Юрий Фиалков - Свет невидимого

• Название: Свет невидимого
• Автор: Юрий Фиалков
• Издательство: Детская литература
• Жанр: Детская образовательная литература
• Год: 1984

Книга эта о радиоактивности. Той самой радиоактивности, которая была открыта на рубеже XIX и XX веков и которая во многом определила развитие не только физики, но и всех иных разделов естествознания.

Без малого два десятилетия назад автор уже написал книгу о том, как явление радиоактивности послужило химии и геологии, медицине и археологии, биологии и космогонии («Ядро — выстрел!», издательство «Детская литература», 1966 г.). Но события в науке в наше время развиваются стремительно. Вот почему автору свою прежнюю книгу пришлось существенно переработать и дать ей другое название.

---

Да, пожилые профессора были умудрены жизненным опытом. Они знали, что вот эти самые молодые люди, которые спорят сейчас у доски, невежливо выхватывая друг у друга мел, разойдутся нескоро. А решение вопроса так и останется за семью замками. Добро бы еще за семью! С семью замками справиться можно: к иным подобрать ключ, к другим — отмычки, третьи и вовсе сломать. А здесь этих замков — не сосчитать. Нет, уж лучше держаться подальше от реакции этерификации.

Самым обидным было, что скептики оказывались неизменно правыми.

Спустя часа три участники очередной дискуссии расходились охрипшие и злые. Злые друг на друга, на самих себя, на природу, которая не оставила даже узенькой лазейки, чтобы помочь разобраться в том, как все же протекает эта реакция этерификации.

И была бы тайна как тайна! Скажем, как Тунгусский метеорит или чудище из шотландского озера Лох-Несс. Так нет же, реакция, подобная тысяче других. И все же загадочная.

Тут придется от лирических восклицаний перейти к существу дела. Придется написать уравнение химической реакции. И даже не одно. Допускаю, что химические уравнения не повышают интереса к книге. Но ведь это все же научно (научно!) — художественная книга, а не «Похождения Нила Кручинина». Поэтому уравнения я приведу — и для того, чтобы было ясно, о чем, собственно, идет речь, и для того, чтобы было над чем поразмыслить.

Вот она, эта реакция этерификации. Собственно, реакций этерификации может быть великое множество. Взаимодействие любого спирта с любой кислотой — реакция этерификации. Хотя бы метилового спирта с уксусной кислотой:

CH3OH + HOOCCH3 = CH3OOCCH3 + H2O.

Вот и вся реакция. Взаимодействует спирт с кислотой, образуется эфир и вода. Просто? Как смотреть. Внешне оно как будто бы и просто. А если посмотреть поглубже, то…

Если посмотреть поглубже, то оказывается, что реакция этерификации может идти двумя путями:

Первый:

CH3OH + H OOCCH3 = CH3OOCCH3 + H2O.

Второй:

CH3OH + HO OCCH3 = CH3OOCCH3 + H2O.

Кто говорит, что различия нет? Есть, и большое. Если этерификация идет первым путем, кислород в образующейся в результате реакции воде произошел из спирта. Если же реакция идет по второй схеме, кислород, который сейчас находится в воде, раньше был не в спирте, а в кислоте.

Прошу поверить мне на слово, что для химиков это различие было преисполнено глубокого смысла. Потому что многие важные, очень важные проблемы теоретической химии решались совершенно по-разному в зависимости от того, какая из этих двух схем верна.

Но вот какая именно справедлива — этого никто не мог сказать.

В самом деле, как определить, где находился прежде кислород воды — в спирте или в кислоте. Ведь кислород что в спирте, что в кислоте — одинаков. Один и тот же порядковый номер, одно и то же число абсолютно одинаковых электронов на абсолютно тождественных орбитах.

Теперь понятно, почему хрипли в безнадежных спорах химики, тратя попусту мел и время? Теперь понятно, почему сокрушенно машут рукой пожилые профессора, пробираясь к выходу? Пойдем за ними и мы.

Впрочем, задержимся еще на несколько минут. Может быть, что-нибудь придумаем?

