НА ГЛАВНУЮТЕКСТЫ КНИГ БКАУДИОКНИГИ БКПОЛИТ-ИНФОСОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКАФОТО-ПИТЕРНАСТРОИ СЫТИНАРАДИОСПЕКТАКЛИКНИЖНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ

Библиотечка «За страницами учебника»

Ядра, атомы, молекулы. Буянов А. Ф. — 1962 г.

Александр Фёдорович Буянов

Ядра, атомы, молекулы

*** 1962 ***


DjVu


 

PEKЛAMA

Услада для слуха, пища для ума, радость для души. Надёжный запас в офф-лайне, который не помешает. Заказать 500 советских радиоспектаклей на 9-ти DVD. Ознакомьтесь подробнее >>>>


      К читателю
      Рукопись книги о ядрах, атомах и молекулах была подготовлена А. Ф. Буяновым еще несколько лет назад. Издательство «Молодая гвардия» в 1959 г. выпустило в свет книгу «Властелины атомов», в которую вошла лишь третья часть подготовленной автором рукописи — о мире малых и больших молекул.
      Впоследствии А. Ф. Буянов обратился в Госатомиздат с предложением об издании книги в первоначальном виде, хотя и с существенной переработкой, в том числе и материала о молекулах.
      К сожалению, А. Ф. Буянов трагически погиб и поэтому подготовка книги к изданию проходила без его участия. Название этой новой книге также дано издательством.
      Такова история создания предлагаемой читателю книги «Ядра, атомы, молекулы».
      Все замечания по ней просьба направлять в Госатомиздат по адресу: Москва центр, ул. Кирова, 18.

      ВВЕДЕНИЕ
      Огромный космический корабль, именуемый Землею, безостановочно несется по бесконечным просторам Вселенной. На борту этого корабля мы совершаем путешествие в Космосе. Немало нового открыто за многовековое «плавание» этого корабля.
      Земля, которую некогда рассматривали как центр Вселенной, есть всего лишь одна из планет Солнечной системы.
      Атом, который раньше считали неделимым кирпичиком мироздания, оказался наполненным движущимися и взаимодействующими частицами.
      Убедившись в безграничности Вселенной и раскрыв сложное строение атома, мы продолжаем расширять свои познания окружающего нас мира.
      Астрономы с помощью одних приборов, направленных на огоньки космических маяков, изучают строение огромных звездных островов. Физики и химики с помощью других приборов изучают строение микромиров.
      В каждом из этих миров свое движение, своя жизнь, свои неисследованные или мало исследованные области. Каждый из таких миров полон загадок.
      Люди мечтают разгадать эти загадки.
      Чем глубже мы проникаем в мир атомов и молекул, тем больше сил и явлений природы ставится на службу человека.
      Чем полнее мы познаем Вселенную, тем ближе к разгадке тех главных законов природы, по которым движутся планеты, звездные системы и галактики в космическом океане.
      До сих пор, плавая на своем «корабле» по Космосу, люди не могли спуститься с «борта» этого корабля и выса-
      диться на «берега» соседних планет. Скоро это будет возможным. Химики работают над созданием новых материалов для межпланетных кораблей, а физики предполагают использовать в качестве движущей силы для этих кораблей атомную энергию.
      Познание Вселенной и атома только началось, а сколько уже нетерпеливых путешественников жаждут поскорее оставить свой небесный «тихоход», чтобы первыми ступить на землю соседней планеты! Сколько пытливых умов стремится проникнуть в тайники атомных и молекулярных недр, чтобы полнее овладеть ими!
      Из атомов и их частиц построены пылинки вГ горы, вода и воздух, растения и животные, планеты и звезды, т. е. вся Вселенная. Химики воздвигают из атомов всевозможные молекулярные постройки, а вместе с физиками они научились перестраивать и сами атомы, пользуясь для этого атомными частицами.
      В целеустремленной перестройке неживой природы физики и химики выполняют с атомами и молекулами всевозможные качественные преобразования. Это властелины атомов. Познавая строение вещества, они перестраивают его по своему усмотрению. Их научные открытия все больше и больше освобождают человека от подчинения природе, превращают его из раба в господина, разумно использующего силы природы.
      Проникнув в глубины строения микромира — атома, ученые поставили на службу человеку энергию, которая в миллионы раз превышает энергию, содержащуюся в угле и нефти.
      Исследуя строение молекул, ученые открыли пути создания материалов с такими свойствами, которыми не обладают природные материалы. А изучение строения живой клетки дало им возможность охранить людей от множества болезней, продлить человеческую жизнь.
      Открытия ученых как жемчужины научного прогресса нанизаны на одну прочную нить — нить общечеловеческого счастья, всенародного благополучия.
     
      Глава 1 СТРОЕНИЕ АТОМА
      Изучение невидимок
      Творения ученых бессмертны. И никому еще не создавалось так много памятных монументов, как героям науки. Воздвигаются эти памятники на самых многолюдных, на самых доступных, на всеми любимых «площадях» — на страницах книг.
      Давно уже нет Николая Коперника, опрокинувшего устаревшее учение Птолемея о строении мира. Но его
      новое учение о строении Вселенной, как беспримерный подвиг в науке, делает бессмертным имя великого польского ученого.
      «Не Солнце, — говорил он, — с планетами и звездами вращается вокруг Земли, а земной шар движется вокруг Солнца и, кроме того, вращается вокруг собственной оси».
      С точки зрения современной науки учение Птолемея нам сейчас кажется даже абсурдным. Но оно в свое время главенствовало, владело умами людей и, что хуже всего, тормозило прогрессивное развитие познания человеком Вселенной.
      Так же обстояло дело и с учением о строении микромира — атома.
      Гипотеза Демокрита об атоме как неделимой частице, сыгравшая в свое время положительную роль, была низвергнута с пьедестала науки, и взамен ее поставлено на службу прогрессу новое учение — о строении атома из элементарных частиц.
      Пока люди считали атом неделимым, они могли объяснить лишь некоторые процессы, протекающие на планете, и долгое время пользовались только той энергией, которую теряло Солнце. Когда же ученые проникли в недра атома, стали понятны процессы, происходящие в звездных мирах, и люди научились использовать энергию атома.
      Кто же расчищал пути к познанию сложного строения микромира?
      Многочисленные факты в науке заставляли ученых все больше и больше убеждаться в том, что атом не может быть неделимым. Но проверить это опытами не представлялось возможным. Поэтому появлялись сначала научные предположения — гипотезы.
      ? Первое предположение о сложном строении атомов выдвинули профессор Казанского университета А. М. Бутлеров, профессор Петербургского университета Д. И. Менделеев и другие ученые. Они считали, что атом неделим лишь потому, что пока еще нет доступных средств для осуществления его деления.
      Каким же образом, не видя атома, можно доказать его сложное строение?
      Астроном с помощью телескопа наблюдает движение планет, а с помощью математики может рассчитать их путь и вычислить массу. Но химику даже микроскоп не раскроет картины атомной архитектуры. Только математивеское «око» позволило «разглядеть» невидимое, и этим «оком» воспользовались ученые, чтобы доказать, как сложно построен атом.
      Почти семьдесят лет прошло с тех пор, как М. Г. Павлов набросал в тетради свои мысли о сложном строении атома, излагавшиеся им в университетских лекциях. И вот 4 февраля 1888 г. петербургские ученые собрались на очередное заседание Русского физико-химического общества. Д. И. Менделеев докладывал об интересном теоретическом труде профессора Московского университета Бориса Николаевича Чичерина «Системы химических элементов».
      Чичерин на основе анализа периодической системы химических элементов доказал с помощью математики, что атом представляет собой сложную систему движущихся и взаимодействующих каких-то более мелких, чем сам атом, частиц, что от количества этих частиц и от характера их связи в атоме зависят свойства атомов и их различие.
      «Для атомов, — пишет он, — мы должны принять два противоположных электричества — центральное и периферическое. Первое связано с состоянием напряжения, второе — с состоянием движения».
      Труды Чичерина были опубликованы в 1888, 1889 и 1892 гг. в «Журнале Русского физико-химического общества».
      Примерно в то же время, когда Чичерин начал публиковать свои статьи, теоретическими изысканиями, доказывающими сложное строение атома, занимался ученый-революционер Николай Александрович Морозов. И ему путь к открытию подсказал периодический закон Менделеева.
      Замечательная книга Морозова «Периодические системы строения вещества», содержащая 437 страниц текста и 57 таблиц, написана в 80-х годах прошлого столетия не в химической лаборатории и не в кабинете ученого, а в сыром и темном каземате, куда автор был заключен за участие в революционном движении.
      Книга «Периодические системы строения вещества» представляет собой выдающийся научный труд. Морозов писал в ней: «Можно ли заключить, что атомы не распадаются никогда на более первоначальные частички при каких-либо иных космических условиях, вроде тех небес-
      йых пожаров, которые обнаруживаются время от времени при спектральном исследовании внезапно вспыхивающих звезд? Конечно, нет! Есть много данных, что атомы химических элементов совершают свою эволюцию в бесконечной истории мироздания».
      Главными структурными элементами атома Морозов считал частицы с массой, равной четырем, двум и единице, а также положительно и отрицательно заряженные частицы, которые он назвал «анодий» и «катодий». Ученый предсказал существование элементарных частиц, которые впоследствии были действительно обнаружены.
      В своей книге Н. А. Морозов предугадал преобразования химических элементов. Он указывал на возможность синтеза атома серы из двух атомов кислорода, вероятность превращения двух атомов азота в атом кремния и т. д.
      Так первые ученые, отважившиеся при помощи математики проникнуть в недра атома, произвели довольно глубокую разведку микромира. Их предположения были потом подтверждены экспериментальными исследованиями.
     
