Текст книги "Свет невидимого"

Автор книги: Юрий Фиалков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 10 страниц)

Берут сплав какого-либо естественного радиоактивного элемента, испускающего альфа-частицы (например, радия или полония), с бериллием – элементом, ядра атомов которого богаты нейтронами. Альфа-частицы, ударяясь о ядра бериллия (а вылетают альфа-частицы из ядер атомов радия либо полония со скоростью около 15 тысяч километров в секунду – об этом уже упоминалось в одной из предыдущих глав), выбивают из них нейтроны, которые при этом также приобретают солидную скорость.

Но много нейтронов, или прибегая к терминологии физиков, солидный поток нейтронов таким способом не получить. Радий – один из редчайших элементов, полоний – и вовсе экзотика. Для лабораторных экспериментов подобные источники нейтронов еще годятся, но для промышленного получения искусственных радиоактивных изотопов конечно же нет.

Теперь понятно, почему химики сочли такими благодатными возможности, которые представили им ядерные реакторы. При делении урана в реакторах высвобождается громадное количество нейтронов. Даже в сравнительно небольших по размеру атомных реакторах через квадратный сантиметр его сечения проходят за секунду десятки, а то и сотни миллиардов нейтронов.

Достаточно поместить в реактор (либо в специальную камеру, куда отводятся нейтроны) какой-либо элемент, как в большинстве случаев, спустя определенное время, образуется искусственный радиоактивный изотоп этого элемента.

* * *

Сейчас трудно назвать область человеческой деятельности, куда в той или иной мере не проник химический анализ. Анализируют пищевые продукты, прежде чем отправить их потребителям; анализируют лекарства, прежде чем предложить их больному; анализируют воздух в шахте, прежде чем разрешить шахтерам спуск под землю; анализируют духи и серную кислоту, металлические сплавы и мороженое, воду для бассейнов и гранит для памятников. И почти всегда химикам нужно определять малые и даже сверхмалые примеси «чего-то» к «чему-то другому, основному». И главное, проводить это определение быстро. Очень быстро. И еще быстрей.

* * *

Достаточно одного примера. Металлургический завод. Идет плавка, и надо знать, когда ее завершать – в полной ли мере прошли все химические процессы, в результате которых образуется металл; все ли и в необходимом ли соотношении компоненты присутствуют в готовом металле и еще многое другое, о чем подробно повествуют специальные учебники и монографии.

Решающее слово о готовности металла на заводах вопреки распространенному в литературе и кинематографе средней руки штампу принадлежит не усатому сталевару, а молоденькой лаборантке из цеховой контрольно-аналитической лаборатории. Именно она, отобрав пробу металла, относит ее в лабораторию, откуда через … минут поступает решение: металл готов, необходимо добавить молибден и т. п.

Точки перед словом «минуты» в предыдущем абзаце поставлены намеренно. Потому что число перед этим словом кажется производственникам непомерно большим, а химикам – жалко мизерным.

Правы и те, и другие. Металлургам необходимо знать содержание в сплаве 8–10 элементов, а нередко – и больше. Химики же должны провести анализ сплава, причем по каждому из компонентов; причем с должной точностью; причем как можно быстрее. Последнее требование особенно драматично. Пока не выдан анализ, металлурги не могут выпускать жидкий сплав. А ведь за это время можно было бы начать новую плавку.

– И вообще химическая лаборатория держит меня за горло! – с трагедийными интонациями любит говаривать на производственных совещаниях начальник цеха. При этих словах все присутствующие неизменно оборачиваются и осуждающе сурово смотрят на заведующую химлабораторией, худенькую девчушку, закончившую университет в прошлом году и умудрившуюся воздействовать на самого начальника цеха.

Завершает свою обличительную речь начальник цеха, как правило, требованием, чтобы химики, наконец, взяли обязательства проводить свои анализы быстрее.

Выступление заведующей лабораторией воспринимается как неприкрытое намерение безответственно оправдаться.

– Химический анализ основан на реакциях, скорость которых зависит от природы участвующих в них веществ, – начинает свою речь заведующая лабораторией, пытаясь этой непреложной истиной воздействовать на разгневанных металлургов. Но потом не выдерживает и срывается: – Что я могу сделать, если реакции не хотят идти быстрее?

