Путешествие в Страну элементов

Пути неорганической химии

Сто с небольшим химических элементов входят в перечень «строительных деталей», из которых воздвиг себя мир, живой и неживой.

Нам повезло: Земля не обделена. В доступной для наблюдения части вселенной не обнаружено ни одного элемента, какого нет в нашем распоряжении.

Земной шар — своего рода исполинская химическая лаборатория, действующая вот уже довольно продолжительное время. В нем возникали условия для протекания всевозможных реакций. Нужны были высокие давления — пожалуйста: в недрах вещество сжималось с силой в сотни тысяч, даже в миллионы атмосфер. Температуры? Шар кипел и бурлил огненным месивом. Время? Сколько угодно — дни, тысячелетия, сотни миллионов лет. Природа не считается с затратами.

В результате запутанных, бесконечных химических пертурбаций и сформировалась (да и сейчас потихоньку продолжает формироваться) наша планета.

Кто-то своими руками сотворил огонь. Кто-то из жесткой, грубой шкуры убитого зверя выделал кожу. Кому-то посчастливилось из руды получить железо. Человек искал впотьмах, на ощупь и натыкался иной раз на такие крупные удачи. Это было загадочно, необыкновенно, и потому искусство совершать какие бы то ни было химические превращения долгое время считалось священным. Оно попало в руки жрецов. Из стран Востока на заре нашей эры достижения прикладной химии перенеслись в Грецию. Ей наследовал Рим. А когда одряхлевшая империя рабовладельцев рухнула, лидерство в науках и ремеслах перешло к арабам. Прикладное и мистическое начала своеобразно переплелись в деятельности арабских химиков. С фанатичным упорством трудились они над тем, чтобы составить рецепт получения золота из других металлов, а также эликсира против всех болезней и даже самой смерти. Соединяя различные вещества, алхимики («ал» — приставка арабского происхождения) «между делом» синтезировали многие практически ценные соединения. Но хотя с помощью черной магии в соавторы привлекались всевозможные духи, главной цели своих трудов они не достигли.

Европейские преемники арабских магов на протяжении нескольких столетий — XII–XV веков — чадили и колдовали в своих тщательно засекреченных лабораториях, составляли умопомрачительные рецепты «философского камня», морочили головы коронованных невежд и, случалось, уличенные в надувательстве, кончали свои дни на виселице.

Все это наукой и не пахло. Алхимия скорее была нелепо поставленной и витиевато зашифрованной, слепой и спотыкающейся прикладной химией.

Люди уже знали множество химических соединений. Они освоили производство стекла, применяли порох, чеканили монету и отливали бронзовых богов, ковали великолепные клинки и получали краски, сохранявшие свежесть вопреки стараниям всеразрушающего времени.

Прикладная химия была уже немолодой и многоопытной, за ее плечами тянулась длинная вереница веков, когда родилась наука химия. Это случилось удивительно недавно — какие-нибудь две с половиной сотни лет назад.

В XVII веке природу уже изучают ботаника, зоология, минералогия. Сначала исследователи ограничивались лишь «инвентаризацией» окружающего мира. Они составляли списки всего, чем он богат. Следующий шаг — попытки разобраться в обширных наблюдениях, сделать обобщения, перейти от индивида к виду.

Такой же путь предстоял и химии. Но если сороконожку, антилопу гну, одуванчик, полевой шпат природа демонстрирует «в чистом виде», то химические индивиды, как правило, замаскированы ею в более или менее сложных обличьях.

Надо было научиться извлекать их. «Нужные и в химических трудах употребительные натуральные материи сперва со всяким старанием вычистить, чтобы в них никакого постороннего примесу не было, от которого в других действиях обман быть может», — наставлял химика Михайло Ломоносов, величайший основоположник научной химии, автор первого, отправного ее закона — закона сохранения вещества.

Разделять — вот главное устремление химиков XVIII века; определять вес и меру — вот главные средства для достижения этой цели. «Природа даже через посредство людей никогда не производит соединения иначе, как с весами в руках — по весу и по мере!» — восклицал французский химик Л. Пруст. Эпоха гаданий и домыслов отошла в прошлое, уступив место эпохе уверенной, целенаправленной, напряженной работы. Весы, внесенные в химическую лабораторию, изгнали из нее теорию флогистона и ряд других допущений, опровергнутых измерениями.

Однако опыты способны не только ниспровергать старое и открывать новое, но и порождать беспощадно сложные вопросы. Как доказать, что в пробирке химический индивид, а не группа их? Что представляют собой однородные тела, которых так много в природе, — химические соединения или просто смеси?

Усилия великих умов были сконцентрированы на решении задачек из учебника для начальной школы, составленного строгим учителем — природой. В ходе решения химики знакомились с членами скрытной семьи элементов, всякий раз добиваясь этой чести наблюдательностью, терпением и остроумием эксперимента. То была бурная, весенняя пора метода химического анализа. Он помогал опознавать химические индивиды, давать им точные количественные характеристики.

Вновь после продолжительного перерыва наука вернулась к вопросу, живо обсуждавшемуся философами античности: что представляет собой вещество? Теперь, в XIX веке, на этот философский и естественнонаучный вопрос должны были дать ответ естествоиспытатели, творцы молодой неорганической химии. Правда, его уже в XVIII веке дал Ломоносов в своей корпускулярной теории. Но отсутствие необходимых точных данных о количественном составе сложных веществ не позволяло в его время проверить гениальные предположения ученого. Теперь эти данные были.

Точно славный богатырь Илья Муромец, ставший на ноги в «тридцать лет и три года», химия наверстывала свой затянувшийся младенческий и алхимический период бурными темпами, сказочными деяниями. Она вскрывала гармонию в головоломном хаосе разнообразия, сотворенного природой. Группируя немые и слепые факты, устраивая «очные ставки» между ними, устанавливая причинные связи между явлениями, неорганическая химия заставляла мертвую материю выбалтывать строжайшие секреты мироздания, открывала поистине фундаментальные законы природы. Среди них ярчайшее проявление научной прозорливости — периодический закон, периодическая система элементов Д. И. Менделеева. На этих законах природы воздвигалась могучая, безграничных возможностей наука.

В значительной мере именно она, неорганическая химия, формировала убеждение в материальности и познаваемости мира, опрокидывала одно за другим вздорные, трусливые басни о неисповедимой деятельности некоего всевышнего творца. Неорганика становилась фактором, определяющим духовный и материально-технический облик эпохи, непременным элементом знаний каждого культурного человека.

Неорганика неотступно двигалась вперед. Для дальнейшего, более полного и разностороннего познания естества, установления новых закономерностей химия вынуждена была обратиться к физическим методам исследования.

«Химик, не являющийся в то же время физиком, представляет собой ничто», — заявил Бунзен, один из авторов способа спектрального анализа.

В середине XIX века от неорганической химии, проявляющей равный интерес ко всем «кирпичикам мироздания», отпочковалась химия органическая, избравшая своим объектом соединения одного элемента — углерода.

Нашу Землю можно назвать планетой торжествующего углерода. Ни один элемент не «создал» столько соединений на земном шаре, сколько углерод. Соединения углерода считаются носителями жизни; все остальные вещества, хотя и изменяются со временем, рассматриваются как представители мертвого мира — так они малоподвижны, когда предоставлены самим себе.

Органический мир, живой мир, мир растительных и животных продуктов не мог не вызвать к себе жгучего интереса химиков. Их захватывало безудержное разнообразие этого мира, их манила трудность получения органических соединений искусственным путем.