      Проникновение в недра атома
      В один из весенних дней 1896 г. французский ученый Анри Беккерель, занимаясь опытами в своей лаборатории, обнаружил, что фотографические пластинки, приготовленные для съемки, засвечены.
      — Что же произошло? — удивился профессор. — Ведь пластинки были хорошо запечатаны в коробке, и свет никак не мог туда проникнуть!
      Этот незначительный по существу факт мог бы пройти незамеченным, но ученый им заинтересовался. Оказалось, кусок урановой руды, лежавший неподалеку, испускал какие-то невидимые лучи, похожие на те, которые в 1895 г. открыл немецкий физик Рентген. Эти лучи, в отличие от лучей Рентгена, обладали гораздо большей проникающей способностью, а их интенсивность не зависела от внешних условий. Стало ясно, что эти лучи связаны с какими-то неизвестными науке внутриатомными процессами. Французские физики — Мария Складовская и Пьер Кюри установили, что такие же лучи испускает торий. Выделяя уран в чистом виде, они обнаружили, что чистый уран излучает гораздо слабее, чем руда, из которой он извлечен. Стало ясно, что урановая руда содер-
      жит какое-то другое сильно радиоактивное вещество. Поисками этого вещества они и занялись.
      Терпеливо перерабатывали труженики науки урано-вую руду, чтобы выделить из нее лучистое вещество. В результате длительных опытов они получили в 1898 г. крупицу нового вещества — всего несколько сотых грамма. Оно испускало потоки невидимых лучей. Вещество это получило название «радий», что означает «лучистый».
      Впоследствии было установлено, что радий непрерывно посылает в окружающее пространство альфа-частицы и радиоактивный газ — радон, который в свою очередь выделяет бета-частицы (электроны) и гамма-лучи. На интенсивность излучения радия не влияют ни температура, ни давление. Свойство химического элемента испускать невидимые проникающие лучи назвали радиоактивностью.
      Открытие радиоактивности и радия явилось доказательством сложного строения атома. Однако только обнаружение электронов в составе атома пролило некоторый свет на его структуру.
      Наличие отрицательно заряженных частиц заставляло думать, что в атоме содержатся еще и положительно заряженные частицы, так как в целом он нейтрален.
      Английский физик Джозеф Джон Томсон построил на этом предположении свою модель атома. Он считал, что электроны как бы растворены в материи атома, имеющей положительный заряд.
      В свое время томсоновская модель атома объясняла ряд явлений: испускание электронов металлами при их
      нагревании, возникновение положительных и отрицательных ионов и другие. Но против этой модели «восставала» сама радиоактивность. Непонятно было, откуда берутся в атоме альфа-частицы с концентрированными положительными зарядами электричества.
      Строение микромира начало проясняться только в результате экспериментов другого английского физика — Эрнеста Резерфорда. Он воспользовался альфа-частицами, которые выбрасываются радиоактивным элементом, как своеобразными снарядами, и стал «обстреливать» ими металлический листочек. Ученый ввел внутрь специального прибора объектив микроскопа и стал наблюдать на фосфоресцирующем экране вспышки от ударов рассеиваемых мишенью альфа-частиц.
      В процессе опытов Резерфорд установил, что для альфа-частиц «прозрачна» только наружная область атомов, а внутренняя «непрозрачна», они «отскакивают» от нее под разными углами.
      Чем же это объясняется?
      Оказывается, альфа-частица в несколько тысяч раз тяжелее электрона, и поэтому при столкновении с ним она почти не теряет энергии, так же, как например галька, не может существенно замедлить движение несущегося по ней автомобиля.
      Вероятно, «прозрачная» часть атома заполнена электронами, заключил Резерфорд.
      Когда альфа-частица проходит около центральной части атома или сталкивается с нею, то она либо отклоняется, либо отскакивает, как мячик от стены. Значит, центральная часть атома — плотное тело, в котором сконцентрирована основная масса атома, несущая положительный заряд.
      Так появилась на свет новая, ядерная, модель атома: положительно заряженное ядро и расположенные вокруг него отрицательные заряды — электроны. Правильность своей теории Резерфорд подтвердил математически.
      Открытие английского физика легло в основу так называемой планетарной модели атома, по которой ядро является центром, а вокруг него, как планеты вокруг Солнца, вращаются электроны. Эту модель развил потом датский физик Нильс Бор.
      Тем не менее неясным оставалось строение атомного ядра. Уточнения внесли ученые разных стран. В 1932 г.
      англичанин Джеймс Чедвик при обстреле бериллия альфа-частицами обнаружил не имеющую электрического заряда нейтральную ядерную частицу — нейтрон.
      Открытие нейтрона явилось важнейшим этапом в развитии ядерной физики. Отсутствие заряда у этой частицы придает ей исключительную проникающую и разрушительную способность во время бомбардировки атомных ядер. Нейтрон не отклоняется от своего пути при прохождении вблизи заряженных частиц и не отталкивается от них, как электрон. В руках физиков он оказался своеобразным хирургическим инструментом, позволяющим «оперировать» атомные ядра, т. е. осуществлять множество ядерных реакций.
      В том же 1932 г. советский физик Д. Д. Иваненко опубликовал свой труд, в котором изложил гипотезу строения атомного ядра из протонов и нейтронов. Независимо от советского физика и почти одновременно с ним такую же гипотезу выдвинул немецкий ученый Вернер Гейзенберг.
      Вот как рисуется теперь строение атома. Атом водорода имеет в ядре один протон, а в электронной оболочке — один электрон. Атом тяжелого водорода — дейтерий — содержит в ядре один протон и один нейтрон, а в оболочке — один электрон. В ядре атома сверхтяжелого водорода — трития — один протон и два нейтрона, а в оболочке — один электрон.
      Какими-простыми кажутся эти атомы по сравнению с атомами урана или менделевия! В ядре атома урана 92 протона и 146 нейтронов, а его электронная оболочка содержит 92 электрона. Ядро атома менделевия имеет 101 протон и 154 нейтрона, а оболочка — 101 электрон. Свыше 350 частиц в одном только атоме! Нетрудно представить себе, насколько сложно его строение. Ведь все эти частицы движутся и взаимодействуют друг с другом.
      Масса атомов одного и того же химического элемента может быть неодинакова. Она зависит от количества нейтронов в атомных ядрах.
      В одной клетке таблицы Менделеева располагаются два типа химического элемента меди: в ядре атома одного из них содержится 29 протонов и 34 нейтрона, а в ядре другого — 29 протонов и 36 нейтронов. Такие элементы называются «изотопами», что в переводе с греческого языка означает «равноместные», занимающие одинаковое место. Изотопы есть у большинства химических элементов.
      Все изотопы одного элемента имеют одинаковое количество протонов. Значит, электронная оболочка у них ничем не различается. Отсюда понятно, почему и химические свойства изотопов, несмотря на различие в атомном весе, сходны.
      Существуют еще и такие элементы, которые при равном весе обладают разными химическими свойствами. Возьмем для примера ту же медь, у которой в атомном ядре 29 протонов и 36 нейтронов, и цинк, имеющий 30 протонов и 35 нейтронов. У них одинаковый атомный вес, но количество протонов разное, и электронные оболочки их несхожи. Следовательно, и химические свойства их различны. Подобные элементы названы «изобарами», что означает «равновесные», имеющие одинаковый вес.
     
      Химическая азбука
      Чтобы читать, нужно знать азбуку, а желающий познакомиться с любым веществом, должен изучить химическую азбуку, т. е. различные виды атомов и законы сочетания их в молекулы.
      Вся живая и неживая природа, как мы уже говорили, состоит из мельчайших частичек вещества — атомов. Только они так малы, что их невозможно разглядеть даже в самый сильный микроскоп.
      Попробуем путем сравнения представить себе размеры атома.
      Увеличьте мысленно знакомые вам предметы в миллион раз. Карандаш будет иметь длину в 150 — 200 и толщину 7 километров. Даже булавочная головка превратилась бы в шар километрового диаметра. Атом же при увеличении в миллион раз был бы меньше точки в этой книге.
      Сейчас насчитывается сто два вида атомов. Девяносто два химических элемента из имеющихся в периодической системе Менделеева найдены в земной коре, а остальные получены искусственным путем.
      Все вещества в природе можно разделить на простые и сложные. Простые составлены из атомов какого-либо одного вида, а сложные — из разных атомов, химически соединенных в более крупные частицы — молекулы.
      К простым веществам, элементам, относятся: газы — водород, азот, гелий, кислород, хлор и другие; жидкости-бром, ртуть, галлий и другие; твердые вещества — железо, алюминий, золото, медь, серебро, олово, свинец и другие. Каждый элемент обозначается определенным символом химической азбуки — таблицы Менделеева.
      Сложные вещества чрезвычайно разнообразны, и обозначение их гораздо сложнее. Из одних и тех же атомов можно получить молекулы различных веществ. Атомы водорода и кислорода, например, способны дать молекулы воды и перекиси водорода.
      На морозе вода существует, в форме льда. Солнышко пригреет, и лед превращается в жидкость. Зачерпните ее в сосуд и поставьте на огонь — вода испарится. Нагрейте сильно пар — молекулы воды разложатся на атомы. Если же поднять еще больше температуру газообразной смеси, то образуется так называемая плазма. В состоянии плазмы вещество состоит из разрозненных частей атома: электронов и «голых» ядер. В таком виде вещество встречается в недрах звезд при температурах в миллионы градусов. Несмотря на то что название «плазма» новое, такое состояние вещества известно людям давно: это пламя свечи и шаровая молния, свечение газосветной лампы и северное сияние, туманности и звезды.
      Сверхплотное состояние вещества характеризуется тем, что электроны с внешних слоев атомов «вдавливаются» внутрь и атомы теряют свои характерные химические свойства. Подобная потеря «химизма», как полагают, характерна для вещества, находящегося под огромным давлением в центре земного шара.
     
