Текст книги "Свет невидимого"
Автор книги: Юрий Фиалков
Жанры:
Химия
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 8 (всего у книги 10 страниц)
Вот почему в любом химическом справочнике одной из первых следует таблица растворимости. По внешнему виду таблица как таблица. Слева – колонка с формулами соединений, справа – значения растворимости. Но если разобраться поглубже, то…
Вот хотя бы всем известное своей нерастворимостью или, будем теперь применять более верный термин, известное своей малой растворимостью соединение сернокислый барий (помните, по учебнику химии, осадок этого соединения немедленно выпадает, если слить растворы хлористого бария и серной кислоты). Действительно, в таблице написано, что растворимость этого вещества составляет двадцать пять десятитысячных долей грамма в литре воды. Мало? Не говорите так, потому что сейчас мы подберем примеры повыразительнее.
Гидроокись цинка – растворимость в литре воды 3·10-7 грамма (три десятимиллионных доли грамма). Предел? Ничуть. Сульфид свинца – растворимость 10-15 грамма в литре. Сульфид ртути – 10-23 грамма. Сульфид меди – 10-27 грамма.
Возьмем сравнительно (сравнительно!) неплохо растворимое из перечисленных веществ – гидроокись цинка. Представьте себе, что вы химик и что перед вами поставили задачу определить растворимость этого вещества. Как решают эту задачу? Известно как: берут какой-либо объем раствора и упаривают его досуха, а оставшийся твердый осадок взвешивают.
Значит, можно взять литр раствора гидроокиси цинка, упарить его досуха, и… ничего не получится. Потому что образовавшийся осадок заметить будет невозможно: три десятимиллионные доли грамма не разглядишь даже в самый сильный микроскоп и, уж конечно, не взвесишь ни на каких весах.
Стало быть, надо взять раствора побольше: литров этак десять. При этом вы получите сухого остатка три миллионные доли грамма – в 10 раз больше, чем при работе с литром раствора, а по сути такое же «ничто», как и прежде.
Очевидно, придется брать 100 литров раствора. Это уже солидная бочка. Но, упаривая досуха эту бочку, мы получим всего несколько стотысячных долей грамма. Такую малость тоже не взвесить. Да, плохи дела химиков! Приходится манипулировать с тысячами литров. Это уже внушительная цистерна. И, только испарив всю воду, можно будет получить… три десятитысячные доли грамма осадка – величину, которую, хотя и не очень уверенно, смогут зафиксировать аналитические весы.
Читатель, наверное, совсем опечалился, представив себе и впрямь невеселую картину: кипит посредине институтского двора котел, мечутся между громадной цистерной и котлом озабоченные химики, таща ведра, наполненные исследуемым раствором. Идет пар из котла, идет пар от вконец замотавшихся ученых. Грустно, очень грустно. И все это для того, чтобы узнать, какова растворимость плохо растворимого соединения.
Могу успокоить читателя. Конечно, дело обстоит далеко не столь мрачно. Химики идут иным путем, который предполагает гораздо более экономный расход времени, труда и… дров.
Не стану рассказывать, как выходили из положения ученые тогда, когда они еще не имели возможности пользоваться радиоактивными изотопами. Впрочем, выходом это вряд ли можно было назвать. Конечно, можно из Москвы во Владивосток добираться пешком. Но «Ту-154» все-таки удобнее.
При определении растворимости радиоактивные изотопы в сравнении с прочими методами то же, что реактивный лайнер в сравнении с пешеходом. Судите сами.
К веществу, растворимость которого хотят определить, примешивают немного радиоактивного индикатора. Так, к гидроокиси цинка можно подмешать немного гидроокиси, образованной искусственным радиоактивным изотопом цинка. «Немного» сказано не из-за пренебрежительной приблизительности. Здесь радиоактивного цинка и впрямь немного: миллионная доля, а то и меньше.
После этого определение растворимости становится легким, можно сказать, даже приятным делом. Осадок, меченный радиоактивным цинком, взбалтывают в определенном количестве воды до тех пор, пока не получат насыщенный раствор гидроокиси (не будем забывать, что этот насыщенный раствор содержит всего 3·10-7 грамма вещества в литре). При растворении гидроокиси цинка в раствор перейдут как молекулы, содержащие обычный цинк, так и молекулы с радиоактивным изотопом. Ничего, что вторых в растворе будет гораздо меньше, чем первых. Для чувствительных счетчиков Гейгера – Мюллера это не помеха.
