Оповідання з хімії - Юрій Якович Фіалков

Чистий бензол, осушений звичайним методом для лабораторної практики, помістили в спеціальний посуд між двома платиновими електродами. Посуд нагрівали повільно, поки не закипів бензрл. Термометр показував 80°. Іншими словами, бензол «поводився» так, як і належить «нормальному» бензолові. Та ось до електродів підвели струм високої напруги. На перший погляд це — безглузда витівка: адже бензол не проводить струму. Але як тільки включили рубильник, кипіння бензолу зразу ж припинилось. Довелося нагріти рідину ще на вісім градусів, щоб знову почалось кипіння. Бензол «поводився» так, як «надчистий», підданий багаторічному осушуванню. Як тільки струм вимкнули, температура кипіння зразу знизилась до нормальної. Підвели напругу — знову 88°.

Чому ж цей дослід підтверджує вплив води на асоціацію бензолу? У «звичайному» бензолі порівняно багато води: одну з 50–60 молекул можна вважати оточеною тонесеньким шаром — в одну молекулу — води. Молекули води, як це можна бачити з рисунка на стор. 23, дуже подібні до магнітиків. Маленькі атоми водню, з сильним електропозитивним полем, зосереджені в одному кінці молекули, а атом кисню з двома негативними зарядами — на іншому. Чим не магніт! А поруч зображена молекула бензолу. Досить тільки глянути на неї, і зразу ж стане зрозумілим, чому бензол не має дипольного моменту: шість симетрично розташованих атомів вуглецю і стільки ж атомів водню урівноважують заряди один одного. При утворенні поля струму високої напруги «магнітики» води відриваються від молекул бензолу, водяна оболонка руйнується, і молекула бензолу дістає можливість асоціюватись. Ось чому зразу підвищується температура кипіння рідини. Отже, на запитання «чому вода?» ми відповіли.

А ось друге питання: що примушує бездипольні молекули дуже чистих речовин збиратися в агрегати — досі залишається нез’ясованим.

І далі. Про яку водну оболонку може йти мова, коли навіть у просто чистому бензолі одна молекула води припадає на 50–60 молекул бензолу? А якщо бензол піддається спеціальному осушуванню, то частка води в ньому падає до одної десятитисячної або навіть одної стотисячної процента. Це значить, що одна молекула води припадає приблизно на один мільйон молекул основної речовини. Яким же чином це мізерне співвідношення «сил» може виконувати таку руйнівну дію?

Ось вони, проблеми, які, можливо, розв’яжеш ти, читачу. Загадка «надчистих» рідин досі лишається нерозгаданою.

Та ми ще далеко не повністю зичерпали коло питань, які доведеться розв’язувати майбутньому дослідникові цієї проблеми.

Тепер перейдемо до подій, які, власне, і примусили вчений світ згадати цю історію, яку й досі називають науковою сенсацією.

Хто позаздрить людині, яка мусить темної ночі знайти в копиці сіна загублену голку? Скажете, ніхто? Помиляєтесь! Є немало таких хіміків, які сказали б, що ця (звичайно, вигадана мною) людина займається грою в бирюльки. І у відповідь негайно проаргументували б своє твердження ясною мовою арифметики.

Справді, скільки може важити копиця сіна? Кілограмів 400. А голка? Приблизно одну десяту грама, або 10–4 кг. Якщо 400 кг прийняти за 100 %, то скільки процентів становитиме 0,1 г?

Отже, в голці 25 мільйонних часток процента від ваги копиці сіна. Хімік сказав би, що оперує в межах п’ятого десяткового знака. Але для хімії робота з визначенням такої кількості домішок, яка криється в п’ятому десятковому, давно пройдений етап. Ось, скажімо, шостий або сьомий десятковий знак — тут треба попрацювати.

Та якби хімія обмежувалась тільки шостим і сьомим знаками!

Вже в середині п’ятдесятих років техніка почала вимагати від хіміків не тільки визначення кількостей домішок, але й видалення їх. А це далеко не одне й те ж. Одна справа знайти, скільки до основної речовини домішано того чи іншого елемента, а зовсім інша — видалити домішки, причому так, щоб не внести нових. І це друге завдання набагато складніше від першого. Та якщо техніка, промисловість кажуть «треба», хімія повинна відповісти «є»!

Навіщо потрібні речовини такої надприродної чистоти?

Наше покоління було свідком створення одної з чудових галузей фізики — науки про напівпровідники. Більшість напівпровідників виявляє свої властивості в стані дуже високої чистоти. Ось, наприклад, метал германій. Сучасна напівпровідникова техніка вимагає для нього чистоти 99,9999999999 %, тобто на один атом домішок тисячі мільярдів атомів германію. Два атоми домішок на цю кількість — і напівпровідник вже непридатний. Так перед хіміками у всій величі постала вершина десятого десяткового знака.

Йдеться про одержання не якихось унікальних двох-трьох грамів речовини надвисокої чистоти, а про заводи, де ці речовини виробляють сотнями й тисячами кілограмів. Читач пам’ятає, якими труднощами супроводжувалось завоювання «вершин» шостого і сьомого десяткових знаків. Тепер же треба було взяти десятий. А подібно до того, як кожний метр на великій висоті дається альпіністові важче, ніж кілометр по рівній дорозі, так само кожна послідовна дев’ятка в числі, що виражає чистоту препарата, дається хімікові з дедалі наростаючим зусиллям.

Одержання речовини з ступенем чистоти 99,99 %, або речовини «чотири дев’ятки», не являє тепер труднощів. Але чи давно це так?

Ось три статті, вміщені в різних хімічних журналах. В першій із них читаємо: «Нам вдалося одержати надзвичайно чисту речовину чистотою 99,99 %». В другій написано: «Вміст основної речовини в продукті — 99,999 %. Таким чином, одержаний продукт можна вважати відносно чистим». В третій статті говориться таке: «Одержаний зразок був досить брудним: вміст основного металу в ньому становить лише 99,9999 %».

В чому ж річ? Висловлювання в цих статтях повністю виключають одне одного. Просто перша праця написана на початку 20 століття, друга — в двадцяті роки, а третя з’явилася в наші дні. Речовина, яка шістдесят років тому вважалася чистою, в наш час не може зберегти свою колишню репутацію.

Цікаво хоча б коротенько розглянути, як хімікам вдається добувати речовини такої надзвичайної чистоти.

Одержання таких «надчистих» речовин стало можливим завдяки величезним успіхам аналітичної хімії, бо при очищенні