      Четвертое собтояние вещества
      Попробуйте задать своим собеседникам вопрос: в каком состоянии вещество наиболее распространено в природе? Многие ответят — в твердом. Да это и естественно, масса твердого вещества на Земле значительно больше, чем жидкого, и несоизмеримо больше, чем газообразного. Однако такой ответ правилен лишь при оценке массы планет. В масштабе Вселенной, где масса планет по сравнению с массой звезд очень незначительна, положение иное. Звездные миры в основном состоят из плазмы.
      Для знакомства с плазмой нам нет надобности обращать свои взоры к Солнцу и звездам. Взгляните на мерцающее красновато-желтым огнем пламя свечи или на языки пламени горящих дров — это плазма, хотя и не настоящая. Настоящую плазму можно наблюдать в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, в сопле реактивного самолета, в пламени сварочной головки.
      Струей высокотемпературной плазмы можно резать сталь. Такая резка существенно отличается от резки химическим пламенем. Резка стали химическим пламенем идет в две стадии: на первой материал нагревается, а на второй изменяется его химическая структура. С применением плазмы эти стадии отпадают: материал расплавляется мгновенно.
      С помощью струй высокотемпературной плазмы можно будет быстро обрабатывать жароупорные материалы, плавить и отливать керамику, соединять металлы с керамикой.
      Электрические печи работают в области температур между 2780 и 6000° С. Плазма инертных газов обладает еще более высокой температурой, следовательно, пользуясь ею, мы сможем не только плавить, но и испарять любые материалы, а это открывает путь к термохимии,
      точнее к плазмохимии: испарению элементов поодиночке из металлических сплавов и конденсации их в нужном порядке; выпариванию редких металлов непосредственно из руды и т. д. и т. п.
      Современная наука уделяет большое внимание изучению этого четвертого состояния вещества, поскольку выявление закономерностей в поведении плазмы в лабораторных масштабах поможет раскрыть законы, управляющие звездным веществом в масштабах всей Вселенной.
     
      Как произошли элементы
      Современная наука пытается дать ответ и на такой вопрос: как появились в природе разнообразные элементы? Сейчас мы имеем в своем распоряжении большое количество разных сведений. Такие сведения получены физико-химическим анализом атмосферы земной коры, воды рек и океанов. Состав небесных тел «раскрывают» нам метеориты, космические лучи, радиоизлучения атомов водорода и спектральный анализ звезд и туманностей.
      Спектроскоп показал, что те атомы, которые есть на Земле, есть и на других планетах. Те химические превращения, какие происходят у нас, могут протекать и в других частях Вселенной. Там те же атомные «кирпичики» и те же законы их соединения. Некоторые звезды, как показал спектральный анализ, на одну треть, а Солнце — наполовину состоят из протонов, т. е. из «оголенных» ядер атомов водорода.
      На основе спектроскопии, анализа метеоритов и других данных сделаны подсчеты, которые говорят о том, что
      наиболее распространенным элементом является водород. За ним следует гелий. С увеличением атомного веса уменьшается распространенность элементов. После гелия все элементы, вместе взятые, составляют лишь немногим более 1% массы Вселенной.
      Каким же образом современная наука объясняет происхождение элементов во Вселенной?
      Человек с помощью современных знаний проникает в глубь микромиров — атомов, скрытых от наших чувств. А ведь из этих микромиров построена вся Вселенная! Частицы их приносятся к нам в виде тепла и света. Они же, подобно прозрачной броне, окутали нашу планету, защищая все живое от губительного действия космических лучей, этих своеобразных «телеграмм», извещающих нас о рождении где-то в безбрежных просторах Вселенной новых элементов из каких-то частиц вещества.
      Секрет рождения легких элементов более или менее ясен. Они формируются в звездах в результате соединения протонов при термоядерных реакциях синтеза. Вопрос о происхождении тяжелых элементов тоже несколько прояснился.
      На звездах при огромной температуре электроны не могут удерживаться атомными ядрами и, оторвавшись от них, «путешествуют» отдельно. Только на остывающем небесном теле электроны начинают взаимодействовать с протонами и вступают с ними в такую связь, которая обусловливает появление сначала простых, а затем и более сложных атомов.
      С того момента, как атомы на нашей планете «оделись» в электронные одежды, появилась возможность соединения их в молекулы, началась эволюция вещества, которая и привела к существующему теперь необозримому многообразию живой и неживой природы.
      В звездном мире обнаружены места, где «фабрикуются» тяжелые химические элементы. Это выгоревшие ядра звезд-гигантов, взрывы сверхновых звезд и области холодного ускорения частиц на поверхности звезд и в газовых туманностях.
      Синтез тяжелых элементов подтвержден вескими данными. Например, открытие на некоторых гигантских звездах элемента технеция посредством спектрального анализа. Технеций — неустойчивый элемент; его наиболее долгоживущий изотоп имеет период полураспада только
      216 тысяч лет — много меньше, чем возраст звезд, в которых он был найден. Следовательно, он появляется на звезде много позже ее рождения.
      Что касается синтеза наиболее тяжелых элементов, таких, например, как калифорний, то сейчас получены данные, свидетельствующие о его присутствии на некоторых сверхновых звездах. После первоначальной вспышки эти взрывающиеся звёзды уменьшаются в яркости со скоростью, которая соответствует периоду в 55 дней, что в точности равно периоду полураспада калифорния с массой, равной 254 атомных единиц массы.
      Тяжелые элементы образовались очень давно, вероятно, около одного-двух миллиардов лет назад. Следовательно, та часть Вселенной, в которой мы живем, не самая старая. Образованию Земли предшествовало много космических событий. Возраст самых старых звезд в нашей Галактике определяется в 6,5 миллиардов лет, в то время как анализ метеоритов показывает, что солнечная система не старше 4,5 миллиардов лет.
      Коперник перенес центр Вселенной с Земли на Солнце. Более поздние космологи свергли и Солнце с его центрального положения. А теперь мы видим, что наша солнечная система при возникновении Галактики еще вовсе не существовала. Так гибнут последние остатки геоцентрической концепции Вселенной.
      Но если современная наука в состоянии более или менее удовлетворительно ответить на вопрос, как произошли элементы во Вселенной, то другой вопрос: из какого первородного материала образовались элементы? — остается необъясненным.
      Когда мы обращаем свой взор в просторы Вселенной, то невольно поддаемся ее гипнозу. Необъятность и загадочность ее происхождения — хорошая пища для фантазии. Сколько людей строили свои догадки и гипотезы на тему о том, где начало начал! Откуда взялся водород? Это естественно, человеческая фантазия нетерпелива, она не удовлетворяется накоплением целого по частям, а хочет сразу охватить необъятное.
      Одну из таких попыток сделали несколько лет назад американские ученые. Согласно их гипотезе, много миллиардов лет назад существовала такая стадия развития вещества во Вселенной, когда жизнь ее начиналась со сгустка нейтронов.
      Начальная стадия этой жизни продолжалась 11,7 минуты. В эти минуты образовались все элементы, существующие и поныне. Происходило это следующим образом: нейтроны через 11,7 минуты самопроизвольно распались, превратившись в протоны, которые, соединившись с нейтронами, дали сначала дейтерий, а потом и более тяжелые элементы. Исходя из данной гипотезы, удалось рассчитать даже кривую распространенности элементов в природе.
      Однако эта теория встречает серьезные возражения: в ряду атомных весов номера 5 и 8 остались незанятыми, т. е. устойчивых атомов с массой 5 и 8 нет. В лаборатории можно получить гелий-5, бомбардируя нейтронами гелий-4, однако он снова немедленно превращается в гелий-4. Точно так же можно на мгновение получить изотоп бериллия с массой 8, но он тут же разрушается, распадаясь на два атома гелия-4.
      Следовательно, образование элементов посредством захвата нейтронов не может миновать эти разрывы. Процесс не пойдет дальше гелия-4. А если даже этот разрыв будет преодолен, он снова остановится в массе 8. Короче говоря, если бы захват нейтронов был единственным процессом, в результате которого образуются элементы, начиная с водорода, то образование элементов не продвинулось бы дальше гелия.
      Так привлекательная гипотеза отмерла, уступив место другим теориям и гипотезам, но и среди них нет пока ни одной, которая давала бы удовлетворительный ответ на заданный вопрос. Без сомнения, для раскрытия этой тайны природы современной наукой накоплено еще недостаточно знаний. Не подлежит также сомнению, что вопросы, касающиеся образования химических элементов во Вселенной, получат свое разрешение при исследовании человеком Космоса.
     
