7. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Химия и изобилие

Химия, здоровье и благосостояние. На протяжении веков большая часть человечества влачила весьма жалкое существование. Еще несколько столетий назад в мире царило рабство, и даже в прошлом веке, будучи свободными по закону, большинство людей, обеспечивая себе пропитание, вынуждены были так тяжело трудиться, что в действительности оставались рабами своего труда. Существуют разные профессиональные подходы к решению этой проблемы. Как сказал Макс Перуц (лауреат Нобелевской премии по химии 1962г.-Пер.): «Священник призывает, людей покорно сносить свою тяжкую судьбу, политик убеждает их восстать против нее, а ученый думает о методе, который вообще избавит людей от тяжкой судьбы».

Ни одна наука не открыла перед человечеством столь широкие перспективы и не сделала для него больше, чем химия. Химия обеспечила изобилие самых необходимых вещей и предметов комфорта, которые улучшили здоровье и благополучие людей и, можно надеяться, сделали их более счастливыми. Человек сам представляет собой биохимическую систему, существующую в химическом мире. Лучшее питание, более высокий уровень гигиены и лекарства неузнаваемо укрепили здоровье человека, вдвое продлили его жизнь, облегчили болевые ощущения, а для многих лишенных здоровья людей сделали возможным более нормальный образ жизни.

Благосостояние людей, если судить по общедоступности предметов первой необходимости, во много раз возросло даже по сравнению с тем, каким оно было лишь несколько десятилетий назад. Это особенно относится к продуктам питания, доступным теперь даже в тех странах, которые еще несколько лет назад находились под угрозой голода.

Джордж Портер, лауреат Нобелевской премии по химии 1967 г., читает лекцию «Химия и изобилие» на конгрессе ИЮПАК в Манчестере в 1985 г.

Большинство людей в наше время не мыслят своей жизни без пластиков, тканей и красок, которые позволяют всем хорошо одеваться (хотя не все стремятся к этому!) и жить в чистоте и порядке, обходясь для их поддержания без помощи слуг.

Предметы комфорта, которые тоже быстро становятся общедоступными, в большинстве случаев создаются при помощи химической и других технологий. Это лучше всего видно на примере автомобильного горючего, косметики и красителей, но относится также к любым электронным приборам и механическим устройствам, избавляющим от ручного труда. На крупных электротехнических предприятиях нередко работает больше химиков, чем физиков, а в таких прогрессивных отраслях экономики, как электронная техника, широко используются полупроводниковые устройства из кремния в виде высокочнстого химического элемента, подвергнутого обработке другими элементами в очень сложном, химически чистом окружении.

Но, по-видимому, наиболее успешным из всего этого за последние два-три десятилетия было участие химии в решении сельскохозяйственных проблем. «Зеленая революция» совершила в точности то, чего требовал король Бробдингнег из «Путешествий Гулливера», и «заставила вырастать по два колоска или по две травинки там, где прежде они росли по одному», а те, кто добились этого, согласно мнению короля Бробдингнега, «сделали больше для человечества и сослужили большую пользу своей стране, чем все политики вместе взятые». Это было великое достижение химии, во многом обязанное удобрениям и новым инсектицидам, ростовым веществам (инициаторам роста растений) и тому подобным средствам. Их производством занята огромная промышленность, о масштабах которой можно судить хотя бы по тому, что в США урожай зерновых собирают на общую сумму 74 млрд. долларов в год, а стоимость пестицидов, позволяющих вырастить такой урожай, составляет 4,2 млрд. долларов. Мировое производство растительных пищевых продуктов благодаря удобрениям увеличилось за последние двадцать лет в три раза, а с начала века в 80 раз.

После второй мировой войны произошел резкий скачок в производстве пищевых продуктов. В Великобритании с той же площади обрабатываемых земель получают вдвое больше пшеницы или картофеля, а коровы дают вдвое больше молока при выпасе на меньших угодьях. Меньшее число сельскохозяйственных рабочих на меньших обрабатываемых площадях обеспечивает население пшцей больше и лучше при меньшем количестве импортируемых пищевых продуктов и даже создает излишек сельскохозяйственных продуктов для экспорта на сумму 1,5 млрд. фунтов стерлингов.