Если знать соотношение, в котором примешали к обычному цинку цинк радиоактивный, то, определяя радиоактивность раствора, можно без труда рассчитать содержание всего цинка в растворе. Ну, а вычислить отсюда растворимость гидроокиси – дело одной минуты. Вот и все. И рад бы рассказывать дольше, да нечего. Радиоактивность и здесь упростила все до предела.
Но коль скоро мы завели речь об определении малых количеств вещества, надо будет рассказать еще об одной важной роли меченых атомов.
Соберите в одном зале приглашенных наудачу 100 химиков и спросите их, что они предпочитают: приступить к разделению смеси соединений ниобия и тантала или отправиться сейчас на товарную станцию целую ночь таскать мешки с цементом. Можете добавить, что станционный транспортер испорчен, половина мешков дырявые и что вообще ожидается проливной дождь с градом. Не сомневаюсь, что после секундной паузы из всех ста глоток вырвется дружный крик:
– На станцию!..
Стремление химиков скоротать ночь, таская под дождем дырявые пятипудовые мешки с цементом, мне близко и понятно. Все представляют себе, что носить мешки, когда нет подходящих условий, – занятие не из веселых. Но далеко не каждый знает, что разделение соединений двух элементов, очень похожих по свойствам, – работа куда более изнурительная.
Я привел в качестве примера лишь одну пару: ниобий – тантал. А ведь таких близнецов в Периодической системе элементов как «алмазов в каменных пещерах» той полуденной страны, откуда прибыл индийский гость. Скандий – иттрий, цирконий – гафний, все 15 редкоземельных элементов, многие заурановые элементы и так далее, и так далее.
Разумеется, для каждой из таких пар разработаны методы разделения. И, конечно же, я не убежден, что каждый из придуманных мною сотни химиков без колебания предпочтет поменять пусть и тяжелый лабораторный эксперимент на ненастную ночь у товарняка. Без известной гиперболизации здесь не обошлось. Но это тот самый случай, когда в шутке следует искать свою, причем достаточно большую долю правды. Потому что действительно приходится затрачивать уйму времени и труда (не столько даже тяжелого, как однообразного и скучного – что гораздо хуже) на то, чтобы отделять один элемент от другого, походящий на него химическими свойствами.
Основная трудность манипуляций по разделению элементов – необходимость после каждой операции проводить химический анализ, чтобы определить, в какой степени удалось один элемент отделить от другого. Сказанное в этой фразе – академично по содержанию. У схожих по свойствам элементов схожи и химико-аналитические реакции. Поэтому, определяя, насколько удалось разделить эти элементы, приходится обращаться к весьма сложным и очень трудоемким методам анализа, отнимающим много времени.
Применение радиоактивных индикаторов – меченых атомов – если и не превращает операции разделения в увеселительное времяпрепровождение, то делает из них обычную по сложности химическую работу.
Вот как это выглядит. К смеси соединений двух элементов – близнецов, которых предстоит разлучить, – прибавляют немного соединения одного из этих элементов, но не обычного, а радиоактивного. Теперь аналитические определения заменяются измерением радиоактивности, а это во всех отношениях менее трудоемкая операция.
В самом деле. Вот произвели несколько манипуляций со смесью и получили две фракции: одна из них соответствует соединению первого элемента, другая – второго. Но ведь необходимо решить, есть ли в первой фракции примесь второго элемента, а во второй – примесь первого. Предположим, что радиоактивной меткой был «протаврован» первый элемент. Тогда исследователь подносит вторую фракцию к счетчику Гейгера – Мюллера. И если эта фракция загрязнена посторонним элементом, тотчас же часто замигают лампочки и дробно затрещит стрелка: прибор сигнализирует – радиоактивность есть!
Тогда приступают к операции разделения снова. На этот раз вторая фракция будет показывать меньшую радиоактивность. В третий раз радиоактивность будет совсем мала. И вот, наконец, на какой-то энный раз, когда мы поднесем пробу к счетчику, тот будет безмолвствовать. Все – элементы разделены полностью! А коль они разделены, то рассказ о них можно окончить.
* * *
Из толстой книги под названием «Химия и радиоактивность» прочитано всего несколько страниц. Но и они показали – не могли не показать! – что эти две науки, объединившись, намного расширили наши представления об окружающем мире. А ведь это только начало…
Глава V
Третий путь
Наука, о которой будет рассказано в этой главе, – сегодня уже полностью сформировавшийся раздел химии; у нее существуют прочные и основательные традиции, свои оригинальные методы и терминология, своя достаточно богатая и в общем не простая история.
