сталь подвержена коррозии; следовательно, вода в резервуарах на территории станции была приправлена антикоррозионным реагентом.

Коррозия может показаться незначительным неудобством, подразумевающим грязную работу с машиной, которую вы время от времени выполняете сами или платите за нее втридорога в автосервисе; однако на промышленных объектах и крупных элементах инфраструктуры, таких как мосты и железные дороги, коррозия ежегодно обходится в невероятные суммы. Поэтому борьба с коррозией – это важная часть всех инженерных проектов, и одним из ее способов было использование хромат-ионов. Они налипают на стальные поверхности и образуют тонкий, но эффективный слой, немного напоминающий тот, что образуется на поверхности нержавеющей стали (в которой также содержится хром); этот слой не дает скверным окислителям вроде кислорода добраться до железа. Изготовление таких «пассивирующих»[248] поверхностей представляет собой успешную антикоррозионную стратегию, которую мы наблюдали в главе 10. Для алюминия естественное покрытие из оксида служит эффективной защитой от коррозии, в отличие от железа и стали, которым требуются химические манипуляции.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 41. Зловещий хромат-ион CrO42– слева и его доброжелательный двойник – сульфат-ион SO42– справа. Рисунки сделаны в одном масштабе. Такой способ изображения подчеркивает общую форму и электронную плотность в молекулах, а не химические связи. Связи Cr – O и S – O различаются по своей природе, но их не «видно» снаружи: приближающаяся молекула почувствует только электронную плотность на атомах кислорода.


Использование хромат-ионов для предотвращения коррозии не обязательно представляет собой проблему: мы можем научиться обращаться с опасными вещами безопасным способом (электричество лучший тому пример). Проблема заключалась в том, что PG&E вообще никак этим не занималась. Вместо того чтобы установить какие-нибудь простые приспособления для защиты окружающей среды, она просто позволила загрязненной хроматом воде утекать с предприятия.

Это продолжалось долгие годы, и Брокович, копаясь в шкафу с документами в юридической фирме, в которой она работала, обнаружила пугающе высокое число заболеваний среди жителей Хинкли. Она убедила своего начальника, адвоката Эдварда Мэзри, разрешить ей провести расследование. После того как Брокович собрала большое количество информации, а Мэзри осуществил несколько юридических маневров, они выиграли самый крупный в истории иск против PG&E. Окончательная сумма по иску составила 333 миллиона долларов в пользу жителей Хинкли[249].

Пока что мы следуем за сценарием фильма. Плохие парни понесли наказание, а герои получили награду. Однако некоторые считают, что здоровье общества существенно выиграло бы, если бы больше внимания обращалось на реальные риски здоровью вроде табака и алкоголя и меньше – на предполагаемые, но научно не доказанные риски вроде незначительного количества пестицидов в овощах. Или даже хрома в степени окисления +6 в питьевой воде.

Некоторые даже считают, что не существовало научно обоснованного риска, связанного с тем уровнем содержания хроматов, который был обнаружен в питьевой воде в Хинкли[250], и что все это дело стоило клиентам и акционерам PG&E кучу денег[251].

Оказывается, на тот период, когда шло судебное разбирательство, опасность подобного уровня содержания хромат-ионов в питьевой воде была вовсе не доказана, отчасти из-за отсутствия данных. Хромат-ионы в воде прежде не воспринимались как проблема, и не было достаточного количества исследований, чтобы затевать какой-либо спор[252]. Однако было хорошо известно, что хроматсодержащие частицы вызывают рак легких[253], и американские профсоюзы за несколько лет до того привлекли к суду Национальное агентство трудового здравоохранения, которое, по их утверждению, слишком медленно снижало дозволенный уровень содержания хромата в воздухе: впрочем, этот уровень основывался на солидных научных результатах[254].

Более того, хромат-ионы и Cr(VI) известны своими канцерогенными и мутагенными свойствами еще с 50-х годов[255], и ни один инженер или химик в здравом уме не подумал бы, что позволить этим веществам просачиваться в грунтовые воды – хорошая идея.

Возможно, часть проблемы состояла в том, что методика хромирования больше не применялась на станции в Хинкли. Ее перестали использовать еще в 1966 году, и загрязненная хромом вода много лет медленно вытекала из дающих течь резервуаров, загрязняя грунтовые воды. То, что прошло так много времени, прежде чем проблема всплыла на поверхность, могло означать, что руководство PG&E в меньшей степени чувствовало свою личную ответственность, поскольку ошибка была допущена предыдущими руководителями.

Так что они попытались увильнуть (по крайней мере, так это показано в фильме) и даже объясняли жителям Хинкли, как полезен хром (и технически они были правы, ведь, как мы видели, в то время хром считался незаменимым для человеческого здоровья микроэлементом). Однако это не убедило судью даже несмотря на то, что PG&E нашла свидетелей-экспертов, давших показания в ее пользу (один из них позже был назначен администрацией Джорджа Буша-младшего на должность в экспертной комиссии Национального центра гигиены окружающей среды)[256].

Сложно предоставить бесспорные доказательства того, что болезни, развивающиеся в течение долгого времени, вызваны употреблением низких доз ядовитых веществ, но вряд ли это необходимо в данном случае. У нас перед глазами компания, которая пренебрегает инженерными нормами и тем самым загрязняет грунтовые воды молекулой, токсичные свойства которой хорошо известны. Концентрация этого вещества превышает установленный властями уровень[257], и, конечно, к компании применяются карательные меры, независимо от того, в самом ли деле кто-то заболел в результате этих действий. Если вы превышаете скорость на дороге, попробуйте убедить дорожную полицию, что все в порядке, потому что вы пока что никого не убили. Была ли назначенная к выплате сумма 333 миллиона долларов адекватной – это уже совсем другой вопрос.

Однако давайте закончим эту главу на химической ноте и поговорим о степени окисления. В фильме то и дело упоминается «хром-шесть», то есть хром в степени окисления +6, которую часто записывают римскими цифрами – хром (VI). Иногда его также называют шестивалентным хромом: это означает, что ион металла может образовывать шесть связей с другими атомами, хотя на самом деле это архаичная и не слишком полезная концепция, так как маленький ион Cr6+ обычно связывается не более чем с четырьмя другими атомами, иначе ему становится тесновато.

Вернемся к предисловию этой книги: чтобы получить Cr (VI) из атома хрома, потребуется удалить все электроны с заполненных в последнюю очередь подуровней s и d с соответствующим типом орбиталей (или «загонов», если продолжать аллегорию с зебрами), так что в отношении электронного строения (количества электронов и их расположения) он становится совершенно таким же, как благородный газ аргон. Сходство с инертным аргоном придает неустойчивую стабильность этой высокой степени окисления по сравнению, например, с хромом (V) – похоже на монетку, балансирующую на ребре. Однако хром (VI) – крайне активный окислитель ввиду своей склонности заполнять некоторые из опустевших «загонов» электронами, и в присутствии частицы, легко отдающей электроны, эта монетка легко может упасть.

Вот почему питье воды с очень низкой концентрацией хромата считается менее рискованным, чем вдыхание частиц хромата (или даже содержащего их водяного пара). Хром (VI) следует восстановить (то есть уменьшить его степень окисления) внутри организма, прежде чем он успеет причинить вред.

Хром (VI) можно использовать для получения карбоновых кислот из спиртов, и сделать это можно гораздо быстрее и эффективнее, чем просто оставив открытой бутылку вина и позволив кислороду воздуха превратить его в уксус. Хром при этом вернется к более стабильной степени окисления, превратившись в хром (III). Для положительно заряженных ионов хрома и всех других переходных металлов s-орбитали станут менее привлекательными (их энергия выше), и только d-орбитали можно будет заполнить электронами. Вопрос состоит в том, как расставить электроны на этих доступных орбиталях.

Гораздо лучше иметь на орбитали электрон в полном одиночестве, чем два рядом, поскольку они отталкивают друг друга. Лучше также позволить им иметь одинаковый спин (или, как мы говорили ранее, одинаковый тип полосок на зебрах), поскольку, когда они достигают водопоя (ядра), они сближаются, а одинаковый спин автоматически заставляет их избегать друг друга. Итак, у нас будет по одному электрону с одинаковым спином на трех из пяти d-орбиталей, и это известно химикам как правило Хунда.

Почему же, когда Cr (VI) восстанавливается, мы обычно получаем степень окисления +3, а не +4 или +2? Потому что эти ионы привлекают к себе шесть других атомов, а Cr в степени окисления +2, +3 и +4 имеет больший размер, чем Cr (VI). Примером здесь может служить ион [Cr(H2O)6]3+, изображенный на рисунке 42: по форме он более-менее похож на октаэдр.

При возникновении этих связей оказывается, что три из пяти различных d-орбиталей становятся более стабильными, потому что мы нередко позволяем электронным парам из соседних молекул или атомов перейти на две оставшиеся орбитали (и там у зебр будет серьезная конкуренция за траву). Самое выгодное расположение – это когда на каждой из трех более стабильных орбиталей находится по одному электрону, а две другие остаются пустыми – на рисунке 43 они показаны стрелками в ячейках. Подсчитав электроны, мы увидим, что именно это происходит с ионом хрома (III), и, следовательно, это приятная и стабильная степень окисления.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 42. Ион [Cr(H2O)6]3+: связи Cr – O выделены жирным, а октаэдрическая координационная геометрия молекулы изображена пунктирными линиями.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 43. Основные направления ориентации пяти d-орбиталей, доступных для трех d-электронов, оставшихся в ионе [Cr(H2O)6]3+. Две из них ориентированы по направлению к атомам кислорода в воде и предпочитают принимать электронную плотность у этих атомов. Это оставляет три другие орбитали трем электронам хрома, изображенным стрелками в ячейках на энергетической диаграмме орбиталей в нижней части рисунка.


После аварии, случившейся в Рино, Эрин Брокович и водитель второй машины могли быть подвергнуты быстрому анализу с участием хрома (VI). Иногда считается, что причина аварии – употребление алкоголя, а в то время самым простым тестом на трезвость была проверка дыхания водителя: яркий красно-оранжевый цвет дихромат-иона, Cr2O72–, еще одной формы Cr (VI), сменяется менее интенсивным зеленым цветом хрома (III), когда Cr (VI) вступает в реакцию с парами этанола в выдыхаемом воздухе, в результате чего образуется уксусная кислота и ионы Cr (III).

20

Актриса и МРТ

Мы узнаем о ядерном магнитном резонансе (ЯМР), при помощи которого химики предпочитают идентифицировать молекулы для новых лекарств, а врачи – диагностировать опухоли мозга. А еще познакомимся с редким элементом, который в конце концов окажется не таким уж исключительным.

Эту историю можно было бы начать с вымышленной лошади по имени Пай[258] или, может быть, с фортепианных клавиш в прокуренном баре в Хельмстаде[259], и у нее был бы совсем другой конец, если бы не маловероятная экскурсия нескольких специалистов в области медицинской химии в экзотическую южную часть периодической таблицы – царство лантаноидов.

Одно-два поколения страстных поклонников кино и любителей следить за жизнью знаменитостей были расстроены, заинтригованы или просто радовались возможности сунуть свой нос в чужие дела, когда в феврале 1997 года была обнародована еще одна глава казавшейся бесконечной истории Элизабет Тейлор, последней из великих див Голливуда. У кавалерственной дамы Элизабет незадолго до ее 65-го дня рождения диагностировали опухоль мозга, и через несколько недель ей предстояла операция[260]. Доброкачественная опухоль, которую легко удалили хирурги, оказалась для Тейлор наименьшей из проблем со здоровьем; когда же в 2002 году певица Мари Фредрикссон потеряла сознание у себя дома и стало известно, что причина тому – потенциально смертельная раковая опухоль, ситуация была совершенно иной. Судьба 44-летней участницы пользовавшегося огромной популярностью дуэта Roxette взволновала поколение, отличное от того, которое с 40-х годов следило за карьерой Элизабет Тейлор, и вызвала у людей глубокую тревогу еще и потому, что жертвой болезни стала женщина в расцвете сил, у которой было двое маленьких детей[261].

Опухоль мозга – сложное заболевание. Нельзя просто вскрыть череп и найти ее там на ощупь, так как в мозге слишком много чувствительных связей и механизмов, которые легко нарушить. Главная проблема здесь – это определение точного местонахождения опухоли, и для этого нужно иметь возможность заглянуть внутрь мозга, не трогая череп. Самым действенным способом для этого можно считать то, что ученые называют магнитно-резонансной томографией, известной большинству людей просто как МРТ (слово «ядерная», иногда включаемое в полное название этого метода, может вызвать неприятные ассоциации, совершенно ненужные в ситуации, когда от пациента и его родных требуется спокойствие и самообладание).

Возможность заглянуть внутрь человеческого тела всегда имела огромную важность для медицины, но она также подразумевала коммерческие возможности – причем как для порядочных, так и для беспринципных людей. Бёрк и Хэр[262] продавали тела убитых ими жертв для использования в качестве образцов, которые демонстрировали студентам медицинской школы Эдинбургского университета; этот бизнес был более рискованным, чем то, чем занимался Суини Тодд[263], так как рано или поздно кто-нибудь обязательно узнал бы одно из тел. В противоположность им на стороне закона находятся нобелевские лауреаты в области медицины Пол Лотербур и сэр Питер Мэнсфилд, которые внесли важнейший вклад в разработку метода МРТ.

Многие из тех, у кого есть дети, видели ультразвуковое изображение своих еще не рожденных малышей; это трогательный момент, однако, если быть честным, разрешение изображения не очень хорошее. Я помню, как увидел видеосъемку живого бьющегося сердца какого-то животного (не помню, какого именно) на конференции по ядерному магнитному резонансу в Швейцарии в 1991 году; разрешение было таким высоким, что по сравнению с ним ультразвуковое изображение выглядело как монитор компьютера 80-х годов рядом с экраном ноутбука 2013 года выпуска.

В этой главе я больше углубляюсь в технические детали, чем в предыдущих, – в некоторой степени потому, что я провел большую часть тех пяти лет, которые были отведены мне на аспирантуру, рядом с ЯМР-спектрометром; отчасти же потому, что это очень важный инструмент диагностики. Любой человек, часто смотрящий какой-нибудь из вездесущих больничных телесериалов, наверняка видел, как в одной из серий пациента укладывают в аппарат МРТ размером с человеческий рост. Могу вас уверить, что вы точно выйдете из такого аппарата живым, хотя он очень похож на объект из научно-фантастического фильма; однако тех, кто нервничает при виде электроники и сложных машин, особенно после того как я употребил слово «ядерный», возможно, успокоит знание принципов работы этого аппарата.

Всех остальных подобные вещи завораживают. К моей свояченице в больнице как-то раз с обеспокоенным видом подошла одна из медсестер и спросила, «не слишком ли много вокруг нее разного оборудования», а та ответила: «Нет, пусть привозят еще, я инженер!» Я хотел бы для начала отдать дань уважения инженерам во всем мире, о которых зачастую забывают. Почему-то считается, что более высокий статус имеют те, кто знаком с теорией, а не те, кто знает, как работает техника. Например, глубокое уважение вызывает способность объяснить, что происходит, когда мы помещаем молекулу воды в магнитное поле и воздействуем на атомы водорода при помощи радиочастоты, а потом «слушаем» сигналы, которые они отправляют нам в ответ. Но как сохранить магнитное поле невероятно устойчивым – настолько, чтобы трамваи, идущие по Университетской улице в Цюрихе, могли создавать помехи для ЯМР-спектрометров в находящемся аж в соседнем квартале ФИТ (Федеральном институте технологии)? Как принять крайне слабый радиосигнал, исходящий от образца, и преобразовать его в красивый сигнал, которого мы ожидаем от этого метода диагностики, зная теоретические основы метода? И как аналогово-цифровой преобразователь делает сигнал пригодным для компьютерной обработки? Вот лишь несколько примеров того, что для многих людей лишь технические детали.

Я скоро тоже наступлю на эти грабли, но должен сказать вот что: порой мне кажется, что умение заставить эти аппараты работать и производство их в больших количествах на заводах так же поразительно, как и лежащая в основе их работы наука. Я согласен, что для многих людей важнее принципы, стоящие за этой технологией. Любому понятно, что здоровенные блоки, окружающие эти аппараты, не пусты, а заполнены «электроникой»; гораздо важнее понимать, что слово «ядерный» в названии «ядерный магнитный резонанс» не подразумевает никакой радиоактивности или наличия ионизирующего излучения. Однако для химика, работающего за пультом управления ЯМР-спектрометром, понимание электротехники может быть важнее, чем знание деталей квантовой механики с применением операторной алгебры и уравнений Блоха, хотя в научном сообществе последнее считается гораздо более престижным.

Так что же на самом деле происходит внутри аппарата МРТ? Примерно в конце 30-х годов физики обнаружили, что ядра некоторых изотопов – например, привычный изотоп водорода 1Н и очень редкий изотоп углерода 13С – ведут себя как крошечные магниты. Они решили измерить силу этих магнитов (их «магнитный момент») при помощи больших электромагнитов, но, поскольку существует фиксированное количество изотопов, вскоре все магнитные моменты ядер были каталогизированы, и к концу 40-х годов эта глава была дописана – по крайней мере, так думали ученые.

А потом кто-то осознал, что магнитное поле вокруг ядра – это не совсем то же самое, что поле, которое вырабатывали электромагниты, использованные для измерений. Его немного видоизменяют расположенные вокруг ядра электроны, которые имеют свои собственные крошечные магнитные моменты, связанные с их спином. Поскольку некоторые из них участвуют в образовании химических связей или даже переходят в другой атом, образуя ион, это еще сильнее модулирует магнитное поле. В результате слегка изменяется энергия, требующаяся для переключения маленьких ядерных магнитов из положения, когда они указывают в направлении внешнего поля (совсем как стрелка компаса указывает направление магнитного поля Земли), в положение, когда они указывают в противоположном направлении. Это изменение влияет лишь на пятый после запятой знак десятичной дроби, выражающей радиочастоту волн, которые мы направляем на вещество (или пациента) и обеспечиваем тем самым необходимую энергию. Однако этого достаточно – при условии хорошей работы инженеров, – чтобы сделать сигналы атомов водорода при атоме кислорода в воде отличными от сигналов атомов водорода, связанных с атомами углерода в белке.

В центре квантовой механики[264] находится идея существования отдельных энергетических уровней, таких как для ядра водорода лишь с двумя доступными ему опциями – теми, что мы, используя не самую удачную аналогию с миром больших твердых тел, называем «положительным спином» и «отрицательным спином». Забудьте принцип неопределенности Гейзенберга и знаменитое возражение Эйнштейна («Бог не играет в кости»), направленное на отдельные части квантовой теории: без квантования уровней энергии мы бы не смогли наблюдать опухоль мозга у Элизабет Тейлор да и вообще что бы то ни было. Существование зеленого, синего и красного цветов – это тоже эффект из области квантовой механики. Мир был бы серым, если бы уровни энергии атомов и молекул не были квантованы, принимая дискретные значения, а не образуя непрерывные полосы: именно эта их структура дает нам возможность видеть отчетливые цвета, а не просто оттенки серого.

Химики используют ЯМР для подтверждения результатов синтеза активных ингредиентов в противовирусных препаратах вроде тамифлю или в аспирине, приготавливая раствор вещества и убеждаясь, что в спектре есть все нужные сигналы как для изотопа 1Н, так и для изотопа 13С. Именно так работают специалисты в области органического синтеза и медицинской химии, когда анализируют многообещающие новые молекулы, выделенные из природных источников, их синтетические модификации, а также совершенно новые искусственные соединения.

Чтобы рассмотреть опухоль в мозге, нам нужно применить эту технику немного иным образом. При определенной силе магнитного поля молекулам воды, присутствующим во всех частях нашего тела, потребуется конкретная энергия, радиоимпульс, чтобы перейти на более высокий квантовый уровень. Это называется энергией резонанса, а детектируем мы уже тот радиосигнал, который ядра посылают, спускаясь обратно к подножию горы. Чем сильнее этот сигнал, тем больше в теле молекул воды.

Уловка, которую используют в аппарате МРТ, заключается в том, чтобы создать разное магнитное поле[265] для каждой части тела. Представьте, что тело делят на крошечные кубики, в каждом из которых свое магнитное поле. Каждый кубик отправит нам особый радиосигнал, и сила этого сигнала покажет нам, сколько воды содержится в этом кубике. А вот и неожиданный поворот: все органы, а также все опухоли обладают немного разной концентрацией воды, так что изображение, которое мы можем построить (при условии, что мы можем отслеживать силу магнитного поля в каждом кубике), покажет нам внутреннее устройство тела.

Кажется, что все это очень далеко от южной части периодической таблицы, где мы найдем элемент гадолиний, почти неизвестный вне круга химиков-неоргаников и, как выясняется, специалистов в области МРТ. В таких сложных устройствах есть несколько вариантов, где может обнаружиться какой-то экзотический элемент: в полупроводниках, магнитах, детекторах радиоволн, аналогово-цифровых преобразователях. Но, как ни удивительно, этот довольно токсичный металл выступает в роли контрастного агента – вещества, которое делает изображения наших внутренних органов, особенно мозга, гораздо более четкими, благодаря чему врачам легче их расшифровывать.

Если вам не повезло и у вас были серьезные проблемы с гастроскопией, то вам, возможно, делали обычный рентгеновский снимок, которому предшествовал прием внутрь бария, а точнее, нерастворимого сульфата бария. Атомы бария поглощают фотоны рентгеновских лучей и не дают им ударяться о фотографическую пленку (либо, как в наши дни, о специальную пластину, которую мы коротко упомянули в главе 7); таким образом получаются более четкие черно-белые изображения кишечника. Казалось бы, ионы гадолиния тоже должны поглощать радиоволны, но барий и гадолиний работают совершенно по-разному, хотя функция у них одна: усилить контраст между органами, в которых присутствует вещество, и окружающими их тканями.

Мы можем представить себе ядерные спины – маленькие ядерные магниты – в виде заводных игрушечных машинок. Основное состояние аналогично незаведенной машинке, припаркованной в коробке с игрушками. А возбужденное состояние, как мы предпочитаем называть высокоэнергетическое состояние, – это заведенная, но пока не отпущенная машинка. Когда вы отпускаете ключ, ходовая пружина высвобождается и машинка с шумом несется вперед. Чем больше машинок, тем больше шума, и именно этот шум мы регистрируем – он соответствует радиосигналу МРТ. Если сделать это всего один раз, сигнал получится очень слабым, поэтому нам нужно снова завести машинки, отпустить их, скомбинировать сигналы от разных запусков и повторять это до тех пор, пока мы не получим изображение приемлемого качества.

Кажется, что все это не слишком сложно, однако проблема в том, что нам приходится довольно долго ждать, пока пружина полностью раскрутится и машинка остановится, чтобы снова ее завести. И вот тут в дело вступает гадолиний в форме ионов Gd3+. У знакомых нам со школьной скамьи ионов электроны обычно были разбиты на пары. У вездесущего иона натрия +1 десять спаренных электронов, у отрицательно заряженного иона хлора – девять пар (то есть всего 18 электронов). У иона Gd3+, напротив, семь неспаренных электронов на внешней оболочке (и еще 54 спаренных поближе к ядру), что в некотором роде является рекордом. Поскольку непарный электрон, подобно ядру 1Н, ведет себя как крошечный магнит, легко предположить, что он каким-то образом будет влиять на молекулы воды.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 44. Южная часть Периодической таблицы – царство лантаноидов.


При условии, что молекулы воды смогут подобраться достаточно близко к иону Gd3+, воздействие на возбужденные ядра 1Н действительно будет выраженным: магнитный момент неспаренного электрона заставляет ядро Н быстрее спуститься из возбужденного состояния, что соответствует той ситуации, когда мы поднимаем заведенные игрушки с пола и отпускаем пружины без сопротивления, благодаря чему в короткий промежуток времени возникает сильный шум. Теперь мы почти сразу же можем направить на пациента новый радиоимпульс, заводя ядра 1Н в воде и снова быстро собирая данные. В результате качество изображения резко возрастает, пациент проводит меньше времени в аппарате МРТ, и за день можно «просканировать» гораздо больше людей.