Изобилие сельскохозяйственных продуктов достигло того, что в мире в целом имеется излишек пищи. С 1964 г. мировое производство пшеницы и других зерновых удвоилось и по темпам превысило прирост населения. Этот успех можно приписать на 60% улучшению сельскохозяйственной технологии, а на 40% - гарантированным ценам для производителей и улучшенным условиям сбыта. Недостаток в пищевых продуктах постоянно ощущается только в некоторых регионах Среднего Востока и на юге Сахары в Африке. В 1985 г. Китай, например, предполагал получить самый большой урожай пшеницы в мире. Производство пшеницы в странах Европейского Экономического Сообщества за последние семь лет удвоилось. То же происходит во всех странах, которые раньше считались неспособными прокормить себя. Индия уже практически обеспечивает себя, и Пакистан приближается к этому.

Предубеждение против «химикатов». Как же приветствовало эти достижения человечество? Возблагодарило ли оно химиков и поздравило их с тем, что они сделали на пользу человечества? Как бы не так! Десять или двадцать лет назад начался период охлаждения к науке и технике. Обнаружилась «постпромышленная революция». Рэчел Карсон и многие другие не только подвергли критике действительно тревожные аспекты химического загрязнения окружающей среды, но поставили под вопрос всю этическую сторону современной техники. Обвиняется наука вообще и химия прежде всего.

Общеизвестный тезис «химия делает жизнь лучше» довольно быстро уступил в общественном сознании взгляду на химию как на источник загрязнения природы, мировых кризисов сырья и беззакония транснациональных корпораций. В представлении обывателей многие важнейшие компоненты революции, например пестициды, выглядят прежде всего как средства, разрушающие жизнь. В этот же период произошло несколько серьезных аварий на химических предприятиях: напомню только 41 контейнер с отходами, зараженными диоксином, из Севезо в Италии (которые не причинили никому вреда при перевозке, но сконцентрировали внимание общественности на проблеме удаления химических отходов) и трагическую утечку метилизоцианата в Бхопале (Индия), которая привела к гибели 2,5 тыс. человек и отравлению свыше 100 тыс. людей. То обстоятельство, что предприятие в Бхопале было занято производством более безопасного пестицида «Севин» (который в отличие от ДДТ не накапливается в организме), мало повлияло на отношение общественности к произошедшей трагедии. Если добавить к этому чудовищную историю с талидомидом, загрязнение атмосферы хлорофтороуглеродами, опасность захоронения ядовитых химических отходов, то нетрудно понять, почему химия лишилась для многих людей своей былой привлекательности.

Но высокие урожаи, несомненно, зависят от удобрений и применения пестицидов и средств для борьбы с сорняками, поскольку сельскохозяйственные культуры должны противостоять сорнякам и вредителям, вирусам и грибковым заболеваниям. Без всего этого, как указал Макс Перуц, производство зерновых за три года уменьшилось бы наполовину и настал бы катастрофический голод, как случилось в Ирландии, когда грибковая инфекция поразила картофель. Такова реальная перспектива ведения так называемого «органического (т.е. натурального нехимического) сельского хозяйства». ДДТ обладает не большей токсичностью, чем аспирин, и меньшей, чем те органические фосфаты и карбонаты, которые пришли ему на смену. Зато он истребил в большинстве стран мира чуму и тиф, а также (хотя и не столь полно) малярию. Последнюю, к сожалению, не повсеместно, потому что, находясь недавно на Филиппинах, я слышал, что всего в пятидесяти милях к северу от Манилы половина населения все еще страдает от малярии, причем в особо опасной для жизни форме.

Созданные химиками инсектициды способны вызывать серьезные проблемы, накапливаясь в цепн питания, и те из них, которые признаны опасными в этом отношении, удалось почти повсеместно заменить. Синтез новых пестицидов не прекращается, так как вредители все время развиваются, приспособляясь к ним. Это большая и дорогостоящая программа, потому что, прежде чем начать выпуск в промышленном масштабе одного нового пестицида, приходится синтезировать тысячи подобных соединений и испытывать их на животных и в полевых условиях. Но только таким способом оказывается возможным прокормить все возрастающее население Земли.