Но еще во втором издании Большой советской энциклопедии об этой науке ничего не написано. Тогда – четверть века назад – она попросту еще не существовала.
* * *
В любой химической библиотеке института на видном месте стоит известный каждому химику справочник Бейльштейна. Справочник этот во всех отношениях примечателен. В карман он не поместится. В портфель тоже не влезет. Его не унести и в чемодане.
Справочник Бейльштейна насчитывает более сотни томов. Причем самый тощий из этих томов тянет не меньше чем килограмма на два. А самый объемистый том – не то что пожилой библиотекарше не снять с полки, а и молодой, спортивного вида инженер волочит его к письменному столу, заметно покраснев от натуги.
Удивляться необычному объему справочника не приходится, ведь в нем собраны сведения о большинстве известных науке органических соединений.
Не знаю, сколько соединений описано в справочнике Бейльштейна. Кто говорит – миллион, а кто утверждает, что все три. Среди моих знакомых не нашлось ни одного, кто отважился бы пересчитать все соединения, сведенные в справочнике. Да и что толку пересчитывать – за темпами науки все равно не угнаться. Считается, что каждый год химики синтезируют полмиллиона новых органических соединений – две тысячи за рабочий день, около сотни в час. За время, какое вы потратили на чтение этого абзаца, где-то кто-то синтезировал неизвестное прежде органическое соединение.
Я вспомнил о справочнике Бейльштейна вовсе не потому, что нам придется сейчас с его помощью выуживать сведения о каком-то экзотическом органическом соединении. Воспользуемся тем, что в нем описаны, хотя и очень кратко, методы получения каждого из соединений. И попробуем установить, сколько же способов заставлять вещества вступать в реакцию известно современной химии. Ну, если и не все способы (веществ-то миллионы!), то хотя бы основные из них. И попробуем их как-то систематизировать (классифицировать).
Работа, разумеется, не из легких. Но тут снова, не в первый раз, придется напомнить, что эта книга относится к научно (научно!) – художественному жанру. А наука – это всегда труд.
Приготовим толстую тетрадь, отточим поострее карандаши, проверим стержни в авторучках и – за работу!
Снимем с полки первый том справочника. Открываем первую страницу: «Смешиваем, нагреваем…» Так, стало быть, способ первый: нагревание.
Следующее соединение… Так, формула, физические константы, способ синтеза: «Сливаем и кипятим…» Но ведь это снова нагревание.
Переворачиваем страницу: «Смесь предварительно растирают в ступке, а затем продолжительно прокаливают в муфельной печи…» И здесь нагревание!
Десятая страница: «…взбалтывают и затем нагревают…»
Сотая: «…смесь помещают в пламя газовой горелки…»
Пятисотая: «…выдерживают при температуре 350–400 градусов…»
Тысячная: «…нагревают…»
Весь первый том просмотрен, а в нашей толстой тетради заполнена лишь первая строка первой страницы, и значится там одно слово: «нагревание».
Скажу сразу: вы можете перелистать остальные 99 томов и не обнаружите ничего, вернее, почти ничего, кроме нагревания как универсального способа возбуждения химической реакции. Слово «почти» применено здесь потому, что изредка, примерно один раз на 200, вы встретите указания на проведение процесса с помощью электрического тока (электролиз). Повстречаются еще указания на применение высокого давления, но только неизменно в сочетании с нагреванием.
Как видим, все необозримое многообразие соединений, известных современной химии, получено, по сути, с помощью всего двух способов внешнего воздействия на смесь реагирующих веществ. Да, арсенал средств, находящихся в распоряжении химиков, в этом плане ничуть не богаче того, каким располагали алхимики. Те ведь твердо знали, что нагревание – отличный и почти всегда срабатывающий способ заставить вещества реагировать друг с другом.
Давайте выясним: почему нагревание – такой излюбленный прием химиков, почему этот несложный процесс одинаково безотказно вызывает реакцию между самыми разнообразными веществами? Причина довольно проста. При нагревании увеличивается скорость движения молекул. А раз увеличивается скорость, то увеличивается вероятность их столкновения и, главное, энергия, с которой они сталкиваются. Вот почему вещества, не желающие реагировать при обычной температуре, с повышением ее начинают вступать в реакцию.