      Глава 2 ВРАЩАЮЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОН
     
      Химические превращения
      Химические реакции лежат в основе многих процессов, происходящих на земном шаре.
      В живой природе наблюдаются в основном явления, ведущие к усложнению вещества. Так, растение поглощает из воздуха углекислый газ, который в растеййи претерпевает сложное химическое превращение, образуя крахмал, целлюлозу, сахаристые и другие необходимые для поддержания жизни растений вещества. В организме людей и животных эти вещества подвергаются дальнейшим преобразованиям. Здесь накапливаются белки, жиры и другие соединения, т. е. происходит химический синтез — одно из главнейших явлений в природе, давшее начало жизни на нашей планете.
      В организмах протекают и противоположные синтезу реакции. Они лежат, например, в основе процесса дыхания.
      При синтезе получаются вещества, аккумулирующие солнечную энергию. В процессах, обратных синтезу, эта энергия, наоборот, освобождается.
      Главенствующую роль играют химические превращения и в неживой природе. Земля да и другие планеты Вселенной представляют собой колоссальнейшие химические лаборатории, в которых постоянно происходит изменение неорганических веществ: одни создаются, другие разрушаются. Так некогда образовались, например, минералы, руды.
      Словом, вся органическая и неорганическая жизнь на Земле представляет собой непрерывные превращения одного вещества в другое.
      Все чудеса химии, где одно сочетание атомов дает ароматическое вещество, другое взрывает гору, третье ласкает взор цветами радуги, четвертое побеждает лихорадку — иными словами, все химические преобразования веществ в природе и на производствах осуществляются только с помощью электронов. Именно они объединяют атомы в молекулы и способствуют соединению молекул в тела.
      Рассмотрим механизм взаимодействия атомов и молекул. Известно, что два тела, заряженные электричеством разных знаков, притягиваются друг к другу. Но существует ли притяжение между телами, электрически нейтральными?
      Если к одному атому водорода приблизить другой, то можно было бы ожидать, что между ними взаимодействия не произойдет, так как оба они электрически нейтральны. На самом же деле при сближении их на расстояние, несколько меньшее, чем диаметр атома, они взаимодействуют. И как только электрон одного атома водорода пересечет сферу действия электрона другого, он окажется под влиянием притяжения ядра последнего и, вместо того, чтобы вращаться вокруг своего протона, опишет кривую вокруг соседнего. Получается химическое соединение — молекула водорода. Точно так же объединяются и два атома хлора.
      В подобных молекулах образуется наружный насыщенный слой, например, из двух электронов, как у атома гелия, отличающегося химической пассивностью.
      Слои с двумя или восемью электронами предельно насыщены. Атомы, имеющие также наружный слой, химически инертны.
      Атомы с «недоукомплектованным» наружным слоем химически активны. Те из них, которые имеют в этом слое один электрон, могут сравнительно легко отдать его другому атому, в наружном слое которого недостает электронов.
      Так возникает химическая связь между атомами. Примером ее может служить получение поваренной соли из атомов хлора, имеющих в наружном слое по семи электронов, и атомов натрия, у которых в этом слое один электрон. Перейдя к хлору, электрон натрия дополняет его слой до восьми электронов. В результате атомы обоих веществ приобретают электрический заряд: натрия — положительный, так как его атом потерял электрон, а хлора — отрицательный, потому что он его
      приобрел. Став разнозаряженными ионами, эти атомы притягиваются друг к другу, и... мы становимся свидетелями одного из чудес химии, когда металл и ядовитый газ превращаются в кристаллы пищевого продукта.
      Возможен и другой тип химической связи. При горении угля атом углерода взаимодействует с двумя атомами кислорода, образуя углекислый газ. Происходит это следующим образом. У двух атомов кислорода в наружном слое по шести электронов, у атома углерода четыре. Когда все они соединяются в молекулу, то шестнадцать электронов образуют вокруг нее два слоя.
      Как мы видим, секрет химической связи кроется или в заимствовании, или в объединении электронов отдельных атомов.
      Особое место среди всех химических соединений занимают соединения углерода.
      Углерод является основным элементом в составе живой материи. Он обладает неисчерпаемой способностью образовывать соединения с водородом, кислородом и другими элементами. Кроме того, атомы углерода, в отличие от прочих, могут соединяться друг с другом в молекулярные «нити». Но архитектура углеродных соединений не ограничивается только линейными формами. Атомы углерода способны образовывать трех-четырех-пяти-шести- и многоугольные (цикличные) фигуры. На каждом из таких «колец» могут расти, в свою очередь, нитевидные или ветвистые молекулы.
      Химическая связь между соединенными в молекулярные нити и кольца атомами углерода осуществляется через два «обобщенных» электрона. В обобщенное пользование могут переходить и две пары электронов, образуя так называемую двойную связь.
      Таким же образом объясняется и тройная связь, где обобщаются три пары электронов, например в молекуле ацетилена.
      Именно в силу этих своих химических особенностей среди всех элементов углерод и стал прародителем всего живого на земном шаре. По богатству и многообразию химических соединений на нашей планете углерод превзошел все остальные элементы, вместе взятые. Можно не сомневаться, что если где-то в мироздании существует жизнь на небесных телах, то эта жизнь берет свое начало только от атомов углерода.
      С помощью электронной теории удалось внести ясность в такие понятия в химии, как окисление, восстановление, горение и взрыв.
      Огромное количество металлических изделий гибнет вследствие окисления. Металл при этом превращается в окалину, ржавчину. Но еще большее количество металла Человек добывает из руд, используя реакцию восстановления.
      В промышленности при помощи химической реакции восстановления твердое топливо, например уголь, превращают в жидкое, а жидкие жиры, дапример растительные масла, наоборот, переводят в твердые — маргарин и т. д.
      Химический процесс, противоположный окислению, т. е. процесс, в результате которого происходит не присоединение, а освобождение кислорода, называют восстановлением. Это тоже весьма распространенный в природе и технике процесс.
      Для дыхания живых организмов, населяющих земной шар, требуется огромное количество кислорода. И если процессу окисления не был бы противопоставлен процесс восстановления, то весьма скоро весь запас кислорода из атмосферы был бы израсходован и все живое на Земле задохнулось. Но животный мир, потребляющий кислород, спасают растения. В организме растений протекают восстановительные процессы. И хотя растения тоже поглощают некоторое количество кислорода, однако выделяют они его в 20 раз больше.
      Когда-то в жилище человека расцвел самый роскошный цветок, какой только могла родить природа, — огонь. С тех пор он спутник человека. Его воспевали поэты, о нем писали трактаты ученые, однако сущность процесса горения начинает проясняться только сейчас. Это важнейший химический процесс в природе, приводящий к разложению сложных органических веществ на простые — неорганические.
      Известно, что и свет мерцающей свечи, и ослепительная вспышка магния, и взрыв, в куски разносящий гору, — все это качественно одинаковые и лишь количественно различные процессы. Они представляют собой так называемые цепные химические реакции.
      Вспышка магния, которую часто приходится наблюдать фотолюбителям, есть химическая реакция соединения атомов магния с атомами кислорода. Она происходит в результате перехода электронов от атомов магния к атомам кислорода.
      Взрыв черного пороха — необычайно быстрая химическая реакция между селитрой, углем и серой. В результате этой реакции получаются углекислый газ, окись углерода, азот и другие продукты распада.
      Образующиеся при взрыве газообразные частицы приобретают очень большие скорости движения, т. е. повышается-температура. В то же время переход вещества из твердого в газообразное состояние увеличивает давление. Температура и давление в свою очередь ускоряют течение химической реакции.
      Как же объясняется процесс саморазвития химических реакций?
      Переход от практически инертной системы к бурно развивающейся химической реакции ученые объясняют тем, что в реагирующей массе под воздействием, допустим, тепла или света зарождаются так называемые свободные радикалы. Это что такое?
      Свободные радикалы — термин, мало знакомый широкому кругу читателей. Частицы, названные этим научным термином, присутствуют и в процессе создания, и в процессах разрушения вещества. Они есть и в языках пламени и незримо обитают в атмосфере. Без них не появляется на свет ни одно органическое вещество. Это, если можно так выразиться, строительный материал в подавляющем большинстве природных процессов химического преобразования вещества.
      В какую бы часть Вселенной мы не устремили свой взор, мы везде встречаем свободные радикалы. Они присутствуют в атмосфере Земли и в недрах звезд, они есть даже в пыли холодного космического пространства.
      Попытаемся на примере пояснить, что такое свободные радикалы.
      Большинство молекул газообразных веществ состоит из двух атомов. Устойчивое состояние таких молекул объясняется тем, что входящие в их состав отдельные атомы образуют связи с помощью двух электронов. Пара электронов образует так называемый дублет. Под воздействием тепла или света такая связь в молекуле может разорваться. Если при разрыве дублет целиком остается у одной части молекулы, то получаются ионы. Когда же разъединяются электроны дублета, образуются свободные радикалы.
      Химические радикалы — это, так сказать, осколки молекул. Они появляются при распаде молекул, и каждый из них содержит одиночный, неспаренный электрон. Этот электрон «жаждет» соединиться с другим неспаренным электроном. Таким образом, свободные радикалы представляют собой системы с неиспользованными энергиями связи, что и обусловливает их высокую химическую активность. Живут свободные радикалы крайне мало Собственно говоря, неустойчивостью свободных радикалов и объясняется сравнительная устойчивость химических соединений и состоящих из них тел в природе. Ведь если бы было иначе, то бумага, на которой мы пишем, сгорела бы раньше, чем на ней было бы зафиксировано несколько мыслей. Все окружающее нас, да и мы сами, если бы не пылали, то медленно тлели бы, пока не закончили существование, превратись в инертные соединения типа углекислого газа или воды.
      Свободные радикалы являются как бы эфемерными частицами. За одну секунду в объеме не более кубического сантиметра происходит от 100 миллионов до 1 миллиарда столкновений отдельных атомов. В таких условиях, если даже длительность жизни химически активных частиц составляет какую-то тысячную долю секунды, возможность образования химического соединения между ними очень велика. От степени их участия в реакции зависит характер процесса: он может быть спокойным, как при высыхании красок, или, наоборот, бурным, как в любой реакции взрыва.
      Существенное различие между процессами спокойного высыхания краски и мгновенной реакции взрыва заключается в том, что в первом случае частицы в промежутках времени между своим рождением теряют теплоту реакции в окружающую среду. Во втором же случае эта теплота не успевает теряться и приводит к взрыву, если, конечно, этим процессом не управлять.
      В химических реакциях таким эфемерным частицам принадлежит ведущая роль.
     