Вторая половина прошлого столетия ознаменовалась серией блестящих достижений органического синтеза. Как бы воскрешая трупы растений и животных далекого прошлого, возвращая к жизни их энергию, краски, аромат, целебные свойства, органики синтезировали искусственные органические красители, ценные лекарства, разнообразные душистые вещества. Они приготовили бездымный порох, искусственный шелк, целлулоид, высококалорийные виды топлива.

В середине XIX века на фоне пышного расцвета органической химии неорганика казалась многим отцветшим, навсегда переставшим плодоносить деревом знаний. Ее фундаментальные законы, классические схемы технологических процессов вошли в учебники, стали прописными школьными истинами.

Подобные периоды временного затишья, неустойчивого покоя проходит в своем развитии каждая наука. Совсем недавно, например, «воскресла» древняя акустика. Ее уже списали было в историко-научный архив, как «вдруг» в нашу жизнь ворвались ультразвуки, нашли применение инфразвуки…

Предстояло сказать новое слово и неорганике.

Она сказала это новое слово, и ему с благодарностью внемлют самые передовые, самые романтические отряды науки и техники наших дней.

В новой Программе Коммунистической партии Советского Союза записано: «…совершенствование существующих и изыскание новых, более эффективных методов разведки полезных ископаемых и комплексного использования природных богатств».

Каждый читает по-своему. Геологи встрепенулись, встретив слово «разведка», химикам бросилось в глаза «комплексное использование».

…На столы химических лабораторий без конца прибывают каменные посылки постоянного корреспондента — природы. Надо быстро «вскрыть» и точно определить их содержимое.

С этого начинается служба неорганической химии. Надо полно и безошибочно ответить на вопрос: «Что там?» Ведь решается судьба горы, приславшей «посылку», и характер промышленности, которой предстоит эту гору «переваривать», и будущее края, где найдено новое месторождение. Казалось бы, что тут сложного? Раз элементы открыты, их соединения большей частью известны. И все же задача эта не всегда решается просто. Например, особого внимания к себе требуют металлы платиновой группы, редкоземельные «близнецы», селен, теллур и некоторые другие. Они заставляют аналитиков изрядно покопаться в сырье.

Но вот содержимое «посылки» разложено по полочкам. Дана характеристика сырью «по валу» и «по номенклатуре» имеющихся в нем химических элементов. Надо далее указать, в какой форме, в каком содружестве каждый элемент присутствует в сырье. Это помогает решить вопрос, выгодно ли заниматься обогащением руды. Недаром химический анализ, готовящий ответы на такие вопросы, называется «рациональным».

Скрупулезно изучая свойства «кирпичиков мироздания», наука давно пришла к заключению, что бесполезных среди них нет. Практика подтверждает этот вывод: все меньше представителей таблицы Менделеева ожидают получения работы за воротами производства.

Комплексное использование природных богатств, как правило, задача исключительно сложная. Для ее решения обычно требуется немало времени и консолидация сил научно-исследовательских и проектных организаций.

История освоения апатито-нефелиновой «шкатулки», припрятанной природой на Кольском полуострове, началась более трех десятков лет назад, а не закончилась и поныне. «Шкатулку» нашли в Хибинах академик А. Е. Ферсман и А. Н. Лабунцов. Это крупнейшее месторождение было роскошным подарком науки народному хозяйству юной республики.

Вначале добываемая здесь порода проходила сравнительно короткий путь переработки: ее обогащали и выделяли апатитовый концентрат. Полупродукт поступал на предприятия, где по способу, разработанному под руководством академика С. И. Вольфковича, из него изготовляли удобрения — суперфосфат, аммофос, преципитат.

Это было большим событием в экономической жизни страны.

Но радость победы химикам отравлял сам виновник торжества — хибинский минерал. Они-то знали, что в нем прячется целый набор элементов и их соединений, что каждое из этих веществ требуется или в ближайшее время станет остронеобходимым народному хозяйству.

Самая яркая страница в эпопее освоения этого ископаемого богатства связана с получением алюминия. При переработке породы выделялся в форме концентратов нефелин. Он содержал сложное соединение Na₂O · Al₂O₃ · 2SiO₂. Алюминий и щелочь — в отходах! Примириться с этим действительно было трудно. Но разработать технологию нового процесса казалось еще труднее. Как и всякая сложная задача, эта породила и энтузиастов и скептиков. Спор между ними закончился в послевоенное время. В Институте прикладной химии был разработан, а на Волховском алюминиевом заводе внедрен способ промышленного получения щелочей и цемента из недавних отходов «крылатого металла». Как известно, руководитель этой работы Д. Л. Талмуд был удостоен Ленинской премии.

Но, как мы уже сказали, «шкатулка» еще не исчерпана до дна. Алюминию в нефелине сопутствуют галлий и некоторые другие редкие элементы. Возможности заманчивые.

Подобными «шкатулками» природа щедро одарила наши недра. Под боком у бурного Каспия лежит отделенный от него длинной песчаной косой тихий залив Кара-Богаз-Гол. Веками вливало море в эту плоскую тарелку свою густо-соленую воду. Южное солнце выпивало влагу, а соль оставалась. Это соль земли, собираемая реками, как дань, с территорий, по которым они протекают. Какие только породы не встречают на своем пути вечные странницы! И повсюду бегущий поток вымывает растворимые химические соединения.

Свою добычу реки отдают морю. Не удивительно, что в его водах собираются чуть ли не все элементы таблицы Менделеева. Кара-Богаз-Гол — место, где похищенные реками богатства море возвращает суше. Но если в земле эти вещества рассеяны на необозримых просторах, здесь они как на складе. Кара-Богаз готов отпустить потребителю несметные количества натрия, магния, калия, кальция в различных соединениях. Полагают, что при заводской переработке солей и рапы залива могут быть легко получены и такие лакомые для новейшей техники элементы, как литий, бор, а также бром, йод и другие. А для особо усердных искателей древний Кара-Богаз бережет на своем дне даже благородные металлы — золото и серебро.

Пока эта живая таблица Менделеева — в основном лишь потенциальное месторождение.

Кара-Богаз ждет своего часа. Ждет тех, чью волю и энергию он прославит, раскрыв народному хозяйству страны свои истомившиеся сокровища.

Да и не только Кара-Богаз. В прикаспийских степях, в Западной и Восточной Сибири, на Северном Кавказе и в Средней Азии, в Крыму и в Закарпатье белеют блюдца соляных отложений, сверкают соляные озера — малые и большие кара-богазы, скопившие впрок ценное сырье.

…Подобно чудаковатому голландцу Антони Левенгуку, который свои замечательно отполированные линзы нацеливал на самые неожиданные предметы — вплоть до мушиных мозгов — и открывал целые миры неведомых прежде микроскопических существ, химики, овладев методами анализа, организовали «погоню» за микроскопическими вкраплениями трудно изловимых элементов. Они анализировали даже то, что либо вовсе не считалось сырьем, либо уже перестало им быть. Они соскребали черную копоть с заводских труб, брали пробы сточных вод, шли на свалки промышленных отбросов. И делали удивительные находки. Отвалы пустой породы, оказалось, могут претендовать на роль месторождений. А дымы, что коптят небо и легкие человека, вылетают в трубу вместе с разными ценными элементами, к числу которых, в частности, относится «король полупроводников» германий.

