Но ведь возможны еще реакции в газовой фазе — эти уж, как известно, могут протекать очень быстро. Но, увы, возможность образования живого вещества в газовой фазе исключена, потому что…
Истина четвертая… потому что сколько-нибудь сложные соединения не могут существовать в газообразном состоянии. Причина этой нестабильности сложных соединений сурова, драматична и весьма проста. Чем сложнее молекула органического соединения (а самые сложные соединения — органические), тем легче ее «разломать». Дело в том, что по мере усложнения молекулы все меньшая доля энергии приходится на одну химическую связь, в частности на связь между атомами углерода — ту самую связь, благодаря которой и образуются органические соединения и которая обусловливает поразительное разнообразие мира органических соединений.
С другой стороны, чем сложнее химическое соединение, чем более громоздка его молекула, тем выше температура его кипения и тем выше величина удельной энергии испарения (энергии, которую необходимо затратить для перевода одного грамма жидкости в пар). Поэтому у очень сложных соединений энергия испарения превышает удельную энергию связи между отдельными частями молекулы этого соединения, и попытка перевести это соединение в пар (даже при высоком разрежении, когда температура кипения сильно понижается) приводит к драматическому исходу.
В самом деле, можно без труда перевести в пар уксусную кислоту. Но вот перевести в нар таракана, чтобы он при этом остался тараканом, не удалось еще никому, и могу утверждать — и не удастся.
Итак, химические реакции, которые привели к образованию живого вещества, могут протекать лишь в жидкой фазе, в растворе.
Истина пятая. Для того чтобы реакции протекали в растворах, должен быть подходящий растворитель.
Учебник химии планеты Огненная
Автор просит вчитаться в приводимую ниже цитату с максимальным вниманием. Просьба эта вызвана тем, что специалисты-химики, скользнув по цитате взглядом и заметив совсем простенькое уравнение реакции нейтрализации, решат, что здесь ровным счетом ничего нового и, стало быть, ничего стоящего внимания нет. А неспециалисты, которые, боюсь, вынесли еще со школьной скамьи не очень приязненное отношение к химии, постараются пропустить эти «дремучие» подробности. И все же…
«…Таким образом, реакция нейтрализации заключается в том, что кислота, например КОН, взаимодействует с основанием, например НСl, причем это взаимодействие сопровождается образованием соли: KOH + HСl = H2O+KCl».
Нет, в этом отрывке ничего не напутано, и слово «кислота» рядом с химической формулой КОН поставлено не случайно, так же как и слово «основание» — рядом с формулой НСl. Это и не отрывок из фантастической повести, где цитируется отрывок из учебника химии, по которому занимаются аборигены (вернее, аборигенята) планеты Куэк-Уок, что находится в Крабовидной туманности. Не следует думать также, что это выдержка из контрольной работы по химии рвущегося во второгодники семиклассника. Здесь все от первого до последнего слова верно.
Вспомним, как учебник химии (земной, а не куэк-уокский) определяет понятие «кислота»: «Соединение, которое, будучи растворенным в воде, отщепляет катионы водорода Н+». Очень похожими словами учебник дает определение понятия «основание»: «Соединение, которое, будучи растворенным в воде, отщепляет анионы ОН–».
Обратите внимание на то, как настойчиво подчеркиваются в этих формулировках слова «растворенное» и «вода». Случайность? Ну, о случайностях здесь уже столько говорено, что лучше сразу искать причину появления этих слов в определениях самых фундаментальных понятий химии.
«Растворенное»… А затем следует растворять, что сами по себе кислота или основание никаких ионов отщеплять не могут. Вода вступает с претендентами в кислоты и основания в химическое взаимодействие, например HCl + HCl + H2O = H3О+ + Cl– и только это взаимодействие приводит к появлению ионов в растворе. Тут, правда, появляется ион Н3О+ а не Н+. Но и то сказать — существовать ион Н в водном растворе не может. Ведь это не что иное, как «голый» протон. А создаваемое этой элементарной частицей поле имеет такую напряженность, что притягивает к себе молекулу воды, которая очень походит на маленький магнитик. Вот и получается сложная частица H3О+.