      Цепные реакции
      Раньше считали, что при реакции свободного атома или осколка молекулы с молекулой исходного вещества рождается не более одной новой активной частицы. Академик Н. Н. Семенов своими исследованиями лэказал, что каждый свободный радикал способен при реакции породить две, а иногда и три новых активных частицы. Таким образом, одна из них продолжает ранее начатую цепь реакции, а остальные образуют новые. Происходит разветвление, т. е, ца каждой из появившихся ветвец
      возникают новые цепи. Если число разветвлений превысит число обрывов, то скорость реакции очень быстро возрастет.
      Открытие Н. Н. Семеновым цепных разветвленных реакций позволило познать закономерности сложнейшего мира химических явлений.
      Многие важные процессы в химии принадлежат к цеп» ным реакциям. К ним относятся взрывы и реакции окисления органических веществ, в частности горения, полимеризация, крекинг, хлорирование и другие. На этих реакциях основаны производства ядохимикатов, растворителей, медицинских препаратов, хладоагентов, средств пожаротушения и ряд других химических процессов.
      Атомный взрыв — тоже пример разветвляющейся цепной реакции, но только ядерной. В этом случае умножителями цепей являются нейтроны, а не свободные радикалы, как в химических реакциях.
      В нашей стране неисчерпаемы запасы природного газа метана. При окислении его образуется формальдегид — продукт для получения синтетических смол и пластических масс. Исследования, проведенные под руководством профессора А. Б. Налбандяна, помогли разработать новый экономичный метод получения формальдегида прямым окислением метана кислородом воздуха.
      Развитие злокачественных опухолей подчиняется закономерностям, внешне аналогичным цепным реакциям. Предполагается, что в развитии опухолевых процессов принимают участие свободные радикалы. Н. М. Эмануэль и доктор биологических наук JI. П. Липчина открыли возможность торможения рака крови у мышей. Вводя в организм небольшие количества веществ, тормозящих цепные окислительные реакции, ученые даже добились выздоровления животных.
      Теория цепных реакций приобретает характер общей теории развития многих процессов в природе. За выдающиеся работы в области изучения механизма химических цепных реакций академику Н. Н. Семенову Шведская Академия наук присудила в 1956 г. Нобелевскую премию.
     
      Замороженные радикалы
      Неуловимые и своенравные химические невидимки — свободные радикалы — являются универсальным ключом ко всей химии бытия и мироздания; ведь они служат переносчиками энергии в цепи реакций.
      Не все свободные радикалы имеют кратковременный период существования. При соответствующих условиях, например, когда радикалы лишены возможности реагировать с воздухом, они могут «жить» в течение многих дней. Это в основном углеводороды, состоящие обычно из 30 или более атомов. Их можно сохранять, растворив в бензине или в другом инертном растворителе.
      Химики всячески стремятся продлить жизнь свободных радикалов, чтобы изолировать их и осуществлять с их помощью любые реакции.
      Первые шаги в области продления жизни свободных радикалов, а следовательно, и их изоляции сделаны. На очереди стоит претворение в практику производства новых методов, новых технологий, которые будут осуществляться несравненно проще, быстрее и дешевле, чем существующие.
      К числу новых направлений техники, в развитии которой играют роль свободные радикалы, относится и создание топливных элементов.
     
      Топливный элемент
      В современной технике тепло, получаемое при сжигании топлива, широко используется для выработки электрической энергии. Но для того чтобы превратить энергию «прыжков» электронов, совершаемых ими в топках, в энергию движения электронов в проводах, т. е. в электрический ток, мы вынуждены пользоваться такими «посредниками», как вода, паровые котлы, турбины и генераторы.
      Нужны ли эти посредники?
      Может быть, есть другой путь, позволяющий непосредственно превратить химическую энергию топлива в электрическую?
      Если бы удалось в результате химического соединения кислорода с углеродом или с горючим газом непосредственно извлечь из этой реакции электрическую энергию, то задача была бы решена.
      На вопрос, возможно ли это, ученые ответили: Да!
      Устройство, предназначенное для этой цели, назвали топливным элементом.
      Сухая батарея в известном смысле тоже представляет собой топливный элемент. Но здесь используется дорогое «топливо» — цинк, свинец и ртуть. Экономичный же топливный элемент должен использовать жидкое или газообразное топливо с коэффициентом полезного действия, близким к 100%.
      Топливный элемент, который мог бы эффективно работать, допустим, на жидком или газообразном топливе, а также перезаряжаться простым наполнением его резервуаров, произвел бы переворот на транспорте. Он позволил бы претворить в жизнь идею бесшумного и незагрязняющего воздух электрического двигателя.
      Как мыслится осуществление такой идеи? Представим себе топливный элемент, работающий на водороде и кислороде. При химическом соединении этих веществ образуется вода и электрический ток. Элемент сконструирован таким образом, что одной из существующих ступеней реакции в нем является перенос электронов от отрицательного зажима элемента к положительному при замыкании цепи. Этот поток электронов может быть использован для того, чтобы приводить в действие электрический двигатель, зажигать электрическую лампочку или заставлять работать радиоприборы.
      Рассматриваемый топливный элемент состоит из пористых электродов, разделенных электролитом — концентрированным раствором едкого натрия или калия. На отрицательном полюсе элемента газообразный водород проникает через пористое тело электрода. Здесь под влиянием катализаторов молекулы водорода разрываются и свободные радикалы в виде атомарного водорода реагируют с ионами гидроксила в электролите, образуя воду. Во время этого процесса электроны устремляются на электрод, а вода, образовавшаяся при реакции, остается в электроите. На положительном полюсе элемента кислород проникает в электрод и адсорбируется его пористой поверхностью, а катализатор способствует освобождению ионов гидроксила из воды, накопившейся в электролите.
      Реакция образования воды идет с выделением максимального количества электрической энергии и с минимальными потерями на теплообразование. Коэффициент полезного действия такого топливного элемента равен 75%.
      Топливные элементы описанного типа используются в США на портативных радиолокационных станциях. Некоторые из них проработали безотказно целый год.
      Для того чтобы использование топливных элементов стало экономически выгодным, необходимо в них сжигать дешевое топливо — природный газ, пары бензина или смесь газов, получаемых при газификации твердого топлива. Получение энергии от такого топлива потребует рабочих температур, превышающих 500° С. Водный электролит при этих температурах испаряется, значит его следует заменить электролитом из расплавленных солей.
      Учеными разработан каталитический процесс разложения воды на свободные радикалы — водород и кислород — под воздействием солнечной энергии. Основанные на этом процессе водородно-кислородные * топливные элементы могут работать в пустынях и давать электрический ток за счет образования воды присоединении кислорода с водородом. Фотолизные установки площадью в два квадратных километра смогут устойчиво давать в пустыне столько энергии, сколько ее дает электростанция мощностью 100 тыс. киловатт. Коэффициент полезного действия такой установки оценивается в 25%, т. е. в два с половиной раза больше, чем современных солнечных батарей.
     
      Магнетизм — свойство материи
      Много легенд создано о магнитной силе. В них рас» сказывается, как это сила вырывала железные гвозди из корпуса деревянного корабля или притягивала корабли к скалам, где волны моря разбивали их в щепки.
      Давно уже пытались люди использовать магнетизм. Еще более трех тысяч лет назад в Китае существовали дорожные колесницы, на которых устанавливались свободно вращающиеся маленькие фигурки с вытянутой рукой. В каком бы направлении ни двигалась колесница, фигурка неизменно продолжала указывать рукой на юг.
      Это был прообраз современного компаса — участника многих географических открытий, прибора, при помощи которого изучена наша планета.
      Магнетизм — универсальное свойство материи. Оно присуще и атомным частицам, и космическим телам — планетам, звездам.
      Современная техника широко использует магнетизм. Незримые магнитные силы в генераторах электростанций рождают электрический ток. Магниты мощных кранов, обладающие силой великанов, переносят тяжелые металлические предметы. Магнитом весом с линкор оснащен крупнейший в мире советский ускоритель ядерных частиц — синхрофазотрон. Используя магнитные силы, хирург выполняет сложнейшие операции, удаляет, например, стальные осколки из глаза. Эти же силы действуют и в заливающемся трелью электрическом звонке, и в стрекочущем телеграфном аппарате, и в телефоне, который обеспечивает переговоры людей, отделенных друг от друга тысячами километров.
      Первопричиной магнитных сил являются опять-таки электроны. Как частицы, несущие электрические заряды, они при движении создают вокруг себя магнитное поле. Источником возникновения магнитных сил служит вращение электронов вокруг своей оси.
      А как доказать это?
      Представьте себе подвешенный на нитке сосуд, на дне которого кружится несколько волчков, причем оси их параллельны друг другу. Волчки обладают гироскопическим эффектом — способностью сохранять неизменное положение в пространстве своих осей вращения. Поэтому сосуд вместе с волчками приобретает очень устойчивое
      положение. Согласно законам механики, такая устойчивость существует только до тех пор, пока оси вращающихся волчков параллельны. Как только параллельность их почему-либо нарушится, висящий сосуд повернется.
      Этот давно известный факт ученые и использовали для доказательства вращения электрона вокруг своей оси. Они взяли магнитный стерженек и подвесили его на нитке, предположив, что вращающиеся в нем электроны ведут себя подобно упомянутым выше волчкам в сосуде, так как оси вращения у них параллельны. Затем, не касаясь стерженька, быстро нагрели его до температуры, при которой пропадает магнетизм. Оси вращения электронов должны были расположиться хаотично. И действительно, подвешенный стерженек начал поворачиваться. Это свидетельствовало о том, что электроны имеют собственные магнитные моменты и ведут себя, словно крошечные магнитики.
      В атоме существует и ядерное магнитное поле. Однако оно в несколько сотен раз слабее электронного.
      Все вещества — твердые, жидкие и газообразные — магнитные. Одни из них — ферромагнетики, — подобно железу, сильно притягиваются электромагнитом. Другие, например алюминий, притягиваются в миллионы раз слабее железа. Это так называемые парамагнетики. И, наконец, есть такие вещества, как висмут, которые не только не притягиваются, но даже отталкиваются от электромагнита, словно они намагничены наоборот. Их именуют диамагнетиками.
      На магнетизм атомов существенным образом влияет температура. При температуре, близкой к абсолютному нулю, парамагнитные тела легко намагничиваются. С понижением температуры увеличивается способность
      к намагничиванию и ферромагнитных тел. При повышений температуры это свойство постепенно исчезает. У железа при 768 градусах происходит скачкообразное изменение его состояния из ферромагнитного в парамагнитное.
     
