Текст книги "Девятый знак"

Автор книги: Юрий Фиалков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 10 страниц)

Почему же этот опыт подтверждает влияние воды на ассоциацию молекул бензола? В «обычном» бензоле находится сравнительно много воды: одну из 50–60 молекул его можно считать окруженной тончайшим слоем – в одну молекулу – воды. Эти молекулы воды очень похожи на магнитики.

Посмотрите на рисунок: маленькие и поэтому обладающие сильным электроположительным полем атомы водорода сосредоточены в одном конце молекулы, атом кислорода с двумя отрицательными зарядами – в другом. А рядом изображена молекула бензола. Стоит только посмотреть на нее, и сразу станет понятным, почему бензол не обладает дипольным моментом: шесть симметрично расположенных атомов углерода и столько же атомов водорода уравновешивают заряды друг друга.

Так вот, при подведении высокого напряжения «магнитики» воды отрываются от молекул бензола, водная оболочка разрушается и молекулы бензола приобретают способность к ассоциации. Вот почему сразу подскакивает температура кипения жидкости.

Итак, на вопрос: «Почему вода?» – мы ответили. Но тут же автор со вздохом должен сообщить, что, по правде говоря, этот вопрос был самым легким.

Ответить на него, как говорят, ничего не стоило. Хуже другое, что этот вопрос сразу вызывает еще несколько других. Однако роптать здесь не приходится. Таково свойство настоящей науки.

А вопросы эти следующие (у внимательного читателя они, очевидно, уже вертятся на языке). Вопрос первый: о какой это водной оболочке может идти речь, когда даже в «просто» чистом бензоле одна молекула воды приходится на 100–200 молекул основного вещества? Если же бензол подвергают специальной осушке, тем более многолетней, то это соотношение резко изменяется, причем не в пользу воды. Там уже одна молекула ее приходится приблизительно на один миллион молекул бензола.

Вопрос второй мы так и не выяснили: что же все-таки заставляет собираться в агрегаты бездипольные молекулы веществ, находящихся в сверхчистом состоянии?

Интересные вопросы? Безусловно, интересные. Тем более, что неизвестно, как на них отвечать. Сегодня, в 1963 году, физика и химия пока еще не могут дать ответы на эти вопросы. Вот оно – поле деятельности для тебя, сегодняшний школьник. Оказывается, и в химии можно найти немало таких уголков, исследование которых не менее интересно, трудно и важно, чем достижение полюса недоступности или открытие нового архипелага.

Но мы еще далеко не полностью исчерпали круг вопросов, ради которых я завел речь о самых замечательных свойствах сверхчистых веществ. О тех событиях, которые, собственно говоря, и заставили ученый мир вспомнить о рассказанной только что истории, речь еще впереди. Итак…

Иголка в копне сена

Кто позавидует человеку, который темной безлунной ночью обязательно должен найти в копне сена затерявшуюся иголку? Тут любой остановится и сокрушенно покачает головой? Ошибаетесь! Я знаю немало таких химиков, которые сказали бы, что этот, конечно, вымышленный мной чудак занимается игрой в бирюльки. А в ответ на ваше недоуменное пожатие плечами немедленно доказали бы свое утверждение ясным языком арифметики.

Сколько может весить копна сена? Килограммов 400. А иголка? Ну, скажем, одну десятую грамма, или 10 ^-4килограмма. Если 400 килограммов принять за 100 %, то сколько будет составлять 0,1 грамма?

4·10 ² – 100%

10 ^-4 – x

x = ((10 ^-4·100)/(4·10 ²))·0,25·10 ^-4 = 0,000025 %

Итак, иголка составляет 25 миллионных долей процента от веса копны. Химик сказал бы, что упомянутый нами гражданин оперирует в пределах пятого десятичного знака. А для химии определение таких количеств примесей, которые скрываются за пятым десятичным знаком, является давно пройденным этапом. Вот, скажем, шестой или седьмой десятичный – тут надо поработать. А пятый доступен при желании почти каждому и при сравнительно небольшой затрате труда.

Но если бы химия ограничилась только шестым или седьмым знаками!

«Как! – скажет читатель. – Неужели потребовались еще более точные определения? Неужели нужно было пойти еще дальше?»

Да! Гораздо дальше. И если бы только это, то дело не представлялось бы таким сложным.