Буровые воды — спутники «черного золота» на нефтяных месторождениях. Спутники докучливые. И вдруг оказывается, что воды эти — тоже «золотые». В них растворены бор, бром, йод, сода и другие вещества. Вот так новость — месторождение в месторождении!

Если б элементы обрели дар речи, то в их официальном доме, именуемом таблицей Менделеева, можно было бы услышать немало любопытного. Группа, носящая перед своими фамилиями аристократическую приставку «ДЕфицитных», обличала бы всех и вся за неуважение к их персонам.

— Нас — в отбросы! — негодовали бы селен, золото, германий, олово и другие. — И только потому, что мы живем в медных колчеданах, а медные колчеданы, видите ли, перерабатывают на серную кислоту. Какие же тогда мы дефицитные, дорогостоящие, если к нам такое отношение?

Цинк, галлий, индий, селен, теллур, золото, серебро, платиноиды, мышьяк и другие заявили бы протест по поводу того, что уральские заводы извлекают лишь 10 процентов компонентов, входящих в состав медно-колчеданных руд.

Но, может быть, потери неизбежны? Может быть, для этой «золотой рыбешки» «трал» создавать не стоит, так как он не будет достаточно эффективным?

В самом деле, представим себе, что по чьему-то указанию рыбы всех рек, озер, морей и океанов покинули свои косяки и более или менее равномерно распределились по всей водной территории земного шара. Согласитесь, это был бы трагический для мирового рыболовного промысла порядок. Сколько воды пришлось бы обшарить, чтоб в сетях было на что смотреть! Аналогичную неприятность доставляют некоторые элементы, рассеянные в земной коре и «вылавливаемые» в гомеопатических дозах.

И все же существуют промышленные способы добывания этих элементов. Правда, они менее эффективны, чем те, которые под большим секретом держит природа.

Мы уже отмечали, что морская вода — уникальное месторождение. Кое-кто из отдыхающих, допустим, на Рижском взморье был бы, возможно, польщен, узнав, что купается в растворе золота. По некоторым подсчетам, количество желтого металла в Мировом океане составляет примерно 7 000 000 000 тонн! Но на каждую тонну воды приходится лишь пять тысячных грамма золота. Современную технику не вдохновляет перспектива обогащения человечества путем добычи драгоценного металла из морской воды. Есть опасение, что так скорее разоришься, чем сколотишь капитал. Хотя высокоэффективные способы извлечения элементов, содержащихся даже в столь незначительных концентрациях, есть. Ими владеют, например, некоторые морские организмы.

В соревновании с природой химики одержали и еще одержат не одну блестящую победу. Но, по-видимому, так и не настанет время, когда им нечему будет учиться у своего великого учителя. Уроки, преподносимые природой, человек усваивает творчески. Он не копирует «технологию» естественных процессов, а разрабатывает свою, иногда менее, а порой и более совершенную, чем та, что могла служить образцом. При этом всегда руководствуется в первую очередь материальными запросами времени, требованиями экономики. Что касается неорганической химии нашей страны, то грандиозные планы развития народного хозяйства выдвигают перед ней в качестве неотложной задачи изучение химических систем и процессов, которые лягут в основу более совершенной технологии. Такой технологии, которая сделает возможным вчера еще невозможное, выгодным — вчера еще невыгодное. Эта технология сведет к минимуму обесценивание материи и превратит отходы в сырье.

К особо ощутимым экономическим последствиям приводит изменение технологии в производстве самых «массовых» полупродуктов. Это «три кита» основной химии: серная кислота, сода, минеральные удобрения.

Когда мы хотим подчеркнуть безусловную первоочередную и повседневную необходимость какого-либо продукта для промышленности, то сравниваем его с хлебом. Цемент — хлеб строительства. Металл — хлеб индустрии.

Так вот каждый из названных продуктов неорганики — тоже хлеб, и не одного, а огромного количества производств.

Проходят годы, меняется облик, характер производственных процессов, новые материалы завоевывают всеобщее признание. А серная кислота, сода, минеральные удобрения по-прежнему остаются повседневно и во все больших количествах необходимыми. И ничто, никакие заменители не заменят этих «фундаментальных» соединений неорганической химии. К ним смиренно обращается и всемогущий отпрыск неорганики — органическая химия. Ведь без древней H₂SO₄ невозможны ни нефтеперерабатывающая промышленность, ни изготовление взрывчатых веществ, лекарств, красок, пластмасс. Всего не перечислишь. Считают, что уровень производства и потребления серной кислоты характеризует уровень всей химической промышленности страны. А элемент, занимающий 16-ю клетку таблицы Менделеева, рассматривается мировой экономикой в первую очередь как сырье для получения серной кислоты.

Но наличные запасы элементарной серы далеко не всюду удовлетворяют нужды сернокислотной промышленности. Недостающую серу извлекают из различных, содержащих этот элемент минералов. Причем, как уже отмечалось, не всегда рационально. Серная кислота выпускается в миллионах тонн и никогда не затоваривается. Напротив, с каждым годом промышленность требует ее все больше. В связи с этим обостряется проблема получения достаточного количества серы.

Главный элемент сернокислотного производства является главным врагом черной металлургии. Серу изгоняют всеми возможными средствами на всех стадиях металлургического передела железной руды.

Например, аглофабрика крупного металлургического комбината в среднем выпускает ежегодно в воздух такое количество сернистого газа, которого хватило бы для производства нескольких сотен тысяч тонн серной кислоты. Но агломерация — это лишь начало непримиримой борьбы металлургов с вреднейшей примесью, ухудшающей свойства стали. Сера обильно удаляется с доменными шлаками. Чтобы вывести этот элемент из металлической ванны и прочно связать в соединение, которое не пустит серу назад в жидкую сталь, необходимо сильно повышать температуру плавки.

В общем возле черной металлургии сернокислотное производство может хорошо прокормиться. Народное хозяйство получит в результате многомиллионную экономию.

Сероводород — несчастье всего живого, что находится поблизости от нефтеперерабатывающих заводов, которые источают этот зловонный газ. В недалеком будущем и эти, выражаясь словами К. Маркса, «экскременты промышленности» войдут в число основных источников производства серной кислоты. Ведь количество выделяемого сероводорода чрезвычайно велико и будет возрастать вместе с ростом нефтеперерабатывающей промышленности.

Второй «кит» основной химии — сода. Старинные, традиционные потребители этого полупродукта делают жизнь человека в буквальном смысле слова светлей и чище. Имеется в виду стекловарение и производство различных моющих средств. Со временем круг потребителей соды расширился, и теперь она, так же как и серная кислота, выпускается ежегодно в миллионах тонн. Если сода благодаря выдающимся щелочным свойствам натрия обрела мировое признание, то и натрий как нигде более удачно «нашел себя» в этом соединении. В шутку можно сказать, что элемент № 11 был «создан», учитывая необходимость в соде.

Больное место содового производства — отходы. Ежесуточно содовый завод средней мощности сбрасывает тысячи кубометров дистиллерной жидкости.

С подлинно химической точки зрения, отходов нет. Есть сырье, не нашедшее пока хозяина, или есть хозяин, не умеющий использовать то, что в собственное оправдание он именует отходами.