Над этим риторическим вопросом задумывалась не только героиня нашего маленького рассказа, но и размышлял каждый из химиков, имевших отношение к химическому анализу. И именно поэтому известия о том, что облучение нейтронами приводит к образованию искусственных радиоактивных изотопов, вызвали у них повышенный интерес.

Идея метода анализа, основанного на образовании радиоизотопов при облучении нейтронами – радиоактивационного, или просто активационного анализа, – достаточно проста. Пусть в исследуемом веществе имеется в качестве составной части или примеси какой-либо элемент, содержание которого требуется узнать. Образец подвергается облучению нейтронами, активации, определяемый элемент превращается в соответствующий радиоактивный изотоп, причем уровень наведенной радиоактивности будет тем выше, чем больше этого элемента в исследуемом образце. И поэтому сложные химические манипуляции: растворение, взвешивание, фильтрование, упаривание и т. п. – можно заменить всего одной операцией – измерением радиоактивности. А это свойство, как мы помним, определяется быстро и, главное, точно.

В последних фразах выражена «соль» активационного анализа, которая, однако, далеко не исчерпывает всех его возможностей и преимуществ.

Доведенная едва ли не до пределов возможного чувствительность приборов по измерению радиоактивности дает химикам возможность обнаруживать в анализируемых образцах настолько малые примеси посторонних элементов, что и эпитет к слову «примесь» подобрать, честно говоря, трудно.

В таблице, где приводятся данные по минимальным количествам различных элементов, которые могут быть обнаружены с помощью активационного анализа, против мышьяка значится 5·10^-11 г. на грамм исследуемого образца. Пять стомиллиардных грамма на грамм образца! Поверьте, что восклицательный знак в последней фразе я поставил не зря. Ни один иной метод анализа, а современная аналитическая химия насчитывает их не один десяток, не может не только сравниться по чувствительности с радиоактивационным анализом, но даже и стать рядом с ним. Ведь если предположить, что химик решится проанализировать вещество с таким содержанием мышьяка обычным, традиционным способом и сможет полностью выделить мышьяк из анализируемого образца, то для того, чтобы ничтожно слабо качнулись стрелки аналитических весов, на чашу которых он положит выделенный мышьяк, ему надо будет взять для переработки и выделения мышьяка… 10 (десять!) тонн (тонн!) исследуемого образца.

Понятно теперь, почему вспоминался атомный реактор в истории с раскрытием обстоятельств смерти Наполеона?

В волосах давно скончавшегося императора следовало отыскать мышьяк, накапливающийся там при поступлении этого яда в организм человека. Но это только так говорится – «накапливающийся». О «накоплении» здесь можно вести речь лишь в том смысле, что в волосах человека, отравленного мышьяком, этого элемента больше, чем в волосах человека, не вкусившего этого сомнительного продукта. А слово «больше» означает в данном случае одну миллионную долю процента, а скорее всего, и того меньше. Но такое малое содержание этого элемента в исследуемом образце, как мы видели, для радиоактивационного анализа не помеха.

Помещая волосы из негустой шевелюры Наполеона в ядерный реактор и облучая их там нейтронами, исследователи превратили обычный мышьяк в его радиоактивный изотоп и по интенсивности излучения определили содержание искомого элемента, а определив, пришли к выводу об обстоятельствах смерти человека, который сумел покорить почти всю Европу, но кончил плохо – задолго до того, как его решили отправить на тот свет с помощью опробованного веками средства…

Эта с детективным привкусом история о Наполеоне понадобилась мне для «затравки» разговора о радиоактивационном анализе. В подавляющем же большинстве случаев этот метод анализа находит гораздо более прозаическое, но зато и более полезное применение.

Сегодня чистые и сверхчистые вещества применяются во многих областях науки и техники. Достаточно назвать лишь одну область их применения – полупроводники, чтобы важность проблемы сверхчистых веществ стала очевидной.

Но далеко не все знают, чего стоит химикам получить материалы, которые могут быть использованы для полупроводников. Вот хотя бы такой распространенный полупроводниковый материал, как германий. Отличный полупроводник, но прибавьте к нему ничтожную примесь некоторых элементов – и его полупроводниковые свойства станут значительно хуже, а то и вовсе исчезнут. Эти примеси «убивают» полупроводник, как убивает человека цианистый калий. Пример этот тем более уместен, что и в том, и в другом случае для рокового исхода необходимо очень малое количество яда.