Когда мы говорили о продвижении химии по крутым ступенькам десятичных знаков, мы имели в виду аналитическое определение примесей. К середине 50-х годов техника потребовала от химии не только определять количества примесей, но и отделять эти примеси. А это далеко не одно и то же. Одно дело знать, сколько примешано к данному основному веществу того или иного элемента, а совсем другое – освободиться от этих примесей, выделить их, да так, чтобы еще не внести новых загрязнений. И эта вторая задача много сложнее первой.

Но, если техника, промышленность говорят «надо», химия должна, обязана сказать «есть».

И началась работа…

Но сначала о том, зачем понадобились технике вещества такой сверхъестественной чистоты.

Большинство полупроводниковых материалов проявляет свои свойства только в состоянии очень высокой чистоты. Вот, например, один из самых распространенных полупроводников – металл германий. Современная полупроводниковая техника в ряде случаев требует для германия чистоту 99,9999999999 %. Это значит, что на один атом примеси приходится тысяча миллиардов атомов германия. Два атома примесей на это количество – и полупроводник уже не «работает».

Итак, перед химиками всей своей громадой выросла вершина десятого десятичного знака. И вот на этот Эверест современной химии, предстояло взойти не отдельным ученым. На «вершину» должен был подняться весь громадный коллектив химиков, работающих в области промышленности полупроводниковых материалов. Перед ними стояла задача получения не каких-нибудь уникальных двух-трех граммов вещества сверхвысокой чистоты. Надо было создать заводы, где эти вещества производились бы сотнями и тысячами килограммов.

Читатель помнит, какими трудностями сопровождалось завоевание «вершин» шестого и седьмого десятичных знаков. Теперь же предстояло взять десятый. А ведь подобно тому, как каждый метр на большой высоте дается альпинистам труднее, чем километр пути, пройденный по равнине, каждая последующая девятка в числе, выражающем чистоту препарата, достается химику со все возрастающим трудом.

Получение вещества со степенью чистоты 99,99 %, или, как говорят, вещества «четыре девятки», не представляет в настоящее время трудностей для экспериментатора даже в скромно оснащенной лаборатории. Но давно ли это так?

Вот три статьи, помещенные в различных химических журналах. В первой из них читаем: «Нам удалось получить чрезвычайно чистое вещество чистотой 99,99 %». Во второй статье написано: «Содержание основного вещества в продукте – 99,999 %. Значит, полученный продукт можно считать относительно чистым». В третьей статье говорится следующее: «Полученный образец был весьма грязным: содержание основного металла в нем составляет всего 99,9999 %».

В чем тут дело? Ведь высказывания в этих статьях полностью исключают друг друга. Однако противоречия здесь никакого нет. Просто первая работа была написана в начале века, вторая – в 20-х годах, а третья появилась в наши дни. Читателю теперь уже ясно, что вещество, казавшееся лет шестьдесят назад чистым, теперь не может сохранить прежнюю «репутацию».

Очень интересно хотя бы вкратце рассмотреть, каким же образом удается сейчас химикам получать вещества такой чистоты.

Скажу сразу, что получение сверхчистых веществ в больших количествах стало возможным только в результате колоссальных успехов аналитической химии. Ведь когда очищаешь вещество от примесей, надо прежде всего знать, от какихпримесей следует его очищать, и затем уже сколькоэтих примесей находится в основном веществе. На эти вопросы дает ответы аналитическая химия. И чем выше степень очистки вещества, тем изощреннее должны быть приемы этой науки: ведь чем меньше примесей должно оставаться, тем точнее должны быть аналитические определения.

Тут уже неприменимы даже те чувствительнейшие методы химического анализа, о которых мы рассказывали на первых страницах этой книги. Для анализа полупроводниковых материалов химикам пришлось полностью обновить свое исследовательское оружие.

Из всего арсенала «вооружения», которое стоит на службе аналитической химии, мы выберем для иллюстрации всего два, но и этого будет достаточно, чтобы показать точность прицела аналитического оружия.

Вот один из самых молодых методов анализа – радиоактивационный. Очищенный металл подвергается облучению нейтронами. При этом его атомы – не все, понятно, а только некоторая небольшая часть – становятся радиоактивными. Приобретают искусственную радиоактивность и атомы примесей. Однако характеристики излучения разных искусственных радиоактивных элементов резко отличаются друг от друга. Определяя количество каждого вида излучения, можно легко определить количество и характер примесей в металле. Этот метод дает возможность находить примеси посторонних элементов в количестве до 10 ^-13грамма.