Электрический ток существенно усилил арсенал химиков. Не буду пояснять подробно, почему электрический ток так пришелся по душе химикам. Напомню только, что химическая реакция – это передача электронов от одного вещества другому. А электрический ток не что иное, как поток электронов. Вот почему, пропуская ток через раствор какого-либо вещества, можно вызвать его превращения[11]11
Понятно, что для этого нужно, чтобы раствор проводил электрический ток, а это возможно лишь в том случае, если растворенные в воде либо другом растворителе вещества были электролитами, имыми словами, распадались на ионы. Это условие значительно сужает круг веществ, которые могут быть синтезированы путем электролиза. Именно поэтому электролиз как способ осуществления химической реакции по распространенности никак не может конкурировать с обычным нагреванием.
[Закрыть].
– Ну что же, – беспечно заметит читатель, – если с помощью нагревания и электрического тока удалось получить столько соединений, то следует ли сетовать на то, что способов вызывать реакцию так мало. А быть может, больше и не нужно!
Нужно, и даже очень! В учебнике химии написано: «Реакция невозможна, если реагирующие вещества не сосуществуют в одном, пусть узком, температурном интервале». Понятно? Думаю, что не очень. Попробую растолковать яснее. Впрочем, самым лучшим объяснением, по-видимому, будет пример из практики. За примерами далеко ходить не приходится. Вот хотя бы сегодня подошла ко мне лаборантка и озабоченно сказала:
– Юрий Яковлевич, не окисляется.
– Не может быть! – удивился я. – Должно окисляться.
В самом деле, мы должны были окислить одно органическое соединение. Окислителем была выбрана концентрированная азотная кислота – вещество, которое очень охотно отдает свой кислород. Почему же реакция не идет?
Даю совет, какой на моем месте, так же не задумываясь, дал бы любой химик:
– Нагрейте.
Через 15 минут лаборантка явилась снова:
– Опять ничего не выходит.
– Сильнее нагрейте!
Еще через 15 минут:
– А вот теперь уже наверняка ничего не выйдет!
– ???
– Вся азотная кислота улетучилась.
М-да… Положение действительно неважное. Азотная кислота кипит при 86 градусах. Эта температура недостаточна для того, чтобы заставить прореагировать наши вещества. Понятно теперь, что такое «сосуществование в одном температурном интервале»? Не всегда выходит в химии это «сосуществование». А раз так, то не выходит и реакция.
Тот случай, о котором я рассказал, довольно легкий. Мы справились с нашей реакцией, запаяв смесь веществ в стеклянную ампулу. Теперь смесь можно было нагревать до значительно более высокой температуры.
Но бывают случаи куда сложнее и ответственнее. Например, крекинг нефти.
Нефть – это смесь разнообразных углеводородов (соединений углерода и водорода). Углеводороды, входящие в состав нефти, содержат самое разнообразное число атомов углерода. Но хорошим горючим для двигателей внутреннего сгорания служат лишь те из углеводородов, цепочка атомов которых сравнительно коротка, 8–10 звеньев, 8–10 атомов углерода, соединенных друг с другом.
Назначение крекинга – превратить длинные углеводородные молекулы в более короткие. С этой целью нефть нагревают до высокой температуры, одновременно сжимая до нескольких сот атмосфер. Длинные углеродные цепочки при этом рвутся, а образовавшимися «осколками» можно заливать бак «Жигулей».
Все было бы хорошо, если бы значительная часть нефти при нагревании не осмолялась, превращаясь в густую темную массу, непригодную, конечно, к использованию ее в качестве горючего. Но что поделаешь?! Все претензии адресуйте природе. Это она наделила углеводороды такими в данном случае ненадежными свойствами. Впрочем, можно сколько угодно нарекать природе, однако от этого потери нефти при крекинге не станут меньше.
Нетрудно подобрать еще сотню-другую примеров, когда химики – в лаборатории ли, на заводе ли – прибегают к нагреванию скрепя сердце. Нагревание калечит исходные вещества, ухудшает свойства продукта реакции, приводит к образованию побочных и вредных для данного процесса соединений, но делать нечего. Нечего, и все!
Есть еще одна причина, по которой химики не очень жалуют процесс нагревания. Причина эта настолько серьезна, что оборачивается важнейшей проблемой химической промышленности.
