Лев Власов - Занимательно о химии

Трудно, но, по-видимому, возможно.

Редкое химическое соединение удается получить в один прием, провести реакцию в одну стадию. Если бы мы задались целью построить молекулу, объемлющую все химические элементы, потребовались бы многие десятки, а то и сотни стадий. Столь сложное «здание» можно воздвигнуть только по частям.

Мы не беремся изобразить на бумаге формулу даже простейшего варианта гипотетического «всеэлементного» соединения. Просто потому, что никто еще не продумал путей его создания.

Когда нет проекта, нет чертежей сооружения, его невозможно представить себе отчетливо. Можно только фантазировать.

Вот символ этого удивительного атома — Ps. Но не пытайтесь отыскать его в менделеевской таблице. Потому что это вовсе не атом какого-либо химического элемента.

И живет он ничтожное мгновение — меньше одной десятимиллионной доли секунды. Однако про него нельзя сказать, что он радиоактивен.

Ps расшифровывается как позитроний. Его устройство чрезвычайно просто.

Возьмите атом водорода, наипростейший атом химического элемента. Один электрон вращается вокруг одного-единственного протона.

Атом позитрония возникает при определенных видах радиоактивных превращений, которые сопровождаются испусканием позитрона. На какое-то, очень короткое, время позитрон с электроном образуют устойчивую систему.

В позитронии роль протона исполняет элементарная частица позитрон. Это антипод электрона. У позитрона такие же размеры, та же масса, и отличается он лишь тем, что имеет противоположный (положительный) заряд.

Если позитрон и электрон сталкиваются, то им обоим приходит конец. Они, как говорят физики, аннигилируют. Иными словами: превращаются в ничто. А если быть более точными — в излучение.

Но перед тем как исчезнуть, два непримиримых врага короткое мгновение существуют рядом друг с другом. Тогда и рождается атом-призрак позитроний. Атом без ядра, так как электрон и позитрон вращаются вокруг общего центра тяжести.

Кому интересен позитроний? Ну, казалось бы, только физикам-теоретикам; может, еще писателям-фантастам, которые ищут новые типы горючего для своих звездолетов.

Но вот недавно в США вышла в свет толстенная книжка под названием «Химия позитрония». Это никакой не фантастический роман. Книга написана серьезными учеными и толкует о том, как исследователи используют необычный атом для своих нужд.

Во время своей короткой жизни позитроний способен вступить в химическую реакцию. Особенно легко он реагирует с химическими соединениями, у которых сохранились свободные валентности. Эти неиспользованные вакансии и занимают атомы позитрония.

С помощью специальных приборов химики прослеживают характер распада позитрония, забравшегося в молекулу вещества. Оказывается, в зависимости от строения молекулы он распадается по-разному. Это позволяет химикам исследовать тонкие детали молекулярных конструкций, решать многие сложные и спорные вопросы, где другие методы бессильны.

В нашем химическом музее алмаз все-таки не самый главный экспонат. Для уникума он слишком бесхитростен. Его своеобразный углеродный скелет ныне никого не удивляет. Еще в семнадцатом столетии химики совершенно элементарно сожгли алмазный кристалл с помощью солнечных лучей и обыкновеннейшей лупы…

Химики давно размышляли о другом. Нельзя ли графит превратить в алмаз? Ведь и тот и другой — это углерод. Дело оставалось за малым: найти возможность графитовый углеродный каркас перестроить в алмазный, из очень мягкого материала приготовить очень твердый. Ничего не отнимая и ничего не добавляя.

В конце концов такую возможность нашли. Это весьма занятная история, и в свое время мы о ней поведаем. Пока же отметим: чтобы изготовить искусственный алмаз, понадобились гигантские давления.

Потому в качестве героя настоящего очерка мы выбираем давление. Да не какое-нибудь обычное — в одну, две, десять атмосфер, а давление сверхвысокое. Когда на квадратный сантиметр поверхности давят силы в десятки и сотни тысяч килограммов.

Итак, сверхвысокие давления позволяют получать вещества, ранее невиданные.

Скажем, во времена алхимиков известны были две разновидности фосфора — белый и красный. Теперь к ним добавилась третья — черный фосфор. Самый тяжелый, самый плотный, он проводит электрический ток ничуть не хуже многих металлов. Фосфор, типичный неметалл, превратился под влиянием сверхвысоких давлений в почти что металлическое вещество. И притом устойчивое.

