Оповідання з хімії - Юрій Якович Фіалков

Ні, і підручники правильні. Просто в першому випадку йдеться про «брудний» цинк, про цинк чистоти, що застосовується в лабораторіях: 99,9 %, а в другому — про «надчисті» метали, які мають не менше «п’яти дев’яток».

З металами надвисокої чистоти трапилась ось яка історія. Звичайно хіміки вивчають властивості якогось елемента і тільки після того одержують його в більш-менш чистому вигляді. Тут же були спочатку одержані надчисті елементи, а потім стало можливим вивчення їх фізичних і хімічних властивостей. Саме тоді й згадали про досліди по одержанню надчистих рідин, згадали про дивовижні зміни властивостей рідин при виділенні з них десятитисячних і мільйонних часток домішок, згадали і… не здивувались. Не здивувались, бо з металами відбувалось щось подібне.

Ось цинк «дві дев’ятки». Він, як і належить цинку, розчиняється в кислотах, дуже крихкий і т. д. Цинк «чотири дев’ятки» — теж прекрасно розчиняється в кислотах, дуже крихкий і т. д. Цинк «п’ять дев’яток» не розчиняється в кислотах навіть при нагріванні, може витягуватись у тонкі нитки, дуже ковкий. Варто цинку змінити свої «чотири дев’ятки» на «п’ять» — і властивості речовини дивовижно змінюються.

Що ж виходить? Забрали домішки, що були в третій дев’ятці, — нічого, в четвертій — те ж саме, і лише тоді, коли звільнились від домішок, які становили одну тисячну від першої «порції» домішок, властивості цинку зразу ж змінились! При цьому в міру очищення цинку розчинність його в кислотах не зменшувалась, а пластичність не збільшувалась. Тільки при переході через межу «п’яти дев’яток» властивості металу змінювались раптово, стрибком. Те ж саме і з іншими надчистими металами: якась чергова «дев’ятка» несподівано різко змінює властивості елемента.

І знову виникає питання, яким чином мізерні частки домішок можуть так впливати на властивості речовини, що надчисті речовини стають нічим не подібні до своїх «предків».

Хімія поки що не може відповісти на це запитання. Очевидно, у фізичних і хімічних властивостях речовини величезну роль відіграють однорідність і неоднорідність її хімічного складу. Коли метали передають струм, електрони біжать не абияк, а пересуваються по ланцюжках атомів, з яких складається кристалічна гратка. Це уявлення не пояснює ще, яким чином один атом домішок на тисячу мільярдів атомів іншої речовини може змінити властивості цієї речовини, але дозволяє догадуватись. Справді, лінія телефонного зв’язку між Москвою і, скажімо, Владивостоком має довжину в 10 тисяч кілометрів. Досить десь на відстані цих 10 тисяч кілометрів вирізати 1 мм провода, як зв’язок зразу ж перерветься. Так само один атом стороннього елемента порушує нормальний біг електронів.

— Добре, — скаже читач, — нехай це вірно у відношенні фізичних властивостей, але як один атом домішок на 10 тисяч мільярдів основних атомів може вплинути на хімічні властивості речовини? Один на 10 тисяч мільярдів!

Коли ми кладемо звичайний (тобто три-чотири «дев’ятки») цинк у кислоту, то зараз же починає виділятись водень.

Як розчиняється цинк у кислотах? Уявно збільшимо поверхню розчиненого цинку в мільярди разів, так щоб видно було окремі атоми, з яких складається гратка цинку. Серед атомів цинку ви помітите порівняно багато атомів домішок. Біля них кристалічна гратка деформована, і тут же ви звернете увагу на те, що молекули кислоти відривають атоми цинку саме в тих місцях, де сталося порушення однорідності кристалічної гратки через сусідство з атомами домішок. Отже, наявність останніх створює сприятливі умови для перебігу реакції.

А якщо речовина дуже чиста і склад її можна вважати однорідним, що відбувається тоді?

Маючи перед собою однорідну в хімічному розумінні поверхню, молекули кислоти «не знають», з якого кінця почати руйнування кристалічної гратки металу. Для того щоб альпініст міг здертися на стрімку стіну, йому потрібно спочатку знайти в ній якусь розколину або виступ, за який він зміг би зачепитись. Такої розколини на поверхні надчистої речовини нема, тому ця речовина інертна в хімічному відношенні.

Очевидно, ідеально чисті речовини взагалі не можуть взаємодіяти. Відомо, що хлор і водень дуже активно взаємодіють один з одним. Якщо змішати ці два гази при світлі, то станеться сильний вибух. У темноті реакція проходить дещо повільніше. Коли ж обидва гази старанно висушити (багато разів пропустити через фосфорний ангідрид), то після змішання така реакція не відбудеться. Більш того, скільки б ми не освітлювали суміш, скільки б її не підігрівали, не буде навіть ознаки реакції Н2 + Сl2 = 2НСl.

Ось рівняння реакції водню й хлору. При чому тут вода? Її не видно ні справа, ні зліва. Але вода відіграє велику роль у початку реакції і в її перебігу, порушуючи хімічну однорідність згаданої суміші.

Звичайно, цікаво знати про властивості дуже чистих речовин, але спочатку треба твердо і точно знати, як «поводять себе» речовини звичайного ступеню чистоти.

І далі. Як бути з константами для надчистих рідин? Може, з довідників треба викинути дані про температури кипіння, оскільки вони відповідають рідинам, що містять деяку кількість вологи? Ну, закреслимо, а що вписати на місце закресленого? Яку, наприклад, температуру кипіння має бензол? Писати 80° чи 88°, чи 106°. І тут треба відповісти: викреслювати нічого не потрібно. На практиці майже завжди доводиться мати справу з таким бензолом, який кипить при температурі 80°. Це ж саме можна сказати про всі інші речовини.

Після сказаного вище доречно навести кілька фактів, які покажуть читачеві, що проблема малих кількостей речовин і тісно пов’язана з нею проблема надчистих речовин являють собою не приватний інтерес хімії, а мають велике значення для багатьох галузей знань.

Найбільше прикладів впливу надзвичайно малої кількості речовин на властивості сполук дають нам явища каталізу. Ми вже вказували на каталітичну дію мізерних домішок води на реакцію взаємодії водню з хлором. Наведемо ще один приклад каталітичної дії малої кількості речовини. Перекис водню (Н2O2) — речовина в звичайних умовах досить стабільна. Та варто внести в перекис водню платину концентрацією в три мільярдні частки грама, як зразу ж починається бурхливий розклад Н2O2 = Н2O + О. А втім, це розкладання можна