Десятая страница: «…взбалтывают и затем нагревают…»
Сотая: «…смесь помещают в пламя газовой горелки…»
Пятисотая: «…выдерживают при температуре 350–400 градусов…»
Тысячная: «…нагревают…»
Весь первый том просмотрен, а в нашей толстой тетради заполнена лишь первая строка первой страницы, и значится там одно слово: «нагревание».
![]()
Скажу сразу: вы можете перелистать остальные 99 томов и не обнаружите ничего, вернее, почти ничего, кроме нагревания как универсального способа возбуждения химической реакции. Слово «почти» применено здесь потому, что изредка, примерно один раз на 200, вы встретите указания на проведение процесса с помощью электрического тока (электролиз). Повстречаются еще указания на применение высокого давления, но только неизменно в сочетании с нагреванием.
Как видим, все необозримое многообразие соединений, известных современной химии, получено, по сути, с помощью всего двух способов внешнего воздействия на смесь реагирующих веществ. Да, арсенал средств, находящихся в распоряжении химиков, в этом плане ничуть не богаче того, каким располагали алхимики. Те ведь твердо знали, что нагревание — отличный и почти всегда срабатывающий способ заставить вещества реагировать друг с другом.
Давайте выясним: почему нагревание — такой излюбленный прием химиков, почему этот несложный процесс одинаково безотказно вызывает реакцию между самыми разнообразными веществами? Причина довольно проста. При нагревании увеличивается скорость движения молекул. А раз увеличивается скорость, то увеличивается вероятность их столкновения и, главное, энергия, с которой они сталкиваются. Вот почему вещества, не желающие реагировать при обычной температуре, с повышением ее начинают вступать в реакцию.
Электрический ток существенно усилил арсенал химиков. Не буду пояснять подробно, почему электрический ток так пришелся по душе химикам. Напомню только, что химическая реакция — это передача электронов от одного вещества другому. А электрический ток не что иное, как поток электронов. Вот почему, пропуская ток через раствор какого-либо вещества, можно вызвать его превращения[11].
— Ну что же, — беспечно заметит читатель, — если с помощью нагревания и электрического тока удалось получить столько соединений, то следует ли сетовать на то, что способов вызывать реакцию так мало. А быть может, больше и не нужно!
Нужно, и даже очень! В учебнике химии написано: «Реакция невозможна, если реагирующие вещества не сосуществуют в одном, пусть узком, температурном интервале». Понятно? Думаю, что не очень. Попробую растолковать яснее. Впрочем, самым лучшим объяснением, по-видимому, будет пример из практики. За примерами далеко ходить не приходится. Вот хотя бы сегодня подошла ко мне лаборантка и озабоченно сказала:
— Юрий Яковлевич, не окисляется.
— Не может быть! — удивился я. — Должно окисляться.
В самом деле, мы должны были окислить одно органическое соединение. Окислителем была выбрана концентрированная азотная кислота — вещество, которое очень охотно отдает свой кислород. Почему же реакция не идет?
Даю совет, какой на моем месте, так же не задумываясь, дал бы любой химик:
— Нагрейте.
Через 15 минут лаборантка явилась снова:
— Опять ничего не выходит.
— Сильнее нагрейте!
Еще через 15 минут:
— А вот теперь уже наверняка ничего не выйдет!
— ???
— Вся азотная кислота улетучилась.
М-да… Положение действительно неважное. Азотная кислота кипит при 86 градусах. Эта температура недостаточна для того, чтобы заставить прореагировать наши вещества. Понятно теперь, что такое «сосуществование в одном температурном интервале»? Не всегда выходит в химии это «сосуществование». А раз так, то не выходит и реакция.
Тот случай, о котором я рассказал, довольно легкий. Мы справились с нашей реакцией, запаяв смесь веществ в стеклянную ампулу. Теперь смесь можно было нагревать до значительно более высокой температуры.
Но бывают случаи куда сложнее и ответственнее. Например, крекинг нефти.
Нефть — это смесь разнообразных углеводородов (соединений углерода и водорода). Углеводороды, входящие в состав нефти, содержат самое разнообразное число атомов углерода. Но хорошим горючим для двигателей внутреннего сгорания служат лишь те из углеводородов, цепочка атомов которых сравнительно коротка, 8–10 звеньев, 8–10 атомов углерода, соединенных друг с другом.
Назначение крекинга — превратить длинные углеводородные молекулы в более короткие. С этой целью нефть нагревают до высокой температуры, одновременно сжимая до нескольких сот атмосфер. Длинные углеродные цепочки при этом рвутся, а образовавшимися «осколками» можно заливать бак «Жигулей».
Все было бы хорошо, если бы значительная часть нефти при нагревании не осмолялась, превращаясь в густую темную массу, непригодную, конечно, к использованию ее в качестве горючего. Но что поделаешь?! Все претензии адресуйте природе. Это она наделила углеводороды такими в данном случае ненадежными свойствами. Впрочем, можно сколько угодно нарекать природе, однако от этого потери нефти при крекинге не станут меньше.
Нетрудно подобрать еще сотню-другую примеров, когда химики — в лаборатории ли, на заводе ли — прибегают к нагреванию скрепя сердце. Нагревание калечит исходные вещества, ухудшает свойства продукта реакции, приводит к образованию побочных и вредных для данного процесса соединений, но делать нечего. Нечего, и все!
Есть еще одна причина, по которой химики не очень жалуют процесс нагревания. Причина эта настолько серьезна, что оборачивается важнейшей проблемой химической промышленности.
Каждый сколько-нибудь солидный химический завод опутан густой сетью железнодорожных путей. Круглосуточно в ворота завода вкатывают десятки длинных составов грузовых вагонов. Но вот что примечательно: на каждый вагон сырья для производства приходится не меньше вагона каменного угля. Вагоны с сырьем по внутренней железнодорожной ветке направляются по цехам, а уголь сгрузят около центральной котельной завода.
Любое химическое производство — это прежде всего расход тепла. Тепло необходимо для того, чтобы очистить вещества, вступающие в химическую реакцию. Тепло необходимо и для того, чтобы началась сама реакция. Тепло необходимо для выделения продукта реакции, для его очистки и еще для других процессов, из которых слагается современное химическое производство.
Вот и получается, что большая часть каменного угля, нефти и газа, добываемого в стране, идет на потребу химикам — не в качестве сырья, нет, к сожалению, — а как горючее. Досадно. Очень досадно.
* * * В истории науки можно найти немало примеров, когда физика и химия приходили друг другу на помощь. Но то, о чем сейчас пойдет речь, — пожалуй, самый яркий из примеров их сотрудничества за всю историю дружбы этих наук.
* * * Открывая Всесоюзное совещание по радиационной химии, которое было созвано в начале 60-х годов, виднейший советский ученый академик А. П. Виноградов сказал:
— Современная эксплуатация ядерных реакторов является варварским способом использования энергии атома. И облагородить этот способ дано лишь нам, химикам. Вот почему энергетика будущего в наших с вами руках, товарищи…
Хотя с того времени прошло немало лет, я очень хорошо помню, какой вихрь недоуменных вопросов пронесся у меня в голове:
«Ядерные реакторы — варварский способ?! Одному из самых крупных достижений современной науки академик присвоил такой малопочтенный эпитет?! И потом, почему это мы, химики, должны отвечать за энергетику будущего? До сих пор я полагал, что это дело специалистов в области электричества, турбиностроителей, физиков, наконец, но никак не химиков. Непонятно, совсем непонятно…»