Современные содовые заводы относятся к числу предприятий, имеющих, как говорят экономисты, высокий материальный индекс. Это значит, что они потребляют большое количество сырьевых ресурсов. Для производства тонны соды по существующей схеме расходуют полторы тонны поваренной соли и столько же известняка. По этой считающейся наилучшей технологии из поваренной соли NaCl используется 75 процентов натрия и ноль процентов хлора, а из известняка CaCO₃ — ноль процентов кальция и 44 процента углекислоты. Остающиеся «проценты» как раз и составляют бросовые, губительные дистиллерные «моря» и «реки». Поглощая горы сырья, содовое производство привязано к его источникам. Перевозка этих гор поездом сильно била по карману государства. Но, с другой стороны, размещение источников сырья не всегда устраивает промышленную географию. В ряде случаев было бы желательно оторвать содовые заводы от «кормушки».

Преобразования в содовом производстве — требование времени, экономики народного хозяйства, современной химии, которая стыдится отходов (особенно вредных) и борется за то, чтобы каждый элемент таблицы Менделеева находил себе работу в полную меру своих возможностей.

Наши специалисты разработали несколько вариантов преобразований содовой промышленности.

С дистиллерной жидкостью, где она неизбежна, предложено поступать двояко. На некоторых заводах (например, на донецких) ее намечено утилизировать, получая хлористый аммоний (удобрение) и хлористый кальций. Свойство насыщенных растворов хлористого кальция не замерзать при достаточно низких температурах делает эту соль отличным хладоагентом в холодильной промышленности и помощником строителей в зимнее время, когда без него растворы быстро загустевают, замерзают. Но хлористый аммоний не лучшее удобрение, а хлористого кальция требуется значительно меньше, чем могла бы предложить содовая промышленность. Спрос меньше предложения…

Что ж, не одному элементу, не одному химическому соединению, ныне «процветающему», когда-то отводилось скромное местечко на полках лабораторий. Время вызволило их на широкий простор, создало непредвиденный спрос. В 1825 году в Европу прибыл первый корабль с чилийской селитрой. Груз выбросили в море: не оказалось покупателей. Через 75 лет Европа купила два с лишним миллиона тонн заокеанской соли, оказавшейся великолепным удобрением.

Кардинальное решение проблемы состоит в том, что сода будет выпускаться не только без отходов, но сама станет продуктом переработки отходов другого производства. Химия — великий мастер на такие решения. Проект, который имеется здесь в виду, снова возвращает нас к волшебному минералу нефелину и сиениту. При переработке их в алюминиевой промышленности отходами служит щелок. Его-то и мобилизуют в качестве сырья для производства соды. Сейчас это уже делается.

Если раньше алюминиевая промышленность была лишь потребителем соды (ею обрабатывались бокситы), то теперь она станет и производить ее (когда исходным сырьем служат нефелин и сиенит). Новый способ получения соды сэкономит государству большие средства и расширит географию содового производства. А значит, за ним будущее.

К числу ведущих элементов химической промышленности относят серу, азот, углерод, кислород, водород, натрий, фосфор, калий, хлор. Трем из них — азоту, калию, фосфору — удалось попасть в этот почетный список главным образом благодаря трудам ученых-химиков, раскрывших тайны питания растений.

Интересно, что в списке таможенных ставок на ввоз сырья в 1924 году против фосфоритов значится «бесплатно». Своего сырья для производства минеральных удобрений нам тогда не хватало. Сейчас разведанные запасы фосфоритных руд в СССР оцениваются в 3 миллиарда тонн, а во всем остальном мире — 6 миллиардов. По запасам калийных солей мы также богаче всех других стран.

В плане химизации народного хозяйства нашей страны видное место отводится промышленности, выпускающей «соли плодородия». Намечена программа ускоренного строительства заводов минеральных удобрений. Это программа усиления роли химии в судьбах урожаев.

«…Осуществить рациональную и всестороннюю химизацию сельского хозяйства…» — записано в Программе КПСС.

Экономисты Министерства сельского хозяйства СССР подсчитали, что одни минеральные удобрения — без органических — могут при правильном их использовании дать прирост урожая: хлопка-сырца — 650 тысяч тонн, сахарной свеклы — 4,2 миллиона тонн, льноволокна — 80 тысяч тонн, зерна — 30 миллионов тонн, картофеля — 16 миллионов тонн, овощей — 13 миллионов тонн. Внутри обжитых районов страны как бы возникают новые — и не малые — посевные площади. Если взять средний урожай зерновых даже в 30 центнеров с гектара, то и тогда минеральные удобрения «подарят» стране 10 миллионов высокоурожайных гектаров! Лишись, например, Дания минеральных удобрений, ей, чтоб иметь нынешний урожай, пришлось бы где-нибудь «одолжить» площадь, чуть ли не вчетверо превышающую наличную, Франции — засеять вторую Францию и т. д.

В нашей стране вывоз на поля минеральных удобрений неуклонно растет. Но еще не достиг желаемых размеров. Профессор А. В. Соколов указывает, что пока мы возвращаем земле лишь ¹/₅–¹/₄ часть азота, ¹/₂–²/₃ части фосфора, ¹/₄–¹/₃ часть калия, выносимых урожаями.

Выход, казалось бы, напрашивается сам: надо увеличить производство удобрений. Но в действительности все не так просто. Как и всюду, решающее слово остается за экономикой. Рентабельность применения удобрений, говорят экономисты, определяется соотношением между стоимостями прироста урожая и затраченного удобрения. Последняя зависит от многих обстоятельств: условий добычи, обогащения, переработки сырья, транспортных условий, свойства почв, вида сельскохозяйственных культур и т. д.

Только по одной суперфосфатной промышленности работа железнодорожного транспорта за год отражена в гигантской цифре — 10,7 миллиарда тонна-километров. Если б суперфосфат требовался для подъема сельского хозяйства на Луне и туда была бы проложена железная дорога, то, проделав указанную работу, можно было бы перебросить по маршруту Земля — Луна несколько десятков тысяч тонн удобрения! Для оценки этой цифры земными масштабами укажем, что она составляет более 70 процентов грузооборота Италии!

А ведь железная дорога не доставляет этот груз к месту потребления. С платформ удобрения выгружают на базисный склад, оттуда — в кузова автомашин. И пылят грузовики по сельским дорогам. Разгрузили удобрение в колхозном складе — и снова перевозки, теперь к полю. Здесь опять выгрузка и опять погрузка — в высевающие механизмы.

Значит, к прежним цифрам надо приплюсовать еще стоимость автоперевозок, тары, хранения… Подсчитано, что перевозка и доставка в поле фосфоритной муки обошлась за год в 300 миллионов рублей на старые деньги. А стоимость доставки больше отпускной стоимости.

К концу семилетки выработка фосфорных удобрений достигнет 14 миллионов тонн. При существующей ныне дальности перевозок загрузка транспорта выразится в космической цифре — 33–40 миллиардов тонна-километров. К 1975 году производство минеральных туков возрастет еще вдвое-втрое…

Где же выход?

Нужны другие, более эффективные удобрения. Химики работают в этом направлении и уже создали ряд соединений, содержащих в два раза больше полезного вещества, чем удобрения, выпускавшиеся ранее. Они дадут значительную экономию средств. А в дальнейшем химикам, по-видимому, придется создавать минеральные удобрения еще более высоких концентраций, вплоть до таких, где вовсе не будет «балласта».

Обслуживая сельское хозяйство, химия особо должна быть чутка к вопросам экономики. Это диктуется масштабами потребности села в различных химических элементах и их соединениях. Вот почему так привлекательно выглядит идея получения аммиака — исходного продукта в производстве аммиачной селитры, ценнейшего азотного удобрения — на основе природного газа. Раньше для синтеза аммиака использовали коксовый газ. Это обходилось в полтора-два раза дороже, чем когда сырьем служит природный или попутный газ нефтедобычи.