      Электричество в ловушке
      В 20-х годах нашего столетия японский ученый Егуши открыл необычайное явление. Он отлил в магнитном поле смесь равных частей карнаубского воска и канифоли с примесью небольшого количества пчелиного воска и охладил затем эту смесь в электрическом поле. И тут он заметил, что электрическое поле осталось как бы заключенным в смеси и находилось там без изменений в течение трех лет. Кусок воска у него сохранялся в сухом месте.
      Так профессором Егуши был открыт так называемый электрет — аналог постоянного магнита.
      Если разрезать электрет на кусочки, то каждый из них будет тоже электретом, аналогично тому, как, ломая намагниченный стержень, можно получить несколько магнитов. Таким образом, мы имеем здесь дело с каким-то новым свойством вроде магнитного, но объяснить его полностью еще не удалось.
      Это, однако, ни чуть не мешает использованию электретов.
      Получены электреты 20 сантиметров в диаметре, от которых может гореть двухваттная неоновая лампочка. На советских и американских искусственных спутниках Земли электреты служат для измерения зарядов в верхних слоях атмосферы. Но их карьера только начинается.
      Сейчас научились вырабатывать электреть! из менее хрупких, чем воск, материалов и накапливать в них значительные количества электроэнергии. Быть может, именно они откроют нам путь к созданию легкого электрического аккумулятора.
      Если электрет — загадка еще не разгаданная, то добрый старый конденсатор известен давно и в последнее время сделал огромные успехи. Однако за все это время не было найдено материала с-лучшими диэлектрическими свойствами, чем стекло, да разве еще слюда, единственным преимуществом которой является ее меньший по сравнению со стеклом вес. Если диэлектрическую постоянную воздуха принять за единицу, то диэлектрическая постоянная слюды будет равна 5,6 — 6,0 (смотря по качеству), а у стекла — 5,4 — 9,9.
      В 1944 г. положение с диэлектриками изменилось благодаря открытию, сделанному советским ученым Булем. Он открыл вещества, диэлектрическая постоянная которых достигала 10 ООО, а в некоторых случаях даже 50 000! Это настоящие «губки», впитывающие электричество! По аналогии с ферромагнитными веществами их назвали ферроэлектрическими. Но верно ли это? Ведь железа в них нет!
      Среди таких веществ можно встретить титановокислый барий или ниобиевокислый свинец. Во Франции их предложено называть сегнетоэлектрическими в честь французского ученого Сегнета, открывшего органические вещества — двойные соли виннокаменной кислоты — с подобными же свойствами.
      В противоположность электретам, сегнетоэлектриче-ские вещества не сохраняют заряд бесконечно, они дают утечку. Однако их свойства непрерывно совершенствуются, поскольку механизм их действия известен гораздо лучше, чем электретов. В частности, Буль и его сотрудники показали, как электрическое поле деформирует молекулы сегнетоэлектрической соли и каким образом энергия фиксируется там.
      Сегнетоэлектрические соли — прекрасные аккумуляторы электрической энергии. К сожалению, накопленная в них энергия разряжается сразу, в одном мощном разряде. Такой аккумулятор заряжается до напряжения 1 — 2 млн. вольт, достаточного, чтобы дать ток в несколько ампер.
      Человечество сейчас ожидает, что будет открыто сег-нетоэлектрическое вещество, способное без утечек хранить электричество очень высокого напряжения. Тогда электричество можно будет перевозить с такою же легкостью, как воду в цистернах. Появятся электрические автомобили и электрические самолеты, расширятся возможности применения электричества для бытовых нужд. Тогда электрический ток будет стоить вдесятеро дешевле, чем сейчас, и нам не придется платить за его передачу. Выхлопные газы автомашин перестанут загрязнять воздух наших городов, ракеты, приводимые в движение электрическими разрядами, без труда долетят до других планет.
     
      Электрические «этажи» в атоме
      Электроны совершают в атоме определенные движения вокруг ядра и находятся с ним во взаимодействии. Оторваться от ядра они не могут, так как его положительный заряд притягивает отрицательно заряженные электроны.
      — Почему же они в таком случае не падают на ядро? — вправе вы спросить.
      А не происходит этого потому, что электроны вращаются вокруг ядра с очень большой скоростью. Ведь Земля тоже не падает на Солнце, вокруг которого она вращается и которое ее притягивает!
      В атоме водорода электрон кружится вокруг ядра, словно Земля вокруг Солнца. При нормальном состоянии атома его электрон обладает вполне определенной энергией и занимает низший энергетический «этаж», точнее, низший энергетический уровень. Если же атом возбужден, т. е. приобрел какое-то количество энергии, то электрон в зависимости от величины этой энергии преодолевает силу притяжения ядра и переселяется на какой-либо из верхних этажей. При возвращении электрона обратно на низший этаж атом освобождает некоторое количество энергии.
      Всякая энергия может быть выражена в единицах работы. Так, теплота измеряется калориями, электричество — киловатт-часами. Энергию же элементарных частиц физики измеряют особой единицей — электрон-вольтом. Один электронвольт — это работа, которую производит одновольтовая батарейка, перемещая электрон с одного полюса на другой.
      Один электронвольт примерно в 600 миллиардов раз меньше той энергии, которую требуется затратить, чтобы поднять один миллиграмм груза на высоту один сантиметр. И в то же время в мире атома это не такая уж малая величина. Электрон, обладающий энергией в один электрон-вольт, движется со скоростью 593 километров в секунду.
      Энергетическая «этажность» атомов химических элементов неодинакова.
      «Крыша» над наивысшим энергетическим этажом в атоме водорода равна 13,54 электронвольта. При такой энергии происходит уже отрыв электронов от атомов — ионизация.
      В возбужденном атоме электрон, поднявшийся на высший энергетический уровень, задерживается там очень ненадолго. При возвращении его на низший этаж атом излучает энергию в виде светового луча — фотона (от греческого слова «фотос» — свет).
      Бывает и так, что электрон не сразу «возвращается домой», а сначала «гостит» миллионную долю секунды где-то на промежуточном этаже. Так, спуская его по «ступенькам», атом вместо одного фотона одной длины волны выбрасывает два фотона разной длины волны.
      Такие прыжки наружных электронов сопровождаются излучением световых лучей, а внутренних, близких к ядру, — испусканием ультрафиолетовых и рентгеновых лучей (волн).
      Чтобы атом начал излучать ультрафиолетовые лучи, необходимо воздействовать на него квантами энергии, несущими десятки электронвольт. Более мощные кванты, энергия которых равна десяткам и сотням тысяч электрон-вольт, становятся причиной появления рентгеновых лучей.
      Длина волны рентгеновых лучей колеблется в пределах от стотысячной до стомиллионной доли миллиметра. Этим и объясняется их способность проникать сквозь тела. То, что непрозрачно для световых, прозрачно для рентгеновых лучей с длиной волны, приближающейся к размерам одиночного атома.
      Рентгеновы лучи обладают и другими интересными свойствами: вещества с разной плотностью по-разному их поглощают, некоторые вещества под их воздействием начинают светиться (рентгенолюминесценция). Рентгеновы лучи действуют на фотопластинку подобно свету и вызывают ионизацию воздуха. Эти процессы рационально используются в науке, технике и промышленности.
      Врачи при помощи рентгеновых лучей наблюдают внутренние органы больных (рентгеноскопия), инженеры выявляют скрытые трещины в металле (рентгенодефекто-скопия). Химики используют эти лучи для определения состава неизвестных химических соединений (рентгеновский спектральный анализ).
      Физикам рентгеновы лучи помогают изучать строение вещества (рентгеновский структурный анализ). При помощи этих лучей удалось рассмотреть, как расположены атомы в различных кристаллах, и вычислить расстояние между ними. Например, одни и те же атомы углерода образуют при одном строении кристалла драгоценный камень-алмаз, а при другом карандашное вещество — графит.
      В кристалле алмаза, как показали рентгеновы лучи, все атомы размещены на одинаковом (1,54 ангстрема)1 расстоянии друг от друга. Благодаря их необычайно плотной «упаковке» алмаз обладает большой твердостью.
      В кристаллах графита атомы углерода кристаллизуются в виде шестиугольных пластиночек с расстоянием между атомами 1,45 ангстрема. Эти пластиночки непрочно лежат друг на друге, поскольку пространство между ними относительно велико (3,4 ангстрема). Вот почему кристалл графита легко «раскалывается» даже при легком нажиме карандаша на бумагу, оставляя серый след — тоненькие листочки графита.
      От смещения электронов в атомах на ничтожно малое расстояние пылает вольтова дуга и излучает сияние нить электрической лампы накаливания. Многообразные виды
      1 Ангстрем (1А) равен 0,000 000 000 1 м.
      излучения, будь то светящийся циферблат часов или сверкание раскаленного металла, мягкий свет люминесцентных светильников или «фонарики» глубоководных светящихся рыб — все они рождаются электронами.
      В зависимости от того, с какого энергетического уровня и на какой «путешествуют» электроны, атомы освобождают фотоны, могущие быть лучом красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего или фиолетового цвета.
      Свет звезд и непрерывно льющиеся к нам на Землю потоки солнечных лучей свидетельствуют о том, что рождение фотонов есть одна из главных реакций, происходящих в мире атомов, заполняющих Вселенную.
      Огромный водопад таких волн низвергается на Землю. Этому заливающему нас потоку солнечного света обязана и своим появлением, и своим существованием жизнь на Земле.
      С помощью световых волн природа ежегодно расстилает свою «скатерть самобранку», на которой и ароматные фрукты, и питательные овощи, и вкусный хлеб, и пьянящий напиток рубинового цвета — все созидается с помощью солнечного света и тепла.
      Капельки живительного потока энергии — фотоны — выполняют огромную работу в микромире.
      Вообразите себе такую картину: какой-нибудь атом «подвешен» к молекуле на силовых связях и, как шарик на нитке, колеблется то в одну, то в другую сторону.
      Вдруг в этот шарик ударяет «капелька» света — фотон. Если удар пришелся в тот момент, когда атом двигался от нагоняющего его фотона, то движение атома в эту сторону будет усилено. Атом поглотит энергию фотона и приобретет 'больший размах колебаний.
      Другое получится, когда удар произойдет на встречных направлениях. Капелька света «отскочит» от летящего навстречу атома, как капля дождя от гладкой поверхности тела.
      В первом случае мы имеем дело с поглощением света, во втором — с отражением.
      «Разбрызгиваемые» фотоны ощущаются нами как цвет. Нарядные цветы шлют нам свою красочную «улыбку». Это световые волны по-разному отражаются от их поверхности, создавая у нас ощущение того или иного цвета. Одни и те же солнечные лучи падают на роскошную розу, распустившуюся в зелени сада, и на незабудку. Но лепест-
      ки розы выглядят красными, незабудки — голубыми, а листья травы — зелеными. В этом своеобразном световом «дожде», падающем на Землю, «капельки» света имеют разную величину энергии.
      То, что мы назвали ударом фотона, есть воздействие сил электрического и магнитного полей на атом (а это и есть электромагнитная волна). Если действие этих полей совпадает с действием колебаний силовых полей атомов вещества, то такие частицы резонируют, т. е. поглощают энергию фотонов.
      Так, электромагнитные волны света, пройдя через красное стекло, представляют собой лишь красные лучи, поскольку остальные поглощаются частицами вещества стекла.
      Голубое стекло пропускает только голубую часть спектра, что же касается красной, желтой и фиолетовой, то они поглощаются им полностью, леные ослабляются.
      Все окружающие нас видимые тела или способны светиться сами, или отражают падающий на них свет.
      Горящая лампа, яркая звезда, ослепительное Солнце — все это самосветящиеся тела. Они непосредственно
      излучают световые волны, на которые реагирует наш глаз.
      Несветящиеся тела становятся видимыми лишь благодаря способности атомов реагировать на падающие световые волны. От способности атомов поглощать энергию фотонов зависит и окраска этих тел.
      Химики сейчас, словно опытные хирурги, производят сложные операции в молекулярном организме. С помощью своего необычного инструмента — фотона — они неподражаемым мастерством «оперируют» невидимые молекулы.
      В их инструментарии есть фотоны инфракрасных, световых и ультрафиолетовых лучей, обладающие различной энергией. У фотонов ультрафиолетовых лучей она достигает такой. величины, что может «разрезать» молекулы газов на атомы. Обычно же энергия фотонов ультрафиолетовых лучей равна десяткам электронвольт, энергия видимых лучей — нескольким единицам, а инфракрасных — меньше одного электронвольта.
      Фотоны, порождаемые электронами внутренних слоев атома, имеют энергию от десятков тысяч до сотен тысяч электронвольт. Это рентгеновы лучи (волны).
      Фотоны, испускаемые атомными ядрами радиоактивных элементов, так называемые гамма-лучи (волны), обладают энергией от нескольких сотен тысяч до 20 миллионов электронвольт.
      Ученые получили искусственным путем фотоны с энергией, измеряемой сотнями миллионов и миллиардами электронвольт. Ими можно разбить на части атомное ядро.
      Молекула, подобно всякому материальному телу, обладает объемом и формой, поскольку она построена из материальных частиц — атомов. Она является наименьшей частицей — носительницей свойств вещества.
      Поглощенный квант света вызывает в молекуле физическое или химическое изменение. Энергия кванта или разрывает химическую связь в молекуле, отчего она распадается на две части, или присоединяет к молекуле одного вещества молекулу другого. Этой энергии может хватить и на то, чтобы переместить один из атомов внутри молекулы. Так, некоторые бесцветные красители под воздействием ультрафиолетовых лучей отдают два атома водорода другому веществу и приобретают окраску.
      Метиленовый голубой краситель, наоборот, при облучении присоединяет водород, беря его от легко отдающего вещества, и в связи с этим выцветает, что связано с перестройкой его молекулы под влиянием энергии фотона.
      Выцветание тканей причиняло много беспокойства текстильщикам и заставляло их на протяжении десятилетий заниматься поисками устойчивых красителей. Раскрытие сущности процесса выцветания помогло решить эту задачу и, кроме того, дало возможность сделать целый ряд необычайно важных открытий, используемых сейчас в фотографической технике.
      Обычная фотоэмульсия, в отличие от глаза, воспринимает световые лучи в меньшем диапазоне. Она почти не чувствительна к лучам, имеющим длину волны от 500 до 760 миллионных долей миллиметра. Поэтому фотографы, проявляя снимки при красном свете, не боятся засветить их. Однако такая фотоэмульсия мало чувствительна к зеленым и почти совсем нечувствительна к желтым, оранжевым и красным лучам. Вследствие «цветовой слепоты» она дает неполноценные снимки.
      «Не было бы счастья, да несчастье помогло», — говорит пословица. Не получить бы хороших снимков, да на выручку пришли плохие цианиновые красители, от которых текстильщики отказались, потому что они выцветают на ткани от света.
     