В случае полупроводников применим один специфический метод анализа, основанный на том, что электропроводность полупроводниковых материалов сильно зависит от примесей – в этом, собственно говоря, и заключается причина требования исключительно высокой чистоты полупроводников. Очищая полупроводник, каждый раз испытывают его электропроводность. Чем чище вещество, тем меньше величина его проводимости. А электропроводность можно измерять с высокой степенью точности.

Рассказать о всех ухищрениях, к которым прибегают химики, чтобы получить сверхчистые вещества, невозможно, так же как невозможно, скажем, за один урок изучить географию нашей планеты. В основном, все эти методы очень походят на те, о которых мы вели речь при описании очистки воды. Но остановиться на очень уж интересных способах получения веществ «девять» или «десять девяток» просто необходимо.

Прежде всего, о лабораториях, в которых производятся такие работы. Народ в этих лабораториях особый. Они ужасно боятся сквозняков. Простуда им не страшна: это большей частью молодые, закаленные люди. Сквозняк может внести в помещение какие-нибудь твердые частички, которые попадут в очищаемое вещество. Мельчайшая пылинка, которую не заметит даже самая придирчивая домашняя хозяйка, приводит их в ужас. В этих лабораториях не принято быстро ходить, громко разговаривать: резкие движения могут способствовать выделению из одежды тех остатков пыли, которые не успел высосать стоящий на входе в лабораторию пылесос. Стены и потолки этих лабораторий совершенно гладкие и блестящие: ни одной соринке не зацепиться. Все манипуляции там производят с помощью особых приспособлений, напоминающих пинцеты с длинной ручкой, причем делают это опять-таки очень плавно, осторожно… Непросвещенного человека эта обстановка может, пожалуй, отпугнуть.

Но это впечатление сразу исчезает, как только мы подробнее познакомимся с тем, как люди в прозрачных пластмассовых халатах совершают восхождение на одну из высочайших вершин современной науки – вершину «девяти девяток». Вот один из самых новых приборов для получения сверхчистых веществ, установка, где осуществляется процесс, называемый зонной плавкой.

Медленно движется вдоль кварцевой трубки окружающая ее электрическая печь. В этой трубке лежит на особой подставке небольшой растянутый слиток германия – одного из наиболее распространенных полупроводников. Снаружи ничего примечательного нет. Мы видим, как расплавленная зона перемещается вдоль слитка германия. В том месте, где над металлом проходит печь, он расплавляется и превращается в вязкую жидкость. Печь проходит дальше, и металл медленно застывает.

А делается все это вот для чего. Оказывается, что примеси, содержащиеся в германии, при расплавлении металла предпочитают оставаться в жидкой зоне. Почему? Да потому, что атомы расплавленного металла, соединяясь друг с другом при застывании, выталкивают «чужаков» из кристаллической решетки, и, таким образом, примеси «вынуждены» оставаться в жидкой зоне. Жидкая зона, перемещаясь вдоль слитка металла, увлекает с собой значительную часть примесей. Когда, наконец, жидкая зона доходит до конца слитка и застывает, ее отрезают – и перед нами германий, значительно более чистый в сравнении с тем, который мы имели в начале работы.

Метод зонной плавки наиболее универсален при получении сверхчистых веществ. Однако и он пригоден не всегда. Вот, например, другой полупроводник, сосед германия по Периодической системе Менделеева, – кремний. Сложность получения сверхчистого кремния заключается в том, что он плавится гораздо выше, чем германий, – при 1400°. При такой высокой температуре атомы почти всех окружающих посторонних веществ стремятся вступить с ним, кремнием, в химическое взаимодействие. Эти атомы берутся из воздуха, окружающего расплавляемый слиток кремния, и из того тигля, в котором плавится этот слиток. Ну, пусть воздух можно откачать, но чем заменить тигель где происходит плавление?

С другими элементами – металлами, которые подвергаются влиянию магнитного поля, – поступили при плавлении очень остроумно: плавили их вообще без всяких сосудов. Помещают кусок металла внутри круглого электромагнита, включают ток, и… кусок металла повисает в воздухе, а вернее, даже в пустоте, потому что воздух откачан. Там же, в пустоте, его расплавляют и проводят другие необходимые манипуляции.

