На шляху до штучного палива
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Синтез органічних речовин з неорганіки представляє інтерес щонайменше з двох точок зору. По-перше, його реалізація в лабораторії якось розширює наші знання про шляхи та способи виникнення живого. По-друге, синтетична органіка розглядається як потенційне паливо для одержання енергії, що дуже важливо у зв’язку із виснаженням природних ресурсів нафти, вугілля та газу. В основі реакції синтезу лежить хімічне перетворення вуглекислого газу та води в органічні сполуки, наприклад, вуглеводи або вуглеводні. Цікаво, що всі вони «легко» виходять у природі в клітинах зелених рослин і дають корисний результат, що шукає, —паливо. Тоді виникає практично важливе завдання — як зробити щось подібне, як кажуть біологи ін вітро, тобто в пробірці.
Коли термодинаміку подібних процесів вивчили вчені, то відразу звернули увагу на такі обставини. Органічний синтез пов’язаний з поглинанням енергії, власне, тієї самої, яку можна повернути при спалюванні. Скажімо, щоб синтезувати кілограм глюкози, треба витратити шістнадцять тисяч кілоджоулів тепла. А спалюючи її можна отримати це тепло назад. Але що характерно. Згоряння палива відбувається швидко при дуже високій температурі, а його синтез, принаймні в клітинах рослин, при низькій і повільній. Енергія витрачається і виділяється одна і та ж, але час її запасання в органіці, що знову утворюється, набагато більше, ніж час її вивільнення при спалюванні.
Усвідомивши цей факт, вчені спробували синтезувати органічну речовину за майже кімнатної температури. Для цього розчин карбонату у воді з добавкою солей металів на тридцять годин помістили до термостату, де підтримувалася температура плюс шістдесят градусів. Коли його вийняли назад, то виявили, що на поверхні води плавали якісь тверді частинки, а в її товщі клубки якихось волокнистих ниток. Після спектроскопії з’ясувалося, що в першому випадку це були полі-вуглеводні типу полі-метану, а в другому – полі-вуглеводи типу цукрів. Низькотемпературний синтез органіки, в такий спосіб, цілком відбувся.