Каждый сколько-нибудь солидный химический завод опутан густой сетью железнодорожных путей. Круглосуточно в ворота завода вкатывают десятки длинных составов грузовых вагонов. Но вот что примечательно: на каждый вагон сырья для производства приходится не меньше вагона каменного угля. Вагоны с сырьем по внутренней железнодорожной ветке направляются по цехам, а уголь сгрузят около центральной котельной завода.
Любое химическое производство – это прежде всего расход тепла. Тепло необходимо для того, чтобы очистить вещества, вступающие в химическую реакцию. Тепло необходимо и для того, чтобы началась сама реакция. Тепло необходимо для выделения продукта реакции, для его очистки и еще для других процессов, из которых слагается современное химическое производство.
Вот и получается, что большая часть каменного угля, нефти и газа, добываемого в стране, идет на потребу химикам – не в качестве сырья, нет, к сожалению, – а как горючее. Досадно. Очень досадно.
* * *
В истории науки можно найти немало примеров, когда физика и химия приходили друг другу на помощь. Но то, о чем сейчас пойдет речь, – пожалуй, самый яркий из примеров их сотрудничества за всю историю дружбы этих наук.
* * *
Открывая Всесоюзное совещание по радиационной химии, которое было созвано в начале 60-х годов, виднейший советский ученый академик А. П. Виноградов сказал:
– Современная эксплуатация ядерных реакторов является варварским способом использования энергии атома. И облагородить этот способ дано лишь нам, химикам. Вот почему энергетика будущего в наших с вами руках, товарищи…
Хотя с того времени прошло немало лет, я очень хорошо помню, какой вихрь недоуменных вопросов пронесся у меня в голове:
«Ядерные реакторы – варварский способ?! Одному из самых крупных достижений современной науки академик присвоил такой малопочтенный эпитет?! И потом, почему это мы, химики, должны отвечать за энергетику будущего? До сих пор я полагал, что это дело специалистов в области электричества, турбиностроителей, физиков, наконец, но никак не химиков. Непонятно, совсем непонятно…»
Если меня сегодня что-нибудь и удивляет, так это лишь то, как я мог не понять тогда академика А. П. Виноградова. Сегодня высказывания этого ученого, удивившего тогда, кстати, не меня одного, стало рядовым, но тем не менее важнейшим лозунгом всех химиков, а связанных с радиоактивностью – в особенности.
В наши дни атомная энергетика – это уже будни науки. Мы гордимся тем, что в нашей стране создана первая в мире электростанция, работающая на атомной энергии. Мы любуемся красавцами ледоколами «Ленин» и «Арктика». Но не удивляемся этим достижениям. Они стали буднями, и это очень радостные будни.
Впрочем, если вы решите поговорить об энергетическом использовании ядерных реакторов с каким-либо специалистом-физиком, то увидите, как при первом же вопросе на лице вашего собеседника промелькнет сложная гамма чувств, среди которых основными будут гордость и… горечь. Гордость – за выдающиеся достижения современной физики, достижения, которые сделали эту науку лидером естествознания XX века, а горечь…
Горечь появляется тогда, когда физики подсчитывают, какая доля энергии урана, распавшегося в ядерном реакторе, используется энергетиками. Окончательный результат обычно приводит их в глубокое уныние. Да и то сказать: кого не огорчит коэффициент полезного действия, равный 0,2–0,3? Оказывается, энергетики используют примерно одну треть энергии, которая высвобождается при распаде ядер урана в реакторе.
Из всей энергии, выделяющейся в ядерном реакторе при делении ядер урана, используется лишь та ее часть, которая превращается в тепло при разлете ядерных осколков и при радиоактивном распаде этих осколков. Неудивительно, что эта часть энергии составляет лишь долю, причем достаточно скромную, от величины всей высвобождающейся энергии. Остальная энергия аккумулируется в образовавшихся продуктах деления урана – а это не что иное, как разнообразные химические элементы. Уточним, радиоактивные элементы.
Причина радиоактивности? Именно в этих осколках сосредоточена основная доля энергии, высвобождающейся при делении ядер урана. Стремясь освободиться от избыточной энергии, ядра образовавшихся элементов выбрасывают электроны либо гамма-кванты, то есть подвергаются радиоактивному распаду.