А как насчет токсичности ионов гадолиния? Разве она не должна нас беспокоить? На самом деле это нас волнует, но химиков скорее меньше, чем врачей. «Настоящие» врачи обычно с большой неохотой вводят своим пациентам ионы металлов, о положительной роли которых в биохимии человека ничего не известно; возможно, из-за неудачных ранних опытов в этой области медицины – например, с широко применявшимися и по большей части пагубными для здоровья препаратами на основе ртути (Hg) для лечения сифилиса. Однако, если посмотреть, сколько различных солей металлов требуется для того, чтобы убить крысу (среднее значение известно как LD50)[266], выяснится, что нитрата гадолиния нужно почти в два раза больше, чем нитрата калия (глава 16), то есть больше 5 г на 1 кг веса крысы (может показаться, что это очень большая крыса, но такими уж единицами мы пользуемся для подобных измерений)[267].

Это не значит, что беспокоиться не о чем. Некоторые контрастные агенты на основе гадолиния не рекомендованы людям с заболеваниями почек[268], но причиной тому скорее большие закручивающиеся органические молекулы, которые покрывают ион гадолиния. Эти молекулы, очень похожие на поедающего добычу кальмара, называются «многозубчатыми сшивателями», а точнее (поскольку химики любят говорить по-гречески), полидентатными лигандами, где лиганд – это единичная молекула, связанная с ионом металла. Они выполняют две функции: решительно выводят ион металла из тела с мочой и направляют ион гадолиния к тем органам, изображение которых нужно улучшить.

У этих молекул обычно есть небольшое отверстие (см. рисунок 45), позволяющее молекуле воды в биологических жидкостях соединиться с ионом гадолиния и быстро «раскрутиться» или, как мы выражаемся, релаксировать, чтобы снова быть готовой к следующему радиоимпульсу.

В редких случаях с некоторыми контрастными веществами возникают проблемы, но в целом это вполне безопасная процедура. Органические молекулы связывают ион гадолиния, используя принцип, известный как хелатный эффект – еще одно слово греческого происхождения[269], означающее «клешня». Эти полидентатные лиганды – молекулы того же типа, что и противоядия, которые применяют в случае отравления металлами. Похоже, авторы сценариев для телесериалов обладают безграничным воображением, когда доходит до того, чтобы заставить героев вдохнуть, выпить, съесть или ввести себе инъекцию не особо полезных для здоровья ионов металла, а затем, когда врач в этой серии наконец разгадывает медицинскую загадку, он или она торжествующе велит назначить пациенту хелатную терапию. Эта терапия подразумевает прием «пустых» полидентатных лигандов, которые, проходя сквозь органы, с жадностью хватают своими клешнями (или зубами) ионы любых встречающихся на их пути тяжелых металлов и безопасно выводят их из организма.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 45. В контрастных агентах на основе гадолиния, таких как этот, ион металла в центре почти полностью окружен большой органической молекулой (слева); в ней есть лишь небольшое отверстие (показано светло-серым цветом), чтобы молекула воды из биологической жидкости могла войти с ним в тесный контакт и релаксировать (то есть вернуться из возбужденного состояния), как показано справа.


Каждый год в мире проводится около 600 миллионов процедур МРТ, многие из них выполняются на мозге при помощи контрастных агентов. У меня нет доступа к личным данным кавалерственной дамы Элизабет Тейлор или мисс Фредрикссон, но, насколько я разбираюсь в новейших медицинских процедурах, обе они должны были проходить МРТ с одним из многочисленных веществ на основе гадолиния, разработанных для этой цели[270]. Опухоль Тейлор оказалась доброкачественной, и она прожила еще 14 лет, умерев в 2011 году в возрасте 79 лет, но что касается Фредрикссон, то, насколько мне известно, операция на мозге, проведенная после анализа методом МРТ, в самом деле спасла ей жизнь[271].

Некоторым из вас, возможно, знакомы элементы группы лантаноидов (или лантанидов – химики никак не могут прийти к согласию в отношении этого термина, хотя ИЮПАК одобрил первый вариант), в которой находится гадолиний – один из редкоземельных элементов, РЗЭ. Название намекает, что вскоре у нас могут возникнуть проблемы с производством их соединений, но в данном случае «редкий» скорее следует понимать как «исключительный», поскольку даже наименее распространенные из этих элементов, лютеций и тулий, все равно встречаются в 200 раз чаще, чем золото. Случившийся в 2010–2011 гг. кризис РЗЭ, во время которого Китай на короткое время прекратил их экспорт, в большей степени был связан с закрытием китайских шахт и нежеланием заниматься геологоразведкой и открытием новых шахт в других странах – ведь эти элементы действительно встречаются по всей планете, а не только в Китае[272].

Поскольку разработка полезных ископаемых всерьез ведется еще со времен Белоснежки и семи гномов, а то и дольше, мы воспринимаем ее как нечто само собой разумеющееся и ассоциируем с динамитом, мощными бурильными установками и храбрыми мужчинами в защитных касках с фонарями. Все это верно, и я не хотел бы преуменьшать тяжесть и опасности шахтерского труда во всем мире, однако самая сложная часть технологического цикла зачастую находится над, а не под землей. Мы не только можем описать шахту как глубокое отверстие в земле, над которым стоит химический завод; для каждого элемента, который нам необходимо извлечь – и в зависимости от конкретного химического состава тех веществ, которые мы поднимаем из недр земли, – завод должен иметь специальное оборудование. К этому добавляются сложные экологические и юридические проблемы, которые почти всегда связаны с запуском новой шахты. Поэтому производство редкоземельных элементов нельзя начать одним махом. Например, после старта серьезных геологоразведочных работ в 2009 году в уже существующей, но закрытой экспериментальной шахте неподалеку от сонного провинциального шведского городка Гренна, знаменитого своими мятными карамельными палочками[273], должно пройти как минимум еще 7 лет, прежде чем проектируемая шахта начнет производство и, помимо других редкоземельных элементов и циркония, будет ежегодно добывать 100–160 тонн концентрата гадолиния[274].

21

О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Глава 21, в которой оправдывают убийцу и в результате многих других людей отдают под суд. Из этой главы мы узнаем также о реакциях восстановления и окисления и о группе элементов-хамелеонов, известных как металлоиды.

Считается, что пятница, 13-е, – несчастливый день, но для бывшего короля Швеции Эрика XIV таким днем, должно быть, стал четверг, потому что по четвергам к обеду подают гороховый суп – по крайней мере, в Швеции и Финляндии. Возможно, то, что убивший его оксид мышьяка (III) (As2O3) подсыпали ему в суп по приказу его сводного брата Юхана III, не более чем живучий миф. То есть мифом стало участие горохового супа, а не то, что брат Юхан стал организатором этого преступления. К тому времени страдающий шизофренией[275] старший брат Эрик уже на протяжении девяти лет был его пленником: сохранилось большое количество обличающих Юхана документов[276].

Эрик умер в 1577 году, и его судьба во многом повторяет участь Марии Стюарт, которую десять лет спустя приговорила к более традиционной казни ее кузина[277] Елизавета I. Неожиданным образом Эрик пытался договориться о браке с обеими выдающимися дамами (надо сказать, что самоуверенности ему было не занимать), причем до отплытия на личную встречу с Елизаветой оставалось всего несколько дней, когда его отец Густав Ваза скончался в 1560 году, и на некоторое время его отвлекли от поездки другие дела[278].

В 1577 году не существовало надежного способа искать в пробах мышьяк, чтобы указать на яд как причину смерти, но в 1829-м дело обстояло иначе. Когда Джона Бодла привлекли к суду за убийство своего деда, восьмидесятилетнего Джорджа Бодла, на его ферме в Пламстеде неподалеку от Вулиджа, обвинение сумело привлечь свидетеля-эксперта – Джеймса Марша, изобретателя и, помимо прочего, ассистента Майкла Фарадея. Благодаря прозорливости местных полицейских, у которых и так уже были подозрения и которые сохранили и последнюю выпитую Джорджем Бодлом порцию кофе, и содержимое его желудка, Марш проанализировал и то и другое на предмет содержания мышьяка[279]. Он сделал это, добавив в образцы сульфид водорода или сероводород (H2S), – дурно пахнущий, горючий и ядовитый газ, который вечно ощущался в студенческих химических лабораториях, когда я был молод.

Хоть этот газ и опасен, но при элементарных мерах предосторожности с ним могут обращаться даже студенты-первокурсники, и использовался он во многом так же, как его применял Марш – для отслеживания ионов металлов. Мышьяк (III) – его степень окисления в As2O3 составляет +3 – большой и мягкий, поскольку расположен довольно низко в Периодической таблице; а поскольку тонкие натуры любят столь же тонких натур, H2S охотно распадается с образованием ионов S2–, которые поспешно соединяются с As3+, давая в результате желтый сульфид As2S3, который очень тяжело растворить. Почти то же самое происходит и с ионами других металлов, особенно с теми, что побольше и помягче; в результате часто образуются цветные нерастворимые твердые фазы. Когда они возникают в прежде прозрачном растворе, мы называем их осадком. Некоторые из них ярко-красные, некоторые черные, белые или желтые. Таким образом, добавление H2S – это простой визуальный тест на присутствие ионов различных металлов.

Можно решить, что дело оказалось простым и очевидным, поскольку Бодл-младший также дважды покупал в местной аптеке мышьяк, который обычно продавался как крысиный яд, а горничная дала свидетельские показания, в которых говорила о необычном желании обвиняемого принести воду для кофе именно в то утро. Проблемой для обвинения оказалось то, что As2S3 постарел в ожидании суда и утратил свой ярко-желтый цвет. Присяжные не приняли техническую улику, и убийца вышел на свободу и унаследовал, вероятно, довольно большую ферму деда[280].

Джеймс Марш был очень раздосадован и поставил перед собой задачу изобрести более надежный тест, основанный на любопытном свойстве мышьяка: его металлической природе. Мышьяк расположен под азотом и фосфором; первый в своей чистой природной форме газообразен, а второй образует занятные молекулы Р4, но, когда мы спускаемся ниже в этой части периодической таблицы, известной как «элементы основных групп», металлическая природа элементов и соответствующих им простых веществ усиливается. К примеру, углерод – не металл, а вот свинец таковым является. Мышьяк – типичный представитель так называемых металлоидов, или полуметаллов, и, совсем как олово, он имеет несколько аллотропных (иными словами – кристаллических) форм (см. главу 17), самой стабильной из которых при комнатной температуре является серый мышьяк, который внешне выглядит как металл. Ориентиром для новой разработанной Маршем пробы, усовершенствованной на протяжении XIX века, стало то, что в результате анализа на внутренней стороне пробирки образуется зеркальная металлическая поверхность; результаты этой пробы легко сохранить, и она более характерная и, что еще важнее, более точная, чем ненадежный желтый порошок[281].

Проба Марша имеет несколько дальнейших стадий, но это несложная процедура. Агата Кристи, как я уже упоминал, научилась ее выполнять, будучи начинающей студенткой-фармацевтом во время Первой мировой войны; то же самое делает Мервин Бантер – весьма разносторонний человек, камердинер лорда Питера Уимзи в романе Дороти Сэйерс 1930 года «Сильный яд»[282]. Наверное, еще более удивительно то, что об этой пробе внезапно заходит речь в работах знаменитой детской писательницы Астрид Линдгрен. Прежде чем заняться литературным творчеством, она работала секретарем у «Револьвера-Гарри» Сёдермана – выдающегося полицейского и кандидата наук, который во время немецкой оккупации Норвегии использовал свое положение, чтобы втайне обучать довольно большой контингент норвежских «полицейских» в особом шведском «пансионате». Он также был одним из основателей современной криминалистики и Интерпола. Несомненно, Линдгрен кое-чему научилась у него во время Второй мировой войны[283].

Через несколько лет после выхода книги «Пеппи Длинныйчулок», что позволило ей в итоге войти в историю детской литературы, Линдгрен опубликовала серию из трех детективов для подростков и детей постарше, и, похоже, эти книги вызвали в Швеции 50-х годов настоящую лихорадку вокруг следственной криминалистики. В одной из этих книг подросток воспользовался своим знанием химии, чтобы провести пробу Марша на кусочке шоколада. Подростка звали Калле Блумквист; эта фамилия появляется также в трилогии «Миллениум»[284] Стига Ларссона, а в экранизации 2010 года «Девушка с татуировкой дракона» Микаэля Блумквиста играет сам Дэниел Крейг[285].

На самом деле проба Марша выполняется настолько легко, что я детально опишу вам этот процесс, и это будет единственный рецепт, который вы найдете в этой книге.

Через образец пропускают газообразный водород Н2. В этом простом веществе водород имеет нулевую степень окисления, но ему очень хочется отдать два своих электрона (по одному на каждый атом Н) и стать Н+ – либо в виде иона, либо в составе какого-либо соединения. Мышьяк в As2O3 имеет степень окисления +3; он забирает три электрона у трех молекул водорода, а затем соединяется с получившимся Н+, в результате чего получается еще один газ – арсин (AsH3)[286] – и вода. Выражаясь языком химиков, As3+ восстанавливается, то есть степень окисления мышьяка понижается (с +3 до –3), а водород окисляется (с 0 до +1). Вот как выглядит эта окислительно-восстановительная реакция:

6H2 (г) + As2O3 (т) → 2AsH3 (г) + 3H2O (ж).

Теперь газ выделился из образца и может подняться в верхнюю часть пробирки вместе с избыточным газом Н2. При нагревании верхней части пробирки газ арсин будет разлагаться на металлический мышьяк и водород:

2AsH3 (г) + теплота → 2As (металл) + 3H2 (г).

Предупреждение: когда Агата Кристи проводила эту пробу, у нее взорвалась кофеварка[287]; как мы уже видели в главе 3, газообразный водород может быть взрывоопасным.

Металл изначально присутствует в смеси в виде газа, но он быстро конденсируется на более холодной стеклянной поверхности, совсем как водяной пар, и на внутренней стороне пробирки образуется красивое «зеркало».

Огромный интерес к этой реакции, привлекавшей внимание таких корифеев химии XIX века, как Йёнс Якоб Берцелиус в Швеции и Юстус фон Либих в Германии, был вызван не только ее потенциалом в деле поимки преступников. Мышьяк был проблемой по двум причинам. Он был широко распространен как крысиный яд, который мог приобрести любой человек, и из-за этого мог внезапно появиться где угодно (как и крысы), но, что еще важнее, сильное сродство между двумя мягкими ионами – As3+ и S2– – означало, что железо, которое часто производилось из сульфидсодержащих минералов, имело примесное содержание мышьяка. Путем различных преобразований эти атомы мышьяка попадали в смесь с другими веществами, и особенно в серную кислоту, которая тогда, как и сейчас, была основой для изготовления многих соединений. Поэтому надежная проба на содержание мышьяка была важна для многих сфер и остается такой и в наши дни.

Всего несколько лет назад в Бангладеш обнаружилась серьезная проблема, связанная с мышьяком, но не по причине промышленного загрязнения, а потому, что новые пресноводные буровые скважины, предназначенные для замены опасных для здоровья поверхностных вод из открытых водоемов, стали давать питьевую воду с высоким природным содержанием мышьяка из-за химического состава подземных минералов[288].

Юхан III, так вероломно отравивший своего брата мышьяком, и близко не достиг такого успеха, как Елизавета I. Его сын Сигизмунд, уже избранный к тому времени королем очень католической Польской Республики, стал его преемником в 1592 году. Дядя Сигизмунда Карл, протестант и младший брат Эрика и Юхана, сверг его в 1599 году. Лишь тогда Швеции наконец удалось избавиться от этих средневековых способов перехода власти.

22

Вернуть будущее назад

В этой главе речь пойдет об очень дорогом металле и о том, как с его помощью сделать дорогостоящее лекарство дешевле. Мы также расскажем вам, как спасти мир и какие транспортные проблемы существуют в мозге.

Есть разные способы въехать в вечность. В 1953 году Одри Хепберн в фильме Уильяма Уайлера «Римские каникулы» воспользовалась для этого мотороллером. После тряской поездки по извилистым улочкам героиня оказывается в полицейском участке, а Хепберн получает «Оскар» за лучшую женскую роль. Совершенно другой подход выбрали Майкл Дуглас и его друзья в фильме «Роман с камнем» (снят Робертом Земекисом в 1984 году и спродюсирован Дугласом): на протяжении большей части фильма Дугласа и Кэтлин Тернер преследует Дэнни де Вито в белом Renault 4L.

Эти скромные средства передвижения были не совсем в стиле Майкла Джея Фокса в следующем фильме Земекиса «Назад в будущее»: транспортом, на котором Фокс отправился к всемирной славе, стал работающий на плутонии спортивный автомобиль DeLorean. Piaggio (производитель мотороллера Vespa, на котором ездила Хепберн) и Renault – крупные компании, существующие по сей день, в то время как DeLorean обанкротилась еще в 1982 году – слишком рано, чтобы получить прибыль от успеха фильма, ставшего сенсационным блокбастером по всему миру в 1985-м. Но, если допустить, что вам удалось найти подержанный DeLorean DMC-12 (единственная модель, которую выпускала эта компания), не ждите, что она отвезет вас назад в 1950-е, даже если вы заправите ее плутонием.

В фильме герой Фокса Марти Макфлай застревает в парадоксе времени и в буквальном смысле вынужден спасать свое собственное будущее. В реальной жизни шесть лет спустя, когда Фоксу было 29, у него диагностировали болезнь Паркинсона, и он начал самую настоящую борьбу за свое будущее, сражаясь с болезнью на всех фронтах.

Болезнь Паркинсона – дегенеративное неврологическое заболевание. У него хронический характер, и в настоящее время нет лекарств, позволяющих его вылечить, но существует терапия, помогающая бороться с симптомами. Впервые болезнь подробно описал английский врач Джеймс Паркинсон, а влиятельный специалист Жан Мартен Шарко, с которым мы ненадолго встретились в главе 12, назвал эту болезнь его именем. Классические симптомы – тремор, ригидность, замедленные движения и проблемы с сохранением равновесия. Проблема для врачей, а следовательно, и для их пациентов заключается в том, что не существует простого химического или биохимического теста, позволяющего выявить болезнь Паркинсона, что порой затрудняет постановку диагноза.

Однако нам известно, что корень проблемы – уменьшение числа нервных клеток мозга и снижение производства молекулы-нейромедиатора под названием дофамин (см. рисунок 46).

Одним из очевидных методов лечения симптомов заболевания кажется простая компенсация недостающего дофамина в мозге. Этот способ выглядит простым на бумаге, но в реальности все оказывается сложнее из-за двух совершенно не связанных между собой химических проблем.

Первое препятствие – это гематоэнцефалический барьер, который, по сути, осуществляет жесткий контроль над тем, какие вещества попадают в химическую систему мозга. Если мы введем дофамин прямо в кровоток, он отскочит от этого барьера, потому что молекула дофамина слишком сильно любит воду из-за наличия в ней так называемых полярных групп: —NH2 (аминогруппа) и двух – ОН (гидроксильные, или спиртовые группы). При этом мы все еще можем обеспечить мозг той молекулой-прекурсором, которую он сам использует для производства дофамина, потому что эту функцию мозга болезнь не затрагивает.

Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 46. Две необходимые мозгу молекулы и одна, не выполняющая никакой функции. Молекула D-3,4-дигидроксифенилаланина неактивна и является зеркальным отражением молекулы L-допа. Жирные черные линии означают, что эти связи направлены за пределы плоскости бумаги, на которой изображены молекулы, в сторону читателя.


Эта молекула называется L-3,4-дигидроксифенилаланин, или коротко L-допа[289]. Если вы посмотрите на рисунки и вспомните, о чем мы только что говорили, то поймете, что у этой молекулы, казалось бы, гораздо меньше шансов пройти через гематоэнцефалический барьер, поскольку в ней есть не только гидроксильные группы, но еще и заряженный аминокислотный конец – а все, что заряжено, любит воду. Работает это следующим образом: L-допа путешествует в качестве попутчика, прицепляясь к белку, который буквально предназначен для того, чтобы распознавать и прятать этот заряженный конец; то есть чтобы избежать воды, молекула садится в такси, которое перевозит ее через границу.

Следующая проблема – левостороннее движение. Когда молекулы садятся в белковое такси, движение может быть только левосторонним, и молекулы L-допы отлично помещаются на сиденье слева от водителя. Ничего страшного – но лишь в том случае, если в нашем лекарстве присутствует только L-допа. Она известна также как Леводопа, где «лево» заменяет L (от латинского laevus – «левая сторона»), поскольку раствор этого соединения поворачивает поляризованный свет против часовой стрелки. Когда это вещество синтезируют в лаборатории, проблема заключается в том, что обычно в итоге получается смесь L-допы и ее зеркального отражения – D-допы, показанной на рисунке 47.

Представьте себе, что большая плоская часть молекулы L-допы, торчащая слева, – это огромных размеров гипс на вашей левой ноге и ступне и вам требуется такси, чтобы пересечь границу. Когда вы сидите на переднем сиденье машины, у двери обычно больше места, а ближе к сиденью водителя его становится меньше. Следовательно, вам будет удобнее в машине с правым рулем, едущей по левой стороне дороги.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 47. L-допа и D-допа – зеркальные молекулы, отличающиеся, как левая и правая руки. Для лечения болезни Паркинсона подходит только левша.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 48. Автомобили для правостороннего и левостороннего движения тоже являются зеркальными отражениями друг друга; химики назвали бы их энантиомерами.


Для настоящих молекул D-допы этот эффект выражен еще сильнее: они даже не смогут сесть в машину, а если бы и сели, то фермент, который отсекает карбоксильный конец в L-допе и преобразует его в необходимый дофамин, не признал бы D-допу.

Итак, очевидно, что нам нужна только L-допа, которую мы будем давать пациентам с болезнью Паркинсона. Однако на деле это оказывается сложнее, чем на словах. Такие молекулы, у которых есть зеркальные варианты, не являющиеся при этом идентичными (совсем как левая и правая руки), называются оптически активными, или, если выражаться более точно, хиральными[290]; долгое время их можно было получить только из биологических источников. Каждый раз, когда химики пытались добиться этого в лаборатории, в круглой лабораторной колбе появлялись молекулы и левого, и правого вращения; этим фактом ловко воспользовались в качестве сюжетного хода Дороти Сэйерс и Роберт Юстас в романе «Следственные документы», опубликованном в 1930 году[291].

Однако с 30-х годов мы проделали большую работу, и сегодня химики регулярно получают в лаборатории любой из зеркальных вариантов (или энантиомеров, как мы предпочитаем их называть) большого числа молекул. Это по-прежнему сложная и дорогостоящая задача, особенно для массового производства, поэтому многие из моих друзей, занимающихся органической химией, посвящают свою исследовательскую карьеру тому, чтобы найти новые улучшенные методы ее решения.

К счастью для больных болезнью Паркинсона, проблему с L-допой еще в богатом на важные события 1968 году решил Уильям Ноулз, химик-технолог в американской химической компании Monsanto. Уже тогда было ясно, что эта молекула будет пользоваться большим спросом, гораздо более высоким, чем тот, который в состоянии удовлетворить природные источники, и в 1974 году началось ее промышленное производство. Это произошло через 14 лет после того, как Арвид Карлссон из Университета Гётеборга впервые предложил L-допу в качестве лекарства от болезни Паркинсона.

Я не стану вдаваться в детали работы этих двух джентльменов – она в достаточной мере описана в других источниках, в частности на сайте Фонда Нобеля, так как оба они стали лауреатами Нобелевской премии за исследования L-допы: Карлссон получил премию в 2000 году за достижения в области физиологии или медицины, а Ноулз в 2001 году был награжден премией по химии. Однако важнейшей частью промышленного способа производства L-допы является катализ с использованием ценного металла родия, а поскольку катализ – центральная концепция современной химии, этот процесс заслуживает дальнейшего рассмотрения.

К настоящему моменту у вас есть хотя бы туманное представление о катализаторах – веществах, которые заставляют химическую реакцию идти гораздо быстрее, не расходуясь при этом в процессе; однако вы, возможно, не осознаете фундаментальной важности, которую это понятие будет иметь для нас в будущем. Если химическая реакция протекает недостаточно быстро, то что нам делать в отсутствие подходящего катализатора? Мы задаем ей взбучку, чаще всего при помощи тепла, и если делать это круглосуточно, то затраты на энергию будут очень высоки. Другая проблема – то, что мы называем выходом реакции и побочными продуктами. Хороший катализатор превращает большее количество реагентов в полезный продукт и производит меньше отходов. Не менее важно и то, что в этом случае будет меньше проблем с отделением полезных веществ от нежелательных молекул, так как в большинстве промышленных химических процессов эта задача требует существенных энергозатрат.

