Мир, созданный химиками. От философского камня до графена

Если тефлон был открыт случайно, а нейлон — намеренно, то открытие соединений благородных газов можно назвать полуслучайным. Благородные газы, а их всего шесть — гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон, — до середины прошлого столетия считались совершенно инертными: они не реагировали даже с сильнейшим окислителем фтором, почему и были названы благородными. Для них в Таблице Менделеева удачно нашлась подгруппа VIII-a (в VIII-b расположены, например, железо, платина и недавно синтезированный дармштадтий), хотя иногда благородные газы помещают в специально для них организованную нулевую группу между ярко выраженными металлами и неметаллами. Однако в 1962 году произошло невероятно важное событие в истории неорганической химии: было получено первое устойчивое химическое соединение одного из благородных газов, после чего они навсегда потеряли свою аристократичность. (Надо сказать, что до того химикам удавалось получать гидраты инертных газов, но в них связи не химические, а слабые молекулярные.)

Среди всех стран мира по добыче урана лидирует Канада. Неудивительно, что в этой североамериканской стране много занимаются исследованиями химических свойств урана. Отделение радиоактивного изотопа урана-235 от нерадиоактивного урана-238 производится путем центрифугирования газообразного фторида урана UF₆ — под действием центробежной силы фторид более тяжелого изотопа урана-238 отбрасывается к стенкам центрифуги, а более легкий фторид концентрируется в ее центре. Вот почему в Канаде много занимаются и исследованием химических свойств фтора, этого сильнейшего окислителя, оказавшегося, однако, не самым сильным окислителем в природе. Приехавший на работу в Канаду английский химик Нил Бартлетт с увлечением изучал фториды, правда, не урана, а платины. Он заново синтезировал красный гексафторид платины PtF₆ (этот продукт реакции фтора и платины получали и до него) и собирался более подробно исследовать свойства этого вещества. Далее версии расходятся. По одной из них, Бартлетт просто долго хранил кристаллы гексафторида платины в ампуле, содержащей также обычный воздух. По другой версии, Бартлетт хотел очистить гексафторид от, возможно, присутствовавшего в этом веществе брома, для чего нагревал PtF₆ в трубке, ожидая увидеть желтые пары брома.

Однако в обоих случаях в емкости с гексафторидом появилось ярко-оранжевое вещество. Удивленный Бартлетт сумел провести химический анализ этого продукта реакции гексафторида с чем-то из воздуха (больше-то ничего не было) и обнаружил, что в составе оранжевых кристаллов имеется кислород. Удалось и установить их формулу, это оказался гексафторплатинат оксигенила O₂[PtF₆]. Катионом в нем является положительный однозарядный ион кислорода — катион оксигенила O₂₊. Другими словами, гексафторид платины оказался мощнейшим окислителем, сумевшим отобрать электрон даже у такого сильного окислителя, как кислород.

Пока все шло сравнительно случайно. Но тут начинается чистая наука. Было измерено так называемое сродство к электрону, то есть энергия, выделяющаяся в результате присоединения электрона к чему-либо, в данном случае к гексафториду платины. Её величина оказалась равной 6,8 электрон-вольта, что вдвое больше, чем сродство к электрону самого фтора, а эта энергия была уже давно измерена. И тогда Бартлетт задумался: а не сможет ли его гексафторид отнять электрон у какого-нибудь инертного газа? Например, у ксенона с минимальной для инертных газов энергией такого отрыва, которая называется потенциалом ионизации, и она у ксенона даже немного меньше, чем у кислорода.

Сразу же был поставлен опыт: в емкость, разделенную перегородкой на две части, в различные отсеки были помещены ксенон и газообразный гексафторид платины — довольно летучее вещество, его кристаллы испаряются при нагревании. Бартлетт вытащил перегородку, содержимое отсеков перемешалось, и ученый не поверил собственным глазам: мгновенно образовалось желтое вещество, формулу которого ученый определил как Xe[PtF₆]. В дальнейшем оказалось, правда, что формула несколько иная, но это уже было совершенно не важно, поскольку с того момента началась химия бывших благородных, а теперь простонародных газов. Сегодня уже получены соединения криптона, радона и совсем недавно — аргона. Гелий и неон пока держатся.

Итак, мы обсудили случайные, не случайные и полуслучайные открытия. Осталось, пожалуй, поговорить о лжеоткрытиях, тем более что некоторые из них нанесли огромный вред и мировой экономике, да и самой великой химической науке.

Глава 17 Иллюзии и заблуждения