…XX век войдет в историю науки и техники как век атомной энергии, радиоэлектроники, комплексной автоматизации, ракетной техники и других побед человеческого гения. Среди штурмовавших эти вершины химики-неорганики стояли не в последних рядах. Да и могло ли быть иначе? Ведь химия, как неорганическая, так и органическая, вершит судьбами элементов, сводя их и разъединяя. Владея этой сказочной силой, химия творит материалы и вещества, которых нет в природе, но которые совершенно необходимы в эпоху, когда взлетают ракеты, работают атомные котлы, существуют фотоэлементы, солнечные батареи и много иных удивительных вещей.

Недаром с такой настойчивостью Центральный Комитет нашей партии выдвигает на передовую линию народнохозяйственных проблем вопросы развития химической индустрии в нашей стране. После майского Пленума ЦК КПСС в 1958 году отечественная химия двинулась вперед ускоренными темпами. За годы, миновавшие после майского Пленума, на строительство химических предприятий было отпущено в 1,7 раза больше средств, чем за 13 предыдущих лет!

Но и эти темпы не удовлетворяли стремительно растущего спроса на синтетические материалы, удобрения и многое другое, без чего трудно обходиться, если не хочешь отстать. «Надо, наконец, покончить с поверхностным и близоруким подходом к развитию химической промышленности, проявить государственный размах и экономически грамотно оценить перспективность и огромную выгоду, которую получает народное хозяйство от развития химической индустрии», — говорил в своем докладе на ноябрьском Пленуме Н. С. Хрущев. Он посоветовал плановым органам снять «стальные шоры» и оценить по достоинству огромную народнохозяйственную эффективность, которую дает преимущественное развитие химической индустрии.

Вот одно из бесчисленных и особо ярких доказательств тому. Если в производстве турбогенераторов использовать кремнийорганическую изоляцию, то, будучи тех же размеров, они могут стать мощнее процентов на десять, а то и больше. За этот счет до конца семилетки добавочная мощность на тепловых электростанциях составила бы величину, примерно равную мощности Волжской ГЭС имени В. И. Ленина! А затраты на сооружение завода кремнийорганических лаков по сравнению со стоимостью такой гидроэлектростанции, как Волжская, в десятки раз меньше.

«Создать за короткие сроки материально-техническую базу коммунизма без развитой химической промышленности невозможно», — писал 15 марта 1963 года Н. С. Хрущев.

И, как всегда, крыльями для нового взлета химической промышленности явятся достижения науки. И, конечно, не только органики, хотя промышленности органического синтеза предстоит особенно быстрый рост. Зато «в ведении» неорганики многое из того, на чем держится наисовременнейшая техника.

Химия полупроводников… Еще не написаны монографии и учебники, очерчивающие границы нового государства на карте наук, а уже в нем бурлит жизнь, кипят страсти, ведутся дискуссии, налаживаются дружественные взаимоотношения с соседями: квантовой химией, кристаллохимией, физической химией…

Какие же задачи видит перед собой молодая наука? Она, естественно, стремится отыскать общие закономерности, способные проложить надежный мостик между внутренними особенностями материала и его полупроводниковыми свойствами. Только с капитанского мостика теории можно будет достаточно точно предсказывать поведение полупроводникового изделия, зная его химический состав и структуру. А значит, представится возможность синтезировать именно те полупроводниковые вещества, какие требует, например, привередливая радиотехника.

Это традиционная, глубинная теоретическая проблема химии. Она ведет в самые недра вещества, туда, где индивидуальность химического элемента видна не в его внешних проявлениях, а в самой «анатомии» атома.

Не так давно в солидных учебниках по химии можно было прочесть о германии: «В промышленном масштабе почти не добывается. Поэтому ограничимся лишь его краткой общей характеристикой… Соединения германия применяются при изготовлении светящихся экранов, а также высокопреломляющих сортов стекла…» О кремнии сказано больше, но тоже ни слова о его ценнейших полупроводниковых свойствах.

«В чем их польза?» — размышлял наш отдаленный предок, глядя на камни, в беспорядке разбросанные там и тут.

С тех давних пор каждая эпоха давала свои ответы на этот вопрос. Последняя глава в истории кремния и германия — свежий тому пример.

За несколько лет полупроводники проникли в самые разнообразные области техники, неся с собой качественно новые, исключительно интересные возможности. В частности, они отвечали трем тенденциям в развитии радиотехники: миниатюризации радиодеталей, повышению их долговечности и надежности. Другой областью применения полупроводников явилось создание термоэлектрических приборов и установок. Солнечные кремниевые батареи исправно работают в космосе, питая радиоаппаратуру в неземных автоматических лабораториях.

Получая из научных лабораторий что-то новое, техника обычно от восторгов очень скоро переходит к властным требованиям. Такие-то полупроводниковые материалы есть, но оказывается, что срочно нужны другие. Где они, когда будут?

Синтезируя новые, все более «чуткие» и надежные полупроводниковые вещества, ученые пока часто идут путем эмпирической разведки. Понятно, это не самый короткий и не самый результативный путь. Для выработки магистральных направлений необходимы достижения в решении теоретических проблем. Исключительно важна для химии полупроводников разработка новых химических и физико-химических методов получения полупроводниковых веществ сверхвысокой чистоты.

По привычке мы все еще говорим: чист, как роса; чистый, как слеза. Это поэтично, но и архаично. Ни то, ни другое не может в наше время служить эталоном чистоты. Во всяком случае, для химии полупроводников.

Оценивая степень необходимой чистоты, специалисты говорят: девять-десять девяток. Что это значит?

Для наглядности приводится такой пример. В стакане абсолютно чистой воды растворяем крупицу соли. Затем, зачерпнув наперсток этого раствора, выливаем его в сорокаведерную бочку. А из нее каплю жидкости переносим в другую сорокаведерную бочку. Вот там-то чистота воды будет приближаться к 99,999 999 999 процента, то есть к девяти девяткам (считая после запятой).

Повышенные требования к чистоте полупроводниковых веществ объясняются тем, что на работу транзистора оказывают влияние ничтожно малые примеси. Заданные рабочие характеристики его могут поломать даже считанные атомы-чужаки, не изгнанные из материала детали.

Попытки автоматизировать некоторые технологические операции встречают серьезные препятствия из-за того, что трудно, а порой и вовсе невозможно обеспечить сбор нужной информации о ходе процесса. Например, в металлургии затруднен замер температуры расплава. Существующие датчики боятся такого интенсивного нагрева, какой неизбежен при соприкосновении с жидким металлом, с раскаленным докрасна сводом сталеплавильной печи, с потоками горячих газов и т. д.

В этой связи актуальной задачей химии полупроводников стало изучение систем, включающих тугоплавкие полупроводниковые соединения, разработка методов их синтеза.

Вообще тугоплавкими соединениями живо интересуется современная техника. Нетрудно понять почему.

Техническому прогрессу свойственно неудержимое стремление повышать температурный уровень рабочих процессов. Но каждый шаг по ступенькам температурной шкалы к пышущим розовым маревом высям дается с большим трудом. Приходится вновь и вновь решать каверзную задачу: создавать новые виды топлива, способные выделять несметные количества тепла, и одновременно готовить материалы, способные выдержать невыносимую жару.

