Ну, а сможет ли человек когда-нибудь использовать иониты для извлечения ценных металлов из морской воды? На этот вопрос нужно ответить утвердительно. И хотя морская вода содержит огромное количество различных солей, по-видимому, получение благородных металлов из нее дело недалекого будущего.
Сейчас трудность в том, что при пропускании морской воды через катионит, соли, которые в ней есть, фактически не дают возможности осесть небольшим примесям ценных металлов на катионите. Однако в последнее время синтезированы так называемые электронообменные смолы. Они не только обменивают свои ионы на ионы металла из раствора, но еще и способны восстанавливать этот металл, отдавая ему электроны. Недавние опыты с такими смолами показали, что если через них пропускать раствор, содержащий серебро, то вскоре на смоле осаждаются не ионы серебра, а металлическое серебро, причем смола в течение длительного периода сохраняет свои свойства. Таким образом, если через электронообменник пропускать смесь солей, ионы, которые наиболее легко восстанавливаются, могут превратиться в атомы чистого металла.
Как утверждает старый анекдот, ловить львов в пустыне проще простого. Поскольку пустыня состоит из песка и львов, надо взять сито и просеять пустыню. Песок пройдет сквозь отверстия, а львы останутся на решетке.
А что делать, если есть ценный химический элемент в смеси с огромным количеством тех, что не представляют для вас какой-либо ценности? Или необходимо очистить какое-либо вещество от вредной примеси, содержащейся в весьма малых количествах.
Такое случается нередко. Примесь гафния в цирконии, который используется в конструкциях ядерных реакторов, не должна превышать нескольких десятитысячных процента, а в обычном цирконии его около двух десятых процента.
Эти элементы очень похожи по химическим свойствам, и обычные методы здесь, как говорится, не срабатывают. Даже удивительное химическое сито. А между тем требуется цирконий исключительно высокой степени чистоты…
Веками химики следовали немудреному рецепту: «Подобное растворяется в подобном». Неорганические вещества хорошо растворяются в неорганических растворителях, органические — в органических. Многие соли минеральных кислот хорошо растворяются в воде, безводной плавиковой кислоте, в жидкой цианистоводородной (синильной) кислоте. Очень многие органические вещества довольно хорошо растворимы в органических растворителях — бензоле, ацетоне, хлороформе, сернистом углероде и т. д. и т. п.
А как будет вести себя вещество, которое является чем-то промежуточным между соединениями органическими и неорганическими? Вообще-то химикам были знакомы до некоторой степени такие соединения. Так, хлорофилл (красящее вещество зеленого листа) органическое соединение, содержащее атомы магния. Он хорошо растворим во многих органических растворителях. Существует огромное количество неизвестных природе, искусственно синтезированных металлоорганических соединений. Многие из них способны растворяться в органических растворителях, причем эта способность зависит от природы металла.
На этом и решили сыграть химики.
В ходе работы ядерных реакторов время от времени возникает необходимость заменять отработанные урановые блоки, хотя количество примесей (осколков деления урана) в них обычно не превышает тысячной доли процента. Сначала блоки растворяют в азотной кислоте. Весь уран (и другие металлы, образовавшиеся в результате ядерных превращений) переходит в азотнокислые соли. При этом одни примеси, как ксенон, йод, автоматически удаляются в виде газов или паров, Другие, например олово, остаются в осадке.
Но получившийся раствор, кроме урана, содержит примеси многих металлов, в частности плутоний, нептуний, редкоземельные элементы, технеций и некоторые другие. Вот здесь и приходят на помощь органические вещества. Раствор урана и примесей в азотной кислоте смешивают с раствором органического вещества — трибутилфосфата. При этом практически весь уран переходит в органическую фазу, а примеси остаются в азотнокислом растворе.
Такой процесс получил название экстракции. После двукратной экстракции уран почти освобождается от примесей и может быть снова использован для изготовления урановых блоков. А оставшиеся примеси идут на дальнейшее разделение. Из них извлекут наиболее важные части: плутоний, некоторые радиоактивные изотопы.
Подобным же образом можно разделить цирконий и гафний.
Экстракционные процессы получили сейчас широкое распространение в технике. С их помощью проводят не только очистку неорганических соединений, но и многих органических веществ — витаминов, жиров, алкалоидов.
Он носил звучное имя — Иоганн Бомбаст Теофраст Парацельс фон Гогенгейм. Парацельс — это не фамилия, а скорее своеобразный титул. В переводе на русский он означает «сверхвеликий». Был Парацельс превосходным химиком, а народная молва окрестила его чудесным исцелителем. Потому что он был не только химик, но и врач.
В средние века окреп союз химии и медицины. Химия тогда еще не заслужила права именоваться наукой. Ее воззрения были слишком туманны, а ее силы распылялись в тщетных поисках пресловутого философского камня.
