Лев Власов - Занимательно о химии

Без катализатора процесс синтеза аммиака малоэффективен, как бы мы ни варьировали величины давлений и температур. Иное дело — в присутствии катализатора. Самое обычное металлическое железо с примесью окислов алюминия и калия значительно ускоряет эту реакцию.

Химия двадцатого столетия обязана своим неслыханным расцветом именно применению катализаторов. Да что там! Разнообразные жизненные процессы протекают в животных и растительных организмах благодаря специальным катализаторам — ферментам. Химия неживого и живого — вот сфера действия удивительных ускорителей!

А если вместо платиновой проволочки взять медную, алюминиевую, железную? Снова затуманятся стенки сосуда? Увы! Водород и кислород вовсе не желают взаимодействовать так, как они соединялись по мановению волшебной платиновой палочки…

Не всякое вещество может ускорять тот или иной процесс. Потому химики и говорят, что катализаторы обладают избирательностью действия: могут активно влиять на одну реакцию, совершенно не обращая внимания на другую. Конечно, есть и исключения из этого правила. Скажем, окись алюминия способна катализировать несколько десятков различных реакций синтеза как органических, так и неорганических соединений. Наконец, разные катализаторы могут заставить смесь одних и тех же веществ реагировать по-разному, давать различные продукты.

А вот пример веществ, не менее удивительных, — промоторы. Взятые сами по себе, они никак не влияют на ход реакции: не ускоряют и не замедляют ее. А добавленные к катализатору, ускоряют реакцию в гораздо большей степени, чем это сделал бы он один. Платиновая проволочка, «загрязненная» железом, алюминием или двуокисью кремния, произвела бы в смеси водорода и кислорода еще более впечатляющий эффект.

Есть, оказывается, и другой катализ. Катализ шиворот-навыворот. Есть антикатализ и антикатализаторы. Или ингибиторы, как их называют ученые. В переводе на русский язык это означает «замедлители». Их задача — замедлять быстро текущие химические реакции.

…В стеклянной колбе смешаны два газа — хлор и водород. При обычных условиях они взаимодействуют очень медленно. Но подожжем около колбы магниевую стружку.

Моментально происходит взрыв. (Если кто надумает проделать подобный опыт, то категорически обязательно упрятать колбу под колпак из толстой проволоки.)

Почему же смесь хлора и водорода взрывается под действием яркого света?

Здесь происходит цепная реакция. Если бы нагрели колбу градусов до семисот, она тоже бы взорвалась: хлор и водород соединились бы мгновенно. В долю секунды. Нас бы это не удивило. Ведь тепло во много раз повысило бы энергию активации молекул. Но в опыте, о котором мы только что рассказали, температура нисколько не менялась. Свет вызвал эту реакцию.

Кванты, мельчайшие порции света, несут большую энергию. Гораздо больше той, что требуется для активирования молекулы. Вот на пути светового кванта встречается молекула хлора. Квант разрывает ее на атомы и передает им свою энергию.

Атомы хлора оказываются в возбужденном, богатом энергией состоянии. Такие атомы, в свою очередь, обрушиваются на молекулы водорода, разрывают их на атомы. Один из них соединяется с атомом хлора. Другой остается на свободе. Но он возбужден. Он жаждет поделиться своей энергией. С кем? Да с молекулой хлора. Как только он с ней сталкивается, флегматичной молекуле хлора приходит конец.

И опять на свободе оказывается активный хлорный атом, и он недолго ищет, куда приложить свою силу.

Так и получается у нас длинная последовательная цепочка реакций.

Стоит реакции начаться, как все новые и новые молекулы будут активироваться благодаря энергии, которая выделяется в результате реакции. Скорость реакции нарастает подобно снежной лавине, несущейся с гор. Когда лавина достигнет подножья долины, она замирает. Цепная реакция затихает, когда все молекулы будут увлечены ею, все молекулы водорода и хлора прореагируют.

Химики знают множество цепных реакций. А изучил, как они протекают, наш выдающийся ученый Николай Николаевич Семенов. Известны цепные реакции и физикам. Например, деление ядер урана нейтронами — образчик физической цепной реакции.

Странное занятие на первый взгляд выбрал себе солидный человек, к которому все знакомые относились с большим уважением.

Сначала он изготовлял небольшие металлические диски. Много десятков дисков — медных и цинковых. Потом принялся вырезать кружочки из губки и пропитывал их соленой водой. Затем человек стал накладывать свои заготовки друг на друга так, как ребенок строит пирамиду. Правда, при этом соблюдалась определенная последовательность: медный диск — губчатый кружочек — диск из цинка. Одно и то же сочетание кружочков повторялось много раз. Словом, до тех пор, пока столбик не обрушивался.

Человек прикоснулся мокрыми пальцами к основанию своего оригинального сооружения — и тут же отдернул руку. Как говорится в просторечье, его основательно «дернуло» электрическим током.

Так в 1800 году знаменитый итальянский физик Алессандро Вольта изобрел гальванический элемент — химический источник тока. Электричество в «вольтовом столбе» возникало благодаря химическим реакциям.

Это было рождение новой науки — электрохимии.

В руках ученых появился прибор, который позволял в течение длительного времени получать электрический ток. До того момента, пока в «вольтовом столбе» не прекратятся химические процессы.

Заманчивым казалось выяснить, как действует электричество на самые различные вещества.

Англичане врач Карлейль и инженер Никольсон выбрали в качестве объекта изучения воду. К тому времени у химиков было достаточно оснований утверждать, что вода состоит из водорода и кислорода. Но окончательно подтвердить эту догадку на опыте как-то не удавалось.

Ученые использовали электрическую батарею, состоящую из 17 элементов Вольта. Она давала очень сильный ток. И вода бурно стала разлагаться на два газа — водород и кислород, начался ее электролиз. Именно так называют процесс разложения веществ электрическим током.

Сотни и тысячи доменных печей выплавляют сталь и чугун во всем мире. Экономисты в разных странах скрупулезно подсчитывают, сколько миллионов тонн металла приготовлено в этом году, делают прогнозы, сколько выплавят в следующем.

И те же экономисты сообщают нам потрясающий факт: каждая восьмая домна работает впустую. Ежегодно около 12 процентов добычи металла бесславно теряется для человечества, приносится в жертву беспощадному врагу…