Таким образом, металл проходит все стадии, ведущие к его очистке, и ни разу при этом не касается стенок сосуда. Забавный способ, не правда ли? Но как поступить с кремнием, который не подвержен действию магнитного поля?

На помощь тут пришел сам кремний. Оказывается, этот элемент, будучи расплавленным, обладает очень высоким поверхностным натяжением. Поэтому, если расплавлять слиток кремния, то расплавленная зона его сохранит форму твердого образца за счет того, что расплавленная масса сдерживается наружной пленкой жидкости. Получается, что кремний плавится в сосуде из собственного материала.

Каждый новый полупроводниковый материал выдвигает при его очистке новые проблемы, новые затруднения. Приведенные примеры достаточно ясно показали читателю, насколько сложна проблема получения сверхчистых веществ. Ведь степень чистоты, которая сейчас уже доступна промышленности, какой-нибудь десяток лет назад не могла пригрезиться ни одному, даже обладающему самым пылким воображением ученому.

Итак, как будто бы рассказано все: и зачем получают сверхчистые вещества, и как удается химикам добиться такой степени чистоты, и многое другое. Не ясно лишь одно: к чему привел автор те два рассказа о незадачливом коммерсанте Юджине О’Винстерне и киевском журналисте Николае Карлышеве, которые помещены в начале очерка?

Здесь надо сказать, что рассказчик самое интересное всегда оставляет под конец. Так сделал и я.

Новая химия

Я надеюсь, что читатель не посетует на меня, если я приведу несколько строк из школьного учебника химии. Только очень прошу (я обращаюсь к нетерпеливым читателям), не пропускайте эти строчки – они неинтересны и сухи только на первый взгляд:

«Цинк – очень ковкий и пластичный металл, с трудом растворимый в кислотах и только при значительном нагревании».

«Металлы титан, марганец и хром служат для изготовления самых различных изделий, так как хорошо куются и раскатываются».

«Железо – исключительно мягкий металл, который поддается коррозии с большим трудом».

Нет ничего удивительного, что у каждого, кто внимательно прочитал эти строки, возникает протест?

«Позвольте, – скажете вы, – не знаю, как там титан или марганец, но что касается взаимодействия с кислотами цинка – так ведь это первый опыт, с которого все из нас начинали изучение химии в школе. И мы отлично помним, как при внесении кусочка цинка в кислоту – соляную или серную – начиналось бурное выделение водорода, причем без всякого нагревания».

С этим возражением нельзя не согласиться – да и как будешь спорить, когда цинк действительно бурно взаимодействует с кислотами. И тем не менее приведенные выше цитаты совершенно верны. Дело только в том, что они взяты из школьного учебника химии… будущего. Оправданием этой невинной фальсификации может служить то, что это будущее настанет в самое ближайшее время.

Попробуем разобраться, в чем тут дело. Возьмем для примера хотя бы тот же цинк. Да, цинк действительно растворяется в кислотах. Но так ведет себя только цинк «три девятки»: 99,9 %. Впрочем, цинк «четыре девятки» – 99,99 % – тоже неплохо растворим в кислотах. Но стоит только цинку изменить свой квартет девяток на квинтет – 99,999, как свойства его изменяются так же внезапно и удивительно, как будто бы над ним помахал своей палочкой волшебник.

Цинк «пять девяток» нерастворим в кислотах даже при сильном нагревании (правильно, значит, пишется в «будущем» учебнике!). Этот цинк может растягиваться в тонкие нити – в отличие от своего «грязного» собрата, кусочки которого ломаются при малейшей попытке приложить к ним какое-нибудь усилие.

Не приходится сомневаться, что в самые ближайшие годы в каждом школьном химическом кабинете будет хотя бы один кусок цинка «пять девяток». И тогда, если эта книга попадет на глаза кому-нибудь из тогдашних девятиклассников или десятиклассников, они пожмут плечами и справедливо скажут: нашел чему удивляться. Действительно, тогда удивляться будет нечему. Но пусть они при этом учтут темпы развития нынешней науки.