      Молекулы красителей
      Легкость, с которой молекулы цианиновых красителей принимают фотон света, а затем снова отдают его в виде излучения, открыла им широкий путь в фотографии.
      В обычной фотоэмульсии бромистое серебро способно выделить атомы серебра лишь при воздействии коротковолнового излучения, т. е. под влиянием лучей голубого, синего и фиолетового цветов. Лучи зеленого, желтого, оранжевого и красного цветов на бромистое серебро не действуют.
      Добавляя в фотоэмульсию цианиновые красители — сенсибилизаторы, — ей стали придавать чувствительность к зеленым, желтым, оранжевым и красным цветам.
      Один из таких красителей — псевдоцианин, — имеющий оранжевый цвет, сообщает фотоэмульсии чувствительность к зеленым и частично к желтым цветам. Покрытые такой эмульсией фотопластинки называют ортохроматическими, что в переводе означает «правильно передающие цвета». Название это не соответствует действительности, так как на снимке правильно передается только зелень
      растительных пейзажей, а не все цвета. Кроме того, ортохроматические пластинки совсем не удовлетворяют требованиям портретной съемки, где необходима чувствительность фотоэмульсии к оранжевым и красным цветам.
      Недостаток ортохроматических пластинок химики устранили добавкой к фотоэмульсии синего красителя — пинацианола. Фотопластинки, в эмульсию которых введены красители-сенсибилизаторы, повышающие чувствительность к зеленым, желтым и красным цветам, называют панхроматическими, охватывающими цсе цвета.
      Все новые и новые молекулы сенсибилизаторов «строятся» в лабораториях химиков. Среди них есть и такие, которые позволяют делать снимки в темноте, фотографировать невидимые предметы, излучающие тепло, снимать объекты с больших расстояний и многое другое. При помощи сенсибилизаторов готовятся фотоматериалы для физиков, химиков, астрономов, рентгенологов.
      Светящиеся молекулы
      Ежедневно, как только Солнце скрывается за горизонтом, мы включаем электрическую лампу, и электроны заставляют серую вольфрамовую проволочку конкурировать с дневным светом. Однако в световую энергию превращается при этом менее одного процента энергии, получаемой от сжигания топлива на электростанции. Иными словами, оплачивая электроэнергию по счетчику, мы из каждого рубля платим за свет лишь копейку, а остальные 99 копеек вынуждены вносить за всевозможные потери.
      Подобное расточительство при электрическом освещении является следствием того, что химическую энергию приходится переводить сначала в тепловую, затем в механическую, электрическую и, наконец, в световую.
      Но и от электролампы мы не получаем всей дошедшей до нас энергии. Почти 97% ее теряется в виде тепла, и только около 3% используется как свет — настолько несовершенны еще лампы накаливания.
      Выходит, с учетом неэкономичности лампы, мы получаем от нее света даже не на копейку, как сказано выше, а всего на 0,03 копейки.
      Таким образом, лампу накаливания следовало бы правильнее назвать нагревательным, а не осветительным прибором.
      Намного экономичнее станет лампа, если пропускать в ней электрический ток не через металл, а через газ. Электроны, пролетая в газе, возбуждают его атомы и ионизируют их. Ионизированный газ — проводник электричества, а возбужденные атомы — источники света. Поэтому в некоторых газосветных лампах около 70% потребляемой ими энергии превращается в свет.
      Советские ученые под руководством академика С. И. Вавилова открыли еще более экономичные источники света: они получили составы, светящиеся в темноте.
      — В чем секрет подобного свечения? — спросите вы.
      Чтобы ответить на этот вопрос, придется сделать небольшое отступление.
      Обычная молекула не вся прозрачна для падающих световых лучей. Подсчитано, что непроницаемая часть молекулы в 100 раз меньше всей ее площади. Как только квант ударяет в эту непроницаемую часть, он поглощается, а электрон, поглотив энергию, переходит на высший энергетический уровень. При возвращении его на низший уровень излучается фотон света.
      Такое излучение называется люминесценцией (от латинского слова «люмен» — свет).
      Люминесценция может быть вызвана не только лучистой энергией. Она возникает также в результате приложения механической энергии. Сахар-рафинад светится, когда его колют. В темноте это хорошо видно. Если положить на наковальню несколько кристалликов азотнокислой соли урана и ударить по ним молотком, они озарятся красивым зеленым светом. Люминесценция, возникшая от удара или трения, называется триболюми-несценцией.
      Некоторые тела излучают свет под действием рентгеновых лучей (рентгенолюминесценция), а также электрического тока (электролюминесценция).
      Электролюминесценция обладает поистине чудесными свойствами. У пластины, на которую нанесен слой люминофора, а поверх него еще слой полупроводника, оказывается отличная «память». Этим можно воспользоваться для создания всякого рода запоминающих устройств. Стоит на такую пластину, когда к ней подключен электрический ток, спроектировать любое изображение, и она надолго «запомнит» это изображение. Получится нечто вроде светящейся фотографии. Но если отключить ток, изображение исчезнет.
      Экран телевизора светится под влиянием падающих на него электрически заряженных частиц — электронов. Это так называемая катодолюминесценция. Без нее немыслимы телевидение и радиолокация.
     