От успехов в освоении огневых процессов зависели авангардные отрасли современной техники: реактивная, ракетная, атомная и другие. А перед грозным лицом огня могут устоять лишь особые неорганические соединения. В двери неорганики и постучалась техника, встретив на пути своего развития тепловые барьеры.

Испокон веков люди получали тепло, сжигая дрова, уголь, а позднее — керосин, бензин, мазут, природный газ. В общем история топлива знала одни лишь углеводородные, органические вещества.

Но вот небо XX века стали обживать самолеты с дерзко выпяченным вперед фюзеляжем и заломленными назад крыльями. С бетонированных площадок, грохоча, уносились ввысь огненнохвостые ракеты.

Химики усиленно искали топливо для новых, еще более быстроходных реактивных самолетов, еще более мощных ракет. Их внимание привлекли водородные соединения бора. Теплотворная способность бороводородов, или, как их еще называют, боранов, была порядка 15 тысяч килокалорий на килограмм горючего — в полтора раза больше, чем давали углеводородные виды топлива. И сгорали бораны с молниеносной быстротой, что очень существенно для реактивных двигателей. И сырье, содержащее бор, не дефицитно. Оно хорошо известно фотолюбителям. Это обыкновенная бура.

Кто бы мог подумать? Еще вчера спросили бы нас: «В чем ее польза?» — мы, выходит, не сказали бы главного. А завтра главным признают какой-то новый, неведомый, неожиданный «талант» этого невзрачного, хорошо знакомого фотолюбителям химикалия.

Бор оказался удивительно разносторонним элементом. Бораны — перспективное топливо, бориды — отличные жаростойкие сплавы. В содружестве с титаном и молибденом, цирконием и хромом, хромом и никелем и другими подходящими напарниками бор образует материал, сохраняющий длительное время прочность при очень высоких температурах. Вот почему бориды нашли применение в газотурбостроении, в производстве деталей ракетных двигателей. К ним прибегают, когда конструируют тяжело нагруженные детали, работающие в опасных для всех других материалов температурах.

Высокая огнеупорность, тугоплавкость боридов открыли им доступ в самые разнообразные отрасли производства.

Современная техника требует с каждым днем все большее количество хорошо очищенных редких и цветных металлов. Но эти вещества в расплавленном виде чрезвычайно агрессивны. Обычные огнеупоры их не держат.

Развитие специальной энергетики требует труб, по которым продолжительное время струились бы такие грозные жидкости, как расплавленный натрий, свинец, олово, цинк, висмут и их сплавы.

И тут и там главными претендентами на замещение вакантных «должностей» являются бориды. Из них уже делают или ими облицовывают особо ответственные тигли, теплообменники. Огнеупоры на основе борида циркония стоят десятки и сотни часов, ополаскиваемые беспощадными жидкими металлами.

Отклоняясь в сторону от огневой темы, скажем о твердости, износостойкости боридов. В качестве резцов бориды в составе металлизированной керамики не хуже сплавов на основе знаменитого вольфрама, но дешевле.

Неорганика кует оружие против высоких температур не только путем создания богатырских соединений.

В Институте химии силикатов АН СССР можно увидеть такой экспонат. К белому листу картона ниткой прикреплен уголек. Если хотите, вам разрешат потрогать его рукой. Уголек хрупкий, крошится.

Это была сталь. Обыкновенная сталь-3. Ее подержали в условиях, в которых работают жаростойкие сплавы. Кислород воздуха и высокая температура сделали свое черное дело. Так выглядело бы многое современное промышленное оборудование, будь оно выполнено из сталей наших дедов.

Как раз в Институте химии силикатов борьбу с коррозией ведут по линии «закрывания ворот», или, как в шутку говорят, «поверхностными методами».

Рядом с упомянутым обугленным кусочком бывшей стали на листе картона помещен второй образец. Он не примечателен ничем, кроме того, что несколько сотен часов провел на воздухе при температуре 900 градусов и остался невредимым.

Это та же сталь-3, но покрытая невидимой для глаза тончайшей жаростойкой пленкой. Она позволяет во многих случаях заменять высоколегированную сталь низколегированной или даже вовсе не легированной. Для народного хозяйства страны последствия подобных замен могут выразиться в крупных суммах сэкономленных денег и ценнейших металлов.

Такие пленки на основе тугоплавких окислов различных металлов и синтезируют в институте.

Заказчики на жаростойкие покрытия год от года становятся нетерпеливее и капризнее. Они подвергают свои конструкции сокрушительным тепловым ударам, изнурительным температурным толчкам. Например, газовую турбину «забрасывают» в процессе эксплуатации с 300 градусов до тысячи с лишним, причем делают это достаточно быстро. Резкие смены температур вызывают столь же резкие изменения размеров металлической детали. Жаростойкий панцирь может оказаться то мал, то велик. Применявшиеся прежде эмали под воздействием чрезмерных внутренних напряжений, вызываемых лихорадочными «вздохами» металла, трескались и отскакивали. Надо было найти такие «композиции», которые бы давали пленки с линейным расширением, близким к линейному расширению защищаемого материала. Они и были найдены. Это металлизированные керамики. В основе их — силикатная связка и кермет. Первая берет на себя огнеупорные функции (кремнезем плавится при температуре выше 1700 градусов), а задача второй составляющей — «подгонять рубашку к телу».

Пленка должна еще обладать большой прочностью. Мало ли что и где придется испытать одетой в нее конструкции! Если прежние силикатные покрытия отскакивали от образца при ударе, не превышающем 0,03 килограммометра, то новые не разрушаются и после удара силой в 0,8 килограммометра.

Но было бы ошибкой сказать, что наукой одержаны победы в генеральных сражениях с коррозией. Жаростойкие покрытия пока далеко не решают этой проблемы. Да и существуют не на все случаи, когда в них есть потребность. Для каждого металла, для конкретных условий, где ему надлежит работать, приходится подыскивать новое, оригинальное защитное одеяние. И тут из-за сложности теории вопроса сплошь да рядом безраздельно господствует эмпирическая разведка.

Неизменно сопутствуют металлу на всех стадиях его добычи и обработки расплавленные соли. Шлаки, всевозможные флюсы, ванны электрические или для термообработки, защитные покрытия, жидкости для очищения поверхности — это все расплавленные соли. Они выступают и еще в одной весьма модной роли — в качестве аккумуляторов — переносчиков теплоты, когда температуры особенно велики. Наконец, химики расплавленными солями извлекают ценные составляющие из некоторых видов природного сырья. Пример: соединения лития из сподумена. Так вот, если говорить о крупных проблемах, стоящих ныне перед неорганической химией, то расплавленные соли — область повышенного спроса на теорию.

Еще очень мало известно о температуре кристаллизации, летучести солей, о верхних температурных пределах существования расплава. Еще не проложены даже тропинки, по которым можно было бы устанавливать связи между диаграммами различных свойств этих жидкостей.

В качестве далекой, прицельной темы выдвигается разработка способа управления коррозией, вызываемой расплавленными солями. Как известно, в большинстве случаев они разъедают омываемые металлические поверхности. Но можно найти вещества, которые придадут бывшему «яду» свойства «бальзама». Заманчивая перспектива!

Трудно предсказать масштабы и все направления того грандиозного наступления техники будущего, которое сейчас готовится на совсем еще недавно целинной почве неорганики — на почве редких элементов.

Взять хотя бы группу редкоземельных.

«В чем их польза?» — ломали голову химики-неорганики, с колоссальным трудом выделяя и разделяя редкоземельных близнецов. Практики пожимали плечами: «В стекловаренном деле, в керамическом производстве… А еще где их можно использовать, неизвестно. Так что, товарищи химики, не торопитесь пока с выпуском этой дорогой продукции».