Чудесным образом изменяют свои свойства и все другие элементы, которые удалось получить в очень чистом и сверхчистом виде. Оказалось, что многие металлы, которые раньше считались хрупкими, на самом деле являются пластичными. Так, пришлось пересмотреть «характеристики» марганцу, хрому и титану. Неожиданная пластичность последнего металла особенно отрадна, потому что благодаря этому стало возможным разработать способ получения из этого металла различных деталей. Раньше же титан считался – и вполне справедливо – хрупким металлом.

Здесь надо обратить внимание на одно обстоятельство. Каким образом получается, что образцы элемента чистотой 99,9; 99,99 и 99,999 % почти не отличаются друг от друга, но стоит лишь уменьшить содержание примесей в четвертом десятичном знаке – в 1000 раз меньше того, чем было при переходе от 99,0 к 99,9, – и свойства металлов внезапно изменяются?

Возьмем все тот же цинк. По мере увеличения числа девяток растворимость цинка в кислотах не изменяется, она остается постоянной. Но вот число девяток с четырех скакнуло до пяти – и перед нами словно совершенно другой элемент, который ни по физическим, ни по химическим, ни по механическим свойствам – ну, словом, абсолютно ничем не напоминает прежний цинк.

Итак, существует несколько цинков, несколько титанов, несколько марганцев, подобно тому как существовало несколько бензолов, гексанов, эфиров – и все это в зависимости от степени очистки. Вот когда пришлось вспомнить об опытах Бейкера!

Вот так и возникает на наших глазах новая химия. Это не значит, конечно, что прежние сведения о свойствах химических элементов потеряют значение и всем придется переучиваться. Нет, просто говоря о свойствах какого-либо элемента или соединения, надо будет всегда указывать, в каком состоянии чистоты находится это вещество.

«Старую» химию создавали десятки поколений химиков. Новая химия будет создана значительно быстрее. Немалая роль в оформлении этой науки принадлежит следующему поколению ученых – сегодняшним школьникам. Но, чтобы взять эту одну из очередных вершин современной науки, надо быть хорошо подготовленным. Альпинист, собирающийся покорить неизведанный горный пик, запасается самым разнообразным и добротным снаряжением. Для вас, будущие покорители вершины «Новая химия», таким снаряжением являются те сведения по химии, которые уже накопило человечество.

Мал золотник…

Рассказываю я о свойствах сверхчистых веществ уже довольно много, примеров привел порядком, даже несколько нравоучений успел прочесть, но вопрос, каким образом ничтожные примеси к основному веществу могут так разительно влиять на свойства этого вещества, остался вопросом.

Для ответа на него можно было бы привести немало соображений и догадок. Но самый правильный ответ пока будет все же такой: «Неизвестно». Оказывается, есть еще в современной химии такие вещи, о которых ничего не знают даже самые сведущие в этой области специалисты.

Впрочем, узкие тропинки, которые ведут пока еще к затерянному в лесу вопросов дворцу разгадки, могут осветить следующие соображения. По всей видимости, в химических и физических свойствах вещества громадную роль играет однородность или неоднородность химического состава.

Электроны при передаче тока через металлы бегут не как попало. Они передвигаются по цепочкам атомов, из которых состоит кристаллическая решетка металлов. Это представление еще не объясняет, каким образом один атом примеси на миллиарды атомов основного вещества способен изменить свойства металла, но позволяет догадываться. В самом деле, линия телефонной связи между Москвой и, скажем, Владивостоком имеет протяженность около десяти тысяч километров. Но достаточно где-то на протяжении этих десяти тысяч километров вырезать кусочек провода в один миллиметр, как связь тотчас же прекратится. Атомы посторонних элементов действуют подобно разрывам в линиях связи.

Представьте себе, что в метро в часы пик среди потока людей остановится какой-нибудь ротозей и станет рассматривать мозаичный потолок или читать книгу. Нормальное движение людей сразу нарушится. На беднягу посыплются замечания, и в конце концов его попросит пройти дежурный контролер. Но электроны не имеют голосов. Встретив на своем пути чужие атомы, которые не желают проводить электроны, они вынуждены сворачивать с пути. И тут в роли контролеров выступают химики. Очищая вещество, они освобождают его от атомов-чужаков и тем самым облегчают передвижение электронов. Вот почему сверхчистые металлы проводят электрический ток во много раз лучше, чем их «грязные» собратья.