Ноулз и его сотрудники создали родийсодержащую молекулу, в которой одну сторону маленького иона металла прикрывает органическая молекула, использующая для связи с родием фосфор[292]. Эта органическая молекула уже обладает вышеупомянутой хиральностью, и, несмотря на то что реакция протекает на атоме родия, эта хиральность определяет, какая из двух возможных молекул допы образуется. После реакции с участием газообразного водорода и исходного вещества от атома родия отделяется одна молекула L-допы, что позволяет всей структуре из родия и прикрепленной к нему фосфорной органической молекулы вернуться в исходное состояние, а весь процесс может начинаться заново.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 49. Вверху: Упрощенная реакционная схема, показывающая превращение ахирального исходного реагента в энантиомерно (оптически) чистый продукт. Эта реакция протекает в несколько стадий, но хиральность создается родиевым катализатором. Внизу: схематическое изображение родиевого катализатора в действии. Жирными линиями показаны те атомы, которые станут молекулой L-допы[293].


У катализатора есть лишь одно важное ограничение: это не философский камень, и поэтому катализ не может нарушать законы термодинамики. Невозможно найти катализатор, который превратит воду и углекислый газ в топливо, потому что, выражаясь языком термодинамики, это реакция с возрастающей энергией. Те реакции, которые мы можем осуществлять на практике, – убывающие с точки зрения свободной энергии Гиббса (с которой мы встречались, когда обсуждали наполеоновские пуговицы), что, заметим, отличается от утверждения о том, что во всех самопроизвольных реакциях выделяется тепло.

Термодинамика, особенно химическая, – весьма увлекательный предмет, но многие студенты считают ее трудной. Мне кажется, отчасти проблема заключается в том, что сначала термодинамика утверждает очевидное, но при этом с большим количеством математических подробностей, и это вгоняет всех в сон; а когда студенты просыпаются, лектор уже добрался до частных производных и символов S, G и μ, и студентам очень трудно наверстать упущенное. Это как если бы кому-то объясняли правила крикета и человек заснул на словах о том, что отбивающий бьет по мячу, а проснулся уже в разгаре игры.

Для меня термодинамика – это здравый смысл сквозь призму математики. Вы вдруг видите вещи гораздо более отчетливо, изучаете прежде скрытые взаимосвязи и приходите к выводам, которых раньше не замечали. Например, начав с известного количества молекул А и В – скажем, углекислого газа и воды, – вы можете подсчитать, сколько C и D – например, октана (углеводородной молекулы в составе бензина) и кислорода – вы можете получить при любой заданной температуре: оказывается, нисколько, потому что энергия Гиббса возрастает в этой реакции при любых условиях. Не повезло: таким простым путем решить проблему глобального потепления не выйдет.

Так что катализаторы не могут изменять закономерности термодинамики, но для химических реакций они играют ту же роль, что масштабные инженерные проекты для Альп: больше не нужно пересекать горные перевалы, чтобы добраться до Средиземного моря, ведь вы можете доехать туда по Симплонскому тоннелю. Катализаторы обеспечивают удобный и кратчайший нисходящий путь в обход того, что химики называют кинетическими барьерами или энергиями активации (см. рисунок 50). Эти препятствия очень похожи на наши собственные активационные барьеры: приятно лежать на диване, но еще приятнее заснуть в кровати, хотя для того, чтобы до нее добраться, требуется определенное усилие.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 50. Расчет энергии Гиббса говорит нам, идет ли дорога к пляжу вниз, но не говорит, как туда добраться. Лучшим решением станет путешествие по тоннелю катализа.


Катализ не ограничивается промышленными процессами и тем, что происходит в каталитическом конвертере выхлопных газов в автомобиле. Он протекает с каждым вдохом, который вы делаете. Органические молекулы, такие как углеводы и жиры, предоставляют необходимую нашему телу энергию. Когда они усваиваются, энергия конвертируется в удобную форму, управляющую биохимическими процессами в организме, а углекислый газ и вода выделяются в качестве отходов. Углекислый газ образуется в форме ионов гидрокарбоната (НСО3), а им нужно присоединить ион Н+ и распасться на воду и газообразный СО2 прежде, чем мы сможем выдохнуть углекислый газ из легких. Вы можете наблюдать эту реакцию, если добавите лимонный сок (будучи кислотным, он предоставит ионы Н+) в газированную воду; и, хотя кажется, будто реакция случается мгновенно – поскольку мы немедленно видим пузырьки СО2, – в биохимическом смысле она слишком медленная, чтобы наше дыхание могло нормально функционировать. В нашем теле есть цинксодержащий фермент под названием карбоангидраза, который катализирует эту реакцию и является одним из самых эффективных среди всех известных нам ферментов.

В общих чертах фермент – это белок, который работает в качестве катализатора, а в мозге есть еще один фермент, который берет молекулы L-допы и превращает их в активный нейромедиатор дофамин, и именно таким образом страдающие от болезни Паркинсона получают некоторое облегчение.

Хотя получение дофамина из L-допы – это реакция с убывающей энергией Гиббса, производство молекул L-допы в организме, возможно, ею не является. Как же с этим справляется наша биохимия? Это один из особых признаков живого организма? Нет, тело объединяет реакции химическим путем; это похоже на то, как не имеющие собственного мотора вагоны присоединяются к локомотиву и получается поезд.

На рисунке 51 расположенный справа маленький поезд может безо всяких усилий ехать вниз, к Пляжу низкоэнергетических продуктов. Однако избыточная энергия просто трансформируется в теплоту, растворившись во Вселенной, и нет способа использовать эту энергию, чтобы сдвинуть расположенный слева поезд, – если только мы не объединим эти реакции химическим путем при помощи какого-либо общего реагента или промежуточного продукта (интермедиата). Это даст нам трос, который потянет поезд из Долины стабильных реагентов на Плоскогорье желаемых молекул.


Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 51. Позволив правому поезду тянуть левый на буксире, мы можем поднять левый поезд на Плоскогорье желаемых молекул, когда правый поезд отправится к Пляжу низкоэнергетических продуктов.


Сегодня химикам многое известно о принципах катализа и о том, как использовать металлы, органические молекулы и ферменты для достижения нужного результата; однако мы также знаем, что требуется еще многое сделать. Возможно, той прекрасной работе, которую выполняет Фонд Майкла Дж. Фокса по исследованию болезни Паркинсона[294][295], поможет какой-нибудь инновационный каталитический процесс. Возможно, способ лечения болезни Паркинсона скрывается в дальнейших исследованиях стволовых клеток или в более биологическом подходе, а не в низкомолекулярных лекарствах. Надежда есть до тех пор, пока мы поддерживаем в рабочем состоянии наше драгоценное высокотехнологичное общество, обеспечивая его достаточным количеством энергии.

Ответом на глобальный вопрос доступа к энергии также выступает катализ. Огромные запасы угля не могут спасти нас в долгосрочной перспективе, даже если у нас будет эффективный способ избавиться от углекислого газа. В краткосрочной перспективе большую важность может приобрести энергия ядерного распада, но ее мало кто рассматривает в качестве постоянного решения проблемы, а энергия термоядерного синтеза – это джокер в колоде, которому мы не можем доверять. Однако, с другой стороны, нам известно, что при действии солнечных лучей (а точнее, при действии высокоэнергетических фотонов) на воду может протекать реакция, в результате которой образуются газы Н2 и О2. Достаточно рассчитать энергию Гиббса в этом процессе:

фотон + 2Н2О → 2Н2 + О2.

Для фотонов видимого и ультрафиолетового света энергия Гиббса при протекании этого процесса в самом деле убывает. Мы могли бы просто радоваться по дороге на пляж, если бы только нашли нужный катализатор. «Искусственный фотосинтез» – вот такое запоминающееся название есть у нас для этой реакции, и долгое время она выступает в роли чего-то вроде Священного Грааля для химиков. В классической комедии 1938 года «С собой не унесешь», снятой инженером-химиком Фрэнком Капрой[296][297], Джеймс Стюарт признается Джин Артур, что на самом деле он хочет научиться понимать фотосинтез, а не просто копить деньги, как остальные члены его семьи.

Однако Капра не дает нам решения вопроса; эта сцена присутствует в фильме для того, чтобы продемонстрировать благородство героя Стюарта, Тони Кирби, перед его будущей невестой Элис Сикамор. А вот авторы технологических триллеров Клайв и Дирк Касслер в романе 2004 года «Арктический дрейф» бесстрашно предлагают свой выход из энергетического кризиса[298]. Имея склонность к сложным и ярким сюжетным ходам, они ради пущего эффекта вводят в повествование пропавшие корабли экспедиции Франклина «Террор» и «Эребус» (см. главу 18) и основывают решение мировой энергетической проблемы на рутениевых катализаторах, при этом в качестве злого гения выступает нефтяной и газовый магнат, из которого бы получился достойный противник для Джеймса Бонда.

В эпилоге авторы утверждают, что «установка для проведения фотосинтеза в Китимате будет безопасно и эффективно превращать углекислый газ в воду и водород без всякого риска для окружающей среды», из чего становится ясно, что в этот роман они вложили больше воображения, чем науки. Куда делся углерод и откуда взялся водород, если вы начинаете с СО2 и приходите к Н2О и Н2? Однако в качестве катализатора авторы используют рутений, находящийся слева от родия в Периодической таблице. В этом они не так уж и ошиблись, поскольку на самом деле рутений – любимый элемент химиков, работающих над созданием систем, которые собирают солнечные лучи и преобразуют их в полезную энергию. Правда, зеленые листья не используют рутений – начать с того, что для них его количество в мире слишком мало. Вместо него в очень сложных ферментативных молекулярных машинах, которые ученые называют «фотосистема I» и «фотосистема II», используются ионы металлов – магния, железа, меди и марганца.

Обласканный критикой британский писатель Иэн Макьюэн не дает нам такого же ясного представления о том, что использует в качестве катализатора Майкл Бирд – антигерой его романа 2010 года «Солнечная»[299]. Этот гнусный и бессовестный лауреат Нобелевской премии по физике, почти утративший способность к научной мысли, крадет изобретение у молодого коллеги, который очень кстати (для Бирда, как выясняется) падает замертво в его гостиной. Конец романа оставляет нас в неведении относительно того, действительно ли это изобретение сможет катализировать реакцию, в которой фотоны взаимодействуют с водой, а в результате образуются водород и кислород, но в книге присутствует довольно много точных физических деталей. Вот что сам Макьюэн говорит об этом: «Думаю, причина того, что многие романы кажутся мне скучными, в том, что они рассказывают только об эмоциях; в них недостаточно крепкого разума. Мне нравятся романы, в которых есть и то и другое. Многие романы слишком уж робки в интеллектуальном плане»[300].

И родий, и рутений – очень дорогие металлы, но в качестве катализаторов их можно использовать снова и снова – в чем, собственно, и цель. Катализ будет играть важную роль в энергосистемах будущего. Мы не знаем, так ли это будет в лечении болезни Паркинсона, но пока что катализ приносит большое облегчение многим страдальцам.

По этим и многим другим причинам для меня настало время завершить эту книгу, надеть лабораторный халат и продолжить преподавательскую и исследовательскую деятельность, ибо никогда прежде мир так не нуждался в химии и высокообразованных специалистах в этой области, как он нуждается в них сегодня.

Благодарности

В первую очередь я хотел бы поблагодарить мою семью: Нину Канн, Агнес Орстрём Канн и Ребекку Орстрём Канн, которым пришлось слишком долго мириться с этим проектом.

Благодарю также Лату Ментон, Эмму Ма и команду издательства Oxford University Press, Бернадетт Плиссар из Шведско-финско-шотландского сообщества писателей и художников в Гре-сюр-Луэн под Фонтенбло и Питера Коттино и его сотрудников из Фонда виллы Сан-Микеле Акселя Мунте на Капри.

Многие люди читали отдельные части этой рукописи, и я благодарен всем вам за исправление моих ошибок и за ваши ценные комментарии. Однако вы никоим образом не связаны с ошибками и упущениями, которые, несомненно, остались в книге – все они исключительно мои. Выражаю искреннюю благодарность Нине Канн, Клосу-Руне Орстрёму, Йорану Свенссону, Кристиану Экбергу, Нилу Чемпнису, Деборе Кэйс, Анне Бёрье, Йеркеру Мортенсону, Вратиславу Лангеру, Перу Линкольну, Перу Куллхеду, Бирте Шёберг, Торбьёрну Гранлунду, Гуннару Вестману, Йорану Петерссону, Хансу Ниссбрандту, Анне Саид, Алирезе Мовахеди, Сьюзан Борн, Линде Канн, Яну Реедейку, Вадиму Кесслеру, Петеру Стилбсу, Ларсу Бентеллу, Бритт Мари Хартвиг, Йоханне Нгануну Мачариа, Клосу Никлассону, Изабель Мишо-Соре, Мари Бригантини, Петтеру Дьерфу, Антти Лаурила, Элине Лаурила, Берндту Бьёрнлениусу.

За помощь в ответах на различные запросы я благодарю покойного Теодора Рокуэлла, Бьярне Беккера, Фрэнка Дилейни, Мэри Грин, Дэниела Рабиновича, Эугениюса Буткуса, Римантаса Янкаускаса, Адама Замойского, Джона Уильямса, Ингве Аксельссон, Рихарда Ван Тройрена, Вилько Койра, Андерса Эдлинга, Литовский государственный музей в Вильнюсе, отдел коллекции рукописей в библиотеке Университета Уппсалы, библиотеку Гётеборгского университета и Ассоциацию производителей стали в Стокгольме.

За финансовую поддержку я хотел бы поблагодарить Фонд Хассельбладов, выделивший мне писательскую стипендию на пребывание в отеле «Шевийон» в 2008 году, Фонд виллы Сан-Микеле на Капри за финансирование моего пребывания на вилле в 2011 году и Королевское химическое общество за Международный писательский грант в 2012 году. Выражаю искреннюю благодарность Фонду Чалмерса за щедрую помощь и поддержку в 2012 году.

Библиография

Для получения общих сведений по химической промышленности и химической технологии я пользовался многотомными энциклопедиями, которые служат стандартным источником информации для инженера-химика и содержат обширные статьи по всем касающимся химии темам, от атомной энергии до ароматов:

Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. John Wiley & Sons, 1999–2012.

Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co., 1999–2013.


Общие сведения по химии:

Cotton F.A., Wilkinson G. Advanced Inorganic Chemistry. Wiley, 1989.

Greenwood N.N., Earnshaw A. Chemistry of the Elements. Pergamon Press, 1997.


Книга по истории химии и химической промышленности, которая есть на моей полке:

Ihde А.J. The Development of Modern Chemistry. Dover Publications, 1984.

Другие общие источники:

Emsley J. Nature’s Building Blocks: An A – Z Guide to the Elements. Oxford

University Press, 2003.

Emsley J. The Elements of Murder. Oxford University Press, 2005.


Для поиска информации о фильмах и киноактерах я в основном пользовался следующими источниками:

Maltin L. Leonard Maltin’s 2010 Movie Guide. Plume, 2009.

Thomson D. The New Biographical Dictionary of Film. Knopf, 2003.

Примечания

Предисловие: таблица Менделеева и код да Винчи

1. Периодическая таблица химических элементов ИЮПАК (Международный союз специалистов по теоретической и прикладной химии, 2012 г.). URL: https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/.

2. Scerri E.R. The Periodic Table: Its Story and Its Significance. Oxford University Press, 2006.

3. Ball P. There is No Hidden Understanding to be Teased out by “Improving” the Periodic Table, Argues Philip Ball. But Eric Scerri Begs to Differ // Chemistry World, September 2010.

4. Браун Д. Код да Винчи (The Da Vinci Code). АСТ, 2004.

5. Адамс Д. Автостопом по галактике (The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy). АСТ, 1997.


1. Мистер Кхама придет к обеду

1. Mwakikagile G. Botswana Since Independence. New Africa Press, 2009.

2. Parsons N., Henderson W., Tlou T. Seretse Khama. Macmillan, 1995; Mbanga W., Mbanga T., Seretse & Ruth. Tafelberg, 2005; Dutfield M. A Marriage of Inconvenience. Harper Collins, 1990.

3. Ibidem.

4. Duffy R.J. History of Nuclear Power // Encyclopedia of Energy. Elsevier, 2004. Vol. 4.

5. 49 Uranium Rush // Popular Mechanics, 2 (91). 1949.

6. Willis R.P.H. The Uranium Story – An Update // The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy, 106. 2006. P. 601–609; Masiza Z. A Chronology of South Africa’s Nuclear Program // The Nonproliferation Review Fall, 1993. P. 35–55.

7. Parsons, Seretse Khama.

8. Hyam R. The Political Consequences of Seretse Khama: Britain, the Bangwato and South Africa, 1948–1952 // The Historical Journal, 29. 1986.

9. Dutfield, A Marriage of Inconvenience.

10. Hyam R., Henshaw P. Prime Minister’s Office Papers // The Lion and the Springbok: Britain and South Africa Since the Boer War. Cambridge University Press, 2003.

11. Willis, The Uranium Story; Masiza, A Chronology of South Africa’s Nuclear Program.

12. McCall Smith A. The Number One Ladies Detective Agency. Polygon, 1999.

13. Hyam, Henshaw, The Lion and the Springbok.

14. Campbell D. Alabama Votes on Removing its Ban on Mixed Marriages Special Report: The US Elections // The Guardian, 3 November 2000.


2. Из Биттерфельда с любовью

1. Некролог Henry S. Lowenhaupt, 87; CIA Trailblazer // The Washington Post. 14 March 2006.

2. Lowenhaupt H.S. Chasing Bitterfeld Calcium // Studies in Intelligence, 1 (17). 1996 (подчищенная версия: оригинал опубликован в 1973 г.).

3. Goodman M.S. Spying on the Nuclear Bear: Anglo-American Intelligence and the Soviet Bomb. Stanford University Press, 2007.

4. Campbell C. A Questing Life. iUniverse, 2006.


3. Загадочное происшествие с собакой в дирижабле

1. Brinck B. «Stockholms-Tidningen». Шведский журналист находился на борту дирижабля Hindenburg в 1937 г. и отправил домой в Стокгольм несколько статей во время последнего путешествия; эти статьи были процитированы в 2011 г. в документальном фильме канала Sveriges Radio под названием Ombord på Hindenburg, снятом 30 января 2010 г.

2. Russell P. Faces of the Hindenburg. 2013. URL: http://facesofthehindenburg.blogspot.com.

3. The Hydrogen and Fuel Cells Program // U.S. Department of Energy. 2013. URL: http://www.hydrogen.energy.gov/.

4. Личное общение. Рихард Ван Тройрен пользовался данными из Schiller H.V. Zeppelin, Wegbereiter des Weltluftverkehrs. Kirschbaum Verlag, 1966.

5. Пленка, отснятая на борту дирижабля Hindenburg во время последнего полета. YouTube, URL: http://www.youtube.com/watch?v= 0rSzc8JxBFg.

6. Medlicott W.N. The Economic Blockade // History of the Second World War, United Kingdom Civil Series. Longmans, Green and Co., 1952.

7. Woolley J.T., Peters G. Herbert Hoover, Statement About the Export of Helium at the President’s News Conference, October 10, 1930. The American Presidency Project, 1930. URL: https://www.presidency.ucsb.edu/documents/the-presidents-news-conference-773.

8. Shute N. Slide Rule. Heinemann, 1954.

9. White G.J., Maze J.R. Harold Ickes of the New Deal: His Private Life and Public Career. Harvard University Press, 1985.

10. Woolley J.T., Peters G. Recommendation on a Policy for Helium Export, May 25, 1937. The American Presidency Project, 1937. URL: https://www.presidency.ucsb.edu/documents/recommendation-policy-for-helium-export.

11. Helium to Germany // Time Magazine. 17 January 1938.

12. Ickes H.L. The Secret Diary of Harold L. Ickes: The Inside Struggle: 1936–1939. Simon and Schuster, 1955. Vol. 2.


4. Шпион и сарацинский секрет

1. Berg P. Background and Biography // R.R. Angerstein’s Illustrated Travel Diary, 1753–1755: Industry in England and Wales from a Swedish Perspective. Science Museum, 2001.

2. Angerstein R.R. Angerstein’s Illustrated Travel Diary, 1753–1755: Industry in England and Wales from a Swedish Perspective. Science Museum, 2001.

3. Berg, Background and Biography.

4. Ibidem.

5. Чтобы узнать больше о более поздних попытках шпионажа против Хантсмана, см. путешествия Йохана Людвига Робзама в книге Rydberg S. Svenska studieresor till England under frihetstiden. Almquist & Wiksells boktryckeri, 1951. P. 170–187.

6. Скотт В. Талисман, или Ришард в Палестине: из истории времен Крестовых походов (The Talisman). Москва: тип. С. Селивановского, 1827.

7. Reibold M., Paufler P., Levin A.A., Kochmann W., Patzke N., Meyer D.C. Materials – Carbon nanotubes in an ancient Damascus sabre // Nature, 444 (286). 2006.

8. Mader S. Scott’s “Talisman”, Damask Salad and Nano-wires – Observations to the Fundamental Natural Scientific Studies of Phantoms. Waffen-Und Kostumkunde 49, 45. 2007.

9. Fornander M. Biografi // R.R. Angersteins resor genom Ungern och Österrike 1750. Jernkontorets bergshistoriska utskott, 1992; Naumann E. Reinhold Rüdker Angerstein // Svenskt biografiskt lexikon. Riksarkivet, 1918. Vol. 1. P. 792.

10. Palmer M. Introduction // R.R. Angerstein’s Illustrated Travel Diary, 1753–1755: Industry in England and Wales from a Swedish Perspective. Science Museum, 2001.

11. Farrell S.M. Wentworth, Mary Watson, marchioness of Rockingham (bap. 1735, d. 1804) // Oxford Dictionary of National Biography. Oxford University Press, 2004.


5. Биопиратство, или Проклятие мускатного ореха

1. Пруст М. В сторону Свана: В поисках утраченного времени. Academia, 1927; оригинал впервые опубликован в 1913 г.

2. Milton G. Nathaniel’s Nutmeg. Penguin Books, 1999.

3. International Trade Centre, World Markets in the Spice Trade 2000–2004 // UNCTAD/WTO. 2005.

4. Конвенция ООН о биоразнообразии: The Convention on Biological Diversity, 120901. URL: http://www.cbd.int/

5. Milton, Nathaniel’s Nutmeg.


6. Смерть в доме № 29

1. Andersson H. Från dygdiga Dorothea till bildsköne Bengtsson berättelser om brott i Sverige under 400 år. Vulkan, 2009.

2. Горнопромышленный район Большой Медной горы в Фалуне, объект Всемирного наследия ЮНЕСКО (2001). URL: http://whc.unesco.org/en/list/1027.

3. Mwakikagile G. Africa 1960–1970: Chronicle and Analysis. New Africa Press, 2009.

4. Chilean President Salvador Allende Committed Suicide, Autopsy Confirms // The Guardian, 20 July 2011.

5. Borger J. New Inquiry Set Up Into Death of UN Secretary General Dag Hammarskjöld // The Guardian, 18 July 2012.


7. Камни голубых кровей и узник в клетке из кристаллов

1. Finlay V. Colour: Travels Through the Paintbox. Sceptre, 2003.

2. Polo M., Benedetto L.F. The Travels of Marco Polo: Translated into English from the Text of L.F. Benedetto. Asian Educational Services, 1931.

3. Wood J. A Personal Narrative of a Journey to the Source of the River Oxus. John Murray, 1841.

4. Finlay, Colour.

5. Perry T. Afghan Commander Massoud, Killed on Eve of 9/11 Attacks, is a National Hero Proclaimed September 9 as Massoud Day // Los Angeles Times, 22 September 2010.

6. Некролог Ahmad Shah Massoud // The Telegraph, 17 September 2001.

7. Dupee M. Afghanistan’s Conflict Minerals: The Crime—State—Insurgent Nexus // United States Military Academy, 2012. URL: https://www.ctc.usma.edu/afghanistans-conflict-minerals-the-crime-state-insurgent-nexus/.

8. Hildebrandt G. The Discovery of the Diffraction of X-rays in Crystals – A Historical Review // Crystal Research and Technology, 28 (747). 1993.