      Люминесценция в технике и в быту
      В трубке телевизионного приемника электронный луч движется по люминесцирующему экрану. Приходящие сигналы управляют интенсивностью электронного луча во время его пробега по экрану, что в свою очередь сказывается на яркости свечения люминофора. Получаются темные и светлые пятнышки, составляющие изображение.
      В радиолокации электронный луч рисует на люминес-цирующем экране светящуюся кривую. Приходящий сигнал регистрируется на этой кривой в виде всплеска.
      В тех случаях, когда требуется несколько задержать изображение на экране, используют специальные люминофоры, обладающие большим послесвечением.
      Катодолюминесценция помогла ученым разрешить еще одну проблему — видение в темноте. Это удалось сделать при помощи электронно-оптического преобразователя, представляющего собой стеклянную трубку с двойным дном. Из междудонного пространства такой трубки выкачан воздух. На внутреннюю поверхность одного дна нанесен тонкий слой соединения металла цезия (фотокатод), а на внутреннюю поверхность другого дна — тонкий слой
      люминофора. Если на наружную поверхность фотокатода направить инфракрасные лучи, то они, пройдя сквозь стекло, «вырвут» электроны из цезия. Те, в свою очередь, будучи направлены при помощи электронной оптики на люминесцирующий экран, вызовут свечение этого экрана.
      Так невидимые лучи преобразуются в световые, а изображение какого-либо предмета переходит с фотокатода на люминесцирующий экран.
      Применение люминесценции чрезвычайно многообразно.
      Спектр излучения и длительность свечения у каждого люминесцирующего вещества свои. Эта особенность положена в основу так называемого люминесцентного анализа.
      Люминесценция дает возможность переводить в свет любую форму энергии: механическую, электрическую, химическую и даже лучистую, минуя при этом тепловое звено.
      Замена неэкономичного электрического света люминесцентным представляет большое значение.
      Подсчеты показывают, что каждая стоваттная лампа люминесцентного света экономит за свою «жизнь» около 2 тысяч киловатт-часов энергии, потребляяеевтроеменыне, чем лампа накаливания. По всей стране у нас ежегодно расходуется на освещение примерно 15 миллиардов киловатт-часов электрической энергии. При новых лампах государство экономило бы каждый год чуть ли не 10 миллиардов киловатт-часов энергии.
      Советские ученые получили светящиеся составы «постоянного» действия. Роль фотонов выполняют в них лучи радиоактивных веществ, добавленных в ничтожных и совершенно безопасных количествах. Покрывая таким составом потолки помещений, можно получить новый тип лампы, не нуждающейся в аккумуляторах или каких-либо иных источниках электроэнергии. Срок службы ее измеряется десятилетиями и определяется скоростью распада радиоактивного вещества.
      Интересное применение находит электролюминесценция. Она характеризуется тем, что люминофор преобразует переменное напряжение в видимый свет. Для этого пользуются пластмассой, покрытой люминофором, и электропроводящим стеклом, которое и само по себе представляет немалый интерес. Его получают осаждением на поверхности обычного стекла очень тонкой прозрачной
      пленки двуокиси олова. Пленка эта является проводником электрического тока. Такое стекло, кстати сказать, можно применять для остекления самолетов, автомобилей, им можно пользоваться как отопительными элементами в помещениях. Его можно применить в качестве токопроводящих деталей в радиоаппаратуре. Отопление зданий при помощи панелей с прозрачными покрытиями имеет ряд преимуществ перед существующей системой водяного отопления, а именно: оно гигиенично, что имеет важное значение при использовании электроотопления в лабораториях, больницах, детских яслях, детских садах и тому подобных помещениях, а также удобно и просто в обслуживании.
      Электропроводящее стекло нужно и для освещения светящимися панелями. Порошок активированного , сернистого цинка вводится в какую-либо пластмассу, из которой потом прокатываются пленки толщиной в несколько десятков микронов. Они служат изолирующими прокладками между пластинами, изготовленными из прозрачного электропроводящего материала.
      Подключив такую панель к источнику переменного электрического тока, можно заставить светиться всю поверхность плоской «лампы». Толщина панели несколько миллиметров, а поверхность практически может быть любых размеров. Такую лампу можно вделать в стену, в потолок, в переборку корабля, а то и просто положить на стол или «вложить» в книгу, читая ее.
      Светящимися могут быть сделаны не только потолок и стены, но также двери, ступеньки, баллюстрады, купола или какие-либо другие элементы строений. Светящиеся панели можно будет монтировать прямо в мебель и даже в драпировки, так кай люминесцентные листы могут быть сделаны такими же гибкими, как и ткань.
     
      Химическое освещение
      Еще в незапамятные времена человек с помощью огня начал удлинять день. И потом в длинные темные ночи, сидя с горящей лучиной, мечтали люди о пере «жар-птицы», мысленно снаряжая в поиски за этим самосветящимся пером своего любимого героя сказки. В наши дни перо жар-птицы найдено. Это люминесцентные источники света.
      С появлением люминесцентных ламп даже само понятие «лампа», обозначающее нечто хрупкое и недолговечное,
      теряет свой смысл. Появляется прочный, «вечно» действующий светильник. Но и у него оказался конкурент — это химическое освещение.
      Сказочно красиво выглядит с борта корабля ночное свечение моря. Лишь только нос корабля коснется воды, как из таинственных глубин как бы выливается на поверхность расплавленное серебро. Это микроскопические светлячки, словно плавающие искорки, обливают потоком света разрезаемые металлом воды. А за кормой, на черной пучине вод, расстилается огромный огненный ковер.
      Феерическую картину вырисовывают в нарушенном покое вод микроскопические тельца плавающих живых искорок, так называемых ночесветок.
      Море особенно богато светящимися животными. Некоторые из них вспыхивают зеленым смарагдом, другие отливают лиловым аметистом, третьи сверкают сквозь толщу воды подобно сказочным сокровищам затонувшей испанской Армады.
      На дне моря то фиолетовыми, то красными, то оранжевыми огнями светятся коралловые кусты.
      В воде, словно зажженные люстры, плавают медузы.
      С «горящими фонариками» носятся по морским глубинам различные рыбы.
      Но не только море является обладателем светящихся в темноте животных. Правда, в меньшем количестве, но их можно найти и на земле среди растительного и животного царства. Это микроскопические тельца, заселяющие пни и грибы, а также «Ивановы светлячки».
      Ученые давно уже заинтересовались веществом, которое излучает свет в организмах светящихся животных. Из «фонарика» светлячка удалось выделить два вещества: люциферин и люциферазу. Каждое в отдельности эти вещества не испускают видимых лучей, но при слиянии они дают свечение.
      И люциферин, и люцифераза представляют собой сложные белковые соединения. Люциферин способен окисляться кислородом воздуха и переходить в оксилюциферин. Реакция окисления сопровождается выделением кванта энергии, который поглощает люциферазу, выделяя взамен него фотон света. Люцифераза в процессе окисления играет роль биологического катализатора — фермента.
      Подсчеты показали, что химическая энергия, обеспечивающая «живой» свет, необычайно экономично используется организмом светящихся животных. Около половины энергии окисления превращается в световую, остальная расходуется в виде тепла. Это намного превышает экономичность всех применяемых человеком источников света.
      Почему же люди до сих пор не используют химическую реакцию для освещения? Да только потому, что и люци-ферин, и люцифераза имеют очень сложные белковые молекулы, состоящие из сотен тысяч атомов. Синтезировать их пока не удалось.
      Но химикам все же известны другие реакции, при которых с помощью химической энергии можно получить световую. Ацетилен, взаимодействуя с хлором, дает яркое чпшамя, имеющее температуру 80 градусов. Окисление перекисью водорода щелочного раствора пирогаллола и формалина сопровождается кратковременным свечением в течение нескольких минут. Однако при этих реакциях в энергию светового излучения превращается лишь ничтожная доля химической энергии.
      Недавно открыты в тысячу раз более экономичные реакции, сопровождающиеся свечением.
      Реакция окисления перекисью водорода щелочного раствора триаминофталиевого гидразида сопровождается замечательным по красоте ярко-голубым свечением, длительность которого исчисляется часами и даже днями. Красивое зеленое свечение в течение нескольких часов дает и окисление перекисью водорода диметилдиакридило-вых солей. Таким образом, первые шаги на пути к овла-
      дению «живым» светом сделаны. Недалеко то время,когда эти процессы перейдут из химических лабораторий в заводские корпуса и жители любого уголка нашей страны будут иметь химическое освещение.
      До сих пор мы говорили о том, как ведут себя электроны внутри своего маленького домика — атома. Ачто будет, если этот беспокойный «жилец» вдруг покинет атом?


      KOHEЦ ГЛАВЫ И ФPAГMEHTA КНИГИ

 

 

НА ГЛАВНУЮТЕКСТЫ КНИГ БКАУДИОКНИГИ БКПОЛИТ-ИНФОСОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКАФОТО-ПИТЕРНАСТРОИ СЫТИНАРАДИОСПЕКТАКЛИКНИЖНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ

 

Яндекс.Метрика


Творческая студия БК-МТГК 2001-3001 гг. karlov@bk.ru