О неслышимых звуках

Это было увлекательное путешествие, в котором человек постоянно сталкивался с новыми, неизвестными ему до того явлениями, и вполне естественно, что уже первые шаги исследователей привели к открытиям, приковавшим внимание ученых всего мира к удивительным свойствам неслышимых звуков.

По мере того как открывались новые и новые свойства ультразвуков, все яснее делалась природа наблюдаемых явлений, целеустремленнее становились научные поиски.

Особенно большой интерес возбудила способность ультразвуков вызывать химические превращения. Химических превращений, вызываемых ультразвуком, оказалось так много, что было предложено даже объединить их в специальный отдел химии — фонохимию, наподобие того, как объединяют химические превращения, вызываемые действием света, в раздел, называемый фотохимией. Возможно, что в будущем такой отдел химии действительно и возникнет.

Иодистый калий — бесцветное вещество, по виду его трудно отличить от обычной поваренной соли.

Раствор иодистого калия в воде бесцветен и имеет горько-соленый вкус. Если пропустить через него мощный ультразвук, раствор слегка пожелтеет.

Что же произошло?

Под действием ультразвука молекулы иодистого калия, представляющие собой соединение одного атома иода с одним атомом металла калия, разрушились, выделился иод, который и окрасил раствор в желтый цвет.

Химик скажет, что произошло окисление, в результате которого выделился иод. Действительно, то же самое можно наблюдать, если добавить к раствору иодистого калия перекись водорода или другое вещество, способное вызывать окисление.

Окислительное действие ультразвука не ограничивается разложением только иодистого калия.

Если озвучивать растворы органических красителей, таких, например, как конго красное или метилвиолет, то они обесцвечиваются точно так же, как от добавки к ним какого-либо энергичного химического окислителя.

Изучение химических превращений, происходящих под действием ультразвука, привело к довольно неожиданному открытию: оказалось, что ультразвук не только вызывает окисление различных химических соединений, но в некоторых случаях оказывает и прямо противоположное действие, то есть приводит к восстановлению некоторых веществ.

Так, например, раствор сулемы при озвучивании быстро мутнеет. Помутнение вызвано восстановлением сулемы, в результате которого образуется плохо растворимое соединение — каломель, выпадающее в виде осадка.

Подействовав каким-либо химическим окислителем, мы можем заставить осадок раствориться, снова превратив образовавшуюся каломель в сулему.

Это доказывает, что под действием ультразвука действительно произошло химическое превращение, обратное окислению, — восстановление.

Что же является причиной химических изменений, происходящих под действием ультразвука?

Электрические заряды и пузырьки

Разрежения, возникающие в мощной ультразвуковой волне, как мы уже говорили, могут быть настолько велики, что жидкость не выдержит и разорвется, образуя множество микроскопических пузырьков. Возникает кавитация.

Внутри возникших при кавитации пузырьков, помимо паров воды и воздуха, находятся также мельчайшие капельки воды, которые отрываются от ее поверхности в момент разрыва.

Целый ряд наблюдений говорит о том, что стенки кавитационного пузырька и капельки, находящиеся внутри него, заряжены разноименным электричеством. При сжатии пузырьков их размеры резко уменьшаются и заряды оказываются расположенными на пузырьках очень малых размеров. В результате этого электрическое напряжение сильно возрастает. Между стенками кавитационных пузырьков и капельками, находящимися внутри них, происходят электрические разряды, напоминающие микроскопические молнии (рис. 26).

Рис. 26. Кавитационный пузырек

Эти электрические разряды и являются одной из главных причин химического действия ультразвука.

Способность электрического разряда вызывать химические превращения можно наблюдать и в обыденной жизни. Так, во время грозы в воздухе обычно возникает своеобразный запах, который объясняется присутствием особого газа — озона, образовавшегося под действием электрического разряда молнии.

Электрические разряды, происходящие в кавитационных пузырьках, вызывают сложные химические превращения.

Молекула воды, представляющая собой соединение двух атомов водорода и одного атома кислорода, распадается на атом водорода и так называемый гидроксильный радикал, состоящий из одного атома кислорода и одного атома водорода.

Если молекула воды химически малоактивна, то атом водорода и гидроксильный радикал чрезвычайно активно вступают в химические реакции. Именно поэтому и происходит выделение свободного иода из раствора иодистого калия, а также образование каломели из раствора сулемы.

Кроме того, вода обычно содержит большое количество растворенных газов, главным образом кислорода и азота. Налейте в стакан из крана холодной воды, дайте ей постоять в теплой комнате, и вы увидите, что, как только вода согреется, стенки стакана покроются пузырьками выделившегося из воды газа.