Юрий Фиалков - Свет невидимого
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].
— 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.