9. Hassan I., Peterson R.C., Grundy H.D. The Structure of Lazurite, Ideally Na6Ca2(A16 Si6O24) S2, a Member of the Sodalite Group // Acta Crystallographica, 41 (827). 1985; Arieli D., Vaughan D.E. W., Goldfarb D. New Synthesis and Insight into the Structure of Blue Ultramarine Pigments // Journal of the American Chemical Society, 126 (5776). 2004.

10. Fleet M.E., Liu X. Absorption Spectroscopy of Ultramarine Pigments: A New Analytical Method for the Polysulfide Radical Anion S3 – chromophore // Spectrochimica Acta Part B, 65 (75). 2010.

11. Perry, Afghan Commander Massoud.


8. Бриллианты навсегда, а также цирконий для подводных лодок

1. Smith A.M. Tears of the Giraffe. Polygon Books, 2000.

2. Delaney F. Simple Courage: A True Story of Peril on the Sea. Random House, 2006.

3. Bekker B. Flying Enterprise & Captain Carlsen. Bekkers forlag, 2011.

4. Rockwell T. The Rickover Effect: How One Man Made a Difference. Naval Institute Press, 1992.

5. Rickover H.G., Geiger L.D., Lustman B. History of the Development of Zirconium Alloys for Use in Nuclear Reactors // United States Energy Research and Development Administration, Division of Naval Reactors, 1975.

6. Hayes E.T. Part VII – Alloys // Zirconium: Its Production and Properties, U.S. Bureau of Mines Bulletin, 561 (1956). P. 93.

7. Bekker, Flying Enterprise & Captain Carlsen.

8. Из личного общения с Т. Рокуэллом. 2012.

9. Bowman F.L. S., Statement of Admiral F.L. ‘Skip’ Bowman, U.S. Navy Director, Naval Nuclear Propulsion Program Before the House Committee on Science 29 October 2003. URL: http://www.spaceref.com/news/viewsr.html?pid=10826.


9. Графитовая долина: информационные технологии в Озерном крае XVIII века

1. Petroski H. The Pencil: A History of Design and Circumstance. Knopf, 2006.

2. Tyler I. Seathwaite Wad, and the Mines of the Borrowdale Valley. Blue Rock Publications, 1995.

3. Collingwood W.G. Lake District History. Titus Wilson & Son, 1925.

4. An Act for the More Effectual Securing Mines of Black Lead from Theft and Robbery, The Statues at Large from the Twentieth Year of Reign of King George the Second to the Thirtieth Year of Reign of King George the Second. Mark Basket, 1764. Vol. 7. P. 415.

5. Pederson J.P. International Directory of Company Histories. Gale, 2005. Vol. 73.

6. Petrie G. Hand of Glory. Pan Books, 1979.

7. Walpole H. Rouge Herries. Macmillan, 1932.


10. Император и мисс Смилла

1. Хёг П. Смилла и ее чувство снега. SYMPOSIUM, 2013.

2. Hees A. v. Fiction and Reality in Smilla’s Sense of Snow // European Studies, An Interdisciplinary Series in European Culture, History and Politics, 18 (215). 2002.

3. Geller T. Aluminum: Common Metal, Uncommon Past // Chemical Heritage Magazine, 8. 2007.

4. Kenney G.I. Dangerous Passage: Issues in the Arctic. Natural Heritage Books, 2006.

5. Sørensen A.K. Denmark-Greenland in the Twentieth Century. Museum Tusculanum Press, 2009.

6. Lorentz G., Hommerberg S. Bernt Balchen – Den flygande vikingen. AB Allhems förlag, 1945.

7. Representative Missions: Heroya // Army Air Forces Report, 4 January 1944.

8. Bo Widfeldt R.W. Making for Sweden: The Story of the Allied Airmen Who Took Sanctuary in Neutral Sweden. P. 2 The United States Army Air Force. Air Research Publications, 1998.

9. Ramberg L. Kyoto och fjärilarna. Kabusa Böcker, 2007.

10. Forster P., Ramaswamy V., Artaxo P. et al. Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing // Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of 181 Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 2007.

11. Secher K., Johnsen O. Minerals in Greenland // Geology and Ore. Geological Survey of Denmark and Greenland (GEUS), 2008.


11. Встреча на плоскогорье

1. He Did Not Know of the A-bomb Plan. История Йоахима Рённеберга и другие документы на английском и норвежском языках на сайте семьи Рённеберг. URL: http://www.ronneberg.org/.

2. Thomas N. Foreign Volunteers of the Allied Forces 1939–1945. Osprey Publishing, 1991.

3. Jones R.V. Most Secret War. Hamish Hamilton, 1978.

4. Thomas, Foreign Volunteers of the Allied Forces.

5. Uttersrud U. Leif Tronstad Vitenskapsmann, etterretningsoffiser og militærorganisator 1903–1945. Teknologihisotria, Engineering education, Oslo andAkershus University College of Applied Sciences. URL: https://web.archive.org/web/20080113003506/http://www.iu.hio.no/~ulfu/historie/tronstad/index.html; Okkenhaug K. NTH-professoren som snøt Hitler for atombomben // Adresseavisen, 14 March 2008.

6. Jones, Most Secret War.

7. Nordahl M. Tungtvannsaksjonen som mislyktes // forskning.no, онлайн-издание, посвященное норвежским и международным исследованиям. 2011.


12. Последний алхимик в Париже

1. Sjöstrand L. Tegnér, Strindberg och Fröding – Diktare under psykiatrins lupp // Läkartidningen, 102 (660–662). 2005.

2. Owen J. Stephen Fry: My Battle with Mental Illness, The Comic Actor Talks Openly for the First Time About the Self-loathing Brought About By His Bipolar Disorder // The Independent, 17 September 2006.

3. Quiroz J.A., Gould T.D., Manji H.K. Molecular Effects of Lithium // Molecular interventions, 4 (259). 2004.

4. Hultqvist L. Strindberg: Guldmakaren in Nationalencyklopedin. 2004.

5. Стриндберг A. Жители острова Хемсё. Вага, 1989.

6. Across the great divide // Nature Physics, 309. 2009.

7. Kauffman G.B. August Strindberg, Goldmaker // Gold Bulletin, 21 (584). 1983, 1988.

8. Ibid.


13. Простите мой французский: капитан Хэддок и страдания савойяров

1. Saussure H.B. d. Voyages dans les Alpes. Samuel Fauche, 1786. Vol. 2.

2. Hetzel B.S. The Nature and Magnitude of the Iodine Deficiency Disorders // Towards the Global Elimination of Brain Damage Due to Iodine Deficiency. Oxford University Press, 2004.

3. Orgiazzi J., Spaulding S.W. Milestones in European Thyroidology (MET) Jean-Francois Coindet (1774–1834). The European Thyroid Association.

4. Rosenfeld L. Discovery and Early Uses of Iodine // Journal of Chemical Education, 77 (984). 2000.

5. Beckers C. Milestones in European Thyroidology (MET) Introduction. The European Thyroid Association.

6. Droin G. Endemic Goiter and Cretinism in Alps: Evolution of Science and Treatments, Transformation of the Pathology and its Representations // International Journal of Anthropology, 20 (307). 2005.

7. McNeil Jr D.G. In Raising the World’s I.Q., the Secret’s in the Salt // New York Times, 16 December 2006.

8. Micronutrients, Macro Impact: The Story of Vitamins and a Hungry World. Sight and Life, 2012.


14. Две блестящие карьеры

1. Goetz C.G., Bonduelle M., Gelfand T. Charcot: Constructing Neurology. Oxford University Press, 1995.

2. Goodman L.S., Gilman A. The Pharmacological Basis of Therapeutics: A Textbook of Pharmacology, Toxicology, and Therapeutics for Physicians and Medical Students. Macmillan, 1970.

3. Brandt E.N. Growth Company: Dow Chemical’s First Century. Michigan State University Press, 1997.

4. Ibid.

5. Кристи А. Загадочное происшествие в Стайлсе (The Mysterious Affair at Styles). Ээсти раамат, 1984.

6. Matsson O. En dos stryknin: om gifter och giftmord i litteraturen. Bokförlaget Atlantis, 2012.

7. Robertson J.H., Beevers C.A. The Crystal Structure of Strychnine Hydrogen Bromide // Acta Crystallographica, 4 (270). 1951.

8. Кристи А. Автобиография (Agatha Christie: An Autobiography). Лимбус-пресс: РИК «Культура», 1997.

9. Verg E., Plumpe G., Schultheis H. Meilsteine, 125 Jahre Bayer 1863–1988. Informedia Verlags-GmbH, 1988.


15. Война и тщеславие

1. База данных Комиссии по сохранению могил погибших на войне за Британскую империю. 2013. URL: http://www.cwgc.org/.

2. Arthur M. Dictionary of Explosives. P. Blakiston’s Son & Co, 1920; Williams J. From Corn to Cordite. John Williams, 2010.

3. Lloyd G.D. War Memoirs of David Lloyd George. Ivor Nicholson & Watson, 1933.

4. Bud R. The Uses of Life: A History of Biotechnology. Cambridge University Press, 1994.

5. Keshav T. Biotechnology. John Wiley & Sons (Asia), 1990.

6. Kauffman G.B., Mayo I. Chaim Weizmann (1874–1952): Chemist, Biotechnologist, and Statesman, the Fateful Interweaving of Political Conviction and Scientific Talent // Journal of Chemical Education, 71 (209). 1994.

7. Shaw G.B. Arthur and the Acetone: Complete Plays Vol. III. Dodd, Mead & Company, 1962.

8. Lloyd G.D. War Memoirs.

9. Weizmann C. Trial and Error. Harper, 1949.

10. Burr L. British Battlecruisers 1914–1918. Osprey Publishing, 2006.

11. Brown D.K. The Grand Fleet: Warship Design and Development, 1906–1922 // Naval Institute Press, 2010 (1-е издание: Chatham, 1999).

12. Loftus Jones VC: A Biography. Royal Naval Museum Library, Portsmouth, 2005.


16. Когда государственная безопасность была дурно пахнущим занятием

1. Langlet O. Salpetersjuderiet och salpetersjudarna // Från Borås och de Sju häraderna, 29. 1975; Arrhenius S. Kemien och det moderna livet. H. Gebers, 1919.

2. Langlet, Salpetersjuderiet och salpetersjudarna.

3. Tidskrift en KGF-nytt, Kronobergs Genealogiska Förening. 2006; Upphittad dödskalle // Agunnaryds Allehanda, 2010.

4. Cressy D. Saltpeter: The Mother of Gunpowder. Oxford University Press, 2013.

5. Nilsson B. Loshultskuppen // Terra Scaniae (образовательный сайт регионального совета Сконе). URL: http://www.ts.skane.se/; Åberg A. Snapphanarna. LTs förlag, 1952.


17. Армия Бонапарта, или Пропадающие пуговицы

1. Замойский А. 1812. Фатальный марш на Москву. Эксмо, 2013.

2. LeCouteur P., Burreson J. Napoleon’s Buttons. Jeremy P. Tarcher, 2004.

3. Chang R. General Chemistry, 10th ed. McGraw-Hill, 2010.

4. Petrucci R., Harwood W.S., Madura J.D. General Chemistry: Principles and Modern Applications. Pearson/Prentice Hall, Upper Saddle River, 2007.

5. Vionnet de Maringoné L.J. Campagnes de Russie & de Saxe (1812–1813): Souvenirs d’un Ex-commandant des Grenadiers de la Vieille-garde. E. Dubois, 1899 (оригинал из Калифорнийского университета, оцифрованный 10 ноября 2007 г.).

6. LeCouteur, Napoleon’s Buttons; Emsley J. Nature’s Building Blocks: An A—Z Guide to the Elements. Oxford University Press, 2001.

7. Например: http://l.brenet.free.fr/grognards.htm.

8. Signoli M., Ardagna Y., Adalian P. et al. Discovery of a Mass Grave of Napoleonic Period in Lithuania (1812, Vilnius) // Comptes Rendus Palevol, 3 (219). 2004.

9. Толстой Л. Война и мир. Тип. Т. Рис. У Мясницких ворот, 1868.

10. Замойский, 1812.

11. Замойский A., личное общение и переписка по электронной почте. 2008.

12. Dana J.D., Dana E.S. Item Notes: v. 177 // The American Journal of Science, 1909.

13. Cohen E. The Allotropy of Metals (A Lecture Delivered before the Faraday Society, Tuesday, June 13, 1911) // Transactions of the Faraday Society, 1911.

14. Fritsche C. Ueber eigenthumlich modificirtes Zinn // Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 2 (112). 1869.

15. Baudin R., Fraisse O. Tout la lumière sur l’ètain // Bulletin de l’Union des Physiciens, 865 (961). 2004.

16. Замойский, 1812.


18. О чем предупреждал Марк Витрувий Поллион

1. Simple Steps to Protect Your Family from Lead Hazards. United States Environmental Protection Agency, United States Consumer Product Safety Commission, United States Department of Housing and Urban Development, EPA747-K-99–001, 2003.

2. Поллион М.В. Книга VIII из «Десяти книг об архитектуре». Изд-во Всес. акад. архитектуры, MCMXXXVI (1936).

3. Mays S., Ogden A., Montgomery J., Vincent S., Battersby W., Taylor G.M. New Light on the Personal Identification of a Skeleton of a Member of Sir John Franklin’s Last Expedition to the Arctic, 1845 // Journal of Archaeological Science, 38 (1571). 2011.

4. Battersby W. Identification of the Probable Source of the Lead Poisoning Observed in Members of the Franklin Expedition // Journal of the Hakluyt Society, September 2008.

5. Keenleyside A., Song X., Chettle D.R., Webber C.E. The Lead Content of Human Bones from the 1845 Franklin Expedition // Journal of Archaeological Science, 23 (461). 1996.

6. Mills W.J. Exploring Polar Frontiers: A Historical Encyclopedia, Vol. 1. ABCCLIO, 2003.

7. Lidsky T.I., Schneider J.S. Lead Neurotoxicity in Children: Basic Mechanisms and Clinical Correlates // Brain, 126 (5). 2003.

8. Kovarik W. Ethyl-leaded Gasoline: How a Classic Occupational Disease became an International Public Health Disaster // International Journal of Occupational and Environmental Health, 11 (384). 2005.

9. Kovarik W. Charles F. Kettering and the 1921 Discovery of Tetraethyl Lead in the Context of Technological Alternatives (исправлено и дополнено в 1999); Seyferth D. The Rise and Fall of Tetraethyl-lead: 1. Discovery and Slow Development in European Universities, 1853–1920 (2003.Vol. 22. Р. 2346) // Organometallics, 23, 1,172. 2004. URL: http://environmentalhistory.org/people/charles-f-kettering-and-the-1921-discovery-of-tetraethyl-lead/.

10. Kovarik W. Ph.D. Thesis // University of Maryland, 1993.

11. Seyferth D. The Rise and Fall of Tetraethyl-lead: 2 // Organometallics, 22, 5,154. 2003.

12. Chicago issues a ban on selling leaded gas // New York Times, 8 September, 1984. URL: https://www.nytimes.com/1984/09/08/us/chicago-issues-a-ban-on-selling-leaded-gas.html.

13. Hamilton A., Reznikoff P., Burnham G.M. Tetra-ethyl Lead // Journal of the American Medical Association, 84 (1481). 1925.

14. Alice Hamilton Awards for Occupational Safety and Health. US National Institute of Occupational Safety and Health.


19. Блестящая поверхность и запятнанное прошлое

1. Otten J.J., Hellwig J.P., Meyers L.D., eds. Dietary Reference Intakes: The Essential Guide to Nutrient Requirements. The National Academies Press, 2006.

2. Vincent J.B. Chromium: Celebrating 50 Years as an Essential Element? // Dalton Transactions, 39 (3787). 2010.

3. Vincent J.B., Love S.T. The Need for Combined Inorganic, Biochemical, and Nutritional Studies of Chromium(III) // Chemistry & Biodiversity, 9 (1923). 2012.

4. The Transportation of Natural Gas. Natural Gas Supply Association, 2011. URL: https://www.ngsa.org/.

5. Toxic award? // Science, 310 (229). 2005.

6. Kolata G. A Hit Movie is Rated “F” in Science // New York Times, 11 April 2000.

7. Toxic award? // Science; Bracchi P., McMahon B. She was the Single Mother Who Claimed Her Town was Poisoned by its Water Supply… but Was Erin Brockovich Wrong? // Daily Mail, 2 January 2011.

8. Jacobs J.P. Utilities Gird for New Regs as EPA Studies Toxicity of Hex Chromium // New York Times, 28 April 2011.

9. Hexavalent Chromium. U.S. Department of Labor, Occupational Safety and Health Administration. URL: https://www.osha.gov/hexavalent-chromium.

10. Skrzycki C. OSHA Slow to Issue Standards, Critics Charge // The Washington Post, 9 November 2004.

11. Nakamuro K., Yoshikawa K., Sayato Y., Kurata H. Comparative Studies of Chromosomal Aberration and Mutagenicity of Trivalent and Hexavalent Chromium // Mutation Research, 58 (175–181). 1978.

12. Hileman B. Balancing Panels, Charges Have Been Made that New Appointments to Committees Are Politically Motivated // Chemical & Engineering News, 10 (37–39). 10 March 2003.

13. Hinkley Compressor Station Chromium Contamination Cleanup. Lahontan Regional Water Quality Control Board, California Environmental Protection Agency, 2013. URL: http://www.swrcb.ca.gov/rwqcb6/water_issues/projects/pge/index.shtml.


20. Актриса и МРТ

1. Nordström G. Elisabeth Taylor till sjukhus // Expressen, 20 February 1997.

2. Roxette Star’s Surgery “A Success” // BBC News, 4 October 2002. URL: http://news.bbc.co.uk/2/hi/entertainment/2299745.stm.

3. Material Safety Data Sheet, Potassium Nitrate. Fisher Scientific, 2008; Material Safety Data Sheet, Gadolinium(III) Nitrate Hexahydrate, 99.9 %. Fisher Scientific, 2008.

4. Information on Gadolinium-based Contrast Agents. U.S. Food and Drug Administration, 2010. URL: http://www.fda.gov/Drugs/DrugSafety/PostmarketDrugSafetyInformationforPatientsandProviders.

5. Brain Tumor: Diagnosis. American Society of Clinical Oncology. URL: http://www.cancer.net/patient/Cancer+Types/Brain+Tumor?sectionTitle=Diagnosis.

6. Wiggin A. The Truth Behind China’s Rare Earths Embargo // Forbes, 20 October 2010; Helmore E. China’s Stranglehold on Rare Earth Metals “No Threat to US Security” // The Guardian, 31 October 2010.

7. Tasman’s PEA Study of Norra Karr Heavy Rare Earth and Zirconium Project Demonstrates Robust Economics and Long Mine Life. News Release, 21 March. Tasman Metals Ltd, 2012.


21. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

1. Sjöstrand L. Erik XIV: s sinnessjukdom ett resultat av arv och dåligt samvete? // Läkartidningen, 103 (3647). 2006.

2. Ericson L. Johan III: en biografi. Historiska Media, 2004.

3. Andersson I. Erik XIV // Svenskt biografiskt lexikon. Riksarkivet, 1953. Vol. 14. P. 282.

4. Yeatts T. Forensics: Solving the Crime. Oliver Press, 2001.

5. Emsley J. Whatever Happened to Arsenic? // New Scientist, 19 (10). 1985.

6. Webster S.H. The Development of the Marsh Test for Arsenic // Journal of Chemical Education, 24 (487–490). 1947.

7. Сэйерс Д. Смертельный яд (Strong Poison). Слово, 1994.

8. Sempler K.-A. Revolver-Harry och Kalle Blomqvist // NyTeknik, 29 September 2001.

9. Линдгрен А. Знаменитый сыщик Калле Блумквист рискует (Mästerdetektiven Blomkvist lever farligt). Лениздат, 1986; Ларссон С. Девушка с татуировкой дракона (Män som hatar kvinnor). Эксмо: Домино, 2009.

10. Кристи, Автобиография.

11. Mandal B.K., Suzuki K.T. Arsenic Round the World: A Review // Talanta, 58 (201). 2002; Chakraborti D., Rahman M.M., Paul K. et al. Arsenic Calamity in the Indian Subcontinent: What Lessons Have Been Learned? // Talanta, 58 (3). 2002.


22. Вернуть будущее назад

1. Wennerberg J. Läkemedel som förändrat världen. Apotekarsocieteten, 2012.

2. Sayers D., Eustace R. The Documents in the Case. Victor Gollancz, 1930.

3. Knowles W.S. Nobel Lecture // Les Prix Nobel: The Nobel Prizes 2001. Nobel Foundation, 2002.

4. Elschenbroich C., Salzer A. Organometallics: A Concise Introduction. VCH, Weinheim, 1989.

5. Фонд Майкла Дж. Фокса по исследованию болезни Паркинсона. URL: https://www.michaeljfox.org/.

6. Интересные факты о Калифорнийском технологическом институте. (California Institute of Technology, 2009). URL: http://archives.caltech.edu/about/fastfacts.html.

7. Касслер К., Касслер Д. Арктический дрейф (Arctic Drift). Эксмо, 2013.

8. Макьюэн И. Солнечная (Solar). Эксмо: Домино, 2011.

9. Griggs J. Ian McEwan: Mr Sunshine // New Scientist, 30 March 2010. URL: https://www.newscientist.com/article/mg20627541–000-ian-mcewan-mr-sunshine/.

Примечания

1

Периодическая таблица химических элементов ИЮПАК (Международный союз специалистов по теоретической и прикладной химии, 2012 г.). URL: https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/.

Вернуться

2

Англ. spin – «вращение».

Вернуться

3

Из квантовой механики можно вывести (хоть это и нетривиальное упражнение даже для физиков) такую же периодическую таблицу и множество удобных объяснений поведения химических элементов.

Вернуться

4

Scerri E.R. The Periodic Table: Its Story and Its Significance. Oxford University Press, 2006.

Вернуться

5

Ball P. There is No Hidden Understanding to be Teased out by “Improving” the Periodic Table, Argues Philip Ball. But Eric Scerri Begs to Differ // Chemistry World, September 2010.

Вернуться

6

Браун Д. Код да Винчи (The Da Vinci Code). АСТ, 2004.

Вернуться

7

Адамс Д. Автостопом по галактике (The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy). АСТ, 1997.

Вернуться

8

В книге Д. Адамса ответ на этот вопрос должен был разрешить все проблемы Вселенной. Для его получения был создан специальный компьютер, который после 7,5 миллиона лет вычислений дал на него ответ – 42.

Вернуться

9

Отсылка к фильму «Угадай, кто придет к обеду?» (Guess Who’s Coming to Dinner). – Прим. ред.

Вернуться

10

Mwakikagile G. Botswana Since Independence. New Africa Press, 2009.

Вернуться

11

Lloyd’s of London – известный рынок страхования, существующий с XVIII века.

Вернуться

12

Parsons N., Henderson W., Tlou T. Seretse Khama. Macmillan, 1995; Mbanga W., Mbanga T., Seretse & Ruth. Tafelberg, 2005; Dutfield M. A Marriage of Inconvenience. Harper Collins, 1990.

Вернуться

13

Ibidem.

Вернуться

14

Duffy R.J. History of Nuclear Power // Encyclopedia of Energy. Elsevier, 2004. Vol. 4.

Вернуться

15

И в моем издании Laerebog i uorganisk kemi Нильса Бьёррума 1946 года он все еще находится там, даже несмотря на то что Бьёррум в былые времена преподавал химию Нильсу Бору.

Вернуться

16

49 Uranium Rush // Popular Mechanics, 2 (91). 1949.

Вернуться

17

Как это показано на обложке американского журнала «Популярная механика» 1949 года.

Вернуться

18

Willis R.P.H. The Uranium Story – An Update // The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy, 106. 2006. P. 601–609; Masiza Z. A Chronology of South Africa’s Nuclear Program // The Nonproliferation Review Fall, 1993. P. 35–55.

Вернуться

19

Parsons, Seretse Khama.

Вернуться

20

Hyam R. The Political Consequences of Seretse Khama: Britain, the Bangwato and South Africa, 1948–1952 // The Historical Journal, 29. 1986.

Вернуться

21

Dutfield, A Marriage of Inconvenience.

Вернуться

22

Hyam R., Henshaw P. Prime Minister’s Office Papers // The Lion and the Springbok: Britain and South Africa Since the Boer War. Cambridge University Press, 2003.