Для химиков особенно важно то, что в отходах ядерных реакторов, в урановой «золе», содержатся искусственные радиоактивные изотопы большей части элементов системы Менделеева. Вот почему, если еще лет сорок назад искусственные радиоактивные изотопы были доступны единичным лабораториям, то сегодня каждому студенту-химику при выполнении им практических работ предлагают разнообразный набор различных радиоактивных элементов.
Теперь становится понятным, что так печалило физиков. Для кручины у них имелись достаточно веские основания: они попросту не знали, что делать с таким количеством радиоактивных элементов, какие накапливаются в ядерных реакторах. А радиоактивность эта действительно громадна. Достаточно даже не очень большому реактору проработать сутки, и там накопится такое количество продуктов распада урана, какое по своей радиоактивности в десятки раз превышает радиоактивность элементов, выделенных во всех лабораториях и заводах со времени открытия радиоактивности до того времени, когда был сконструирован первый реактор (1942).
Число ядерных реакторов на земном шаре непрерывно увеличивается. И уже почти 30 лет со страниц газет не сходит выражение «радиоактивные отходы». Сотни ученых в десятках стран ломали голову над тем, что же делать с радиоактивными отходами, которые непрерывно и во все возрастающем количестве вырабатывают ядерные реакторы.
Чего только не предлагали!
Закапывать в глубокие бетонные ямы. И закапывали.
Прятать в заброшенных шахтах. И прятали.
Топить в глубоких океанских впадинах. И топили.
Запускать в ракетах в межпланетное пространство. И… Нет, пока еще не запускали. И по-видимому, не столько потому, что такой способ избавления от ядерной «золы» чрезмерно дорог, сколько из-за опасений, что при запуске ракеты может случиться какая-нибудь неприятность и опасный шлак развеется в атмосфере.
Конечно, джинна, выпущенного из бутылки, можно было бы в данном случае загнать обратно: остановить ядерные реакторы и тогда не будет никаких отходов. Но этот выход, разумеется, никого не устраивает.
* * *
Плохо физикам – в ядерных реакторах пропадает зря много энергии. Печалятся и химики – арсенал имеющихся в их распоряжении средств для проведения реакций скуден и, главное, не всегда удовлетворителен. Но когда плохо ученым, и особенно если эти ученые физики и химики, вывод, как правило, находится. Вот и здесь…
* * *
Если вам вздумается проводить реакцию водорода с хлором, то прежде всего подумайте, так ли уж вам это необходимо. Если, поразмыслив, вы все же утвердитесь в намерении соединять водород с хлором, то постарайтесь, чтобы резервуар, в котором будет идти реакция, не был стеклянным (металлическим, пластмассовым – пожалуйста). Если же по условиям опыта требуется, чтобы реакция протекала в стеклянном сосуде, то прежде тщательно покройте его темной краской либо заверните в плотную темную ткань. Если же почему-либо этого сделать нельзя, то предупредите, чтобы никто не подходил к месту эксперимента ближе, чем на … метров. Число, какое следует поставить на место многоточия, зависит от объема сосуда. Если сосуд небольшой – литров на 5–6, то стеклянные осколки от взрыва, который последует немедленно после того, как водород и хлор будут смешаны, разлетятся недалеко – метров на 10–12. Чем больше сосуд, тем на большем расстоянии будут сохранять стеклянные осколки убойную силу.
Итак, вы, конечно, поняли, что реакцию водорода с хлором можно проводить, лишь соблюдая многие предосторожности. Но самое главное, чтобы на реакционную смесь ненароком не попал луч света. В темноте же – спокойно смешивайте эти газы – реакция не пойдет.
Взаимодействие водорода с хлором – далеко не единственный пример реакций, протекающих под действием света. Каждый химик без труда вспомнит много таких реакций: разложение соединений серебра с галогенами (процесс, лежащий в основе фотографии), хлорирование многих органических соединений, наконец, важнейший из химических процессов, протекающих в природе, – процесс фотосинтеза, свершающееся в глубинах растительных клеток превращение углекислоты и воды в углеводы, процесс, на котором основано существование всего живого на нашей планете.
Ничего загадочного в действии света на эти реакции нет. Вот хотя бы та же реакция взаимодействия водорода с хлором.
Оба этих газа двухатомны – молекулы их содержат по два атома: H2 и Cl2. Именно поэтому взаимодействовать друг с другом они не собираются: водород прочно соединен с другим атомом водорода, и в молекуле хлора оба атома вполне довольны друг дружкой.
