Загадки современной химии. Правда и домыслы

Место действия – Эдинбург, Шотландия. Событие – Эдинбургский фестиваль науки. Там было развернуто несколько интересных выставок, но мне больше всего понравился вид, открывавшийся из окна моего гостиничного номера. Неподалеку от отеля сооружали линию легкого метро, и мне нравилось смотреть на работавших там сварщиков. Мои глаза сами зажмуривались во время вспышек. Я наблюдал живую термитную реакцию! Я рассказываю об этой реакции своим студентам, показываю им видеозаписи, но никогда не демонстрировал ее живьем, так как считаю это опасным.

Химическую реакцию, производящую тепло, называют «экзотермической». Самый распространенный пример – это сжигание топлива. Зажгите свечу, и вы ощутите производимый ею жар. Самая жаркая часть пламени окрашена в синеватый цвет. Температура в этой области достигает 1400 градусов Цельсия. Но это низкая температура по сравнению с 2,5 тысячью градусов, до которых разогревается при термитной реакции смесь алюминия и оксида железа. Реакция заключается в переносе кислорода с железа на алюминий, в результате чего образуется оксид алюминия и металлическое железо. При такой температуре железо находится в расплавленном состоянии и поджигает все, что попадается ему на пути, что делает термитную реакцию незаменимой не только для сварки, но и для выпуска зажигательных бомб и гранат.

В 1893 году немецкий химик Ханс Гольдшмидт искал способ получения чистых металлов из их руд. Классический метод выплавки железа заключается в нагревании оксида железа в присутствии углерода. В результате образуется металлическое, восстановленное из оксида, железо. Однако при таком способе непрореагировавший углерод загрязняет железо. Гольдшмидт искал способ производства железа без использования углерода и натолкнулся на реакцию оксида железа с алюминием. Химик по достоинству оценил количество выделяющейся в ходе реакции теплоты и предложил использовать энергию реакции при сварке. В 1899 году термитную реакцию впервые применили на практике для сварки рельсов трамвайных путей в городе Эссене.

Прошло совсем немного времени, и все преимущества новой экзотермической реакции оценило и военное ведомство. В 1915 году немцы терроризировали Англию, сбрасывая на британские города с дирижаблей зажигательные бомбы, действие которых было основано на термитной реакции. Во время Второй Мировой войны битва шла не только между армиями союзников и германской армией, но и между учеными и инженерами, которые по обе стороны линии фронта старались создать наиболее эффективные зажигательные бомбы, снаряды и гранаты. Немцы создали «Электрон», бомбу, сделанную на основе одноименного сплава, состоявшего из 86 % магния, 13 % алюминия и 1 % меди. Из этого сплава делали кожух бомбы.

Этот сплав горит с выделением огромного количества тепла, но нужна высокая температура, чтобы его поджечь. Для этого в механизм была встроена термитная реакция. Когда «Электрон» ударялся о землю, от сотрясения взрывался пороховой заряд, поджигавший смесь порошков магния и пероксида бария. Эта реакция производила достаточную температуру для того, чтобы запустить термитную реакцию между алюминием и оксидом железа. Энергии этой реакции теперь хватало на то, чтобы воспламенить горючий корпус бомбы.

Союзники не отставали в создании подобных бомб, что и привело к одному из самых разрушительных воздушных налетов за всю историю Второй Мировой войны. Это была не атомная бомбардировка Хиросимы и Нагасаки, а бомбовый удар по Токио в марте 1945 года. Таким же ужасным был налет на Дрезден в феврале 1945 года. Тогда зажигательные бомбы практически целиком уничтожили город. Во время Второй Мировой войны союзники сбросили на Германию тридцать миллионов четырехфунтовых термитных бомб, и десять миллионов – на Японию.

Использовались во время войны и термитные гранаты для порчи артиллерийских орудий без применения взрывчатых веществ, особенно в ситуациях, когда действовать надо было бесшумно. Термитную гранату можно было вставить в казенную часть орудия, а затем быстро закрыть замок. От жара происходило расплавление металла, после чего открыть казенную часть было уже невозможно, а значит, и зарядить орудие. Гранату можно было также бросить в дуло орудия, что тоже выводило его из строя.

Во время вьетнамской войны термитные гранаты нашли довольно разнообразное применение. В начале боевых действий американское командование стремилось, главным образом, нарушить продовольственное снабжение противника. Поскольку главным продуктом питания Вьетконга был рис, первой задачей стало уничтожение запасов риса и рисовых полей ручными гранатами и гаубичной артиллерией, но это оказалось очень трудно и сложно. Следующая идея заключалась в уничтожении рисовых полей термитными гранатами. Однако, единственное, чего удалось добиться, это разбрасывания рисовых зерен, которые затем можно было собрать и употребить в пищу. Требовался иной подход.