Впрочем, для германия «яда» нужно гораздо меньше. Человек погибает от доз цианистого калия весом приблизительно в одну десятую долю грамма. Полупроводниковые свойства германия «убивает» примесь сурьмы в два атома на… тысячу миллиардов атомов германия.

Для того чтобы обезвредить врага, надо его выследить. Попробуйте отыскать злоумышленника, если он затерялся среди миллиардов людей, живущих на Земле. И может с равным успехом находиться на Аляске или в Сингапуре, в Лхасе и в Сиднее. Полагаю, что от подобных заведомо безуспешных поисков отказался бы и знаменитый Шерлок Холмс, даже если бы его помощником был не простодушный Ватсон, а видящий на две сажени в глубь человеческой психики Мегрэ.

Но радиоактивный анализ позволяет любому химику стать куда более проницательным, чем прославленному английскому детективу.

Химик при этом использует различное отношение германия и сурьмы к нейтронам. В то время как германий пропускает мимо себя нейтроны, испытывая к ним глубокое равнодушие, сурьма жадно захватывает каждый нейтрон, попавший в ее владения. Вот почему при облучении потоком нейтронов образца германия, содержащего примесь сурьмы, преимущественно радиоактивными становятся атомы именно примеси.

Если же некоторая часть германия тоже станет радиоактивной – не беда! Период полураспада образующегося при этом искусственного радиоактивного изотопа германия немногим больше суток. Искусственный же радиоактивный изотоп сурьмы распадается наполовину почти за 100 дней. Можно поэтому выждать немного, пока распадется весь радиоактивный германий, и ничто уже не помешает измерить радиоактивность сурьмы.

Таким образом, при облучении нейтронами ничтожнейшая примесь сурьмы к германию выдаст себя с неизбежностью. Ну, а если враг обнаружен, половина дела сделана.

О радиоактивационном анализе можно рассказывать много, и такой разговор будет неизменно поучительным, потому что приложения этого метода анализа, основанного на наведенной радиоактивности, многообразны и разносторонни. Поэтому, вспомнив, что мы покинули начальника цеха на металлургическом комбинате и заведующую цеховой лабораторией в разгар конфликта между ними, попробуем наладить психологический климат в этом коллективе.

При облучении вещества нейтронами активируется, конечно, не один определенный элемент, а большинство элементов, составляющих массу исследуемого образца. Как ни странно, это обстоятельство играет на руку методу активационного анализа. Дело в том, что каждый радиоактивный элемент испускает лучи строго определенной энергии. Энергия, которую несут на себе кванты гамма-лучей радиоактивного кобальта, отличается от энергии лучей радиоактивного цезия.

Физики разработали устройства, которые называются многоканальными анализаторами. Канал – это счетчик радиоактивного излучения, регистрирующий кванты строго определенной энергии, иными словами, каждый канал регистрирует излучение только одного радиоактивного элемента. И если вам предстоит проанализировать металлический сплав, состоящий даже из 15 компонентов, – не беда. Нейтроны активируют все 15 металлов, а затем многоканальный анализатор разложит «по полочкам» излучение от каждого из элементов и сообщит вам результаты анализа, напечатанные красивым шрифтом на перфорационной ленте. И все это за несколько минут.

Для того, чтобы осуществить активационный анализ, нет нужды прибегать к ядерному реактору, что очень важно – ведь не будешь строить это громоздкое и дорогое устройство в каждом цехе. Давно придуман еще один, так сказать, нерадиоактивный, метод добычи нейтронов. Это особые лампы, заполненные тритием – сверхтяжелым изотопом водорода с массовым числом 3. Понятно, что в ядрах трития имеется явный избыток нейтронов (ядро атома водорода состоит из одного протона; в тяжелом водороде – дейтерии – на каждый протон приходится по одному нейтрону, а в тритии на один протон – по два нейтрона). Вот почему если разогнать ион трития в магнитном поле, а затем направить его на какую-нибудь преграду, то при последующем соударении из трития, как семечки из спелого арбуза, брызнут нейтроны.

Тритиевые лампы невелики, недороги и просты в обращении, а для широкого распространения их в промышленности – это обстоятельство немаловажное.

