Техника - молодёжи 1988-11, страница 7

самых разных условиях, показали: если температура плавления диан-трацена изменяется от 250'С до 280°С, то у выращенных нами из расплава кристаллов (при тех же вариациях внешних условий) — от 217°С до 360°С. Ясное дело, здесь речь идет о разных веществах!

Но... в 1977 году М. В. Алфимов, проводивший сходные опыты с веществами другого класса — диа-рилэтиленами, доказал, что они фотокристаллизуются не в результате фазового перехода. Под действием света в них происходит полимеризация.

Какой же механизм справедлив, физический или химический? Да тот и другой! Как нередко бывает в науке, нашлось место для взаимоисключающих концепций (вспомните корпускулярно-волновой дуализм!). Исследования, проведенные А. Е. Галашиным, и теоретический анализ полученных данных (здесь заслуга И. Л. Аптекаря и А. Е. Галашина) позволили установить, что под действием света в антрацене одновременно происходит и фазовый переход, и диме-ризация.

Димеризация — реакция химическая (поскольку между молекулами возникают химические связи). Так что для открытого комбинированного процесса придумали название: фотохимический фазовый переход.

Химическая реакция не идет без фазового перехода, и наоборот. Почему же так происходит? Устойчивость каждой фазы вещества зависит от его химического состава. С другой стороны, скорость химической реакции определяется фазовым состоянием вещества. Оба процесса — фазовый переход и химическая реакция — взаимозависимые!

Так, при димеризации возбужденная молекула (поглотившая квант) слипается с невозбужденной. Образуется химическая связь. Естественно, что вероятность встреч молекул в жидкой фазе гораздо выше, чем в паровой. Ну а в кристалле, где молекулы уже сориентированы нужным образом, димеризация пойдет еще быстрей. Обратная же реакция — распад димера на исходные составляющие — идет лучше всего в паре, похуже — в жидкой фазе и медленнее всего — в твердом теле. Как видите, все наоборот! Таким образом, конденсация и кристаллизация стабилизируют димер.

Особенность фотохимических фазовых переходов — неравновесность. Происходить они могут лишь в незамкнутой, обменивающейся энергией с внешней средой системе. Причем их следует отнести к особому, неизвестному ранее типу упорядочения, который идет за счет отхода системы все дальше от состояния равновесия. (В данном случае оно нарушается за счет поглощения молекулами квантов света.)

До наших работ фазовые переходы в существенно неравновесных системах известны не были. Самоорганизующиеся динамические структуры типа ячеек Бенара (см. «ТМ» № 7 за 1987 г.—Ред.) хоть и похожи на многокомпонентные системы с обратимыми фазовыми переходами, но не имеют границ раздела фаз — отличительного признака фазовых переходов.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ВОДОРОД И ДРУГИЕ

Уже создаются фотослои достаточно высокой чувствительности на основе антраценов и арилэтиле-нов. А целенаправленный поиск дешевых заменителей серебра продолжается. Фотохимические фазовые переходы обнаружены у серы, фосфора, мышьяка Правда, с фосфором пока работать опасаются — как известно, он самовозгорается на воздухе, ну а до мышьяка, несмотря на то, что он ядовит, разработчики новых фотографических материалов уже добрались Модельные эксперименты с ним ведутся в Латвийском государственном университете. Но, конечно же, самое перспективное вещество — сера. Оно недефицитное, малотоксичное, легко очищается от примесей. У нашего авторского коллектива уже есть авторские свидетельства на способы получения изображения в материалах на основе серы.

Еще одно важное применение фотохимических фазовых переходов — получение химических веществ особой чистоты. Принцип здесь простой. Подобрав нужную длину волны и интенсивность света, можно принудить кристаллизоваться в многокомпонентном растворе лишь то вещество, которое нам необходимо. Метод может стать эффективнее используемой ныне зонной плавки.

Ну а в более отдаленной пер

спективе открывается путь к созданию веществ экзотических, ранее в земных условиях немыслимых. Таких, как, например, металлический водород, возможность существования которого была теоретически предсказана в 1968 году.

Чтобы из обыкновенного водорода получился металлический, должна произойти следующая химическая реакция- Нг-*• Н⁺-f-H⁺+ +2е".

До сих пор действовали так: водород замораживали в криостатах жидким гелием, а потом (в крио-стате же) сжимали под прессом с алмазными наковальнями (развивалось давление в тысячи атмосфер на площади порядка 1 мм²). Не получилось... Даже чудовищного давления оказалось недостаточно для реакции.

А если процесс стимулироват! светом? Вполне возможно, чт< превращение водорода в металли ческую форму — именно фото химический фазовый переход.

Чтобы проверить эту гипотезу нужен пресс не просто с алмазны ми, а с бриллиантовыми, то ест( оптически прозрачными наковаль нями (пока же в нашем распоряже нии только поликристаллические сделанные из искусственных, тем но-серого цвета алмазов). Необходим и достаточно сильный источник так называемого вакуумного (он хорошо поглощается воздухом, и его луч может распространяться только в вакууме) ультрафиолета. Пока в стране такие не выпускаются.

Но, может быть, стоит пойти на затраты? Ведь если они окупятся, то сторицей. Во-первых, металлический водород станет превосходным горючим — экологически безвредным, очень энергоемким. Во-вторых,— и это главное — согласно некоторым теоретическим выкладкам новое вещество будет сверхпроводящим даже при комнатных температурах и, в отличие от нашумевших сверхпроводящих керамик, сможет выдерживать большие значения тока, не теряя при этом сверхпроводящих свойств. Таким образом, металлический водород сулит революцию в энергетике.

Можно не сомневаться, что за водородом последуют металлический гелий, кислород, азот, сера. Какими фантастическими свойствами они будут обладать и какие удивительные применения найдут — покажет будущее.

5