Но, барахтаясь в сетях мистики, химия училась излечивать людей от тяжких недугов. Так родилась иатрохимия. Или врачебная химия. И многие химики в шестнадцатом, семнадцатом, восемнадцатом веках именовались аптекарями, фармацевтами. Хотя занимались чистейшей воды химией, готовили различные целительные снадобья. Правда, готовили вслепую. И не всегда эти «лекарства» оказывали человеку пользу.
Среди «аптекарей» Парацельс был одним из самых выдающихся. Список его лекарств включал ртутные и серные мази (кстати, их и поныне употребляют для лечения кожных заболеваний), соли железа и сурьмы, разные растительные соки.
Поначалу химия могла дать врачам лишь вещества, которые встречаются в природе. И то в очень ограниченном количестве. Но медицине этого было мало.
Если мы перелистаем современные рецептурные справочники, то увидим, что 25 процентов медикаментов — это, так сказать, природные препараты. Среди них экстракты, настойки и отвары, приготовленные из различных растений. Все остальное — искусственно синтезированные лекарственные вещества, незнакомые природе. Вещества, созданные могуществом химии.
Первый синтез лекарственного вещества был осуществлен около 100 лет тому назад. О целебном действии салициловой кислоты при ревматизме знали давно. Но добывать ее из растительного сырья было и трудно и дорого. Лишь в 1874 году удалось разработать простой способ получения салициловой кислоты из фенола.
Эта кислота легла в основу многих лекарственных препаратов. Например, аспирина. Как правило, срок «жизни» лекарств недолог: на смену старым приходят новые, более совершенные, более изощренные в борьбе с различными недугами. Аспирин в этом отношении своеобразное исключение. С каждым годом он раскрывает все новые, неизвестные ранее удивительные свойства. Оказывается, аспирин не только жаропонижающее и болеутоляющее средство, диапазон его применений куда более широк.
Очень «старое» лекарство — известный всем пирамидон (год его рождения 1896-й).
Сейчас в течение одного-единственного дня химики синтезируют несколько новых лекарственных веществ. С самыми различными качествами, против самых разнообразных болезней. От лекарств, побеждающих боль, до лекарств, помогающих излечивать психические заболевания.
Исцелять людей — нет задачи благороднее для химиков. Но нет и задачи труднее.
Несколько лет немецкий химик Пауль Эрлих пытался синтезировать препарат против страшного недуга — сонной болезни. В каждом синтезе что-то получалось, но всякий раз Эрлих оставался неудовлетворенным. Лишь в 606-й попытке удалось получить эффективное средство — сальварсан, и десятки тысяч людей смогли излечиться не только от сонной, но и от другой коварной болезни — сифилиса. А в 914-й попытке Эрлих получил препарат еще более могущественный — неосальварсан.
Долог путь лекарства от химической колбы к аптечному прилавку. Таков закон врачевания: пока лекарство не прошло всестороннюю проверку, его нельзя рекомендовать в практику. А когда этому правилу не следуют, бывают и трагические ошибки. Не так давно западногерманские фармацевтические фирмы разрекламировали новое снотворное — толидомид. Маленькая белая таблетка ввергала в быстрый и глубокий сон человека, страдающего стойкой бессонницей. Толидомиду пели дифирамбы, а он оказался страшным врагом для младенцев, еще не появившихся на свет. Десятки тысяч родившихся уродцев — такой ценой заплатили люди за то, что недостаточно проверенное лекарство поспешили выпустить в продажу.
И потому химикам и медикам важно знать не только, что такое-то лекарство успешно излечивает такую-то болезнь. Им необходимо самым тщательным образом разобраться, как именно оно действует, каков тонкий химический механизм его борьбы с болезнью.
Вот маленький пример. Сейчас в качестве снотворных нередко используют производные так называемых барбитуровых кислот. Эти соединения, содержащие в своем составе атомы углерода, водорода, азота и кислорода. Кроме этого, к одному из углеродных атомов присоединены две так называемые алкильные группы, то есть молекулы углеводородов, лишенные одного атома водорода. И вот к какому выводу пришли химики. Только тогда барбитуровая кислота обладает снотворным действием, когда сумма атомов углерода в алкильных группах не меньше четырех. И чем больше эта сумма, тем дольше и быстрее действует препарат.
Чем глубже ученые проникают в природу болезней, тем более тщательные исследования проводят химики. И все более и более точной наукой становится фармакология, занимавшаяся ранее лишь приготовлением различных лекарств и рекомендацией их применения против различных болезней. Теперь фармаколог должен быть и химиком, и биологом, и врачом, и биохимиком. Чтобы никогда не повторялись толидомидные трагедии.