От выявления причин смерти Наполеона до анализа полупроводников и металлических сплавов – таков диапазон применения радиоактивационного анализа. Удивительно? После всего рассказанного – вряд ли. А может быть, все же удивительно?

* * *

На нескольких страницах будет рассказано о меченых атомах, о том, как, кто и чем их пометил. Всего на нескольких страницах. А интересного и поучительного здесь столько, что можно было бы посвятить меченым атомам целую книгу. Собственно, такие книги уже написаны. И не одна. Жаль, правда, что эти книги адресованы, главным образом, специалистам. Но даже из того, о чем здесь будет рассказано, пусть и без подробностей, станет очевидным, что меченые атомы принесли современной науке очень многое.

* * *

Пожилые профессора, поднаторевшие во всякого рода заседаниях и дискуссиях, знали: если начинается спор о реакции этерификации, можно уходить. Вот почему, когда после очередного научного доклада кто-нибудь из сотрудников произносил сакраментальное выражение «механизм реакции этерификации», добрая половина аудитории покидала свои места и направлялась к выходу. При этом на лицах выходящих было написано: «И охота же людям терять время попусту!»

Да, пожилые профессора были умудрены жизненным опытом. Они знали, что вот эти самые молодые люди, которые спорят сейчас у доски, невежливо выхватывая друг у друга мел, разойдутся нескоро. А решение вопроса так и останется за семью замками. Добро бы еще за семью! С семью замками справиться можно: к иным подобрать ключ, к другим – отмычки, третьи и вовсе сломать. А здесь этих замков – не сосчитать. Нет, уж лучше держаться подальше от реакции этерификации.

Самым обидным было, что скептики оказывались неизменно правыми.

Спустя часа три участники очередной дискуссии расходились охрипшие и злые. Злые друг на друга, на самих себя, на природу, которая не оставила даже узенькой лазейки, чтобы помочь разобраться в том, как все же протекает эта реакция этерификации.

И была бы тайна как тайна! Скажем, как Тунгусский метеорит или чудище из шотландского озера Лох-Несс. Так нет же, реакция, подобная тысяче других. И все же загадочная.

Тут придется от лирических восклицаний перейти к существу дела. Придется написать уравнение химической реакции. И даже не одно. Допускаю, что химические уравнения не повышают интереса к книге. Но ведь это все же научно (научно!) – художественная книга, а не «Похождения Нила Кручинина». Поэтому уравнения я приведу – и для того, чтобы было ясно, о чем, собственно, идет речь, и для того, чтобы было над чем поразмыслить.

Вот она, эта реакция этерификации. Собственно, реакций этерификации может быть великое множество. Взаимодействие любого спирта с любой кислотой – реакция этерификации. Хотя бы метилового спирта с уксусной кислотой:

CH₃OH + HOOCCH₃ = CH₃OOCCH₃ + H₂O.

Вот и вся реакция. Взаимодействует спирт с кислотой, образуется эфир и вода. Просто? Как смотреть. Внешне оно как будто бы и просто. А если посмотреть поглубже, то…

Если посмотреть поглубже, то оказывается, что реакция этерификации может идти двумя путями:

Первый:

CH₃OH + H OOCCH₃ = CH₃OOCCH₃ + H₂O.

Второй:

CH₃OH + HO OCCH₃ = CH₃OOCCH₃ + H₂O.

Кто говорит, что различия нет? Есть, и большое. Если этерификация идет первым путем, кислород в образующейся в результате реакции воде произошел из спирта. Если же реакция идет по второй схеме, кислород, который сейчас находится в воде, раньше был не в спирте, а в кислоте.

Прошу поверить мне на слово, что для химиков это различие было преисполнено глубокого смысла. Потому что многие важные, очень важные проблемы теоретической химии решались совершенно по-разному в зависимости от того, какая из этих двух схем верна.

Но вот какая именно справедлива – этого никто не мог сказать.

В самом деле, как определить, где находился прежде кислород воды – в спирте или в кислоте. Ведь кислород что в спирте, что в кислоте – одинаков. Один и тот же порядковый номер, одно и то же число абсолютно одинаковых электронов на абсолютно тождественных орбитах.

Теперь понятно, почему хрипли в безнадежных спорах химики, тратя попусту мел и время? Теперь понятно, почему сокрушенно машут рукой пожилые профессора, пробираясь к выходу? Пойдем за ними и мы.