Вернуться

23

Willis, The Uranium Story; Masiza, A Chronology of South Africa’s Nuclear Program.

Вернуться

24

3 февраля 1960 года в Кейптауне, говоря о деколонизации, Макмиллан объявил, что «над этим континентом веет ветер перемен, и Великобритания вынуждена с этим считаться». После этого в том же году большинство африканских колоний получили независимость.

Вернуться

25

Леди Рут Уильямс Кхама, 1923–2002.

Вернуться

26

McCall Smith A. The Number One Ladies Detective Agency. Polygon, 1999.

Вернуться

27

Hyam, Henshaw, The Lion and the Springbok.

Вернуться

28

Фильм получил два «Оскара»: Хепберн получила награду за лучшую женскую роль, а Уильям Роуз – за лучший оригинальный сценарий.

Вернуться

29

Campbell D. Alabama Votes on Removing its Ban on Mixed Marriages Special Report: The US Elections // The Guardian, 3 November 2000.

Вернуться

30

При реакции с металлическим натрием выделяется такое количество тепла, что водород иногда воспламеняется.

Вернуться

31

Некролог Henry S. Lowenhaupt, 87; CIA Trailblazer // The Washington Post. 14 March 2006.

Вернуться

32

Lowenhaupt H.S. Chasing Bitterfeld Calcium // Studies in Intelligence, 1 (17). 1996 (подчищенная версия: оригинал опубликован в 1973 г.).

Вернуться

33

Мы использовали это слово в предисловии; возможно, в школе вы слышали другой термин – электронная оболочка.

Вернуться

34

Это важный промышленный процесс. Неон и другие благородные газы используются в самых разных целях, а жидкий азот очень важен для охлаждающих установок, но его нужно отделить от жидкого кислорода – весьма опасного вещества.

Вернуться

35

Тем не менее вот эти детали. На каждый атом урана вам требуется два атома кальция. Поскольку атомная масса урана – 238, а кальция – 40, это означает, что на 80 г кальция вы можете получить 238 г урана, а 30 тонн кальция дадут вам (по крайней мере, если теоретически предположить, что реакция пройдет хорошо) 30 × 238: 80 = 187 тонн урана.

Вернуться

36

Один из руководителей британской разведки, коммунист, агент советской разведки с 1933 года и член Кембриджской пятёрки.

Вернуться

37

Goodman M.S. Spying on the Nuclear Bear: Anglo-American Intelligence and the Soviet Bomb. Stanford University Press, 2007.

Вернуться

38

Campbell C. A Questing Life. iUniverse, 2006.

Вернуться

39

Отсылка к роману Марка Хэддона The Curious Incident of the Dog in the Night-Time (в России книга вышла под заголовком «Загадочное ночное убийство собаки»). – Прим. ред.

Вернуться

40

Brinck B. «Stockholms-Tidningen». Шведский журналист находился на борту дирижабля Hindenburg в 1937 г. и отправил домой в Стокгольм несколько статей во время последнего путешествия; эти статьи были процитированы в 2011 г. в документальном фильме канала Sveriges Radio под названием Ombord på Hindenburg, снятом 30 января 2010 г.

Вернуться

41

Russell P. Faces of the Hindenburg. 2013. URL: http://facesofthehindenburg.blogspot.com.

Вернуться

42

The Hydrogen and Fuel Cells Program // U.S. Department of Energy. 2013. URL: http://www.hydrogen.energy.gov/.

Вернуться

43

Личное общение. Рихард Ван Тройрен пользовался данными из Schiller H.V. Zeppelin, Wegbereiter des Weltluftverkehrs. Kirschbaum Verlag, 1966.

Вернуться

44

Пленка, отснятая на борту дирижабля Hindenburg во время последнего полета. YouTube, URL: http://www.youtube.com/watch?v= 0rSzc8JxBFg.

Вернуться

45

Medlicott W.N. The Economic Blockade // History of the Second World War, United Kingdom Civil Series. Longmans, Green and Co., 1952.

Вернуться

46

n – это количество вещества, обычно выраженное в молях, а Т – температура в Кельвинах (6 × 1023 частиц составляют 1 моль).

Вернуться

47

Woolley J.T., Peters G. Herbert Hoover, Statement About the Export of Helium at the President’s News Conference, October 10, 1930. The American Presidency Project, 1930. URL: https://www.presidency.ucsb.edu/documents/the-presidents-news-conference-773.

Вернуться

48

Кстати, этот способ не очень экологичен. Сегодня мы стремимся к тому, чтобы производить водород при помощи солнечного света, – либо при помощи какого-нибудь хитроумного фотокаталитического процесса, либо при помощи солнечных батарей и электролиза.

Вернуться

49

Shute N. Slide Rule. Heinemann, 1954.

Вернуться

50

White G.J., Maze J.R. Harold Ickes of the New Deal: His Private Life and Public Career. Harvard University Press, 1985.

Вернуться

51

Woolley J.T., Peters G. Recommendation on a Policy for Helium Export, May 25, 1937. The American Presidency Project, 1937. URL: https://www.presidency.ucsb.edu/documents/recommendation-policy-for-helium-export.

Вернуться

52

Helium to Germany // Time Magazine. 17 January 1938.

Вернуться

53

Ickes H.L. The Secret Diary of Harold L. Ickes: The Inside Struggle: 1936–1939. Simon and Schuster, 1955. Vol. 2.

Вернуться

54

Berg P. Background and Biography // R.R. Angerstein’s Illustrated Travel Diary, 1753–1755: Industry in England and Wales from a Swedish Perspective. Science Museum, 2001.

Вернуться

55

Angerstein R.R. Angerstein’s Illustrated Travel Diary, 1753–1755: Industry in England and Wales from a Swedish Perspective. Science Museum, 2001.

Вернуться

56

Шведское слово jern – это старое написание järn, «железо».

Вернуться

57

Berg, Background and Biography.

Вернуться

58

Ibidem.

Вернуться

59

Чтобы узнать больше о более поздних попытках шпионажа против Хантсмана, см. путешествия Йохана Людвига Робзама в книге Rydberg S. Svenska studieresor till England under frihetstiden. Almquist & Wiksells boktryckeri, 1951. P. 170–187.

Вернуться

60

В технических терминах сталь – это материал из железа, содержащий менее 2 % углерода по массе. Те материалы, в которых концентрация углерода выше, имеют другие названия – например, чугун.

Вернуться

61

Реальные значения радиусов атомов составляют 0,07 нанометра для углерода и 0,14 нанометра для железа.

Вернуться

62

Скотт В. Талисман, или Ришард в Палестине: из истории времен Крестовых походов (The Talisman). Москва: тип. С. Селивановского, 1827.

Вернуться

63

Reibold M., Paufler P., Levin A.A., Kochmann W., Patzke N., Meyer D.C. Materials – Carbon nanotubes in an ancient Damascus sabre // Nature, 444 (286). 2006.

Вернуться

64

Mader S. Scott’s “Talisman”, Damask Salad and Nano-wires – Observations to the Fundamental Natural Scientific Studies of Phantoms. Waffen-Und Kostumkunde 49, 45. 2007.

Вернуться

65

Он, конечно же, посещал и шахты Йоахимстали в Богемии (см. главы 1 и 2), хотя в то время они были известны лишь производством серебра. Он отметил, что дамы там одевались так же, как в его родном шведском городе Хедеморе.

Вернуться

66

Сегодня он известен как Уэнтворт Вудхаус; это одно из самых величественных старинных поместий в Великобритании, которое может похвастаться сельским домом с самым длинным фасадом в Европе благодаря многочисленным пристройкам, возведенным по заказу Чарльза Уотсон-Уэнтворта.

Вернуться

67

Fornander M. Biografi // R.R. Angersteins resor genom Ungern och Österrike 1750. Jernkontorets bergshistoriska utskott, 1992; Naumann E. Reinhold Rüdker Angerstein // Svenskt biografiskt lexikon. Riksarkivet, 1918. Vol. 1. P. 792.

Вернуться

68

Palmer M. Introduction // R.R. Angerstein’s Illustrated Travel Diary, 1753–1755: Industry in England and Wales from a Swedish Perspective. Science Museum, 2001.

Вернуться

69

Farrell S.M. Wentworth, Mary Watson, marchioness of Rockingham (bap. 1735, d. 1804) // Oxford Dictionary of National Biography. Oxford University Press, 2004.

Вернуться

70

«Тогда, как и сейчас, ветерок с ароматом гвоздики и других тропических специй приветствовал путешественника с самого берега, а медленные, вкрадчивые волны чудесного синего цвета накатывали на белоснежные коралловые пляжи». Так Алан Мурхед описывал в своей книге «Белый Нил» (The White Nile, Harper & Row, 1960) прибытие Джона Хеннинга Спика и сэра Ричарда Бёртона в Африку в 1856 г., когда они отправились в экспедицию на поиски Великих Африканских озер.

Вернуться

71

Пруст М. В сторону Свана: В поисках утраченного времени. Academia, 1927; оригинал впервые опубликован в 1913 г.

Вернуться

72

Несколько лет назад один шведский журнал для гурманов опубликовал рецепт яблочного пирога, в который вкралась опечатка: 20 мускатных орехов вместо 2 kryddmått (примерно половина чайной ложки). Тем, кто случайно последовал указаниям в рецепте, пирог должен был показаться несъедобным, но все же несколько человек умудрились съесть достаточно, чтобы у них развились такие симптомы, как головная боль и головокружение.

Вернуться

73

Ладно, на самом деле мне нельзя этого говорить, не следует столь фривольно выражаться, когда речь идет об электронах. Мне следовало бы рассуждать о вероятностной электронной плотности и о волновых функциях, потому что электроны, как и отдельных зебр в их защитной окраске, невозможно отличить друг от друга таким способом.

Вернуться

74

Еще больше дело осложняется тем, что эта смесь меняется в зависимости от разновидности дерева и от того, где оно выросло.

Вернуться

75

Milton G. Nathaniel’s Nutmeg. Penguin Books, 1999.

Вернуться

76

International Trade Centre, World Markets in the Spice Trade 2000–2004 // UNCTAD/WTO. 2005.

Вернуться

77

Конвенция ООН о биоразнообразии: The Convention on Biological Diversity, 120901. URL: http://www.cbd.int/

Вернуться

78

Milton, Nathaniel’s Nutmeg.

Вернуться

79

Andersson H. Från dygdiga Dorothea till bildsköne Bengtsson berättelser om brott i Sverige under 400 år. Vulkan, 2009.

Вернуться

80

Горнопромышленный район Большой Медной горы в Фалуне, объект Всемирного наследия ЮНЕСКО (2001). URL: http://whc.unesco.org/en/list/1027.

Вернуться

81

Mwakikagile G. Africa 1960–1970: Chronicle and Analysis. New Africa Press, 2009.

Вернуться

82

Chilean President Salvador Allende Committed Suicide, Autopsy Confirms // The Guardian, 20 July 2011.

Вернуться

83

Borger J. New Inquiry Set Up Into Death of UN Secretary General Dag Hammarskjöld // The Guardian, 18 July 2012.

Вернуться

84

Finlay V. Colour: Travels Through the Paintbox. Sceptre, 2003.

Вернуться

85

Polo M., Benedetto L.F. The Travels of Marco Polo: Translated into English from the Text of L.F. Benedetto. Asian Educational Services, 1931.

Вернуться

86

Wood J. A Personal Narrative of a Journey to the Source of the River Oxus. John Murray, 1841.

Вернуться

87

Finlay, Colour.

Вернуться

88

Perry T. Afghan Commander Massoud, Killed on Eve of 9/11 Attacks, is a National Hero Proclaimed September 9 as Massoud Day // Los Angeles Times, 22 September 2010.

Вернуться

89

Некролог Ahmad Shah Massoud // The Telegraph, 17 September 2001.

Вернуться

90

Dupee M. Afghanistan’s Conflict Minerals: The Crime—State—Insurgent Nexus // United States Military Academy, 2012. URL: https://www.ctc.usma.edu/afghanistans-conflict-minerals-the-crime-state-insurgent-nexus/.

Вернуться

91

Но хорошие способы вырастить кристалл сахара из водного раствора все же существуют. Проявив немного терпения, поскольку на это уйдет не один день, вы можете провести интересный эксперимент с маленькими детьми, а наградой станет то, что вырастить можно по-настоящему большие кристаллы!

Вернуться

92

Недавно были получены хорошие изображения плоских молекул, сделанные с использованием сканирующего атомно-силового микроскопа (АСМ), однако большинство молекул, как и сахароза, имеют выраженно неплоскую форму, и их нельзя исследовать подобным образом. Svensson J. A really close look at molecules // Kemivärlden Biotech med Kemisk Tidskrift, 2013. P. 39–41.

Вернуться

93

Довольный правитель попросил изобретателя шахмат назвать вознаграждение, которое тот хотел бы получить, и изобретатель ответил, что он хочет одно зернышко риса на первой клетке доски, два – на второй и точно так же удваивающееся количество на каждой следующей клетке вплоть до шестьдесят четвертой.

Вернуться

94

Hildebrandt G. The Discovery of the Diffraction of X-rays in Crystals – A Historical Review // Crystal Research and Technology, 28 (747). 1993.

Вернуться

95

В качестве примера, объясняющего принципы кристаллографии, это не лучшее соединение, так как оно несколько сложнее, чем среднестатистический кристалл. Вы можете представить себе, что меняющийся состав – это солдаты на параде, некоторые из которых надели другие фуражки и создали другой порядок в дополнение к тем, что стоят плечом к плечу в четких шеренгах и рядах. Технический термин для этого – «несоразмерная модуляция», и мои друзья-кристаллографы радостно сообщили мне, что тут все понятно: вы просто перемещаетесь в четвертое или пятое пространственное измерение.

Вернуться

96

Hassan I., Peterson R.C., Grundy H.D. The Structure of Lazurite, Ideally Na6Ca2(A16 Si6O24) S2, a Member of the Sodalite Group // Acta Crystallographica, 41 (827). 1985; Arieli D., Vaughan D.E. W., Goldfarb D. New Synthesis and Insight into the Structure of Blue Ultramarine Pigments // Journal of the American Chemical Society, 126 (5776). 2004.

Вернуться

97

Fleet M.E., Liu X. Absorption Spectroscopy of Ultramarine Pigments: A New Analytical Method for the Polysulfide Radical Anion S3 – chromophore // Spectrochimica Acta Part B, 65 (75). 2010.

Вернуться

98

Perry, Afghan Commander Massoud.

Вернуться

99

«Бриллианты навсегда» – седьмой фильм о Джеймсе Бонде (1971).

Вернуться

100

Smith A.M. Tears of the Giraffe. Polygon Books, 2000.

Вернуться

101

Не хочу, чтобы у вас возникло впечатление, будто химики небрежно относятся к практике присвоения названий – это скорее прозвища или профессиональный жаргон. Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) постоянно разрабатывает термины, слова и грамматику для того, чтобы в названиях химических соединений не было двусмысленностей. Эта крайне важная деятельность способствует нормальной работе в сфере торговли, контроля, законодательства и таможни по всему миру.

Вернуться

102

Delaney F. Simple Courage: A True Story of Peril on the Sea. Random House, 2006.

Вернуться

103

Bekker B. Flying Enterprise & Captain Carlsen. Bekkers forlag, 2011.

Вернуться

104

Rockwell T. The Rickover Effect: How One Man Made a Difference. Naval Institute Press, 1992.

Вернуться

105

Rickover H.G., Geiger L.D., Lustman B. History of the Development of Zirconium Alloys for Use in Nuclear Reactors // United States Energy Research and Development Administration, Division of Naval Reactors, 1975.

Вернуться

106

Hayes E.T. Part VII – Alloys // Zirconium: Its Production and Properties, U.S. Bureau of Mines Bulletin, 561 (1956). P. 93.

Вернуться

107

Bekker, Flying Enterprise & Captain Carlsen.

Вернуться

108

Из личного общения с Т. Рокуэллом. 2012.

Вернуться

109

Риковер известен как «отец атомного флота», однако, по общему мнению, он был противоречивой фигурой. Однажды кто-то процитировал слова Главнокомандующего ВМС США: «У Военно-морского флота США есть три врага: авиация США, Советский Союз и Хайман Риковер» (Rickover H.G., Geiger L.D., Lustman B. History of the Development of Zirconium Alloys for Use in Nuclear Reactors. United States Energy Research and Development Administration, Division of Naval Reactors, Washington, 1975).

Вернуться

110

Bowman F.L. S., Statement of Admiral F.L. ‘Skip’ Bowman, U.S. Navy Director, Naval Nuclear Propulsion Program Before the House Committee on Science 29 October 2003. URL: http://www.spaceref.com/news/viewsr.html?pid=10826.

Вернуться

111

Серия из 12 детских книг английского автора Артура Рэнсома (1884–1967), действие которых происходит по большей части в Озерном крае.

Вернуться

112

Чтобы это продемонстрировать, сначала заварите крепкий чай, а затем как можно тщательнее растворите в воде или уксусе кусочек железосодержащей пищевой добавки в форме таблетки. Добавьте раствор железа в чай и понаблюдайте, что получится. Для промышленного производства чернил использовались галлы – чернильные орешки (наросты на листьях дуба и других растений, образовавшиеся в результате жизнедеятельности насекомых).

Вернуться

113

Petroski H. The Pencil: A History of Design and Circumstance. Knopf, 2006.

Вернуться

114

Британская пехота.

Вернуться

115

Tyler I. Seathwaite Wad, and the Mines of the Borrowdale Valley. Blue Rock Publications, 1995.

Вернуться

116

Или, вернее, в Камберленде – небольшом историческом графстве, которое является частью церемониального графства Камбрия с 1974 г.

Вернуться

117

Collingwood W.G. Lake District History. Titus Wilson & Son, 1925.

Вернуться

118

А чтобы нам было еще сложнее, kol является также омонимом слова kål – «капуста».

Вернуться

119

Существуют и другие формы углерода – знаменитые молекулы С60, недавно дискредитированный собрат алмаза лонсдейлит, и некоторые другие.

Вернуться

120

An Act for the More Effectual Securing Mines of Black Lead from Theft and Robbery, The Statues at Large from the Twentieth Year of Reign of King George the Second to the Thirtieth Year of Reign of King George the Second. Mark Basket, 1764. Vol. 7. P. 415.

Вернуться

121

Pederson J.P. International Directory of Company Histories. Gale, 2005. Vol. 73.

Вернуться

122

Petrie G. Hand of Glory. Pan Books, 1979.

Вернуться

123

Walpole H. Rouge Herries. Macmillan, 1932.

Вернуться

124

Хёг П. Смилла и ее чувство снега. SYMPOSIUM, 2013.

Вернуться

125

Hees A. v. Fiction and Reality in Smilla’s Sense of Snow // European Studies, An Interdisciplinary Series in European Culture, History and Politics, 18 (215). 2002.

Вернуться

126

Специалист, изучающий все существующие формы льда.

Вернуться

127

Странным образом Наполеон III еще раз попал в историю химии как инициатор изобретения маргарина.

Вернуться

128

Geller T. Aluminum: Common Metal, Uncommon Past // Chemical Heritage Magazine, 8. 2007.

Вернуться

129

Kenney G.I. Dangerous Passage: Issues in the Arctic. Natural Heritage Books, 2006.

Вернуться

130

Sørensen A.K. Denmark-Greenland in the Twentieth Century. Museum Tusculanum Press, 2009.

Вернуться

131

Под командованием легендарного норвежского авиатора-полярника и полковника ВВС США Бернта Балхена.

Вернуться

132

Lorentz G., Hommerberg S. Bernt Balchen – Den flygande vikingen. AB Allhems förlag, 1945.

Вернуться

133

Representative Missions: Heroya // Army Air Forces Report, 4 January 1944.

Вернуться

134

Bo Widfeldt R.W. Making for Sweden: The Story of the Allied Airmen Who Took Sanctuary in Neutral Sweden. P. 2 The United States Army Air Force. Air Research Publications, 1998.

Вернуться

135

Ramberg L. Kyoto och fjärilarna. Kabusa Böcker, 2007.

Вернуться

136

Forster P., Ramaswamy V., Artaxo P. et al. Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing // Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of 181 Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 2007.

Вернуться

137

Secher K., Johnsen O. Minerals in Greenland // Geology and Ore. Geological Survey of Denmark and Greenland (GEUS), 2008.

Вернуться

138

He Did Not Know of the A-bomb Plan. История Йоахима Рённеберга и другие документы на английском и норвежском языках на сайте семьи Рённеберг. URL: http://www.ronneberg.org/.

Вернуться

139

Thomas N. Foreign Volunteers of the Allied Forces 1939–1945. Osprey Publishing, 1991.

Вернуться

140

Отметим, к примеру, что «кембриджские шпионы» Маклин, Филби, Бёрджесс и Блант имели высшее образование в области современного языкознания, экономики, истории и искусствоведения соответственно.

Вернуться

141

Jones R.V. Most Secret War. Hamish Hamilton, 1978.

Вернуться

142

Thomas, Foreign Volunteers of the Allied Forces.

Вернуться

143

Сегодня для получения газообразного водорода, который используется в реакции Габера – Боша, применяются природный газ и другие полезные ископаемые, и вот поэтому большинство атомов азота, содержащихся в нашем организме, получены из невозобновляемых источников.

Вернуться

144

Uttersrud U. Leif Tronstad Vitenskapsmann, etterretningsoffiser og militærorganisator 1903–1945. Teknologihisotria, Engineering education, Oslo andAkershus University College of Applied Sciences. URL: https://web.archive.org/web/20080113003506/http://www.iu.hio.no/~ulfu/historie/tronstad/index.html; Okkenhaug K. NTH-professoren som snøt Hitler for atombomben // Adresseavisen, 14 March 2008.

Вернуться

145

Jones, Most Secret War.

Вернуться

146

Nordahl M. Tungtvannsaksjonen som mislyktes // forskning.no, онлайн-издание, посвященное норвежским и международным исследованиям. 2011.

Вернуться

147

Вернер Карл Гейзенберг (1901–1976) – немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики, ведущий теоретик немецкого ядерного проекта.

Вернуться

148

У углерода есть стабильный изотоп с массовым числом 13, но, поскольку обычный углерод – это С-12 с равным числом протонов и нейтронов, у него очень стабильное и химически инертное ядро, которое не вступает в реакцию с нейтронами и не образует сколько-нибудь значимого количества С-13.

Вернуться

149

Для шведов он «всемирно известный автор»; для остального же мира – драматург-женоненавистник, известный главным образом благодаря одной драме – «Фрекен Юлия». Однако эту пьесу постоянно ставят в театрах по всему миру, а работы Стриндберга в театре и драматургии считаются весьма влиятельными. Его первый роман «Красная комната» был опубликован в 1879 г.

Вернуться

150

Sjöstrand L. Tegnér, Strindberg och Fröding – Diktare under psykiatrins lupp // Läkartidningen, 102 (660–662). 2005.

Вернуться

151

Owen J. Stephen Fry: My Battle with Mental Illness, The Comic Actor Talks Openly for the First Time About the Self-loathing Brought About By His Bipolar Disorder // The Independent, 17 September 2006.

Вернуться

152

Quiroz J.A., Gould T.D., Manji H.K. Molecular Effects of Lithium // Molecular interventions, 4 (259). 2004.

Вернуться

153

Есть симпатичная формула, демонстрирующая этот факт. Энергия взаимодействия между диполем (молекулой, имеющей положительно и отрицательно заряженные концы) и зарядом пропорциональна следующим величинам: (заряд) × («сила» диполя) / (квадрат расстояния). В виде формулы это выглядит так: E = k·q·α/r2. Чем больше расстояние, тем слабее энергия и тем легче разорвать связь.

Вернуться

154

Hultqvist L. Strindberg: Guldmakaren in Nationalencyklopedin. 2004.

Вернуться

155

Стриндберг A. Жители острова Хемсё. Вага, 1989.

Вернуться

156

Across the great divide // Nature Physics, 309. 2009.

Вернуться

157

Kauffman G.B. August Strindberg, Goldmaker // Gold Bulletin, 21 (584). 1983, 1988.

Вернуться

158

Ibid.

Вернуться

159

Saussure H.B. d. Voyages dans les Alpes. Samuel Fauche, 1786. Vol. 2.

Вернуться

160

Мэри и Уильям Вордсворт (его мы походя упоминали в главе 9) путешествовали по региону в 1820 году, и вот что Мэри писала в своем дневнике: «В Вале, должно быть, чудовищно жить – застоявшаяся неприятная вода, кретины с зобами и другие уроды встречаются очень часто. На детей просто больно смотреть».

