На пути к искусственному топливу
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Синтез органических веществ из неорганики представляет интерес по меньшей мере с двух точек зрения. Во-первых, его реализация в лаборатории как-то расширяет наши знания о путях и способах возникновения живого. Во-вторых, синтетическая органика рассматривается как потенциальное топливо для получения энергии, что очень важно в связи с истощением природных ресурсов нефти, угля и газа. В основе реакции синтеза лежит химическое превращение углекислого газа и воды в органические соединения, например углеводы или углеводороды. Интересно, что все они «легко» получаются в природе в клетках зеленых растений и дают искомый полезный результат — горючее топливо. Тогда возникает практически важная задача — как сделать нечто подобное, как говорят биологи «ин витро», то есть «в пробирке».
Когда термодинамику подобных процессов изучили ученые, то сразу же обратили внимание на следующие обстоятельства. Органический синтез связан с поглощением энергии, собственно, той самой, которую затем можно вернуть при сжигании. Скажем, чтобы синтезировать килограмм глюкозы, надо затратить шестнадцать тысяч килоджоулей тепла. А сжигая ее, можно получить это тепло обратно. Но вот что характерно. Сгорание топлива происходит быстро при очень высокой температуре, а его синтез, во всяком случае в клетках растений, — при низкой и медленно. Энергия затрачивается и выделяется одна и та же, но время ее запасания во вновь образующейся органике много больше, чем время ее высвобождения при сжигании.
Осознав этот факт, ученые предприняли попытку синтезировать органическое вещество при почти комнатной температуре. Для этого раствор карбоната в воде с добавкой солей металлов на тридцать часов поместили в термостат, где поддерживалась температура плюс шестьдесят градусов. Когда его вынули обратно, то обнаружили, что на поверхности воды плавали некие твердые частицы, а в ее толще — клубки каких-то волокнистых нитей. После спектроскопии выяснилось, что в первом случае это были полиуглеводороды типа полиметана, а во втором — полиуглеводы типа сахаров. Низкотемпературный синтез органики, таким образом, вполне состоялся.