Впрочем, задержимся еще на несколько минут. Может быть, что-нибудь придумаем?

Вспомнилось мне одно незначительное событие, о котором все-таки уместно здесь рассказать.

Я разыскивал приятеля, который стал новоселом одного из строящихся районов Москвы. Дом найти оказалось делом нетрудным. Да и чего там трудного: микрорайон такой-то, квартал такой-то, улица такая-то, дом 28-а, корпус Б, секция 4, квартира 18. Коротко и ясно. Нашел я микрорайон, квартал, улицу, дом и увидел весьма загадочную картинку. Собственно, это была не картинка, а очень много картинок. И были на них изображены не загадочные, а вполне конкретные вещи. Висели эти картинки над каждым из 24 подъездов этого дома и изображали животных (слона, жирафа, гуся и муху), растения (подсолнух, василек и еще что-то), графин с рюмками, глобус. Над последним, 24-м подъездом висел вырванный из атласа доисторических животных саблезубый тигр.

– Что это у вас за художественный салон? – поинтересовался я у старушки, сидевшей у одного из подъездов и пристально следившей за внуком, который неподалеку из остатков строительного мусора возводил какое-то сложное строение.

– Какой такой салон? – охотно откликнулась бабка. – Вот этот, что ли? Так это, милый, для детей понавесили. Для них. Посуди: выйдет дитё на двор погулять, а куда обратно ему идти – не ведает. Все подъезды, как маковые росинки, на одно лицо. В цифрах же, где какая квартира, дитё разбираться не обучен. Вот родители и понавесили. Теперь каждый малолеток знает – кому груша, кому сирень, а кому-то страшилище страхолюдное.

История достаточно поучительная. Если квартиросъемщики сумели пометить совершенно одинаковые подъезды, неужели химики уступят им в смекалке?!

Конечно, химики придумали, как пометить совершенно одинаковые атомы. И сделали это, кстати, с неменьшим успехом, чем смекалистые жильцы дома 28-а.

Вот два изотопа одного и того же элемента. Раз один и тот же элемент, значит, один и тот же заряд ядра атома, следовательно, одинаковое количество протонов (различно у них количество нейтронов – вот почему изотопы имеют разную атомную массу). Одинаково количество протонов – одинаково и количество вращающихся вокруг ядра электронов. Но именно электроны определяют химические свойства элемента. Поэтому изотопы одного и того же элемента, различаясь по физическим свойствам, неразличимы в химическом отношении. Это решает все.

Решило это все и в нашем примере. Поступили очень просто. Для реакции этерификации взяли спирт, в состав которого входил не обычный кислород с атомной массой 16, а тяжелый изотоп кислорода, имеющий атомную массу 18. Изотоп этот является природным, но содержится он в качестве примеси к кислороду воздуха или воды в ничтожнейших количествах. Вот почему, до того как ввести кислород «в игру», необходимо было его прежде сконцентрировать. Как это делали, разговор особый и в данном случае для нас второстепенный.

Была проведена реакция. Затем разделили образовавшиеся в результате реакции уксусно-метиловый эфир и воду и определили, в каком из этих соединений находится тяжелый кислород. Оказалось, что в эфире. Этого было достаточно. Даже более чем достаточно.

То, что не могло быть решено часами громких споров, то, чему не могли помочь многодневные размышления, размышления мучительные и безысходные, когда на душе горько от сознания, что дело не продвинулось ни на йоту, – решил изотоп кислорода.

Оказывается, реакция идет по второму из предположенных вариантов. В самом деле, только этот вариант приводит к появлению в эфире тяжелого кислорода, который прежде содержался в спирте.

* * *

Просто? Конечно, просто. Потом в науке всегда просто. Но чтобы применить изотопные метки для решения важнейших проблем химии, следовало просто додуматься до этого; следовало разработать простые методы выделения и концентрирования изотопов; следовало создать относительно простые приборы; следовало… Много чего следовало…

И быть может, в этой книге так мало имен ученых, потому что сегодня чаще всего наука делается коллективами, очень большими коллективами.

* * *

В художественной литературе, театре, кинематографе существует мощный пласт произведений, в основе которых лежат недоразумения – чаще комические, но порой и трагические – связанные с близнецами. Пласт этот, работа над которым началась едва ли не в Древней Элладе, над которым трудился Шекспир, которому отдал дань Россини, разрабатывается и сегодня (быть может, не так успешно, как у названных великих предшественников).