Вернуться

161

Hetzel B.S. The Nature and Magnitude of the Iodine Deficiency Disorders // Towards the Global Elimination of Brain Damage Due to Iodine Deficiency. Oxford University Press, 2004.

Вернуться

162

Orgiazzi J., Spaulding S.W. Milestones in European Thyroidology (MET) Jean-Francois Coindet (1774–1834). The European Thyroid Association.

Вернуться

163

Rosenfeld L. Discovery and Early Uses of Iodine // Journal of Chemical Education, 77 (984). 2000.

Вернуться

164

Beckers C. Milestones in European Thyroidology (MET) Introduction. The European Thyroid Association.

Вернуться

165

Droin G. Endemic Goiter and Cretinism in Alps: Evolution of Science and Treatments, Transformation of the Pathology and its Representations // International Journal of Anthropology, 20 (307). 2005.

Вернуться

166

McNeil Jr D.G. In Raising the World’s I.Q., the Secret’s in the Salt // New York Times, 16 December 2006.

Вернуться

167

Micronutrients, Macro Impact: The Story of Vitamins and a Hungry World. Sight and Life, 2012.

Вернуться

168

Полный список выглядит так: оксиды, гидроксиды, сульфиты, сульфиды, фосфаты и карбонаты нерастворимы; нитраты, ацетаты и сульфаты растворимы. В реальности у этих правил, конечно же, есть многочисленные исключения.

Вернуться

169

1 Большие его залежи также обнаруживаются (что несколько неожиданно) под водой – например, на дне Средиземного моря, и это доказывает, что подобные моря и озера прежде были сушей. Почему же соль не растворилась? Насыщенный соляной раствор обладает большой плотностью, поэтому скапливается на дне и почти не смешивается с основной массой океанической воды, защищая таким образом слой соли от растворения.

Вернуться

170

Goetz C.G., Bonduelle M., Gelfand T. Charcot: Constructing Neurology. Oxford University Press, 1995.

Вернуться

171

Goodman L.S., Gilman A. The Pharmacological Basis of Therapeutics: A Textbook of Pharmacology, Toxicology, and Therapeutics for Physicians and Medical Students. Macmillan, 1970.

Вернуться

172

Brandt E.N. Growth Company: Dow Chemical’s First Century. Michigan State University Press, 1997.

Вернуться

173

Ibid.

Вернуться

174

Кристи А. Загадочное происшествие в Стайлсе (The Mysterious Affair at Styles). Ээсти раамат, 1984.

Вернуться

175

Больше он в этом качестве не применяется, но, как сказано в одной современной книге по фармакологии, ход мыслей, видимо, был таков: «На вкус он столь ужасен, что явно должен принести пациенту хоть какую-то пользу». Bryant B., Knights K. Pharmacology for Health Professionals. Mosby, 2006.

Вернуться

176

Matsson O. En dos stryknin: om gifter och giftmord i litteraturen. Bokförlaget Atlantis, 2012.

Вернуться

177

Robertson J.H., Beevers C.A. The Crystal Structure of Strychnine Hydrogen Bromide // Acta Crystallographica, 4 (270). 1951.

Вернуться

178

Мы называем их межмолекулярными связями или взаимодействиями.

Вернуться

179

Кристи А. Автобиография (Agatha Christie: An Autobiography). Лимбус-пресс: РИК «Культура», 1997.

Вернуться

180

Verg E., Plumpe G., Schultheis H. Meilsteine, 125 Jahre Bayer 1863–1988. Informedia Verlags-GmbH, 1988.

Вернуться

181

Бромид-ионы могут присутствовать в некоторых лекарствах в качестве противоионов для улучшения растворимости; они не токсичны и находятся в списке одобренных ионов, которые постоянно тестируют при испытаниях лекарственных форм с новыми компонентами.

Вернуться

182

База данных Комиссии по сохранению могил погибших на войне за Британскую империю. 2013. URL: http://www.cwgc.org/.

Вернуться

183

Arthur M. Dictionary of Explosives. P. Blakiston’s Son & Co, 1920; Williams J. From Corn to Cordite. John Williams, 2010.

Вернуться

184

Lloyd G.D. War Memoirs of David Lloyd George. Ivor Nicholson & Watson, 1933.

Вернуться

185

Bud R. The Uses of Life: A History of Biotechnology. Cambridge University Press, 1994.

Вернуться

186

Keshav T. Biotechnology. John Wiley & Sons (Asia), 1990.

Вернуться

187

Kauffman G.B., Mayo I. Chaim Weizmann (1874–1952): Chemist, Biotechnologist, and Statesman, the Fateful Interweaving of Political Conviction and Scientific Talent // Journal of Chemical Education, 71 (209). 1994.

Вернуться

188

Shaw G.B. Arthur and the Acetone: Complete Plays Vol. III. Dodd, Mead & Company, 1962.

Вернуться

189

Lloyd G.D. War Memoirs.

Вернуться

190

Weizmann C. Trial and Error. Harper, 1949.

Вернуться

191

Burr L. British Battlecruisers 1914–1918. Osprey Publishing, 2006.

Вернуться

192

Brown D.K. The Grand Fleet: Warship Design and Development, 1906–1922 // Naval Institute Press, 2010 (1-е издание: Chatham, 1999).

Вернуться

193

Loftus Jones VC: A Biography. Royal Naval Museum Library, Portsmouth, 2005.

Вернуться

194

Для тех, кому интересны подробности: мы используем уравнение состояния идеального газа в виде V = nRT/P с универсальной газовой постоянной R = 0, 082 л⋅атм/(моль⋅К), Т = 398 К, Р = 1 атм. С плотностью нитроглицерина в 1,6 г/см3 и молярной массой 227 г/моль мы получаем 8 г нитроглицерина, которые дают 0,035 моля. Общее количество молекул газа составляет 29×0,035/4 = 0,255 моля, а объем (V) = 0,255×0,082×398/1 = 8,3 л.

Вернуться

195

Зелейщик – устар. «пороховых дел мастер».

Вернуться

196

Langlet O. Salpetersjuderiet och salpetersjudarna // Från Borås och de Sju häraderna, 29. 1975; Arrhenius S. Kemien och det moderna livet. H. Gebers, 1919.

Вернуться

197

Нитрифицирующие бактерии получают энергию путем окисления неорганических соединений азота; азотфиксирующие бактерии усваивают молекулярный азот из воздуха и переводят его в органические соединения.

Вернуться

198

Langlet, Salpetersjuderiet och salpetersjudarna.

Вернуться

199

Tidskrift en KGF-nytt, Kronobergs Genealogiska Förening. 2006; Upphittad dödskalle // Agunnaryds Allehanda, 2010.

Вернуться

200

Cressy D. Saltpeter: The Mother of Gunpowder. Oxford University Press, 2013.

Вернуться

201

Nilsson B. Loshultskuppen // Terra Scaniae (образовательный сайт регионального совета Сконе). URL: http://www.ts.skane.se/; Åberg A. Snapphanarna. LTs förlag, 1952.

Вернуться

202

Трудно точно оценить награбленное. Пропало по меньшей мере 18 000 серебряных далеров (слово, однокоренное со словом «доллар»), приблизительная стоимость которых составляла от 300 000 до 8,5 миллиона фунтов стерлингов в зависимости от выбранного метода сравнения из предложенных на Portalen för historisk statistik – historia i siffror, www.historicalstatistics.org/ – портале исторической статистики, который опирается на макроэкономические данные о Швеции XIX и XX веков (Родни Эдвинссон, Стокгольмский университет).

Вернуться

203

Габер считается отцом химического оружия: он разрабатывал отравляющие газы, применявшиеся во время Первой мировой войны, а затем (под видом инсектицидов) и другие боевые отравляющие вещества.

Вернуться

204

Вильна – название Вильнюса до 1918 г. (Вильно с 1919 по 1939 г.).

Вернуться

205

Замойский А. 1812. Фатальный марш на Москву. Эксмо, 2013.

Вернуться

206

LeCouteur P., Burreson J. Napoleon’s Buttons. Jeremy P. Tarcher, 2004.

Вернуться

207

Если апельсины просто свалены кучей, без всякого изящества, то мы получим модель того, что называется аморфным твердым веществом (не имеющим формы). Ближайшее окружение каждого апельсина будет напоминать плотно упакованную структуру, но в отсутствие какого-либо дальнего порядка. В регулярной структуре с плотной упаковкой мы можем точно указать расположение каждого апельсина, если нам известны координаты только одного фрукта, а в аморфном состоянии это невозможно.

Вернуться

208

Часто, но не всегда происходящая реакция – та, при которой выделяется больше всего тепла. Формула для полного расчета – ΔG = ΔH – TΔS, где ΔH – выделившаяся теплота (отрицательное значение), Т – температура в Кельвинах (всегда положительная), а ΔS – изменение энтропии (высокая энтропия связана с меньшей упорядоченностью или, что то же самое, большей вероятностью состояния). Реакция возможна с термодинамической точки зрения, когда изменения в величине G, то есть ΔG, меньше нуля.

Вернуться

209

Chang R. General Chemistry, 10th ed. McGraw-Hill, 2010.

Вернуться

210

Petrucci R., Harwood W.S., Madura J.D. General Chemistry: Principles and Modern Applications. Pearson/Prentice Hall, Upper Saddle River, 2007.

Вернуться

211

Vionnet de Maringoné L.J. Campagnes de Russie & de Saxe (1812–1813): Souvenirs d’un Ex-commandant des Grenadiers de la Vieille-garde. E. Dubois, 1899 (оригинал из Калифорнийского университета, оцифрованный 10 ноября 2007 г.).

Вернуться

212

LeCouteur, Napoleon’s Buttons; Emsley J. Nature’s Building Blocks: An A—Z Guide to the Elements. Oxford University Press, 2001.

Вернуться

213

Например: http://l.brenet.free.fr/grognards.htm.

Вернуться

214

Signoli M., Ardagna Y., Adalian P. et al. Discovery of a Mass Grave of Napoleonic Period in Lithuania (1812, Vilnius) // Comptes Rendus Palevol, 3 (219). 2004.

Вернуться

215

Толстой Л. Война и мир. Тип. Т. Рис. У Мясницких ворот, 1868.

Вернуться

216

Довольно много таких рассказов можно найти в интернете, и среди них – воспоминания сержанта Бургоня и нашего знакомца с термометром – генерала Вионне.

Вернуться

217

Замойский, 1812.

Вернуться

218

Замойский A., личное общение и переписка по электронной почте. 2008.

Вернуться

219

Dana J.D., Dana E.S. Item Notes: v. 177 // The American Journal of Science, 1909.

Вернуться

220

Cohen E. The Allotropy of Metals (A Lecture Delivered before the Faraday Society, Tuesday, June 13, 1911) // Transactions of the Faraday Society, 1911.

Вернуться

221

Перевод: ЛГМ (Литовский государственный музей), реставрационный центр, исследовательская лаборатория, экспонат: пуговица 3674, основной сплав, анализ провел (подпись).

Вернуться

222

Fritsche C. Ueber eigenthumlich modificirtes Zinn // Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 2 (112). 1869.

Вернуться

223

Baudin R., Fraisse O. Tout la lumière sur l’ètain // Bulletin de l’Union des Physiciens, 865 (961). 2004.

Вернуться

224

Замойский, 1812.

Вернуться

225

Simple Steps to Protect Your Family from Lead Hazards. United States Environmental Protection Agency, United States Consumer Product Safety Commission, United States Department of Housing and Urban Development, EPA747-K-99–001, 2003.

Вернуться

226

Поллион М.В. Книга VIII из «Десяти книг об архитектуре». Изд-во Всес. акад. архитектуры, MCMXXXVI (1936).

Вернуться

227

Виллы, спроектированные архитектором Андреа Палладио (1508–1580), в окрестностях Венеции и Виченцы. Многие из них в 1994 г. были объявлены ЮНЕСКО памятниками Всемирного наследия.

Вернуться

228

Mays S., Ogden A., Montgomery J., Vincent S., Battersby W., Taylor G.M. New Light on the Personal Identification of a Skeleton of a Member of Sir John Franklin’s Last Expedition to the Arctic, 1845 // Journal of Archaeological Science, 38 (1571). 2011.

Вернуться

229

Battersby W. Identification of the Probable Source of the Lead Poisoning Observed in Members of the Franklin Expedition // Journal of the Hakluyt Society, September 2008.

Вернуться

230

Keenleyside A., Song X., Chettle D.R., Webber C.E. The Lead Content of Human Bones from the 1845 Franklin Expedition // Journal of Archaeological Science, 23 (461). 1996.

Вернуться

231

Mills W.J. Exploring Polar Frontiers: A Historical Encyclopedia, Vol. 1. ABCCLIO, 2003.

Вернуться

232

Lidsky T.I., Schneider J.S. Lead Neurotoxicity in Children: Basic Mechanisms and Clinical Correlates // Brain, 126 (5). 2003.

Вернуться

233

Следует отметить, что острота токсичности свинца и легкость его попадания в организм во многом обусловлены формой и типом молекулы, в которой он присутствует. Например, металлическому свинцу гораздо труднее попасть в организм, чем жидкому тетраэтилсвинцу.

Вернуться

234

Kovarik W. Ethyl-leaded Gasoline: How a Classic Occupational Disease became an International Public Health Disaster // International Journal of Occupational and Environmental Health, 11 (384). 2005.

Вернуться

235

Kovarik W. Charles F. Kettering and the 1921 Discovery of Tetraethyl Lead in the Context of Technological Alternatives (исправлено и дополнено в 1999); Seyferth D. The Rise and Fall of Tetraethyl-lead: 1. Discovery and Slow Development in European Universities, 1853–1920 (2003.Vol. 22. Р. 2346) // Organometallics, 23, 1,172. 2004. URL: http://environmentalhistory.org/people/charles-f-kettering-and-the-1921-discovery-of-tetraethyl-lead/.

Вернуться

236

Kovarik W. Ph.D. Thesis // University of Maryland, 1993.

Вернуться

237

Эти документы хранятся в Университете Кеттеринга в городе Флинте, штат Мичиган.

Вернуться

238

Seyferth D. The Rise and Fall of Tetraethyl-lead: 2 // Organometallics, 22, 5,154. 2003.

Вернуться

239

Это вещество известно также как свинцовый сахар, и его в теории можно считать «традиционной, совершенно натуральной заменой сахара», но оно, конечно же, так же токсично, как и другие соединения свинца.

Вернуться

240

Аарон Иде отмечает, что после доклада главного санитарного врача, «несмотря на использование тетраэтилового свинца почти во всех видах моторного топлива и несмотря на распространение автомобилей, больше не проводилось никаких медицинских исследований его влияния на здоровье людей». Ihde A.J. The Development of Modern Chemistry. Dover Publications, 1964, 1984. Р. 710.

Вернуться

241

Chicago issues a ban on selling leaded gas // New York Times, 8 September, 1984. URL: https://www.nytimes.com/1984/09/08/us/chicago-issues-a-ban-on-selling-leaded-gas.html.

Вернуться

242

Hamilton A., Reznikoff P., Burnham G.M. Tetra-ethyl Lead // Journal of the American Medical Association, 84 (1481). 1925.

Вернуться

243

Alice Hamilton Awards for Occupational Safety and Health. US National Institute of Occupational Safety and Health.

Вернуться

244

Otten J.J., Hellwig J.P., Meyers L.D., eds. Dietary Reference Intakes: The Essential Guide to Nutrient Requirements. The National Academies Press, 2006.

Вернуться

245

Vincent J.B. Chromium: Celebrating 50 Years as an Essential Element? // Dalton Transactions, 39 (3787). 2010.

Вернуться

246

Vincent J.B., Love S.T. The Need for Combined Inorganic, Biochemical, and Nutritional Studies of Chromium(III) // Chemistry & Biodiversity, 9 (1923). 2012.

Вернуться

247

The Transportation of Natural Gas. Natural Gas Supply Association, 2011. URL: https://www.ngsa.org/.

Вернуться

248

Пассивация металла – процесс его защиты от коррозии при помощи оксидной пленки. К примеру, в оцинкованном ведре сталь защищена от коррозии цинковым покрытием.

Вернуться

249

Toxic award? // Science, 310 (229). 2005.

Вернуться

250

Kolata G. A Hit Movie is Rated “F” in Science // New York Times, 11 April 2000.

Вернуться

251

Toxic award? // Science; Bracchi P., McMahon B. She was the Single Mother Who Claimed Her Town was Poisoned by its Water Supply… but Was Erin Brockovich Wrong? // Daily Mail, 2 January 2011.

Вернуться

252

Jacobs J.P. Utilities Gird for New Regs as EPA Studies Toxicity of Hex Chromium // New York Times, 28 April 2011.

Вернуться

253

Hexavalent Chromium. U.S. Department of Labor, Occupational Safety and Health Administration. URL: https://www.osha.gov/hexavalent-chromium.

Вернуться

254

Skrzycki C. OSHA Slow to Issue Standards, Critics Charge // The Washington Post, 9 November 2004.

Вернуться

255

Nakamuro K., Yoshikawa K., Sayato Y., Kurata H. Comparative Studies of Chromosomal Aberration and Mutagenicity of Trivalent and Hexavalent Chromium // Mutation Research, 58 (175–181). 1978.

Вернуться

256

Hileman B. Balancing Panels, Charges Have Been Made that New Appointments to Committees Are Politically Motivated // Chemical & Engineering News, 10 (37–39). 10 March 2003.

Вернуться

257

Hinkley Compressor Station Chromium Contamination Cleanup. Lahontan Regional Water Quality Control Board, California Environmental Protection Agency, 2013. URL: http://www.swrcb.ca.gov/rwqcb6/water_issues/projects/pge/index.shtml.

Вернуться

258

Имя лошади в фильме «Национальный бархат» (National Velvet), в котором Элизабет Тейлор сыграла главную роль.

Вернуться

259

Шведский город, в котором началась музыкальная карьера Мари Фредрикссон.

Вернуться

260

Nordström G. Elisabeth Taylor till sjukhus // Expressen, 20 February 1997.

Вернуться

261

Roxette Star’s Surgery “A Success” // BBC News, 4 October 2002. URL: http://news.bbc.co.uk/2/hi/entertainment/2299745.stm.

Вернуться

262

Уильям Бёрк и Уильям Хэр – два ирландских эмигранта, совершившие в 1827–1828 гг. 16 убийств в районе улицы Уэст-Порт в Эдинбурге. Трупы жертв они продавали для препарирования известному хирургу, анатому и зоологу Роберту Ноксу, который вел частные анатомические курсы для студентов-медиков.

Вернуться

263

Вымышленный персонаж серии рассказов «Жемчужная нить» (1846–1847), цирюльник, убивавший и грабивший своих клиентов; тела его сообщница пускала в начинку для мясных пирогов.

Вернуться

264

Термин «квантовый» обозначает существование отдельных энергетических уровней, подобных ступеням стремянки, а не просто любых значений энергии.

Вернуться

265

Эти поля генерируют при помощи охлажденных гелием сверхпроводников; вот еще одна причина не покупать детям воздушные шарики с гелием!

Вернуться

266

Средняя смертельная доза, то есть количество яда, которое вызывает гибель 50 % группы подопытных животных.

Вернуться

267

Material Safety Data Sheet, Potassium Nitrate. Fisher Scientific, 2008; Material Safety Data Sheet, Gadolinium(III) Nitrate Hexahydrate, 99.9 %. Fisher Scientific, 2008.

Вернуться

268

Information on Gadolinium-based Contrast Agents. U.S. Food and Drug Administration, 2010. URL: http://www.fda.gov/Drugs/DrugSafety/PostmarketDrugSafetyInformationforPatientsandProviders.

Вернуться

269

Между прочим, я заметил, что в наши дни, когда классический греческий язык почти исчез из учебной программы по литературе и гуманитарным наукам даже в Великобритании, студенты естественных наук и практические специалисты в этой области остались среди тех немногих, кто владеет хоть какой-то лексикой из классического греческого и кто знает, что Λ – это буква Л, а не какая-то странная греческая разновидность буквы А, и что Σ – это С, а не замысловатая Е.

Вернуться

270

Brain Tumor: Diagnosis. American Society of Clinical Oncology. URL: http://www.cancer.net/patient/Cancer+Types/Brain+Tumor?sectionTitle=Diagnosis.

Вернуться

271

В результате этой операции и последующего курса химио- и радиотерапии Мари Фредрикссон полностью потеряла зрение на один глаз и способность писать и читать; у нее также появились проблемы со слухом и некоторое ограничение подвижности тела. Победить в долгой борьбе с болезнью певице не удалось: она умерла 9 декабря 2019 года в возрасте 61 года.

Вернуться

272

Wiggin A. The Truth Behind China’s Rare Earths Embargo // Forbes, 20 October 2010; Helmore E. China’s Stranglehold on Rare Earth Metals “No Threat to US Security” // The Guardian, 31 October 2010.

Вернуться

273

При некоторых условиях и в некоторых формах эти леденцы в Великобритании называют «леденцовыми камешками». Как ни странно, по-шведски они называются polkagrisar; вторая часть слова, gris, означает «свинья» – по-английски pig. В английском языке это слово, помимо прочего, означает грубую отливку металла, пригодного для дальнейшей обработки – например, чугуна в чушках.

Вернуться

274

Tasman’s PEA Study of Norra Karr Heavy Rare Earth and Zirconium Project Demonstrates Robust Economics and Long Mine Life. News Release, 21 March. Tasman Metals Ltd, 2012.

Вернуться

275

Sjöstrand L. Erik XIV: s sinnessjukdom ett resultat av arv och dåligt samvete? // Läkartidningen, 103 (3647). 2006.

Вернуться

276

Ericson L. Johan III: en biografi. Historiska Media, 2004.

Вернуться

277

Генрих VII был дедом Елизаветы и прадедом Марии.

Вернуться

278

Andersson I. Erik XIV // Svenskt biografiskt lexikon. Riksarkivet, 1953. Vol. 14. P. 282.

Вернуться

279

Yeatts T. Forensics: Solving the Crime. Oliver Press, 2001.

Вернуться

280

Emsley J. Whatever Happened to Arsenic? // New Scientist, 19 (10). 1985.

Вернуться

281

Webster S.H. The Development of the Marsh Test for Arsenic // Journal of Chemical Education, 24 (487–490). 1947.

Вернуться

282

Сэйерс Д. Смертельный яд (Strong Poison). Слово, 1994.

Вернуться

283

Sempler K.-A. Revolver-Harry och Kalle Blomqvist // NyTeknik, 29 September 2001.

Вернуться

284

Возможно, то, что главные героини обеих трилогий имеют похожие фамилии – Лисандер и Саландер, – тоже не совпадение.

Вернуться

285

Линдгрен А. Знаменитый сыщик Калле Блумквист рискует (Mästerdetektiven Blomkvist lever farligt). Лениздат, 1986; Ларссон С. Девушка с татуировкой дракона (Män som hatar kvinnor). Эксмо: Домино, 2009.

Вернуться

286

AsH3 схож с аммиаком NH3, но гораздо более ядовит.

Вернуться

287

Кристи, Автобиография.

Вернуться

288

Mandal B.K., Suzuki K.T. Arsenic Round the World: A Review // Talanta, 58 (201). 2002; Chakraborti D., Rahman M.M., Paul K. et al. Arsenic Calamity in the Indian Subcontinent: What Lessons Have Been Learned? // Talanta, 58 (3). 2002.

Вернуться

289

Wennerberg J. Läkemedel som förändrat världen. Apotekarsocieteten, 2012.

Вернуться

290

От греческого χείρ – «рука».

Вернуться

291

Sayers D., Eustace R. The Documents in the Case. Victor Gollancz, 1930.

Вернуться

292

Knowles W.S. Nobel Lecture // Les Prix Nobel: The Nobel Prizes 2001. Nobel Foundation, 2002.

Вернуться

293

Elschenbroich C., Salzer A. Organometallics: A Concise Introduction. VCH, Weinheim, 1989.

Вернуться

294

Майкл Джей Фокс – почетный доктор Каролинского института в Стокгольме.

Вернуться

295

Фонд Майкла Дж. Фокса по исследованию болезни Паркинсона. URL: https://www.michaeljfox.org/.

Вернуться

296

В 1918 году он окончил Технологический колледж имени Трупа (сейчас Калифорнийский технологический университет).

