Юный техник 1970-05, страница 15

Еще за несколько лет до второй мировой войны в химии многое напоминало кухонную стряпню. Такое определение может показаться несколько непочтительным: ведь в XIX и начале XX века химия достигла значительных теоретических и практических успехов. Но исследователь ограничивался приближенными и описательными сообщениями. Он констатировал некоторые явления без детального их объяснения и составлял рецепты, пригодные для практики, но не дававшие научного представления о сущности явлений.

Чтобы сделаться настоящей наукой, химия должна была изучить и объяснить механизм процессов. Они происходят главным образом под влиянием электрических сил притяжения и отталкивания; при этом атомы меняют электрические заряды. Носителями этих зарядов являются электроны, протоны, некоторые элементарные ионы и т. п. Объяснить сущность наблюдаемого явления можно, лишь зная все перемещения электрических зарядов, происходящие от начала до конца реакции. Проследить же их очень нелегко: если общая реакция может продолжаться какое-то более или менее заметное время, промежуточные стадии, то есть элементарные реакции, происходят с огромной быстротой: присоединение электрона к атому или разрыв химической связи совершаются в миллиардные доли секунды.

Химическую, реакцию нельзя рассматривать как постепенно развертывающийся процесс, поддающийся наблюдению во всех фазах. Он состоит из множества отдельных, казалось бы, довольно простых этапов, в сумме образующих чрезвычайно сложный комплекс. Причем элементарные акты протекают в почти немыслимых для человеческого понимания малых пространствах, объемах и времени. Как же современный химик может разобраться в явлениях, которые он до сих пор мог лишь констатировать?

Согласно классическим законам физики и химии вещество существует в состоянии * равновесия. Это равновесие может быть нарушено изменением температуры, кислотности и т. д. Наблюдая последствия такого искусственного нарушения равновесия, можно понять некоторые процессы. Состояние химического равновесия какого-то вещества можно нарушить введением в него другого вещества. Смешать их надо очень быстро — иначе не успеть проследить мгновенно происходящие элементарные реакции. Для этой цели применяли специальные смесительные камеры, в которых смешивание производится за тысячную долю секунды. Одновременно

включаются оптические, электронные или акустические регистрирующие приборы. Например, можно проследить ход реакции, наблюдая за изменением окраски участвующих в процессе веществ. Однако реакции, протекающие менее чем за десятитысячную долю секунды, при этом способе уловить не удавалось.

Суть другого метода в том, что веществу в состоянии равновесия мгновенно придают некую энергию. Например, резко поднимают его температуру электрическим разрядом. Равновесие нарушается, но при возвращении вещества в прежние условия возникают так называемые реакции релаксации, течение которых удается проследить при помощи соответствующей аппаратуры. Лауреаты Нобелевской премии 1967 года Эйген, Норрис и Портер применяли для этой цели световую вспышку: она разрушала молекулы, ионизировала атомы и способствовала появлению свободных радикалов, вызывавших целый каскад реакций. Методика таких исследований и измерительные приборы совершенствуются с каждым днем. Уже в позапрошлом году ученые подошли к «порогу» в одну миллиардную долю секунды.

Есть и другие возможности. Чем стараться догнать химическую реакцию, не лучше ли ее затормозить? Ведь не обязательно непрерывно проследить за всей цепью промежуточных реакций от начала до конца; можно разделить ее на отдельные звенья и «заснять» происходящее с помощью сверхчувствительной аппаратуры. Однако можно замедлить лишь ход общей реакции, но не элементарной, промежуточной. Присоединение электрона к атому неизбежно происходит мгновенно, но можно подобрать условия, при которых эти реакции будут происходить реже л создадут картину как бы постепенного образования цели из отдельных звеньев.

Любая элементарная реакция требует затраты энергии, например тепловой. Потому что чем выше температура, тем сильнее тепловое движение атомов и молекул, чаще и сильнее их столкновения, сопровождающиеся перемещением электрических зарядов. Повышение температуры обычно' ускоряет реакцию, а понижение — замедляет. Понизив температуру, общую, длящуюся минуты реакцию можно растянуть на несколько дней и даже остановить ее на промежуточном этапе в состоянии, при нормальных условиях совершенно нестабильном.

Однако метод замораживания встретил ряд трудностей. Одна из них — невозможность работать с некоторыми водными растворами при температуре ниже нуля. Очевидно, в этих случаях надо поль-

13