Память о том, как население Земли страдало без помощи науки, вскоре окажется утраченной, и молодые люди никогда не узнают о прежней жизни. Они видят только допущенные ошибки и оставшиеся нерешенными проблемы, часть которых можно решить либо предотвратить, но с остальными придется жить вечно. С этической точки зрения позицию пассивного человека, принимающего жизнь такой, как она есть, и сознательно устраняющегося от воздействия на нее, вероятно,

нельзя считать более нравственной, чем активную деятельность, напшвленную на улучшение условий существования, даже если такая деятельность приведет невольно к случаям со смертельным исходом. Можно сколько угодно повышать безопасность автомобилей, но, по-видимому, единственным полностью безопасным выходом из положения было бы только полное изъятие автомобилей, и все же большинство людей считают, что автомобили стоят риска, хотя автомобильные катастрофы являются второй по важности причиной преждевременной смерти людей в развитых странах.

Предубеждение против «химикатов» может принести больше вреда, чем сама вызываемая ими опасность. Благодаря тому что в США действует очень строгое законодательство в отношения пищевых продуктов и лекарственных препаратов, в этой стране не произошло отравления талидомидом. Но зато отсрочки в применении других лекарственных препаратов, связанные с их строгим контролем, обрекли тысячи страдающих сердечными заболеваниями и другими болезнями на мучения и даже смерть. Это является результатом того, что общественность пренебрегает самыми элементарными сведениями о материальном мире, об атомах, молекулах и химических соединениях, из-за чего почти невозможны аргументированные объяснения подобных проблем. Широкая публика, приученная к слишком упрощенным научным ответам, не подготовлена обсуждать различные аспекты технологически рискованных решений со всеми их сложностями. Что же в таких обстоятельствах можно сказать тем, кто противится получать химикаты в составе своей пищи?

Вынужденные согласиться с тем, что нам суждено жить в химическом мире, мы должны быть лучше знакомы с основами химии. Как помочь людям понять, что мы сами представляем собой тела, построенные из химических веществ и существующие полностью в мире химических вешеств, поглощающие, сжигающие и вдыхающие их (на горе и радость себе!) и проводящие каждое мгновение нашей жизни, глядя на них

и манипулируя ими тем или иным способом; что каждая частица нашего тела является химической разновидностью и что вся наша жизнь, болезни и смерть-это химические процессы? Попытка обойтись без химии столь же наивна, как попытка «остановить мир и выйти на остановке». Поскольку оказалось, что такие средства, как телевидение, которые сперва представлялись весьма обещающими, в действительности мало способствуют просвещению, нам следует вновь обратиться к школьному образованию, особенно на самом элементарном уровне. Это должно стать одной из самых важных задач химиков на ближайшие десятилетия.

Не менее важной задачей является разъяснение нашим политикам и тем, кто делает политику (в том числе, я должен добавить, и некоторым из ученых), какую роль играет химия в жизни современного общества.

Джордж Портер (Chemistry International, 1986, т. 8, № 1)

После изучения главы 7 вы сможете:

1) назвать три признака системы, находящейся в состоянии химического равновесия;

2) привести примеры систем, находящихся в состоянии химического равновесия;

3) формулировать закон действующих масс;

4) вычислять константы равновесия;

5) прогнозировать влияние на положение равновесия и на константу равновесия следующих факторов: а) изменения концентрации реагентов и продуктов; б) изменения внешнего давления; в) присутствия катализатора; г) изменения температуры.

6) перечислить важнейшие стадии процесса синтеза аммиака;

7) объяснить влияние давления, температуры и катализаторов на выход и производительность процесса синтеза аммиака.

8) указать роль аммиака и получаемых на его основе соединений в экономике;

9) перечислить важнейшие стадии современного контактного процесса, используемого для получения серной кислоты;

10) объяснить влияние давления, температуры и катализаторов на выход и производительность процесса получения серной кислоты;

11) указать роль серной кислоты в экономике.