Но вот в смесь этих газов попал квант света. Натолкнувшись на молекулу хлора, он разбивает ее на части – два отдельных атома Cl, каждый из которых, не имея партнера, обладает большим стремлением к взаимодействию. Поэтому такие одиночные атомы хлора буквально «вгрызаются» в молекулы водорода: Cl + H2 = HCl + H. Теперь уже бесприютным остался атом водорода, стремящийся приобрести себе партнера еще сильнее, чем одиночный атом хлора. Водород-одиночка находит приятеля в первой же молекуле хлора, которая столкнется с ним: H + Cl2 = HCl + Cl. И снова остался без пары атом хлора, который реагирует с молекулой водорода. И так далее. И так далее. И так далее… 150 тысяч раз. Потому что один квант света, попавший в смесь водорода и хлора, может привести к образованию 150 000 молекул хлористого водорода.
Понятно теперь, почему не стоит выставлять без соблюдения всех правил предосторожности на свет смесь H2 и Cl2?
Как ни многообразны реакции, протекающие под действием света, число их не сопоставимо с количеством известных нам химических соединений. Это понятно, так как энергия, которую несет на себе квант видимого света, сравнительно невелика. Этот квант может воздействовать на молекулу лишь с довольно слабой химической связью. Кванты видимого света можно сравнить с теннисными мячиками, ударяющимися о каменную стенку. Повредить штукатурку они еще могут, да и то, если она плохо заделана. Но большого вреда, конечно же, не нанесут.
Другое дело, если по стене стрелять из винтовки или даже артиллерийского орудия. Так вот, если кванты видимого света – мячики, то кванты рентгеновского или радиоактивного излучения – пули и артиллерийские снаряды.
Сравнение радиоактивного излучения с пулями и снарядами, надо сказать, весьма емкое. Альфа-частицы или гамма-кванты, попадая в молекулу химического соединения, причиняют ей тяжелейшие разрушения. Молекула попросту разлетается на осколки, которые сами по себе уже являются новыми соединениями. Кроме того, осколки охотно вступают во взаимодействие друг с другом, что еще больше расширяет круг образующихся при этом соединений.
Вот и появился третий – после нагревания и электрического тока – метод воздействия на реакционную смесь. Метод, не обладающий недостатками, присущими первым двум, но сочетающий в себе все их достоинства и плюс еще много примечательных черт, свойственных только ему.
Сейчас трудно установить, кого первым осенила идея применить радиоактивные лучи для того, чтобы возбудить химическую реакцию. А может быть, эта идея посетила одновременно нескольких ученых? Скорее всего, дело обстояло именно так. Потому что даже открытие радиоактивности произошло благодаря химическому действию радиоактивного излучения на оказавшуюся случайно неподалеку фотографическую пластинку: попадая на фотоэмульсию, радиоактивные лучи разрушают молекулы галогенидов серебра. Так что догадываться о химическом действии излучения могли многие исследователи радиоактивности.
Итак, родился новый раздел химии – радиационная химия. Велико искушение назвать радиационную химию наукой будущего. Но это заманчивое определение здесь не подходит. Радиационная химия – наука настоящего. И если говорят о блистательном будущем этой науки, то только потому, что ожидают ее действительно великие свершения.
Ну а физики, довольны ли они? Сверх всякой меры! Отныне радиоактивная «зола» реакторов становится ценнее золота, ценнее любого благородного металла. Что – золото? Оно безжизненно. А с помощью «золы» можно вызвать сотни, тысячи самых неожиданных превращений. А главное, теперь никто не сможет упрекать физиков в том, что они не полностью используют энергию атомного ядра, высвобождающуюся в реакторе.
* * *
Нечего и думать о том, чтобы даже просто перечислить все осуществленные до настоящего времени радиационно-химические превращения. Их тысячи, а быть может, и десятки тысяч. Придется назвать лишь самые важные. Посудите, легко ли это сделать? Ведь каждый из ученых, исследующих какой-либо процесс, считает, что его реакция наверняка самая важная!
* * *
Если происходит годичное собрание британской ассоциации ученых и если с речью на этом собрании выступает сам Вильям Крукс, то достойно ли оно, чтобы все газеты послали туда своих корреспондентов? Вопрос, разумеется, риторический. Корреспонденты на собрании присутствовали, и в большом количестве. К тому же ретивые работники печати были приятно удивлены: наконец-то господа ученые – впервые за столько лет! – сумели изречь нечто понятное читающей публике.
