Юрий Фиалков - Девятый знак
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.