Вернуться

297

Интересные факты о Калифорнийском технологическом институте. (California Institute of Technology, 2009). URL: http://archives.caltech.edu/about/fastfacts.html.

Вернуться

298

Касслер К., Касслер Д. Арктический дрейф (Arctic Drift). Эксмо, 2013.

Вернуться

299

Макьюэн И. Солнечная (Solar). Эксмо: Домино, 2011.

Вернуться

300

Griggs J. Ian McEwan: Mr Sunshine // New Scientist, 30 March 2010. URL: https://www.newscientist.com/article/mg20627541–000-ian-mcewan-mr-sunshine/.

Вернуться

Примечания

1

Периодическая таблица химических элементов ИЮПАК (Международный союз специалистов по теоретической и прикладной химии, 2012 г.). URL: https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/.

2

Англ. spin – «вращение».

3

Из квантовой механики можно вывести (хоть это и нетривиальное упражнение даже для физиков) такую же периодическую таблицу и множество удобных объяснений поведения химических элементов.

4

Scerri E.R. The Periodic Table: Its Story and Its Significance. Oxford University Press, 2006.

5

Ball P. There is No Hidden Understanding to be Teased out by “Improving” the Periodic Table, Argues Philip Ball. But Eric Scerri Begs to Differ // Chemistry World, September 2010.

6

Браун Д. Код да Винчи (The Da Vinci Code). АСТ, 2004.

7

Адамс Д. Автостопом по галактике (The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy). АСТ, 1997.

8

В книге Д. Адамса ответ на этот вопрос должен был разрешить все проблемы Вселенной. Для его получения был создан специальный компьютер, который после 7,5 миллиона лет вычислений дал на него ответ – 42.

9

Отсылка к фильму «Угадай, кто придет к обеду?» (Guess Who’s Coming to Dinner). – Прим. ред.

10

Mwakikagile G. Botswana Since Independence. New Africa Press, 2009.

11

Lloyd’s of London – известный рынок страхования, существующий с XVIII века.

12

Parsons N., Henderson W., Tlou T. Seretse Khama. Macmillan, 1995; Mbanga W., Mbanga T., Seretse & Ruth. Tafelberg, 2005; Dutfield M. A Marriage of Inconvenience. Harper Collins, 1990.

13

Ibidem.

14

Duffy R.J. History of Nuclear Power // Encyclopedia of Energy. Elsevier, 2004. Vol. 4.

15

И в моем издании Laerebog i uorganisk kemi Нильса Бьёррума 1946 года он все еще находится там, даже несмотря на то что Бьёррум в былые времена преподавал химию Нильсу Бору.

16

49 Uranium Rush // Popular Mechanics, 2 (91). 1949.

17

Как это показано на обложке американского журнала «Популярная механика» 1949 года.

18

Willis R.P.H. The Uranium Story – An Update // The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy, 106. 2006. P. 601–609; Masiza Z. A Chronology of South Africa’s Nuclear Program // The Nonproliferation Review Fall, 1993. P. 35–55.

19

Parsons, Seretse Khama.

20

Hyam R. The Political Consequences of Seretse Khama: Britain, the Bangwato and South Africa, 1948–1952 // The Historical Journal, 29. 1986.

21

Dutfield, A Marriage of Inconvenience.

22

Hyam R., Henshaw P. Prime Minister’s Office Papers // The Lion and the Springbok: Britain and South Africa Since the Boer War. Cambridge University Press, 2003.

23

Willis, The Uranium Story; Masiza, A Chronology of South Africa’s Nuclear Program.

24

3 февраля 1960 года в Кейптауне, говоря о деколонизации, Макмиллан объявил, что «над этим континентом веет ветер перемен, и Великобритания вынуждена с этим считаться». После этого в том же году большинство африканских колоний получили независимость.

25

Леди Рут Уильямс Кхама, 1923–2002.

26

McCall Smith A. The Number One Ladies Detective Agency. Polygon, 1999.

27

Hyam, Henshaw, The Lion and the Springbok.

28

Фильм получил два «Оскара»: Хепберн получила награду за лучшую женскую роль, а Уильям Роуз – за лучший оригинальный сценарий.

29

Campbell D. Alabama Votes on Removing its Ban on Mixed Marriages Special Report: The US Elections // The Guardian, 3 November 2000.

30

При реакции с металлическим натрием выделяется такое количество тепла, что водород иногда воспламеняется.

31

Некролог Henry S. Lowenhaupt, 87; CIA Trailblazer // The Washington Post. 14 March 2006.

32

Lowenhaupt H.S. Chasing Bitterfeld Calcium // Studies in Intelligence, 1 (17). 1996 (подчищенная версия: оригинал опубликован в 1973 г.).

33

Мы использовали это слово в предисловии; возможно, в школе вы слышали другой термин – электронная оболочка.

34

Это важный промышленный процесс. Неон и другие благородные газы используются в самых разных целях, а жидкий азот очень важен для охлаждающих установок, но его нужно отделить от жидкого кислорода – весьма опасного вещества.

35

Тем не менее вот эти детали. На каждый атом урана вам требуется два атома кальция. Поскольку атомная масса урана – 238, а кальция – 40, это означает, что на 80 г кальция вы можете получить 238 г урана, а 30 тонн кальция дадут вам (по крайней мере, если теоретически предположить, что реакция пройдет хорошо) 30 × 238: 80 = 187 тонн урана.

36

Один из руководителей британской разведки, коммунист, агент советской разведки с 1933 года и член Кембриджской пятёрки.

37

Goodman M.S. Spying on the Nuclear Bear: Anglo-American Intelligence and the Soviet Bomb. Stanford University Press, 2007.

38

Campbell C. A Questing Life. iUniverse, 2006.

39

Отсылка к роману Марка Хэддона The Curious Incident of the Dog in the Night-Time (в России книга вышла под заголовком «Загадочное ночное убийство собаки»). – Прим. ред.

40

Brinck B. «Stockholms-Tidningen». Шведский журналист находился на борту дирижабля Hindenburg в 1937 г. и отправил домой в Стокгольм несколько статей во время последнего путешествия; эти статьи были процитированы в 2011 г. в документальном фильме канала Sveriges Radio под названием Ombord på Hindenburg, снятом 30 января 2010 г.

41

Russell P. Faces of the Hindenburg. 2013. URL: http://facesofthehindenburg.blogspot.com.

42

The Hydrogen and Fuel Cells Program // U.S. Department of Energy. 2013. URL: http://www.hydrogen.energy.gov/.

43

Личное общение. Рихард Ван Тройрен пользовался данными из Schiller H.V. Zeppelin, Wegbereiter des Weltluftverkehrs. Kirschbaum Verlag, 1966.

44

Пленка, отснятая на борту дирижабля Hindenburg во время последнего полета. YouTube, URL: http://www.youtube.com/watch?v= 0rSzc8JxBFg.

45

Medlicott W.N. The Economic Blockade // History of the Second World War, United Kingdom Civil Series. Longmans, Green and Co., 1952.

46

n – это количество вещества, обычно выраженное в молях, а Т – температура в Кельвинах (6 × 1023 частиц составляют 1 моль).

47

Woolley J.T., Peters G. Herbert Hoover, Statement About the Export of Helium at the President’s News Conference, October 10, 1930. The American Presidency Project, 1930. URL: https://www.presidency.ucsb.edu/documents/the-presidents-news-conference-773.

48

Кстати, этот способ не очень экологичен. Сегодня мы стремимся к тому, чтобы производить водород при помощи солнечного света, – либо при помощи какого-нибудь хитроумного фотокаталитического процесса, либо при помощи солнечных батарей и электролиза.

49

Shute N. Slide Rule. Heinemann, 1954.

50

White G.J., Maze J.R. Harold Ickes of the New Deal: His Private Life and Public Career. Harvard University Press, 1985.

51

Woolley J.T., Peters G. Recommendation on a Policy for Helium Export, May 25, 1937. The American Presidency Project, 1937. URL: https://www.presidency.ucsb.edu/documents/recommendation-policy-for-helium-export.

52

Helium to Germany // Time Magazine. 17 January 1938.

53

Ickes H.L. The Secret Diary of Harold L. Ickes: The Inside Struggle: 1936–1939. Simon and Schuster, 1955. Vol. 2.

54

Berg P. Background and Biography // R.R. Angerstein’s Illustrated Travel Diary, 1753–1755: Industry in England and Wales from a Swedish Perspective. Science Museum, 2001.

55

Angerstein R.R. Angerstein’s Illustrated Travel Diary, 1753–1755: Industry in England and Wales from a Swedish Perspective. Science Museum, 2001.

56

Шведское слово jern – это старое написание järn, «железо».

57

Berg, Background and Biography.

58

Ibidem.

59

Чтобы узнать больше о более поздних попытках шпионажа против Хантсмана, см. путешествия Йохана Людвига Робзама в книге Rydberg S. Svenska studieresor till England under frihetstiden. Almquist & Wiksells boktryckeri, 1951. P. 170–187.

60

В технических терминах сталь – это материал из железа, содержащий менее 2 % углерода по массе. Те материалы, в которых концентрация углерода выше, имеют другие названия – например, чугун.

61

Реальные значения радиусов атомов составляют 0,07 нанометра для углерода и 0,14 нанометра для железа.

62

Скотт В. Талисман, или Ришард в Палестине: из истории времен Крестовых походов (The Talisman). Москва: тип. С. Селивановского, 1827.

63

Reibold M., Paufler P., Levin A.A., Kochmann W., Patzke N., Meyer D.C. Materials – Carbon nanotubes in an ancient Damascus sabre // Nature, 444 (286). 2006.

64

Mader S. Scott’s “Talisman”, Damask Salad and Nano-wires – Observations to the Fundamental Natural Scientific Studies of Phantoms. Waffen-Und Kostumkunde 49, 45. 2007.

65

Он, конечно же, посещал и шахты Йоахимстали в Богемии (см. главы 1 и 2), хотя в то время они были известны лишь производством серебра. Он отметил, что дамы там одевались так же, как в его родном шведском городе Хедеморе.

66

Сегодня он известен как Уэнтворт Вудхаус; это одно из самых величественных старинных поместий в Великобритании, которое может похвастаться сельским домом с самым длинным фасадом в Европе благодаря многочисленным пристройкам, возведенным по заказу Чарльза Уотсон-Уэнтворта.

67

Fornander M. Biografi // R.R. Angersteins resor genom Ungern och Österrike 1750. Jernkontorets bergshistoriska utskott, 1992; Naumann E. Reinhold Rüdker Angerstein // Svenskt biografiskt lexikon. Riksarkivet, 1918. Vol. 1. P. 792.

68

Palmer M. Introduction // R.R. Angerstein’s Illustrated Travel Diary, 1753–1755: Industry in England and Wales from a Swedish Perspective. Science Museum, 2001.

69

Farrell S.M. Wentworth, Mary Watson, marchioness of Rockingham (bap. 1735, d. 1804) // Oxford Dictionary of National Biography. Oxford University Press, 2004.

70

«Тогда, как и сейчас, ветерок с ароматом гвоздики и других тропических специй приветствовал путешественника с самого берега, а медленные, вкрадчивые волны чудесного синего цвета накатывали на белоснежные коралловые пляжи». Так Алан Мурхед описывал в своей книге «Белый Нил» (The White Nile, Harper & Row, 1960) прибытие Джона Хеннинга Спика и сэра Ричарда Бёртона в Африку в 1856 г., когда они отправились в экспедицию на поиски Великих Африканских озер.

71

Пруст М. В сторону Свана: В поисках утраченного времени. Academia, 1927; оригинал впервые опубликован в 1913 г.

72

Несколько лет назад один шведский журнал для гурманов опубликовал рецепт яблочного пирога, в который вкралась опечатка: 20 мускатных орехов вместо 2 kryddmått (примерно половина чайной ложки). Тем, кто случайно последовал указаниям в рецепте, пирог должен был показаться несъедобным, но все же несколько человек умудрились съесть достаточно, чтобы у них развились такие симптомы, как головная боль и головокружение.

73

Ладно, на самом деле мне нельзя этого говорить, не следует столь фривольно выражаться, когда речь идет об электронах. Мне следовало бы рассуждать о вероятностной электронной плотности и о волновых функциях, потому что электроны, как и отдельных зебр в их защитной окраске, невозможно отличить друг от друга таким способом.

74

Еще больше дело осложняется тем, что эта смесь меняется в зависимости от разновидности дерева и от того, где оно выросло.

75

Milton G. Nathaniel’s Nutmeg. Penguin Books, 1999.

76

International Trade Centre, World Markets in the Spice Trade 2000–2004 // UNCTAD/WTO. 2005.

77

Конвенция ООН о биоразнообразии: The Convention on Biological Diversity, 120901. URL: http://www.cbd.int/

78

Milton, Nathaniel’s Nutmeg.

79

Andersson H. Från dygdiga Dorothea till bildsköne Bengtsson berättelser om brott i Sverige under 400 år. Vulkan, 2009.

80

Горнопромышленный район Большой Медной горы в Фалуне, объект Всемирного наследия ЮНЕСКО (2001). URL: http://whc.unesco.org/en/list/1027.

81

Mwakikagile G. Africa 1960–1970: Chronicle and Analysis. New Africa Press, 2009.

82

Chilean President Salvador Allende Committed Suicide, Autopsy Confirms // The Guardian, 20 July 2011.

83

Borger J. New Inquiry Set Up Into Death of UN Secretary General Dag Hammarskjöld // The Guardian, 18 July 2012.

84

Finlay V. Colour: Travels Through the Paintbox. Sceptre, 2003.

85

Polo M., Benedetto L.F. The Travels of Marco Polo: Translated into English from the Text of L.F. Benedetto. Asian Educational Services, 1931.

86

Wood J. A Personal Narrative of a Journey to the Source of the River Oxus. John Murray, 1841.

87

Finlay, Colour.

88

Perry T. Afghan Commander Massoud, Killed on Eve of 9/11 Attacks, is a National Hero Proclaimed September 9 as Massoud Day // Los Angeles Times, 22 September 2010.

89

Некролог Ahmad Shah Massoud // The Telegraph, 17 September 2001.

90

Dupee M. Afghanistan’s Conflict Minerals: The Crime—State—Insurgent Nexus // United States Military Academy, 2012. URL: https://www.ctc.usma.edu/afghanistans-conflict-minerals-the-crime-state-insurgent-nexus/.

91

Но хорошие способы вырастить кристалл сахара из водного раствора все же существуют. Проявив немного терпения, поскольку на это уйдет не один день, вы можете провести интересный эксперимент с маленькими детьми, а наградой станет то, что вырастить можно по-настоящему большие кристаллы!

92

Недавно были получены хорошие изображения плоских молекул, сделанные с использованием сканирующего атомно-силового микроскопа (АСМ), однако большинство молекул, как и сахароза, имеют выраженно неплоскую форму, и их нельзя исследовать подобным образом. Svensson J. A really close look at molecules // Kemivärlden Biotech med Kemisk Tidskrift, 2013. P. 39–41.

93

Довольный правитель попросил изобретателя шахмат назвать вознаграждение, которое тот хотел бы получить, и изобретатель ответил, что он хочет одно зернышко риса на первой клетке доски, два – на второй и точно так же удваивающееся количество на каждой следующей клетке вплоть до шестьдесят четвертой.

94

Hildebrandt G. The Discovery of the Diffraction of X-rays in Crystals – A Historical Review // Crystal Research and Technology, 28 (747). 1993.

95

В качестве примера, объясняющего принципы кристаллографии, это не лучшее соединение, так как оно несколько сложнее, чем среднестатистический кристалл. Вы можете представить себе, что меняющийся состав – это солдаты на параде, некоторые из которых надели другие фуражки и создали другой порядок в дополнение к тем, что стоят плечом к плечу в четких шеренгах и рядах. Технический термин для этого – «несоразмерная модуляция», и мои друзья-кристаллографы радостно сообщили мне, что тут все понятно: вы просто перемещаетесь в четвертое или пятое пространственное измерение.

96

Hassan I., Peterson R.C., Grundy H.D. The Structure of Lazurite, Ideally Na6Ca2(A16 Si6O24) S2, a Member of the Sodalite Group // Acta Crystallographica, 41 (827). 1985; Arieli D., Vaughan D.E. W., Goldfarb D. New Synthesis and Insight into the Structure of Blue Ultramarine Pigments // Journal of the American Chemical Society, 126 (5776). 2004.

97

Fleet M.E., Liu X. Absorption Spectroscopy of Ultramarine Pigments: A New Analytical Method for the Polysulfide Radical Anion S3 – chromophore // Spectrochimica Acta Part B, 65 (75). 2010.

98

Perry, Afghan Commander Massoud.

99

«Бриллианты навсегда» – седьмой фильм о Джеймсе Бонде (1971).

100

Smith A.M. Tears of the Giraffe. Polygon Books, 2000.

101

Не хочу, чтобы у вас возникло впечатление, будто химики небрежно относятся к практике присвоения названий – это скорее прозвища или профессиональный жаргон. Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) постоянно разрабатывает термины, слова и грамматику для того, чтобы в названиях химических соединений не было двусмысленностей. Эта крайне важная деятельность способствует нормальной работе в сфере торговли, контроля, законодательства и таможни по всему миру.

102

Delaney F. Simple Courage: A True Story of Peril on the Sea. Random House, 2006.

103

Bekker B. Flying Enterprise & Captain Carlsen. Bekkers forlag, 2011.

104

Rockwell T. The Rickover Effect: How One Man Made a Difference. Naval Institute Press, 1992.

105

Rickover H.G., Geiger L.D., Lustman B. History of the Development of Zirconium Alloys for Use in Nuclear Reactors // United States Energy Research and Development Administration, Division of Naval Reactors, 1975.

106

Hayes E.T. Part VII – Alloys // Zirconium: Its Production and Properties, U.S. Bureau of Mines Bulletin, 561 (1956). P. 93.

107

Bekker, Flying Enterprise & Captain Carlsen.

108

Из личного общения с Т. Рокуэллом. 2012.

109

Риковер известен как «отец атомного флота», однако, по общему мнению, он был противоречивой фигурой. Однажды кто-то процитировал слова Главнокомандующего ВМС США: «У Военно-морского флота США есть три врага: авиация США, Советский Союз и Хайман Риковер» (Rickover H.G., Geiger L.D., Lustman B. History of the Development of Zirconium Alloys for Use in Nuclear Reactors. United States Energy Research and Development Administration, Division of Naval Reactors, Washington, 1975).

110

Bowman F.L. S., Statement of Admiral F.L. ‘Skip’ Bowman, U.S. Navy Director, Naval Nuclear Propulsion Program Before the House Committee on Science 29 October 2003. URL: http://www.spaceref.com/news/viewsr.html?pid=10826.

111

Серия из 12 детских книг английского автора Артура Рэнсома (1884–1967), действие которых происходит по большей части в Озерном крае.

112

Чтобы это продемонстрировать, сначала заварите крепкий чай, а затем как можно тщательнее растворите в воде или уксусе кусочек железосодержащей пищевой добавки в форме таблетки. Добавьте раствор железа в чай и понаблюдайте, что получится. Для промышленного производства чернил использовались галлы – чернильные орешки (наросты на листьях дуба и других растений, образовавшиеся в результате жизнедеятельности насекомых).

113

Petroski H. The Pencil: A History of Design and Circumstance. Knopf, 2006.

114

Британская пехота.

115

Tyler I. Seathwaite Wad, and the Mines of the Borrowdale Valley. Blue Rock Publications, 1995.

116

Или, вернее, в Камберленде – небольшом историческом графстве, которое является частью церемониального графства Камбрия с 1974 г.

117

Collingwood W.G. Lake District History. Titus Wilson & Son, 1925.

118

А чтобы нам было еще сложнее, kol является также омонимом слова kål – «капуста».

119

Существуют и другие формы углерода – знаменитые молекулы С60, недавно дискредитированный собрат алмаза лонсдейлит, и некоторые другие.

120

An Act for the More Effectual Securing Mines of Black Lead from Theft and Robbery, The Statues at Large from the Twentieth Year of Reign of King George the Second to the Thirtieth Year of Reign of King George the Second. Mark Basket, 1764. Vol. 7. P. 415.

121

Pederson J.P. International Directory of Company Histories. Gale, 2005. Vol. 73.

122

Petrie G. Hand of Glory. Pan Books, 1979.

123

Walpole H. Rouge Herries. Macmillan, 1932.

124

Хёг П. Смилла и ее чувство снега. SYMPOSIUM, 2013.

125

Hees A. v. Fiction and Reality in Smilla’s Sense of Snow // European Studies, An Interdisciplinary Series in European Culture, History and Politics, 18 (215). 2002.

126

Специалист, изучающий все существующие формы льда.

127

Странным образом Наполеон III еще раз попал в историю химии как инициатор изобретения маргарина.

128

Geller T. Aluminum: Common Metal, Uncommon Past // Chemical Heritage Magazine, 8. 2007.

129

Kenney G.I. Dangerous Passage: Issues in the Arctic. Natural Heritage Books, 2006.

130

Sørensen A.K. Denmark-Greenland in the Twentieth Century. Museum Tusculanum Press, 2009.

131

Под командованием легендарного норвежского авиатора-полярника и полковника ВВС США Бернта Балхена.

132

Lorentz G., Hommerberg S. Bernt Balchen – Den flygande vikingen. AB Allhems förlag, 1945.

133

Representative Missions: Heroya // Army Air Forces Report, 4 January 1944.

134

Bo Widfeldt R.W. Making for Sweden: The Story of the Allied Airmen Who Took Sanctuary in Neutral Sweden. P. 2 The United States Army Air Force. Air Research Publications, 1998.

135

Ramberg L. Kyoto och fjärilarna. Kabusa Böcker, 2007.

136

Forster P., Ramaswamy V., Artaxo P. et al. Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing // Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of 181 Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 2007.

137

Secher K., Johnsen O. Minerals in Greenland // Geology and Ore. Geological Survey of Denmark and Greenland (GEUS), 2008.

138

He Did Not Know of the A-bomb Plan. История Йоахима Рённеберга и другие документы на английском и норвежском языках на сайте семьи Рённеберг. URL: http://www.ronneberg.org/.

139

Thomas N. Foreign Volunteers of the Allied Forces 1939–1945. Osprey Publishing, 1991.

140

Отметим, к примеру, что «кембриджские шпионы» Маклин, Филби, Бёрджесс и Блант имели высшее образование в области современного языкознания, экономики, истории и искусствоведения соответственно.

141

Jones R.V. Most Secret War. Hamish Hamilton, 1978.

142

Thomas, Foreign Volunteers of the Allied Forces.

143

Сегодня для получения газообразного водорода, который используется в реакции Габера – Боша, применяются природный газ и другие полезные ископаемые, и вот поэтому большинство атомов азота, содержащихся в нашем организме, получены из невозобновляемых источников.

144

Uttersrud U. Leif Tronstad Vitenskapsmann, etterretningsoffiser og militærorganisator 1903–1945. Teknologihisotria, Engineering education, Oslo andAkershus University College of Applied Sciences. URL: https://web.archive.org/web/20080113003506/http://www.iu.hio.no/~ulfu/historie/tronstad/index.html; Okkenhaug K. NTH-professoren som snøt Hitler for atombomben // Adresseavisen, 14 March 2008.

145

Jones, Most Secret War.

146

Nordahl M. Tungtvannsaksjonen som mislyktes // forskning.no, онлайн-издание, посвященное норвежским и международным исследованиям. 2011.

147

Вернер Карл Гейзенберг (1901–1976) – немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики, ведущий теоретик немецкого ядерного проекта.

148

У углерода есть стабильный изотоп с массовым числом 13, но, поскольку обычный углерод – это С-12 с равным числом протонов и нейтронов, у него очень стабильное и химически инертное ядро, которое не вступает в реакцию с нейтронами и не образует сколько-нибудь значимого количества С-13.

149

Для шведов он «всемирно известный автор»; для остального же мира – драматург-женоненавистник, известный главным образом благодаря одной драме – «Фрекен Юлия». Однако эту пьесу постоянно ставят в театрах по всему миру, а работы Стриндберга в театре и драматургии считаются весьма влиятельными. Его первый роман «Красная комната» был опубликован в 1879 г.

150

Sjöstrand L. Tegnér, Strindberg och Fröding – Diktare under psykiatrins lupp // Läkartidningen, 102 (660–662). 2005.