Да, различить близнецов подчас бывает нелегко. Нередко с достаточной степенью уверенности это удается лишь матерям.

И все же наука утверждает, что не бывает двух близнецов, которые хоть чем-нибудь да не отличались бы друг от друга.

Но та же наука утверждает, что не бывает двух атомов одного и того же элемента, которые хоть чем-нибудь да отличались друг от друга.

Возьмем, к примеру, два вещества: сернистый цинк (сульфид цинка) ZnS и сернокислый цинк (сульфат цинка) ZnSO₄. Атом серы в одном веществе, атом серы – в другом. Два атома серы, похожих, как близ… Да нет же, два атома серы, похожих друг на друга, как два атома серы (за исключением, разумеется, валентности).

А теперь поставлю вопрос: если смешать эти два вещества, то может случиться такое, что атом серы из одного соединения переходил в другое, а на его место приходил атом серы из другого соединения? Иными словами, будет ли происходить обмен атомами серы между этими двумя соединениями?

– Схоластика, типичная химическая схоластика! – сердито сказал бы, услышав такую постановку вопроса, химик первых трех десятилетий нашего века. И был бы совершенно прав в гневе своем. Потому что подобный обмен («так на так») не привел бы ни к малейшему изменению свойств смеси этих двух веществ.

Да, разумеется, ни один из изощреннейших методов физического или химического эксперимента здесь не поможет. Не поможет, если только атомы серы в одном из этих соединений, скажем в ZnS, не пометить изотопной меткой, не сделать этот атом серы радиоактивным.

Теперь ответ на вопрос, сама постановка которого несколько десятилетий назад казалась крамольной (чтобы не сказать – бессмысленной), может быть получен за полчаса не очень напряженной работы. Всего только и надо, что смешать сульфид цинка с радиоактивной серой и сульфат цинка с обычной (нерадиоактивной) серой. А потом разделить эту смесь (например, растворив в воде сернокислую соль). Если радиоактивность перейдет в сульфат цинка, обмен атомами серы между этими соединениями идет, если же вся радиоактивность, как была, так и осталась в сульфиде, – обмена нет.

Опыты, подобные описанному, открыли перед химиками картину, о существовании которой они могли разве только догадываться. Оказывается, в молекулах даже не реагирующих друг с другом соединений атомы не закреплены «намертво», а могут сновать между этими соединениями, перемещаться от одного соединения к другому. А ведь такое перемещение – не что иное, как химическая реакция. Удивительная реакция – без изменения состава реагирующих веществ, без изменения свойств. Подобные реакции обмена – еще одна и, надо сказать, очень выразительная иллюстрация краеугольного положения материалистического естествознания о непрерывных изменениях и превращениях в окружающем нас мире.

Изотопы – меченые атомы – открыли для химиков новый обширный мир обменных реакций. О существовании этого мира химики раньше могли лишь догадываться. Но пути в него не было и быть, как теперь понятно, не могло. Зато разработка методов получения искусственных радиоактивных изотопов стала отлично вымощенной дорогой в мир обменных реакций – дорогой, на которой путника ожидают комфорт и радушие, а главное, неожиданные и всегда важные открытия.

Меченые атомы позволили по-новому взглянуть не только на химические, но и на ряд физических процессов. Как, к примеру, это произошло с явлением диффузии.

Слово «диффузия» звучит достаточно академично. Но явление это в практике, в быту встречается на каждом шагу. Открыли в одном углу комнаты флакон духов, а через несколько секунд их запах ощущается в противоположном углу – это диффузия: молекулы душистого вещества сами собой просочились через молекулы воздуха и достигли вашего носа.

Пустите в воду каплю чернил. Спустя некоторое время даже без перемешивания вода станет одинаково синей. Вследствие диффузии молекулы красителя равномерно распределились по всему объему воды.

Плотно прижмите друг к другу два металлических слитка – скажем, из золота и серебра. Если полгода спустя исследовать поверхности, которыми эти слитки соприкасались, то окажется, что в серебро проникли атомы золота, а в слиток золота – атомы серебра. Это тоже диффузия.

Не будем сейчас говорить о том, легко или трудно изучать диффузию. Во всяком случае, современная аналитическая химия позволяет без труда установить, появилась ли в золоте примесь серебра, которой там прежде не было, и проникли ли в серебро частицы золота.