Но не много требовалось времени, чтобы странные, неизвестно для чего «предназначенные» природой уникумы превратились в стратегическое сырье. Впрочем, подобными превращениями XX век не удивишь. Он свидетель триумфального шествия в производственную практику таких славных выдвиженцев неорганики, как ванадий, кобальт, молибден, уран, плутоний, торий, бериллий и другие.

Стратегическими редкие земли стали, как только приглянулись атомной технике. Ученые заявили, что в этой области церий, гадолиний, самарий, европий и особенно иттрий найдут самое разнообразное применение.

Эти металлы ведут себя неодинаково по отношению к так называемым тепловым нейтронам. Вспомним, что тепловые, медленные, нейтроны играют в ядерном реакторе роль инициаторов и продолжателей цепных реакций, то есть ведущую роль. Если их число недостаточно — ядерное топливо лишь займется и «погаснет». Если их больше нормы — дело плохо: цепная реакция наберет такие темпы, что ее не отличишь от взрыва. Так что тепловых нейтронов обязательно должно быть не больше и не меньше, чем нужно для стабильного рабочего процесса.

Ядерное горючее — уран, плутоний или торий — загружается в реактор в металлических оболочках. Есть и другие металлические конструкции, находящиеся в активной зоне реактора. Конструктивный материал должен не мешать медленным нейтронам совершать свою работу по раскалыванию ядер, то есть, как говорят специалисты, иметь небольшое сечение захвата тепловых нейтронов. Иттрий как раз имеет малое сечение захвата. Да к тому ж он легок и прочен. Все это выдвигает элемент № 39 в первый ряд конструкционных материалов для атомной техники.

А вот лантаноиды гадолиний и европий имеют большое сечение захвата тепловых нейтронов. Тоже ценно! Они позволяют решить более успешно проблему биологической защиты. Американские ученые считают, что вместо толстых плит можно будет делать тонкие, легкие. А ведь громоздкая, тяжелая биологическая защита — одно из серьезных препятствий на пути проникновения атомного двигателя в авиацию.

Но не только атомная техника признала редкие земли. Металлурги установили, что смесь этих элементов — так называемый мишметалл — оказывает благотворное влияние на нержавеющие стали: повышает их прокатываемость (больное место большинства марок) и коррозионную устойчивость.

Выяснилось, что, например, окиси празеодима, церия, лантана обладают высокой термоэлектродвижущей силой. При нагревании до температур 500–750 градусов они становятся электробатареями, дающими напряжение до 1,4 вольта.

Иттрий проявил себя как отличный геттер — поглотитель газов, выделяющихся в условиях глубокого вакуума. А глубокий вакуум, как и высокие давления, — это ультрасовременное, непрерывно совершенствуемое оружие науки и техники, волшебный ключ к разгадке многих тайн природы, созданию поразительных приборов, проведению необычайных процессов. В обеспечении сверхглубокого разрежения кровно заинтересованы исследователи высокотемпературной плазмы, термоядерных реакций. Нужен надежный вакуум и конструктору гироскопа — автоматического поводыря космических кораблей. И творцам электронных ламп, кинескопов. И синхрофазотрону…

Более скромны и земны возможные применения церия. Совместная работа Центрального научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института, Государственного института редких металлов и Горьковского автозавода показала, что этот элемент заметно улучшает чугун, из которого автозаводы льют коленчатые валы.

На совещании по применению редких элементов, которое состоялось в 1962 году в Свердловске, рассказывалось о том, что большой интерес проявляется сейчас машиностроением к цирконовым концентратам. Они оказались великолепным противопригарочным средством. Применение их позволяет вдвое сократить число обслуживающего персонала формовочных отделений литейных цехов. Отливки получаются с чистой поверхностью, и обрубочные операции сводятся к минимуму. Уже многие заводы Украины и Российской Федерации используют цирконовые концентраты для этих целей.

А что, если «одаренный природой» элемент бор соединить с редкоземельными? Эта счастливая мысль помогла химикам-неорганикам найти очень ценные для радиоэлектроники материалы. Бориды редкоземельных металлов, особенно гексаборид лантана, обладают способностью при нагреве выбрасывать чрезвычайно большое количество электронов, иначе говоря — высокими термоэмиссионными свойствами. Боридные катоды отлично работают в условиях низких давлений, могут эксплуатироваться при больших напряженностях поля; их свойства не ухудшаются от ионной бомбардировки.

Если сравнительно недавно практика вяло реагировала на предложения неорганики добывать редкоземельные элементы, то теперь она обвиняет химиков, что те вяло совершенствуют способы производства этих труднодоступных элементов, что редкие земли еще непростительно дороги, что их мало. Впрочем, спрос появился еще далеко не на все лантаноиды. Но со временем, когда станет более ясно, в чем их польза, спрос появится. Иначе быть не может. Неприменяемые ныне элементы — это двери в будущее, пока плотно закрытые. И нет на свете интереснее и важнее того, что за ними. А значит, кто-то уже настойчиво ищет соответствующие ключи.

Выступая в Праге на Международном симпозиуме по планированию науки, академик П. Л. Капица говорил, в частности, о том, что «нет еще количественной теории, которая бы связывала свойства вещества — например, механические, способность противостоять окислению в условиях высоких температур и другие — с его химическим составом и физической структурой, хотя природа сил между атомами хорошо известна.

Поэтому основной путь исканий здесь — эмпиризм. Но нетрудно показать, что даже эмпиризм не может полностью решить эту задачу. Нам известны около 100 элементов, которые образуют сплавы. Положим, что описание нужных свойств одного металла или сплава — его прочность, жаропрочность, упругость, электропроводность и так далее — занимает одну страницу. Для описания свойств самих элементов потребуется 100 страниц, для описания бинарных сплавов потребуется уже 10 тысяч страниц. Сплавы тройных систем уже займут миллион страниц. Легко видеть, что исследовать и систематически описать тройные сплавы является предельной возможностью… Но известно, что на практике уже используются сплавы из четырех компонентов и даже больше и такими сплавами уже были решены важные задачи.

Будет ли это всегда так? Я не думаю. Такие многокомпонентные сплавы, может быть, были найдены случайно, но вероятнее — интуитивным „нюхом“ талантливого ученого, который, как искусный повар, умеет готовить вкуснее других. Если есть интуиция, значит есть и закономерность. Задача науки — выявить эти закономерности, но метод решения таких сложных проблем до сих пор не найден, и это, несомненно, одна из проблем будущего».

Стоит ли задача синтезировать новые полупроводниковые вещества с заранее намеченными свойствами, ищут ли новые покрытия, предохраняющие металл от коррозии, составляют ли новые сплавы, способные удовлетворить последние требования техники, — исследователь на каждом шагу сталкивается с тем, что «нет еще количественной теории, которая бы связывала свойства вещества… с его химическим составом и физической структурой».

Создание такой теории на основе фактов, которые есть и которые будут добыты, не только спрямит извилистый и длинный путь эмпирических исканий, но и сделает возможным то, что сейчас лежит за порогом предвидимого. Уже сейчас органический синтез позволяет химикам «дозировать» свойства материала. Проникновение же к первопричинам реакционной способности вещества, более полное объяснение самой природы химической связи, разгадка тайны влияния одних веществ на другие неизмеримо усилят власть человека над природой.

