Я познаю мир. Оружие

Стратеги неоднократно заказывали химикам бездымный порох, но те только разводили руками – никто не знал, как даже подступиться к такому заданию. Делу опять–таки помог случай. В 1845 году немецкий химик Христиан Шенбейн воспользовался тем, что его жена отлучилась из дома, и решил завершить начатый еще на работе эксперимент. На кухне он принялся составлять некую смесь. При этом часть ее случайно пролилась на пол. Химик хотел потереть лужицу и не нашел для этого ничего лучшего как подвернувший под руку фартук жены. И повесил его над плитой, чтобы тот быстрее высох и жена ничего не узнала. Представьте себе изумление и даже ужас ученого, когда подсыхающий фартук вдруг вспыхнул и сгорел почти дотла.

Неизвестно, что сказала химику по этому поводу жена. Исследовав состав смеси и ткани из остатков фартука, он довольно быстро догадался, в чем дело. И в конце концов получил патент на изобретение нитроцеллюлозы, или пироксилина. Это вещество и составляет основу бездымного пороха.

Первооткрывателем же еще одного взрывчатого вещества – нитроглицерина – был итальянец Асканио Собреро. Однако первоначально он предполагал использовать это соединение для лечения сердечных болезней. И лишь Альфред Нобель – шведский изобретатель и предприниматель, имя которого ныне носит престижная научная премия, – догадался, как из нитроглицерина получить динамит.

Ключ к цепи

А. Нобель

Вся эта довольно длинная цепь случайностей стала возможной лишь потому, что никто из химиков не представлял себе сути процессов, происходящих при взрыве. Лишь в 1913 году немецкий химик Макс Боденштейн впервые предположил теорию, показывающую стадии лавинообразно нарастающей, или цепной, реакции.

"Ключом к такой реакции служит начальная стадия образования свободного радикала, – писал химик, – атома или группы атомов, обладающих свободным (неспаренным) электроном и вследствие этого чрезвычайно химически активных. Однажды образовавшись, он взаимодействует с молекулой таким образом, что в качестве одного из продуктов реакции образуется новый свободный радикал. Новообразованный свободный радикал может затем взаимодействовать с другой молекулой, и реакция продолжается до тех пор, пока что–либо не помешает свободным радикалам образовывать себе подобные, т. е. пока не произойдет обрыв цепи".

Будучи химиком, М. Боденштейн и рассуждал лишь о химических реакциях. Лишь спустя десять лет физики Г. А. Крамере и И. А. Кристиансен открыли реакцию разветвленной цепи, применимую и к некоторым физическим процессам. В этой реакции свободные радикалы не только регенерируют активные центры, но и активно множатся, создавая новые цепи и заставляя реакцию идти все быстрее и быстрее, рассуждали они. Фактический ход реакции зависит от ряда внешних ограничителей, например, таких как размеры сосуда, в котором она происходит. Если число свободных радикалов быстро растет, то реакция может привести к взрыву.

Вклад Семенова

Однако подобные исследования шли ни шатко ни валко, пока за них не взялся Николай Николаевич Семенов – один из основоположников химической физики. Будучи заместителем директора Петроградского физико–технического института, Семенов в 1926 году обратил внимание на работу двух своих студентов. Изучая окисление паров фосфора водяными парами, они заметили, что эта реакция протекала не так, как ей следовало в соответствии с теориями химической кинетики того времени. И спросили своего профессора, почему так происходит.

Семенов увидел причину этого несоответствия в том, что студенты имели дело с результатом разветвленной цепной реакции, и написал об этом научную статью. Однако такое объяснение было отвергнуто Максом Боденштейном, в то время признанным авторитетом по химической кинетике. Еще два года продолжались споры и интенсивное изучение этого явления как Н. Н. Семеновым, так и независимо от него английским исследователем Сирилом Н. Хиншелвудом. Наконец стало ясно, что наш ученый был прав.

В 1929 году Н. Н. Семенов был избран членом–корреспондентом Академии наук СССР, а в 1932 стал академиком. К этому времени Семенов вел глубокие исследования цепных реакций, которые представляют собой серию самоинициируемых (т. е. самовозбуждаемых) стадий в химическом процессе. И однажды начавшись, эта серия продолжается до тех пор, пока не будет пройдена последняя стадия.

В 1934 году Семенов опубликовал монографию "Химическая кинетика и цепные реакции", в которой доказал, что многие химические реакции, включая реакцию полимеризации, осуществляются с помощью механизма цепной, или разветвленной, цепной реакции.

В последующие десятилетия Семенов и другие ученые, признавшие его теорию, продолжали работать над прояснением деталей теории цепной реакции, анализируя относительные опытные данные, многие из которых были собраны его студентами и сотрудниками.