Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров
Будет ли это всегда так? Я не думаю. Такие многокомпонентные сплавы, может быть, были найдены случайно, но вероятнее — интуитивным „нюхом“ талантливого ученого, который, как искусный повар, умеет готовить вкуснее других. Если есть интуиция, значит есть и закономерность. Задача науки — выявить эти закономерности, но метод решения таких сложных проблем до сих пор не найден, и это, несомненно, одна из проблем будущего».
Стоит ли задача синтезировать новые полупроводниковые вещества с заранее намеченными свойствами, ищут ли новые покрытия, предохраняющие металл от коррозии, составляют ли новые сплавы, способные удовлетворить последние требования техники, — исследователь на каждом шагу сталкивается с тем, что «нет еще количественной теории, которая бы связывала свойства вещества… с его химическим составом и физической структурой».
Создание такой теории на основе фактов, которые есть и которые будут добыты, не только спрямит извилистый и длинный путь эмпирических исканий, но и сделает возможным то, что сейчас лежит за порогом предвидимого. Уже сейчас органический синтез позволяет химикам «дозировать» свойства материала. Проникновение же к первопричинам реакционной способности вещества, более полное объяснение самой природы химической связи, разгадка тайны влияния одних веществ на другие неизмеримо усилят власть человека над природой.
В химии будущего почетную роль сыграет законченная, лишенная противоречий теория катализа. Явление это овеяно дымкой таинственности, окружено ореолом научной романтики.
Трудно, казалось, даже невозможно научно объяснить, как удается катализаторам уничтожать инертность, разжигать активность участников реакции, а самим будто оставаться в стороне — не изменяться ни химически, ни количественно. Это порождало чуть ли не мистические представления даже у некоторых крупных ученых. Катализаторам приписывали свойства всемогущего «философского камня», придуманного алхимиками.
Естественно, науку не устраивали объяснения с помощью необъяснимого. И вот химики вместе с физиками поставили перед собой цель — разгадать секреты катализа. Был достаточно достоверно истолкован механизм воздействия катализаторов на ход отдельных реакций. Было выдвинуто несколько теорий катализа. Но многое, очень многое в катализе осталось непонятым и по сей день.
Тем не менее именно этот процесс позволил химии широко «распростереть руки свои в дела человеческие». Без катализа мы не имели бы ни серной, ни азотной кислот, ни аммиака, ни синтетического каучука, ни множества других первостепенной важности соединений. Бывали периоды, когда катализ выручал целые народы от тяжелого положения, вызванного войной, нехваткой сырья.
В 1947 году в речи на Всесоюзной конференции по катализу академик Н. Д. Зелинский рассказывал, как в грозные 1918–1920 годы советские химики нашли катализатор, обеспечивший получение горючего для наших самолетов. «За редкими исключениями, — пишет член-корреспондент АН СССР С. З. Рогинский, — важнейшие технологические и сырьевые достижения химии военного времени неразрывно связаны с успехами промышленного катализа. Катализаторы явились магическим жезлом, пользуясь которым химики воюющих стран выходили из затруднений с сырьем, заменяя импортные продукты новыми, искусственными веществами, превращая массовое дешевое сырье в ценные материалы… Вторая мировая война показала, что бурная романтическая юность промышленного катализа не закончилась и он таит в себе неисчерпаемые новые возможности».
С калейдоскопической быстротой меняется набор веществ, применяемых для ускорения и регулирования реакций. Платина и палладий лишились своего привилегированного положения в мире контактов (катализаторов). Выдвинулись более «демократические» элементы: ванадий, железо, никель, соединения хрома, алюминия. Но для каждой конкретной реакции приходится искать свой катализатор. Причем здесь аналогии не действуют, химически родственные вещества не могут подменять друг друга в сугубо специфичной роли контакта.
Напротив, весьма далекие по типу соединения оказываются союзниками по каталитическому воздействию на ход реакции. И это затрудняет путь к обобщениям, выводам. Едва ли не каждый элемент втайне действует как катализатор. Но найти, для какой реакции и как действует, все равно что отыскать в большом городе владельца пуговицы, валяющейся на полу автобуса.
Рано или поздно в ходе изучения этой крупнейшей научной проблемы современности должен был родиться термин «электронификация теории катализа». И он родился. Сравнительно недавно. Он означал, что рассмотрение вопросов переносится «на уровень» кристаллических решеток, атомных ядер и электронных орбит. Ну, а здесь успешно действовали физики. Встреча с ними открыла химикам глаза на одно важное и интересное обстоятельство.
«Значительная часть твердых тел и смесей, применяемых в катализе, — окислы железа, ванадия, цинка, меди, марганца, сульфиды вольфрама, молибдена, алюмосиликаты — полупроводники, о чем долгое время большинство химиков не подозревало, подобно герою известной комедии Мольера, который до весьма зрелого возраста не подозревал, что он говорит прозой», — шутливо обличал себя и своих коллег С. З. Рогинский.
«Электронификация теории катализа» идет полным ходом. Союз химиков с физиками — это сила, перед которой не устоит ни одна тайна природы, даже если она зашифрована так тщательно, как явление катализа. Открытие и обоснование строгих количественных законов, которые охватят явление катализа в целом, произведут переворот во всей промышленности, а значит, и в культурной жизни общества.
Что же даст законченная, лишенная противоречий теория катализа?
Во-первых, руководствуясь ею, химики смогут подбирать катализаторы для наивыгоднейшего течения реакций, уже известных производству. Но если сейчас, допустим, приходится прибегать к давлениям в сотни и тысячи атмосфер, к температурам в сотни градусов, чтобы процесс шел в нужном направлении и обеспечивал приемлемую производительность, то тогда те же реакции отличнейшим образом будут совершаться в нормальных условиях — без дорогостоящего оборудования, без потребления огромного количества энергии.
В общем удастся, наконец, делать то, что давным-давно умеет делать природа. Как известно, в нашем организме не создаются сверхвысокие давления, не поднимается, как правило, выше 36,6 градуса температура, а реакции идут очень сложные и достаточно быстро. Это потому, что великий химик — природа подобрала соответствующие катализаторы. Мы их называем ферментами.
Но главное — неизмеримо расширится круг доступных химических превращений. Найдут спрос вещества, от которых ныне не знают, как избавиться. Наступит пора полного химического господства над веществом. Люди позабудут само слово «отбросы». Так же как в природе существует круговорот азота, воды, во «второй природе» будет круговорот веществ, бесконечно перерабатываемых и никогда не выбрасываемых. Людям станут доступны любые месторождения. Перед ними откроет свои богатства океан. Из морской воды с помощью специально подобранных групповых и специфически действующих катализаторов химики начнут выкачивать все содержащиеся там элементы и их соединения.
А может быть, этого и не понадобится. Владея в совершенстве теорией строения вещества, имея строгие количественные характеристики различных типов химических связей, используя законы катализа, да еще призвав на помощь могучие силы ядерной бомбардировки, человек будет творить химические соединения
