Юрий Фиалков - Свет невидимого

Число ядерных реакторов на земном шаре непрерывно увеличивается. И уже почти 30 лет со страниц газет не сходит выражение «радиоактивные отходы». Сотни ученых в десятках стран ломали голову над тем, что же делать с радиоактивными отходами, которые непрерывно и во все возрастающем количестве вырабатывают ядерные реакторы.

Чего только не предлагали!

Закапывать в глубокие бетонные ямы. И закапывали.

Прятать в заброшенных шахтах. И прятали.

Топить в глубоких океанских впадинах. И топили.

Запускать в ракетах в межпланетное пространство. И… Нет, пока еще не запускали. И по-видимому, не столько потому, что такой способ избавления от ядерной «золы» чрезмерно дорог, сколько из-за опасений, что при запуске ракеты может случиться какая-нибудь неприятность и опасный шлак развеется в атмосфере.

Конечно, джинна, выпущенного из бутылки, можно было бы в данном случае загнать обратно: остановить ядерные реакторы и тогда не будет никаких отходов. Но этот выход, разумеется, никого не устраивает.

Плохо физикам — в ядерных реакторах пропадает зря много энергии. Печалятся и химики — арсенал имеющихся в их распоряжении средств для проведения реакций скуден и, главное, не всегда удовлетворителен. Но когда плохо ученым, и особенно если эти ученые физики и химики, вывод, как правило, находится. Вот и здесь…

Если вам вздумается проводить реакцию водорода с хлором, то прежде всего подумайте, так ли уж вам это необходимо. Если, поразмыслив, вы все же утвердитесь в намерении соединять водород с хлором, то постарайтесь, чтобы резервуар, в котором будет идти реакция, не был стеклянным (металлическим, пластмассовым — пожалуйста). Если же по условиям опыта требуется, чтобы реакция протекала в стеклянном сосуде, то прежде тщательно покройте его темной краской либо заверните в плотную темную ткань. Если же почему-либо этого сделать нельзя, то предупредите, чтобы никто не подходил к месту эксперимента ближе, чем на … метров. Число, какое следует поставить на место многоточия, зависит от объема сосуда. Если сосуд небольшой — литров на 5–6, то стеклянные осколки от взрыва, который последует немедленно после того, как водород и хлор будут смешаны, разлетятся недалеко — метров на 10–12. Чем больше сосуд, тем на большем расстоянии будут сохранять стеклянные осколки убойную силу.

Итак, вы, конечно, поняли, что реакцию водорода с хлором можно проводить, лишь соблюдая многие предосторожности. Но самое главное, чтобы на реакционную смесь ненароком не попал луч света. В темноте же — спокойно смешивайте эти газы — реакция не пойдет.

Взаимодействие водорода с хлором — далеко не единственный пример реакций, протекающих под действием света. Каждый химик без труда вспомнит много таких реакций: разложение соединений серебра с галогенами (процесс, лежащий в основе фотографии), хлорирование многих органических соединений, наконец, важнейший из химических процессов, протекающих в природе, — процесс фотосинтеза, свершающееся в глубинах растительных клеток превращение углекислоты и воды в углеводы, процесс, на котором основано существование всего живого на нашей планете.

Ничего загадочного в действии света на эти реакции нет. Вот хотя бы та же реакция взаимодействия водорода с хлором.

Оба этих газа двухатомны — молекулы их содержат по два атома: H 2и Cl 2. Именно поэтому взаимодействовать друг с другом они не собираются: водород прочно соединен с другим атомом водорода, и в молекуле хлора оба атома вполне довольны друг дружкой.

Но вот в смесь этих газов попал квант света. Натолкнувшись на молекулу хлора, он разбивает ее на части — два отдельных атома Cl, каждый из которых, не имея партнера, обладает большим стремлением к взаимодействию. Поэтому такие одиночные атомы хлора буквально «вгрызаются» в молекулы водорода: Cl + H 2 = HCl + H. Теперь уже бесприютным остался атом водорода, стремящийся приобрести себе партнера еще сильнее, чем одиночный атом хлора. Водород-одиночка находит приятеля в первой же молекуле хлора, которая столкнется с ним: H + Cl 2 = HCl + Cl. И снова остался без пары атом хлора, который реагирует с молекулой водорода. И так далее. И так далее. И так далее… 150 тысяч раз. Потому что один квант света, попавший в смесь водорода и хлора, может привести к образованию 150 000 молекул хлористого водорода.

Понятно теперь, почему не стоит выставлять без соблюдения всех правил предосторожности на свет смесь H 2и Cl 2?

Как ни многообразны реакции, протекающие под действием света, число их не сопоставимо с количеством известных нам химических соединений. Это понятно, так как энергия, которую несет на себе квант видимого света, сравнительно невелика. Этот квант может воздействовать на молекулу лишь с довольно слабой химической связью. Кванты видимого света можно сравнить с теннисными мячиками, ударяющимися о каменную стенку. Повредить штукатурку они еще могут, да и то, если она плохо заделана. Но большого вреда, конечно же, не нанесут.

Другое дело, если по стене стрелять из винтовки или даже артиллерийского орудия. Так вот, если кванты видимого света — мячики, то кванты рентгеновского или радиоактивного излучения — пули и артиллерийские снаряды.

Сравнение радиоактивного излучения с пулями и снарядами, надо сказать, весьма емкое. Альфа-частицы или гамма-кванты, попадая в молекулу химического соединения, причиняют ей тяжелейшие разрушения. Молекула попросту разлетается на осколки, которые сами по себе уже являются новыми соединениями. Кроме того, осколки охотно вступают во взаимодействие друг с другом, что еще больше расширяет круг образующихся при этом соединений.

Вот и появился третий — после нагревания и электрического тока — метод воздействия на реакционную смесь. Метод, не обладающий недостатками, присущими первым двум, но сочетающий в себе все их достоинства и плюс еще много примечательных черт, свойственных только ему.

Сейчас трудно установить, кого первым осенила идея применить радиоактивные лучи для того, чтобы возбудить химическую реакцию. А может быть, эта идея посетила одновременно нескольких ученых? Скорее всего, дело обстояло именно так. Потому что даже открытие радиоактивности произошло благодаря химическому действию радиоактивного излучения на оказавшуюся случайно неподалеку фотографическую пластинку: попадая на фотоэмульсию, радиоактивные лучи разрушают молекулы галогенидов серебра. Так что догадываться о химическом действии излучения могли многие исследователи радиоактивности.

Итак, родился новый раздел химии — радиационная химия. Велико искушение назвать радиационную химию наукой будущего. Но это заманчивое определение здесь не подходит. Радиационная химия — наука настоящего. И если говорят о блистательном будущем этой науки, то только потому, что ожидают ее действительно великие свершения.