В химии будущего почетную роль сыграет законченная, лишенная противоречий теория катализа. Явление это овеяно дымкой таинственности, окружено ореолом научной романтики.

Трудно, казалось, даже невозможно научно объяснить, как удается катализаторам уничтожать инертность, разжигать активность участников реакции, а самим будто оставаться в стороне — не изменяться ни химически, ни количественно. Это порождало чуть ли не мистические представления даже у некоторых крупных ученых. Катализаторам приписывали свойства всемогущего «философского камня», придуманного алхимиками.

Естественно, науку не устраивали объяснения с помощью необъяснимого. И вот химики вместе с физиками поставили перед собой цель — разгадать секреты катализа. Был достаточно достоверно истолкован механизм воздействия катализаторов на ход отдельных реакций. Было выдвинуто несколько теорий катализа. Но многое, очень многое в катализе осталось непонятым и по сей день.

Тем не менее именно этот процесс позволил химии широко «распростереть руки свои в дела человеческие». Без катализа мы не имели бы ни серной, ни азотной кислот, ни аммиака, ни синтетического каучука, ни множества других первостепенной важности соединений. Бывали периоды, когда катализ выручал целые народы от тяжелого положения, вызванного войной, нехваткой сырья.

В 1947 году в речи на Всесоюзной конференции по катализу академик Н. Д. Зелинский рассказывал, как в грозные 1918–1920 годы советские химики нашли катализатор, обеспечивший получение горючего для наших самолетов. «За редкими исключениями, — пишет член-корреспондент АН СССР С. З. Рогинский, — важнейшие технологические и сырьевые достижения химии военного времени неразрывно связаны с успехами промышленного катализа. Катализаторы явились магическим жезлом, пользуясь которым химики воюющих стран выходили из затруднений с сырьем, заменяя импортные продукты новыми, искусственными веществами, превращая массовое дешевое сырье в ценные материалы… Вторая мировая война показала, что бурная романтическая юность промышленного катализа не закончилась и он таит в себе неисчерпаемые новые возможности».

С калейдоскопической быстротой меняется набор веществ, применяемых для ускорения и регулирования реакций. Платина и палладий лишились своего привилегированного положения в мире контактов (катализаторов). Выдвинулись более «демократические» элементы: ванадий, железо, никель, соединения хрома, алюминия. Но для каждой конкретной реакции приходится искать свой катализатор. Причем здесь аналогии не действуют, химически родственные вещества не могут подменять друг друга в сугубо специфичной роли контакта.

Напротив, весьма далекие по типу соединения оказываются союзниками по каталитическому воздействию на ход реакции. И это затрудняет путь к обобщениям, выводам. Едва ли не каждый элемент втайне действует как катализатор. Но найти, для какой реакции и как действует, все равно что отыскать в большом городе владельца пуговицы, валяющейся на полу автобуса.

Рано или поздно в ходе изучения этой крупнейшей научной проблемы современности должен был родиться термин «электронификация теории катализа». И он родился. Сравнительно недавно. Он означал, что рассмотрение вопросов переносится «на уровень» кристаллических решеток, атомных ядер и электронных орбит. Ну, а здесь успешно действовали физики. Встреча с ними открыла химикам глаза на одно важное и интересное обстоятельство.

«Значительная часть твердых тел и смесей, применяемых в катализе, — окислы железа, ванадия, цинка, меди, марганца, сульфиды вольфрама, молибдена, алюмосиликаты — полупроводники, о чем долгое время большинство химиков не подозревало, подобно герою известной комедии Мольера, который до весьма зрелого возраста не подозревал, что он говорит прозой», — шутливо обличал себя и своих коллег С. З. Рогинский.

«Электронификация теории катализа» идет полным ходом. Союз химиков с физиками — это сила, перед которой не устоит ни одна тайна природы, даже если она зашифрована так тщательно, как явление катализа. Открытие и обоснование строгих количественных законов, которые охватят явление катализа в целом, произведут переворот во всей промышленности, а значит, и в культурной жизни общества.

Что же даст законченная, лишенная противоречий теория катализа?

Во-первых, руководствуясь ею, химики смогут подбирать катализаторы для наивыгоднейшего течения реакций, уже известных производству. Но если сейчас, допустим, приходится прибегать к давлениям в сотни и тысячи атмосфер, к температурам в сотни градусов, чтобы процесс шел в нужном направлении и обеспечивал приемлемую производительность, то тогда те же реакции отличнейшим образом будут совершаться в нормальных условиях — без дорогостоящего оборудования, без потребления огромного количества энергии.

В общем удастся, наконец, делать то, что давным-давно умеет делать природа. Как известно, в нашем организме не создаются сверхвысокие давления, не поднимается, как правило, выше 36,6 градуса температура, а реакции идут очень сложные и достаточно быстро. Это потому, что великий химик — природа подобрала соответствующие катализаторы. Мы их называем ферментами.

Но главное — неизмеримо расширится круг доступных химических превращений. Найдут спрос вещества, от которых ныне не знают, как избавиться. Наступит пора полного химического господства над веществом. Люди позабудут само слово «отбросы». Так же как в природе существует круговорот азота, воды, во «второй природе» будет круговорот веществ, бесконечно перерабатываемых и никогда не выбрасываемых. Людям станут доступны любые месторождения. Перед ними откроет свои богатства океан. Из морской воды с помощью специально подобранных групповых и специфически действующих катализаторов химики начнут выкачивать все содержащиеся там элементы и их соединения.

А может быть, этого и не понадобится. Владея в совершенстве теорией строения вещества, имея строгие количественные характеристики различных типов химических связей, используя законы катализа, да еще призвав на помощь могучие силы ядерной бомбардировки, человек будет творить химические соединения и даже элементы. Химико-физики и физико-химики будут кроить материю уверенной рукой, созидая то, что трудно отыскать и невыгодно добывать в недрах земли.

А какие материалы появятся в результате этих вполне предвидимых и реальных достижений науки, предсказать трудно. Ведь даже то, что синтезировано в настоящее время, сильно исчерпывает человеческую фантазию.

Предсказать трудно. Но если не отмахиваться от того, что сегодня кажется фантастичным, то все удивительные достижения неорганической химии представляются лишь как предыстория к свершениям будущего.

Мы говорили о привилегированных условиях, созданных на Земле стихийными силами природы для одного элемента — углерода и его соединений. Окружающий мир всем своим великолепием демонстрирует, на что способен один лишь «кирпичик» вселенной, когда попадает в родную ему среду. Он строит. Без устали, самозабвенно, совершенствуя свое мастерство, накапливая опыт.

Но ведь «кирпичиков» больше сотни. Среди них есть близкие к углероду по своей структуре и внешним проявлениям. Ничто не мешает предположить принципиальную возможность искусственно создать условия, в которых не углерод, а другой какой-то элемент, другие какие-то соединения окажутся в соответствующих привилегированных условиях. Допустим, кремний, германий, олово или сера… Или алюминий, бор, фтор… И тогда дух захватывает от одной лишь мысли: оживет мертвый мир, мир неорганики. Быть может, это сделает человек не на Земле, а на каких-то других планетах. Быть может, таким путем станут создаваться и сами небесные тела. Наконец, не исключено, что необходимые условия для «оживления» того или иного представителя таблицы Менделеева человек обнаружит, вступив на неведомую планету вселенной, где иные, чем на Земле, атмосфера, почва, иные растения и животные.

Нет пределов человеческому дерзанию. И неорганическая химия — благодарная для дерзаний почва.