Химия завтра

Возможно, в будущем появится еще и химия низких и сверхнизких температур — криохимия.

ХИМИЯ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ

Высокое давление — еще одно орудие химиков. Оно ускоряет химические превращения и помогает получать больше готового продукта. Неудивительно поэтому, что оно участвует в производстве искусственных удобрений, пластмасс и многого другого.

Перестраивая молекулы с помощью высоких давлений, можно получить новые химические соединения. И десятки тысяч атмосфер в химической лаборатории уже не редкость. Тысячи атмосфер уже теперь не редкость на заводах, где возводят постройки из атомов и молекул.

Напомню историю с атмосферным азотом. Он составляет три четверти воздуха, но, чтобы его использовать, надо заставить пассивный, инертный азот вступать в соединения, связать его с другими элементами, например с кислородом.

Пробовали получить окислы азота, прибегая только к нагреву. Попытка окончилась неудачей, так же как и попытка получить аммиак — азотноводородное соединение. Реакции шли слишком медленно. И только тогда, когда применили катализаторы и высокие давления, добились успеха. Миллионы тонн ценнейшего сырья были извлечены из кладовой атмосферы.

Неудачей кончались и все попытки создать искусственный алмаз — до тех пор, пока не объединили усилия высоких температур и давлений.

Химия высоких давлений, несомненно, таит много неожиданностей, причем даже не такого характера, какие известны сейчас. Не только ускорение реакций, не только получение соединений, которые обычно не получаются, и не только новое обличие, новые свойства у старых, давно известных веществ. Высокие и даже сверхвысокие давления в сотни тысяч атмосфер — далеко не предел.

Уже удалось под действием высоких давлений и низких температур получить из нитрида бора боразон — вещество тверже алмаза. Интересно, что нитрид бора — неметалл — приобрел свойства металла. И лауреат Нобелевской премии американский химик У. Либби, впервые совершивший это удивительное превращение, сказал, что, повысив давление до миллиона атмосфер, мы откроем новый мир химических и физических явлений.

В лаборатории сейчас рекорд — десять миллионов атмосфер (почти в три раза больше, чем в центре Земли). На очереди — пятнадцать миллионов. При таком ультравысоком сжатии атомы разрушаются, и вещество, вероятно, превращается в своего рода плазму, в смесь ядер и электронов. О химических реакциях тогда трудно говорить.

Но пусть давление таково, что атомы еще целы, они только сжаты, но удерживают свои электроны. Что будет, если под «пресс» высоких давлений попадут разные атомы? Возможно, они обменяются электронами. И давление вынудит их сделать это гораздо быстрее: реакция, если она пойдет, убыстрится во множество раз.

Давление может послужить той силой, которая раздробит молекулы на атомы, создаст свободные радикалы, вещества станут необычайно активными. То была бы химия скоростная, даже сверхскоростная, химия высоких энергий.

Но откуда взять большое давление? Оказалось, что ультразвук способен образовать в жидкости пузырьки. Пузырек-крошка заполняется парами и газами, он расширяется и лопается, как бы взрываясь. При таком микровзрыве резко возрастает давление. Оно крошит молекулы жидкости и газов.

Воду, например, можно насытить азотом, водородом, кислородом. Ультразвук поможет окислить азот, соединит азот и водород в аммиачные молекулы и… здесь лучше всего пока ограничиться этими, уже известными примерами. Из бензола уже пробовали таким путем приготовить фенол — сырье для капрона.

Заглядывая же в будущее ультразвуковой химии — новой ветви химии высоких давлений, — можно предсказать самые удивительные перспективы: синтез новых соединений сложнейшего состава, реакции, которые пойдут без катализаторов и громоздких установок для высоких давлений.

А глубины Океана природа как будто нарочно приготовила для того, чтобы поместить там установки химии высоких давлений. И уже выдвинута идея подводного химического завода. Он сможет работать на подводном же сырье: нефти, природном газе, минералах, добытых со дна Океана, или же на «жидкой руде» — океанской воде. Возможно, такие заводы станут основой химической индустрии покоренного Океана.

ХИМИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Электричество давно идет рядом с химией. Электролизом извлекают разные элементы из различных солей. С помощью электричества осаждают слой одного металла, чтобы защитить другой металл от разрушения.

Электричество уже участвует в целом ряде химических превращений. А в будущем оно станет проникать в химию все шире и шире.

Электрический разряд — вот еще одно средство, которое, подобно катализатору, вызывает и ускоряет реакции.

Оказывается, даже микровзрыв, вызванный электрическим разрядом, может дать энергию для перестройки вещества, и химическим реактором становится ванна с жидкостью, через которую пропускаются импульсы тока.