Итак, худо ли, хорошо ли, но влияние ничтожных примесей на физические свойства металлов еще можно объяснить. Ну, а как в отношении химических свойств?

Когда мы кладем обычный – чистый 99,9–99,99 % – цинк в кислоту, то сейчас же начинается выделение водорода. Попробуем разобраться, как происходит растворение цинка в кислотах.

Увеличим мысленно поверхность растворяющегося цинка в миллиарды раз, так чтобы стали видны отдельные атомы, составляющие решетку цинка. Среди атомов цинка вы заметите сравнительно часто попадающиеся атомы примесей. Около них кристаллическая решетка деформирована, вздыблена. И тут же вы обратите внимание на то, что молекулы кислоты отрывают атомы цинка именно в тех местах, где произошло нарушение однородности кристаллической решетки из-за соседства с атомами примесей. Таким образом, присутствие примесей создает особенно благоприятные условия для протекания реакции.

А если вещество очень чистое и состав его можно считать однородным? Что происходит тогда?

Тут уместно привести одно сравнение. Впрочем, пользуясь сравнениями, надо всегда помнить хорошую немецкую поговорку: «Всякое сравнение хромает».

Знает ли читатель притчу о Буридановом осле? Выдумал этого осла французский схоласт Иоанн Буридан. Он утверждал, что если голодного осла поставить между двумя совершенно одинаковыми связками сена и на равном расстоянии от них, то осел в конце концов умрет с голоду, не зная, какую из связок ему предпочесть.

Я бы не вспоминал об этом малоудачном примере средневекового схоласта, если бы явление, происходящее при погружении сверхчистого цинка в кислоту, несколько не напоминало Буриданова осла. Имея перед собой совершенно однородную (в химическом смысле) поверхность, молекулы кислоты «не знают», с какого места начать разрушать кристаллическую решетку цинка. Так же альпинист, который намерен взобраться на совершенно отвесную скалу, должен сначала найти в ней какую-нибудь трещину или выступ, за которые бы он мог зацепиться. И вот такой-то трещины на поверхности сверхчистых веществ нет. Именно поэтому сверхчистые вещества являются очень инертными в химическом отношении.

По-видимому, идеально чистые вещества вообще не могут вступать во взаимодействие друг с другом. Хорошо известен следующий пример. Хлор и водород активно взаимодействуют друг с другом. Если смешать эти два газа при свете, то тотчас же происходит сильный взрыв. В темноте реакция идет несколько медленнее. Но если оба газа тщательно высушить (многократным пропусканием через фосфорный ангидрид), то после смешения никакой реакции не произойдет даже на ярком солнечном свету!

Вот уравнение реакции взаимодействия водорода и хлора:

H ₂ + Cl ₂ = 2HCl.

Скажите, пожалуйста: при чем здесь вода? Ее не видно ни справа, ни слева. Но тем не менее без воды реакция не идет. По всей видимости, и здесь играет значительную роль нарушение химической неоднородности.

Мир бесконечно малых

Не случайно так подробно было рассказано здесь о свойствах сверхчистых веществ. Эта проблема с каждым днем все настойчивее и настойчивее выходит на передний край науки и техники.

Более того, ничтожно малые примеси играют громадную роль не только в химии, но и во многих других науках.

И именно сейчас будет уместно вернуться к тем историям, которые я, на первый взгляд, вне всякой связи с последующим повествованием, рассказал в начале этого очерка. Это истории о монахе-целителе Ионе и киевском журналисте Николае Карлышеве.

Начать с того, что целебная вода была изобретением вовсе не монаха Ионы, который, кстати, на проверку оказался продувным мошенником. Под видом «святой воды» еще в древности монастыри продавали воду, настоенную на серебряных монетах или каких-нибудь других предметах, изготовленных из серебра.

При настаивании в воду переходит совершенно ничтожное количество серебра – одна миллиардная доля грамма на один литр воды. А это мало, очень мало! Миллиард литров такого раствора надо было бы взять, чтобы выделить один грамм серебра. Миллиард литров, миллион тонн воды!