Примеру фосфора последовал мышьяк, потом некоторые другие неметаллы. И каждый раз ученые отмечали разительные перемены в свойствах. Тяжелая рука сверхвысокого давления меняла эти свойства прямо на глазах. С точки зрения физики ничего необычного здесь не происходило. Попросту сверхвысокое давление перекраивает кристаллическую структуру элементов и их соединений. Делает их более металличными.

Так родился сугубо физический термин: «металлизация давлением».

…Придет время, и космонавты вступят на поверхность Луны, Марса, Венеры. Затем придет очередь иных, более далеких и еще более загадочных миров. Люди много раз будут сталкиваться с необычным, неожиданным, неведомым.

Но нас сейчас интересует лишь одна частность.

Всюду ли химические элементы одинаковы? Простирается ли могущество периодического закона и таблицы Менделеева на все без исключения космические тела? Или же гениальное творение русского ученого действует только в ограниченных, земных рамках?

Да простит нас читатель, что мы столь часто ставим вопросительные знаки! Но право же, ставить вопросы куда легче, чем давать на них ответы.

Философы придерживаются вполне определенного мнения. Они считают так. Периодический закон и периодическая система одинаковы для всего мироздания. В этом их всеобщность. Одинаковы, но при одной существенной оговорке: там, где окружающие условия не слишком сильно отличаются от земных, где температура и давления не измеряются многозначными числами.

В этом их ограниченность.

«Прежде чем считать звезды, посмотри под ноги», — гласит одна восточная поговорка.

Так ли уж хорошо знаем мы нашу грешную планету? К сожалению, очень мало. Мы плохо осведомлены о том, как устроен земной шар внутри, из каких веществ состоят его далекие глубины.

Здесь еще полным-полно всяких гипотез, и ни одной из них нельзя отдать предпочтения.

Правда, буровые скважины достигли уже семикилометровой глубины! И уже начат штурм глубин еще более внушительных. В пятнадцать-двадцать километров. Но примите во внимание, что радиус Земли составляет 6300 километров.

Другая восточная поговорка гласит: «Чтобы узнать вкус ореха, его надо раскусить».

Грубо говоря, наша планета устроена подобно ореху. Сверху скорлупа — земная кора; внутри ядро. В Земле между корой и ядром залегает толстенная прокладка — так называемая мантия.

С грехом пополам мы знаем, из чего состоит земная скорлупа. Даже не скорлупа, а та тонкая, нежная кожурка, которая обволакивает сверху молодой орех. Как построена мантия и тем более ядро — пока уравнение со многими неизвестными.

Решительно утверждать можно лишь одно. Вещества, слагающие земные толщи, совершенно необычные. Ведь чем ближе к центру Земли, тем сильнее давление вышележащих слоев. В ядре давления достигают астрономической величины — 3 миллионов атмосфер.

Кстати, о земном ядре. Ученые не одно столетие спорят о его устройстве. Сколько ученых — столько и гипотез.

Одни считают, что планета имеет железо-никелевое ядро. Другие смотрят иначе. По их мнению, строительный ядерный материал — минерал оливин. В обычных условиях он представляет собой смесь силикатов магния, железа и марганца. Чудовищное давление внутри ядра превращает оливин в своеобразную металлоподобную материю. Наконец, третьи идут еще дальше. Они утверждают: центральная часть ядра состоит из водорода, сжатого до полного отвердения и потому имеющего необычные металлические свойства. Четвертые…

Лучше поставим точку. «Чтобы узнать вкус ореха, надо его раскусить». Но до земного ядра добраться удастся не скоро.

Мы знаем о его устройстве куда меньше, чем о составе атомного ядра. Это ли не парадокс?

Да, неизвестное у нас под ногами! Настоящая кладовая чудес для химика: элементы в необычных кристаллических состояниях; неметаллы, превратившиеся в металлы; самые разнообразные соединения, свойства которых даже трудно себе представить…

Удивительная химия глубин!

А пока же, как не без остроумия заметил советский ученый А. Ф. Капустинский, наша химия остается еще весьма «поверхностной» наукой.