Но если поставить вопрос таким образом: происходит ли диффузия какого-либо вещества «в самого себя»? Не фокус обнаружить диффузию золота в серебро или серебра в золото. А вот если приставить друг к другу два золотых слитка, то будут ли атомы золота из слитка № 1 проникать в слиток № 2, а из слитка № 2 – в № 1?

Вопрос совсем не праздный. Существует ли явление самодиффузии? Ответ на этот вопрос интересовал многих физиков и химиков. Но так же, как и в случае обменных реакций, прежде не существовало никаких, абсолютно никаких методов, с помощью которых можно было доказать или опровергнуть существование самодиффузии.

Не буду рассказывать о спорах вокруг этой проблемы. Читатель уже привык к тому, что ни один ответ на научный вопрос не рождается легко. Были споры и здесь. И очень ожесточенные. Одна сторона утверждала, что самодиффузия должна происходить, потому что, дескать, какая разница: сращиваем мы поверхности двух одинаковых металлов или разных. И тут, и там атомы движутся. А раз так – самодиффузия должна протекать. Убедительно? Убедительно.

Но оппоненты не менее резонно возражали им: если вы соедините два сосуда с одинаковым уровнем жидкости, будет перетекать жидкость из одного сосуда в другой? Нет. Если вы соедините два заряженных тела с одинаковыми потенциалами, возникнет ли в такой цепи ток? Нет. Так почему же должны переходить атомы из одного объема какого-либо вещества в другой объем этого же вещества?

Поверьте, что споры велись с куда более обстоятельной аргументацией, в которой фигурировали многоэтажные формулы и такие замысловатые термины, смысл которых я не взялся бы здесь расшифровывать. Но обилие терминологии и научных платформ ни на сантиметр не подвинуло ученых к истине. И не приходится сомневаться, что дискуссия продолжалась бы по сегодняшний день, что морями чернил были бы исписаны Эльбрусы бумаги, но вопрос так бы и остался вопросом во всей своей нагой первозданности: а существует ли вообще она, самодиффузия? Да, это было бы именно так, не появись возможность использовать радиоактивные изотопы.

Эксперимент был совсем несложным. Взяли два бруска, изготовленных из одного и того же металла: один обычный, а второй – с примесью радиоактивного изотопа. Спустя некоторое время в нерадиоактивном бруске были обнаружены радиоактивные атомы. Все. Больше ничего не надо для решения вопроса о самодиффузии. Есть вопросы?.. Нет? Ну, так пошли дальше.

– Погодите! – не согласятся иные читатели. – Вопросы есть. Вы пространно рассказывали о спорах, которые велись вокруг проблемы самодиффузии, а как дошло до сути дела, до того, как именно была решена эта проблема, то отвели рассказу об этом две-три строки – и все!

Но больше и не требуется. В том и преимущество метода меченых атомов, что он позволяет за несколько часов решить ту проблему, разгадку которой искали порой десятилетиями.

* * *

Метод меченых атомов вошел в химию примерно тогда же, когда в наш быт вошли пассажирская авиация, транзисторные приемники, телевидение. И так же, как все мы не представляем сегодня наш быт без этих атрибутов цивилизации, так и химики не представляют сегодня свою науку без метода меченых атомов.

* * *

Растворимость в воде относится к важнейшим характеристикам каждого химического соединения. Не случайно на последней странице обложек школьных тетрадей печатают таблицу умножения – для младших школьников, и таблицу растворимости – для тех, кто постарше и уже начал изучать химию.

Правда, в школе не особенно углубляются в проблемы растворимости. Стоит в таблице «+», – значит, все в порядке, вещество растворяется; проставлен «―» – вещество не растворяется.

Но на первой же лекции по химии в институте студент-первокурсник слышит от профессора, что, оказывается, совершенно нерастворимых веществ нет. Есть вещества, растворяющиеся хорошо, есть растворимые похуже, плохо, очень плохо, очень-очень плохо, ничтожно, крайне ничтожно, исчезающе мало.

Не надо быть специалистом, чтобы догадаться: химикам эти полулирические определения («мало», «плохо», «очень плохо») ни к чему. Химикам нужны точные величины. Необходимо знать, сколько именно.