«Вода»… Ну, зачем нужна она, это и вовсе непонятно. Ведь кислота — это раствор катионов Н30+, а они могут появиться, естественно, только в водном растворе. Все это так, но почему кислота — это обязательно присоединение протона к молекуле воды? А если к молекуле спирта, эфира, кетона? Пока нет никаких оснований числить способность образовывать растворы кислот только за водой.
Может быть, исключительность воды проявляется в другом? Известно, что даже в совершенно чистой воде часть (правда, очень небольшая) ее молекул диссоциирует на ионы: 2H2O = H3O+ + ОН. Это обстоятельство позволяет предложить новую формулировку понятий «кислота» и «основание»: кислота — соединение, которое в растворе (водном, конечно) отщепляет тот же катион, который образуется при самодиссоциации воды; основание — соединение, которое в растворе отщепляет тот же анион, что и вода.
Приведенное определение позволяет сразу и решительно освободиться от ига воды в теории кислот и оснований. В самом деле, ведь способностью к самодиссоциации обладает множество жидкостей (строго говоря — все жидкости). Вот хотя бы многократно поминавшийся здесь жидкий аммиак. Он самодиссоциирует по уравнению: 2NH3 = NH4– + NH2+.
И из этого простенького уравнения следуют очень важные следствия. Кислотами в жидком аммиаке будут те соединения, которые способны отщеплять тот же катион, что и сам аммиак. Таким образом, хлористый аммоний NH4Cl («нашатырь») в жидком аммиаке — не соль, как в воде, а самая что ни на есть кислота. Раствор же амида калия KNH2 в этом растворителе — основание. И, наконец, вода, растворенная в жидком аммиаке, — самая настоящая соль. К этой теории следует привыкнуть, а привыкнув, каждый признает, что она совершенно строгая, логичная и красивая, а главное, романтичная, потому что дает широкий простор для предположений о различных неводных формах жизни — ведь и в неводных растворителях реакции должны протекать по тем же законам, что и в воде. Правда, эти предположения должны основываться на достаточно хорошем знании законов химии. Иначе…
Иначе можно засомневаться в правильности наблюдений даже такого высокоученого и высокоправдивого автора, как бесстрашный космопутешественник Ийона Тихий, который, посетив планету Огненную, где жизнь построена не на воде, а на жидком аммиаке, отметил, что тамошние жители интересуются видами на урожай нашатыря (публикация проф. А. С. Тарантоги. См. сборник произведений Станислава Лема, изд-во «Молодая гвардия», М., 1965, с. 118). Почтенный капитан Тихий, несомненно, что-то напутал. Мы убедились, нашатырь в жидком аммиаке — это то же, что соляная кислота у нас на Земле. Поэтому он никак не может произрастать, а его могут только производить. По-видимому, Ийона Тихий попал на производственное совещание, где шла речь о перевыполнении плана производства кислоты, а киберпереводчик у космопроходца, как обычно, барахлил.
Теперь вернемся к цитате, с которой начинался этот раздел о кислотах и основаниях. Представим себе, быть может, и не очень привычный для непосвященного, но, в общем, совершенно законный растворитель… расплавленный хлористый калий КCl (температура плавления которого 776 градусов, что никак не может служить препятствием для экспериментов с таким растворителем). В соответствии с введенным только что определением любое соединение, имеющее тот же катион, что и растворитель, то есть катион калия К+, будет в расплавленном хлористом калии кислотой. Есть ли что-либо удивительное и противоречивое в том, что едкое кали KOH в расплавленном KCl — кислота? А обладающий тем же анионом, что и растворитель, НCl есть в КCl основание. Ну, а вода здесь снова выступает в роли соли. Так что ровным счетом ничего необычного в приведенной цитате нет. Конечно, следовало бы сказать с самого начала, что речь идет не о водных растворах, а о растворе в расплавленном хлористом калии, но ведь тогда было бы не так интересно читать. Не так интересно да и не очень понятно без тех разъяснений, которые следовали за цитатой.
Если бы храбрый Ийона Тихий во время своего путешествия на планету Огненную догадался захватить в обратную дорогу огненский учебник химии, то, перелистывая его во время длительного возвращения на Землю, капитан с удивлением обнаружил бы, что в учебнике начисто отсутствует раздел, посвященный основаниям, но зато глава, описывающая кислоты, занимает большую часть учебника.