151

Owen J. Stephen Fry: My Battle with Mental Illness, The Comic Actor Talks Openly for the First Time About the Self-loathing Brought About By His Bipolar Disorder // The Independent, 17 September 2006.

152

Quiroz J.A., Gould T.D., Manji H.K. Molecular Effects of Lithium // Molecular interventions, 4 (259). 2004.

153

Есть симпатичная формула, демонстрирующая этот факт. Энергия взаимодействия между диполем (молекулой, имеющей положительно и отрицательно заряженные концы) и зарядом пропорциональна следующим величинам: (заряд) × («сила» диполя) / (квадрат расстояния). В виде формулы это выглядит так: E = k·q·α/r2. Чем больше расстояние, тем слабее энергия и тем легче разорвать связь.

154

Hultqvist L. Strindberg: Guldmakaren in Nationalencyklopedin. 2004.

155

Стриндберг A. Жители острова Хемсё. Вага, 1989.

156

Across the great divide // Nature Physics, 309. 2009.

157

Kauffman G.B. August Strindberg, Goldmaker // Gold Bulletin, 21 (584). 1983, 1988.

158

Ibid.

159

Saussure H.B. d. Voyages dans les Alpes. Samuel Fauche, 1786. Vol. 2.

160

Мэри и Уильям Вордсворт (его мы походя упоминали в главе 9) путешествовали по региону в 1820 году, и вот что Мэри писала в своем дневнике: «В Вале, должно быть, чудовищно жить – застоявшаяся неприятная вода, кретины с зобами и другие уроды встречаются очень часто. На детей просто больно смотреть».

161

Hetzel B.S. The Nature and Magnitude of the Iodine Deficiency Disorders // Towards the Global Elimination of Brain Damage Due to Iodine Deficiency. Oxford University Press, 2004.

162

Orgiazzi J., Spaulding S.W. Milestones in European Thyroidology (MET) Jean-Francois Coindet (1774–1834). The European Thyroid Association.

163

Rosenfeld L. Discovery and Early Uses of Iodine // Journal of Chemical Education, 77 (984). 2000.

164

Beckers C. Milestones in European Thyroidology (MET) Introduction. The European Thyroid Association.

165

Droin G. Endemic Goiter and Cretinism in Alps: Evolution of Science and Treatments, Transformation of the Pathology and its Representations // International Journal of Anthropology, 20 (307). 2005.

166

McNeil Jr D.G. In Raising the World’s I.Q., the Secret’s in the Salt // New York Times, 16 December 2006.

167

Micronutrients, Macro Impact: The Story of Vitamins and a Hungry World. Sight and Life, 2012.

168

Полный список выглядит так: оксиды, гидроксиды, сульфиты, сульфиды, фосфаты и карбонаты нерастворимы; нитраты, ацетаты и сульфаты растворимы. В реальности у этих правил, конечно же, есть многочисленные исключения.

169

Большие его залежи также обнаруживаются (что несколько неожиданно) под водой – например, на дне Средиземного моря, и это доказывает, что подобные моря и озера прежде были сушей. Почему же соль не растворилась? Насыщенный соляной раствор обладает большой плотностью, поэтому скапливается на дне и почти не смешивается с основной массой океанической воды, защищая таким образом слой соли от растворения.

170

Goetz C.G., Bonduelle M., Gelfand T. Charcot: Constructing Neurology. Oxford University Press, 1995.

171

Goodman L.S., Gilman A. The Pharmacological Basis of Therapeutics: A Textbook of Pharmacology, Toxicology, and Therapeutics for Physicians and Medical Students. Macmillan, 1970.

172

Brandt E.N. Growth Company: Dow Chemical’s First Century. Michigan State University Press, 1997.

173

Ibid.

174

Кристи А. Загадочное происшествие в Стайлсе (The Mysterious Affair at Styles). Ээсти раамат, 1984.

175

Больше он в этом качестве не применяется, но, как сказано в одной современной книге по фармакологии, ход мыслей, видимо, был таков: «На вкус он столь ужасен, что явно должен принести пациенту хоть какую-то пользу». Bryant B., Knights K. Pharmacology for Health Professionals. Mosby, 2006.

176

Matsson O. En dos stryknin: om gifter och giftmord i litteraturen. Bokförlaget Atlantis, 2012.

177

Robertson J.H., Beevers C.A. The Crystal Structure of Strychnine Hydrogen Bromide // Acta Crystallographica, 4 (270). 1951.

178

Мы называем их межмолекулярными связями или взаимодействиями.

179

Кристи А. Автобиография (Agatha Christie: An Autobiography). Лимбус-пресс: РИК «Культура», 1997.

180

Verg E., Plumpe G., Schultheis H. Meilsteine, 125 Jahre Bayer 1863–1988. Informedia Verlags-GmbH, 1988.

181

Бромид-ионы могут присутствовать в некоторых лекарствах в качестве противоионов для улучшения растворимости; они не токсичны и находятся в списке одобренных ионов, которые постоянно тестируют при испытаниях лекарственных форм с новыми компонентами.

182

База данных Комиссии по сохранению могил погибших на войне за Британскую империю. 2013. URL: http://www.cwgc.org/.

183

Arthur M. Dictionary of Explosives. P. Blakiston’s Son & Co, 1920; Williams J. From Corn to Cordite. John Williams, 2010

184

Lloyd G.D. War Memoirs of David Lloyd George. Ivor Nicholson & Watson, 1933.

185


186

Keshav T. Biotechnology. John Wiley & Sons (Asia), 1990.

187

Kauffman G.B., Mayo I. Chaim Weizmann (1874–1952): Chemist, Biotechnologist, and Statesman, the Fateful Interweaving of Political Conviction and Scientific Talent // Journal of Chemical Education, 71 (209). 1994.

188

Shaw G.B. Arthur and the Acetone: Complete Plays Vol. III. Dodd, Mead & Company, 1962.

189

Lloyd G.D. War Memoirs.

190

Weizmann C. Trial and Error. Harper, 1949.

191

Burr L. British Battlecruisers 1914–1918. Osprey Publishing, 2006.

192

Brown D.K. The Grand Fleet: Warship Design and Development, 1906–1922 // Naval Institute Press, 2010 (1-е издание: Chatham, 1999).

193

Loftus Jones VC: A Biography. Royal Naval Museum Library, Portsmouth, 2005.

194

Для тех, кому интересны подробности: мы используем уравнение состояния идеального газа в виде V = nRT/P с универсальной газовой постоянной R = 0, 082 л⋅атм/(моль⋅К), Т = 398 К, Р = 1 атм. С плотностью нитроглицерина в 1,6 г/см3 и молярной массой 227 г/моль мы получаем 8 г нитроглицерина, которые дают 0,035 моля. Общее количество молекул газа составляет 29×0,035/4 = 0,255 моля, а объем (V) = 0,255×0,082×398/1 = 8,3 л.

195

Зелейщик – устар. «пороховых дел мастер».

196

Langlet O. Salpetersjuderiet och salpetersjudarna // Från Borås och de Sju häraderna, 29. 1975; Arrhenius S. Kemien och det moderna livet. H. Gebers, 1919.

197

Нитрифицирующие бактерии получают энергию путем окисления неорганических соединений азота; азотфиксирующие бактерии усваивают молекулярный азот из воздуха и переводят его в органические соединения.

198

Langlet, Salpetersjuderiet och salpetersjudarna.

199

Tidskrift en KGF-nytt, Kronobergs Genealogiska Förening. 2006; Upphittad dödskalle // Agunnaryds Allehanda, 2010.

200

Cressy D. Saltpeter: The Mother of Gunpowder. Oxford University Press, 2013.

201

Nilsson B. Loshultskuppen // Terra Scaniae (образовательный сайт регионального совета Сконе). URL: http://www.ts.skane.se/; Åberg A. Snapphanarna. LTs förlag, 1952.

202

Трудно точно оценить награбленное. Пропало по меньшей мере 18 000 серебряных далеров (слово, однокоренное со словом «доллар»), приблизительная стоимость которых составляла от 300 000 до 8,5 миллиона фунтов стерлингов в зависимости от выбранного метода сравнения из предложенных на Portalen för historisk statistik – historia i siffror, www.historicalstatistics.org/ – портале исторической статистики, который опирается на макроэкономические данные о Швеции XIX и XX веков (Родни Эдвинссон, Стокгольмский университет).

203

Габер считается отцом химического оружия: он разрабатывал отравляющие газы, применявшиеся во время Первой мировой войны, а затем (под видом инсектицидов) и другие боевые отравляющие вещества.

204

Вильна – название Вильнюса до 1918 г. (Вильно с 1919 по 1939 г.).

205

Замойский А. 1812. Фатальный марш на Москву. Эксмо, 2013.

206

LeCouteur P., Burreson J. Napoleon’s Buttons. Jeremy P. Tarcher, 2004.

207

Если апельсины просто свалены кучей, без всякого изящества, то мы получим модель того, что называется аморфным твердым веществом (не имеющим формы). Ближайшее окружение каждого апельсина будет напоминать плотно упакованную структуру, но в отсутствие какого-либо дальнего порядка. В регулярной структуре с плотной упаковкой мы можем точно указать расположение каждого апельсина, если нам известны координаты только одного фрукта, а в аморфном состоянии это невозможно.

208

Часто, но не всегда происходящая реакция – та, при которой выделяется больше всего тепла. Формула для полного расчета – ΔG = ΔH – TΔS, где ΔH – выделившаяся теплота (отрицательное значение), Т – температура в Кельвинах (всегда положительная), а ΔS – изменение энтропии (высокая энтропия связана с меньшей упорядоченностью или, что то же самое, большей вероятностью состояния). Реакция возможна с термодинамической точки зрения, когда изменения в величине G, то есть ΔG, меньше нуля.

209

Chang R. General Chemistry, 10th ed. McGraw-Hill, 2010.

210

Petrucci R., Harwood W.S., Madura J.D. General Chemistry: Principles and Modern Applications. Pearson/Prentice Hall, Upper Saddle River, 2007.

211

Vionnet de Maringoné L.J. Campagnes de Russie & de Saxe (1812–1813): Souvenirs d’un Ex-commandant des Grenadiers de la Vieille-garde. E. Dubois, 1899 (оригинал из Калифорнийского университета, оцифрованный 10 ноября 2007 г.).

212

LeCouteur, Napoleon’s Buttons; Emsley J. Nature’s Building Blocks: An A—Z Guide to the Elements. Oxford University Press, 2001.

213

Например: http://l.brenet.free.fr/grognards.htm.

214

Signoli M., Ardagna Y., Adalian P. et al. Discovery of a Mass Grave of Napoleonic Period in Lithuania (1812, Vilnius) // Comptes Rendus Palevol, 3 (219). 2004.

215

Толстой Л. Война и мир. Тип. Т. Рис. У Мясницких ворот, 1868.

216

Довольно много таких рассказов можно найти в интернете, и среди них – воспоминания сержанта Бургоня и нашего знакомца с термометром – генерала Вионне.

217

Замойский, 1812.

218

Замойский A., личное общение и переписка по электронной почте. 2008.

219

Dana J.D., Dana E.S. Item Notes: v. 177 // The American Journal of Science, 1909

220

Cohen E. The Allotropy of Metals (A Lecture Delivered before the Faraday Society, Tuesday, June 13, 1911) // Transactions of the Faraday Society, 1911.

221

Перевод: ЛГМ (Литовский государственный музей), реставрационный центр, исследовательская лаборатория, экспонат: пуговица 3674, основной сплав, анализ провел (подпись).

222

Fritsche C. Ueber eigenthumlich modificirtes Zinn // Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 2 (112). 1869.

223

Baudin R., Fraisse O. Tout la lumière sur l’ètain // Bulletin de l’Union des Physiciens, 865 (961). 2004.

224

Замойский, 1812.

225

Simple Steps to Protect Your Family from Lead Hazards. United States Environmental Protection Agency, United States Consumer Product Safety Commission, United States Department of Housing and Urban Development, EPA747-K-99–001, 2003.

226

Поллион М.В. Книга VIII из «Десяти книг об архитектуре». Изд-во Всес. акад. архитектуры, MCMXXXVI (1936).

227

Виллы, спроектированные архитектором Андреа Палладио (1508–1580), в окрестностях Венеции и Виченцы. Многие из них в 1994 г. были объявлены ЮНЕСКО памятниками Всемирного наследия.

228

Mays S., Ogden A., Montgomery J., Vincent S., Battersby W., Taylor G.M. New Light on the Personal Identification of a Skeleton of a Member of Sir John Franklin’s Last Expedition to the Arctic, 1845 // Journal of Archaeological Science, 38 (1571). 2011.

229

Battersby W. Identification of the Probable Source of the Lead Poisoning Observed in Members of the Franklin Expedition // Journal of the Hakluyt Society, September 2008.

230

Keenleyside A., Song X., Chettle D.R., Webber C.E. The Lead Content of Human Bones from the 1845 Franklin Expedition // Journal of Archaeological Science, 23 (461). 1996.

231

Mills W.J. Exploring Polar Frontiers: A Historical Encyclopedia, Vol. 1. ABCCLIO, 2003.

232

Lidsky T.I., Schneider J.S. Lead Neurotoxicity in Children: Basic Mechanisms and Clinical Correlates // Brain, 126 (5). 2003.

233

Следует отметить, что острота токсичности свинца и легкость его попадания в организм во многом обусловлены формой и типом молекулы, в которой он присутствует. Например, металлическому свинцу гораздо труднее попасть в организм, чем жидкому тетраэтилсвинцу.

234

Kovarik W. Ethyl-leaded Gasoline: How a Classic Occupational Disease became an International Public Health Disaster // International Journal of Occupational and Environmental Health, 11 (384). 2005.

235

Kovarik W. Charles F. Kettering and the 1921 Discovery of Tetraethyl Lead in the Context of Technological Alternatives (исправлено и дополнено в 1999); Seyferth D. The Rise and Fall of Tetraethyl-lead: 1. Discovery and Slow Development in European Universities, 1853–1920 (2003.Vol. 22. Р. 2346) // Organometallics, 23, 1,172. 2004. URL: http://environmentalhistory.org/people/charles-f-kettering-and-the-1921-discovery-of-tetraethyl-lead/.

236

Kovarik W. Ph.D. Thesis // University of Maryland, 1993.

237

Эти документы хранятся в Университете Кеттеринга в городе Флинте, штат Мичиган.

238

Seyferth D. The Rise and Fall of Tetraethyl-lead: 2 // Organometallics, 22, 5,154. 2003.

239

Это вещество известно также как свинцовый сахар, и его в теории можно считать «традиционной, совершенно натуральной заменой сахара», но оно, конечно же, так же токсично, как и другие соединения свинца.

240

Аарон Иде отмечает, что после доклада главного санитарного врача, «несмотря на использование тетраэтилового свинца почти во всех видах моторного топлива и несмотря на распространение автомобилей, больше не проводилось никаких медицинских исследований его влияния на здоровье людей». Ihde A.J. The Development of Modern Chemistry. Dover Publications, 1964, 1984. Р. 710.

241

Chicago issues a ban on selling leaded gas // New York Times, 8 September, 1984. URL: https://www.nytimes.com/1984/09/08/us/chicago-issues-a-ban-on-selling-leaded-gas.html.

242

Hamilton A., Reznikoff P., Burnham G.M. Tetra-ethyl Lead // Journal of the American Medical Association, 84 (1481). 1925.

243

Alice Hamilton Awards for Occupational Safety and Health. US National Institute of Occupational Safety and Health.

244

Otten J.J., Hellwig J.P., Meyers L.D., eds. Dietary Reference Intakes: The Essential Guide to Nutrient Requirements. The National Academies Press, 2006.

245

Vincent J.B. Chromium: Celebrating 50 Years as an Essential Element? // Dalton Transactions, 39 (3787). 2010.

246

Vincent J.B., Love S.T. The Need for Combined Inorganic, Biochemical, and Nutritional Studies of Chromium(III) // Chemistry & Biodiversity, 9 (1923). 2012.

247

The Transportation of Natural Gas. Natural Gas Supply Association, 2011. URL: https://www.ngsa.org/.

248

Пассивация металла – процесс его защиты от коррозии при помощи оксидной пленки. К примеру, в оцинкованном ведре сталь защищена от коррозии цинковым покрытием.

249

Toxic award? // Science, 310 (229). 2005.

250

Kolata G. A Hit Movie is Rated “F” in Science // New York Times, 11 April 2000.

251

Toxic award? // Science; Bracchi P., McMahon B. She was the Single Mother Who Claimed Her Town was Poisoned by its Water Supply… but Was Erin Brockovich Wrong? // Daily Mail, 2 January 2011.

252

Jacobs J.P. Utilities Gird for New Regs as EPA Studies Toxicity of Hex Chromium // New York Times, 28 April 2011.

253

Hexavalent Chromium. U.S. Department of Labor, Occupational Safety and Health Administration. URL: https://www.osha.gov/hexavalent-chromium.

254

Skrzycki C. OSHA Slow to Issue Standards, Critics Charge // The Washington Post, 9 November 2004.

255

Nakamuro K., Yoshikawa K., Sayato Y., Kurata H. Comparative Studies of Chromosomal Aberration and Mutagenicity of Trivalent and Hexavalent Chromium // Mutation Research, 58 (175–181). 1978.

256

Hileman B. Balancing Panels, Charges Have Been Made that New Appointments to Committees Are Politically Motivated // Chemical & Engineering News, 10 (37–39). 10 March 2003.

257

Hinkley Compressor Station Chromium Contamination Cleanup. Lahontan Regional Water Quality Control Board, California Environmental Protection Agency, 2013. URL: http://www.swrcb.ca.gov/rwqcb6/water_issues/projects/pge/index.shtml.

258

Имя лошади в фильме «Национальный бархат» (National Velvet), в котором Элизабет Тейлор сыграла главную роль.

259

Шведский город, в котором началась музыкальная карьера Мари Фредрикссон.

260

Nordström G. Elisabeth Taylor till sjukhus // Expressen, 20 February 1997.

261

Roxette Star’s Surgery “A Success” // BBC News, 4 October 2002. URL: http://news.bbc.co.uk/2/hi/entertainment/2299745.stm.

262

Уильям Бёрк и Уильям Хэр – два ирландских эмигранта, совершившие в 1827–1828 гг. 16 убийств в районе улицы Уэст-Порт в Эдинбурге. Трупы жертв они продавали для препарирования известному хирургу, анатому и зоологу Роберту Ноксу, который вел частные анатомические курсы для студентов-медиков.

263

Вымышленный персонаж серии рассказов «Жемчужная нить» (1846–1847), цирюльник, убивавший и грабивший своих клиентов; тела его сообщница пускала в начинку для мясных пирогов.

264

Термин «квантовый» обозначает существование отдельных энергетических уровней, подобных ступеням стремянки, а не просто любых значений энергии.

265

Эти поля генерируют при помощи охлажденных гелием сверхпроводников; вот еще одна причина не покупать детям воздушные шарики с гелием!

266

Средняя смертельная доза, то есть количество яда, которое вызывает гибель 50 % группы подопытных животных.

267

Material Safety Data Sheet, Potassium Nitrate. Fisher Scientific, 2008; Material Safety Data Sheet, Gadolinium(III) Nitrate Hexahydrate, 99.9 %. Fisher Scientific, 2008.

268

Information on Gadolinium-based Contrast Agents. U.S. Food and Drug Administration, 2010. URL: http://www.fda.gov/Drugs/DrugSafety/PostmarketDrugSafetyInformationforPatientsandProviders.

269

Между прочим, я заметил, что в наши дни, когда классический греческий язык почти исчез из учебной программы по литературе и гуманитарным наукам даже в Великобритании, студенты естественных наук и практические специалисты в этой области остались среди тех немногих, кто владеет хоть какой-то лексикой из классического греческого и кто знает, что Λ – это буква Л, а не какая-то странная греческая разновидность буквы А, и что Σ – это С, а не замысловатая Е.

270

Brain Tumor: Diagnosis. American Society of Clinical Oncology. URL: http://www.cancer.net/patient/Cancer+Types/Brain+Tumor?sectionTitle=Diagnosis.

271

В результате этой операции и последующего курса химио- и радиотерапии Мари Фредрикссон полностью потеряла зрение на один глаз и способность писать и читать; у нее также появились проблемы со слухом и некоторое ограничение подвижности тела. Победить в долгой борьбе с болезнью певице не удалось: она умерла 9 декабря 2019 года в возрасте 61 года.

272

Wiggin A. The Truth Behind China’s Rare Earths Embargo // Forbes, 20 October 2010; Helmore E. China’s Stranglehold on Rare Earth Metals “No Threat to US Security” // The Guardian, 31 October 2010.

273

При некоторых условиях и в некоторых формах эти леденцы в Великобритании называют «леденцовыми камешками». Как ни странно, по-шведски они называются polkagrisar; вторая часть слова, gris, означает «свинья» – по-английски pig. В английском языке это слово, помимо прочего, означает грубую отливку металла, пригодного для дальнейшей обработки – например, чугуна в чушках.

274

Tasman’s PEA Study of Norra Karr Heavy Rare Earth and Zirconium Project Demonstrates Robust Economics and Long Mine Life. News Release, 21 March. Tasman Metals Ltd, 2012.

275

Sjöstrand L. Erik XIV: s sinnessjukdom ett resultat av arv och dåligt samvete? // Läkartidningen, 103 (3647). 2006.

276

Ericson L. Johan III: en biografi. Historiska Media, 2004.

277

Генрих VII был дедом Елизаветы и прадедом Марии.

278

Andersson I. Erik XIV // Svenskt biografiskt lexikon. Riksarkivet, 1953. Vol. 14. P. 282.

279

Yeatts T. Forensics: Solving the Crime. Oliver Press, 2001.

280

Emsley J. Whatever Happened to Arsenic? // New Scientist, 19 (10). 1985.

281

Webster S.H. The Development of the Marsh Test for Arsenic // Journal of Chemical Education, 24 (487–490). 1947.

282

Сэйерс Д. Смертельный яд (Strong Poison). Слово, 1994.

283

Sempler K.-A. Revolver-Harry och Kalle Blomqvist // NyTeknik, 29 September 2001.

284

Возможно, то, что главные героини обеих трилогий имеют похожие фамилии – Лисандер и Саландер, – тоже не совпадение.

285

Линдгрен А. Знаменитый сыщик Калле Блумквист рискует (Mästerdetektiven Blomkvist lever farligt). Лениздат, 1986; Ларссон С. Девушка с татуировкой дракона (Män som hatar kvinnor). Эксмо: Домино, 2009.

286

AsH3 схож с аммиаком NH3, но гораздо более ядовит.

287

Кристи, Автобиография.

288

Mandal B.K., Suzuki K.T. Arsenic Round the World: A Review // Talanta, 58 (201). 2002; Chakraborti D., Rahman M.M., Paul K. et al. Arsenic Calamity in the Indian Subcontinent: What Lessons Have Been Learned? // Talanta, 58 (3). 2002.

289

Wennerberg J. Läkemedel som förändrat världen. Apotekarsocieteten, 2012.

290

От греческого χείρ – «рука».

291

Sayers D., Eustace R. The Documents in the Case. Victor Gollancz, 1930.

292

Knowles W.S. Nobel Lecture // Les Prix Nobel: The Nobel Prizes 2001. Nobel Foundation, 2002.

293

Elschenbroich C., Salzer A. Organometallics: A Concise Introduction. VCH, Weinheim, 1989.

294

Майкл Джей Фокс – почетный доктор Каролинского института в Стокгольме.

295

Фонд Майкла Дж. Фокса по исследованию болезни Паркинсона. URL: https://www.michaeljfox.org/.

296

В 1918 году он окончил Технологический колледж имени Трупа (сейчас Калифорнийский технологический университет).

297

Интересные факты о Калифорнийском технологическом институте. (California Institute of Technology, 2009). URL: http://archives.caltech.edu/about/fastfacts.html.

298

Касслер К., Касслер Д. Арктический дрейф (Arctic Drift). Эксмо, 2013.

299

Макьюэн И. Солнечная (Solar). Эксмо: Домино, 2011.

300

Griggs J. Ian McEwan: Mr Sunshine // New Scientist, 30 March 2010. URL: https://www.newscientist.com/article/mg20627541–000-ian-mcewan-mr-sunshine/.


home | my bookshelf | | Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша |     цвет текста   цвет фона   размер шрифта   сохранить книгу

Текст книги загружен, загружаются изображения