Однако такого ничтожного количества серебра вполне достаточно, чтобы оказать губительное действие на многие бактерии. Это свойство серебра, кстати, несознательно использовалось людьми еще давно. Вот почему серебряная посуда так ценилась в древности: пища, приготовленная в ней, выгодно отличается от какой-либо другой. И вот почему монах Иона, изготовляя лекарство, хорошо известное сейчас фармацевтам под именем «серебряной воды», менее всего прибегал к поддержке «слова святого» и если уж уповал на что-нибудь, так это только на содержимое карманов своих легковерных пациентов.

Вот мы оперируем сейчас величинами: одна миллиардная, одна десятимиллиардная. Зная по собственному опыту, с каким трудом дается физическое, «вещественное» представление о таких ничтожных величинах, я еще раз позволю себе прибегнуть к сравнению. Итак, что такое миллиардная доля грамма?

Предположим, нам удалось один кусочек сахара-рафинада, который весит 10 граммов, распределить поровну между всеми жителями нашей планеты. Сколько тогда бы пришлось на долю каждого из нас? Некоторые из читателей, пожав плечами, заметят, что, возможно, пришлось бы по три-четыре молекулы на человека, а вернее всего, и того меньше. Впрочем, так, по всей видимости, скажут немногие. Потому что всем известно число людей на земном шаре: около трех миллиардов. Если поделить вес кусочка сахара на это число, то получается 4·10 ^-9– четыре миллиардных доли грамма. Это в четыре раза больше того количества серебра, которое содержится в литре серебряной воды.

Но тем не менее химики нашли способ обнаруживать и такие ничтожные количества серебра. На одном из совещаний демонстрировали такой опыт. Взяли стакан воды и несколько минут перемешивали воду серебряной ложечкой. Затем в эту воду капнули несколько капель специального органического реактива. Вода сразу стала заметно красной. Этот же реактив, прибавленный к воде, которая не соприкасалась с серебряными предметами, никакой окраски не вызывал.

В области сверхмалых количеств веществ еще более удивительные примеры доставляет нам биология.

Сейчас доказано, что в росте клеток растений деятельное участие принимает вещество ауксин. Если с помощью шприца ввести ауксин в стебель растения, то в этом месте начинается настолько интенсивный рост клеток, что стебель даже искривляется.

За единицу ауксина принимают такое его количество, которое дает отклонение стебля овса на десять градусов. В граммах эта единица составляет 2·10 ^-11, или две стомиллиардных доли грамма. Это уже предельно малая величина…

Впрочем, нет необходимости обращаться к ауксину. Примеры регистрации ничтожных количеств веществ дает нам наше собственное обоняние.

Многие, очевидно, слышали запах газа, который теперь проведен в квартиры десятков городов нашей страны. Это газ метан. Но любой химик скажет вам, что метан не обладает никаким запахом. Тот запах, который мы ощущаем, если открыть горелку газовой плиты, принадлежит другому газу – меркаптану. Меркаптан специально примешивают к метану, с тем чтобы люди могли замечать утечку газа. Так вот, человек может обнаружить наличие меркаптана в воздухе, даже если одна часть его приходится на пять миллиардов частей воздуха. Иными словами, если бы кто-нибудь, скажем, в Киеве случайно выпустил в воздух сто кубических метров меркаптана, то через несколько часов в Москве на всех улицах ходили бы недоумевающие люди: откуда, мол, утекает газ и почему бездействуют аварийные газовые команды?

Если же перевести эти числа в граммы, то выйдет, что человеческое обоняние может регистрировать 2·10 ^-12грамма. Это две тысячных доли одной миллиардной доли грамма. Гораздо чувствительнее любого реактива!

Эти примеры ясно показывают, что мир ничтожно малых количеств веществ играет громадную роль в определении свойств больших масс вещества. Мы привели много случаев того, как несколько атомов примеси на миллиарды атомов основного вещества совершенно изменяют его свойства. Лилипут побеждает Гулливера!

Наш разговор о сверхчистых веществах не был бы завершен, если бы мы не остановились подробнее на практической важности этой проблемы.

Большие дела малых примесей

А сейчас настал момент, когда снова придется вспомнить читателю об истории «негоцианта» Юджина О’Винстерна.

Собственно говоря, после всего изложенного читателю уже понятно, почему колонна в Дели в течение тысячелетий стоит в жарком и влажном климате и совершенно не подверглась коррозии. Анализы профессора Голла оказались совершенно верными: колонна в Дели состоит из абсолютно чистого железа, А такое железо, как мы помним, не подвергается коррозии.