Вспомнилось мне одно незначительное событие, о котором все-таки уместно здесь рассказать.

Я разыскивал приятеля, который стал новоселом одного из строящихся районов Москвы. Дом найти оказалось делом нетрудным. Да и чего там трудного: микрорайон такой-то, квартал такой-то, улица такая-то, дом 28-а, корпус Б, секция 4, квартира 18. Коротко и ясно. Нашел я микрорайон, квартал, улицу, дом и увидел весьма загадочную картинку. Собственно, это была не картинка, а очень много картинок. И были на них изображены не загадочные, а вполне конкретные вещи. Висели эти картинки над каждым из 24 подъездов этого дома и изображали животных (слона, жирафа, гуся и муху), растения (подсолнух, василек и еще что-то), графин с рюмками, глобус. Над последним, 24-м подъездом висел вырванный из атласа доисторических животных саблезубый тигр.

— Что это у вас за художественный салон? — поинтересовался я у старушки, сидевшей у одного из подъездов и пристально следившей за внуком, который неподалеку из остатков строительного мусора возводил какое-то сложное строение.

— Какой такой салон? — охотно откликнулась бабка. — Вот этот, что ли? Так это, милый, для детей понавесили. Для них. Посуди: выйдет дитё на двор погулять, а куда обратно ему идти — не ведает. Все подъезды, как маковые росинки, на одно лицо. В цифрах же, где какая квартира, дитё разбираться не обучен. Вот родители и понавесили. Теперь каждый малолеток знает — кому груша, кому сирень, а кому-то страшилище страхолюдное.

История достаточно поучительная. Если квартиросъемщики сумели пометить совершенно одинаковые подъезды, неужели химики уступят им в смекалке?!

Конечно, химики придумали, как пометить совершенно одинаковые атомы. И сделали это, кстати, с неменьшим успехом, чем смекалистые жильцы дома 28-а.

Вот два изотопа одного и того же элемента. Раз один и тот же элемент, значит, один и тот же заряд ядра атома, следовательно, одинаковое количество протонов (различно у них количество нейтронов — вот почему изотопы имеют разную атомную массу). Одинаково количество протонов — одинаково и количество вращающихся вокруг ядра электронов. Но именно электроны определяют химические свойства элемента. Поэтому изотопы одного и того же элемента, различаясь по физическим свойствам, неразличимы в химическом отношении. Это решает все.

Решило это все и в нашем примере. Поступили очень просто. Для реакции этерификации взяли спирт, в состав которого входил не обычный кислород с атомной массой 16, а тяжелый изотоп кислорода, имеющий атомную массу 18. Изотоп этот является природным, но содержится он в качестве примеси к кислороду воздуха или воды в ничтожнейших количествах. Вот почему, до того как ввести кислород «в игру», необходимо было его прежде сконцентрировать. Как это делали, разговор особый и в данном случае для нас второстепенный.

Была проведена реакция. Затем разделили образовавшиеся в результате реакции уксусно-метиловый эфир и воду и определили, в каком из этих соединений находится тяжелый кислород. Оказалось, что в эфире. Этого было достаточно. Даже более чем достаточно.

То, что не могло быть решено часами громких споров, то, чему не могли помочь многодневные размышления, размышления мучительные и безысходные, когда на душе горько от сознания, что дело не продвинулось ни на йоту, — решил изотоп кислорода.

Оказывается, реакция идет по второму из предположенных вариантов. В самом деле, только этот вариант приводит к появлению в эфире тяжелого кислорода, который прежде содержался в спирте.

* * *

Просто? Конечно, просто. Потом в науке всегда просто. Но чтобы применить изотопные метки для решения важнейших проблем химии, следовало просто додуматься до этого; следовало разработать простые методы выделения и концентрирования изотопов; следовало создать относительно простые приборы; следовало… Много чего следовало…

И быть может, в этой книге так мало имен ученых, потому что сегодня чаще всего наука делается коллективами, очень большими коллективами.

* * *

В художественной литературе, театре, кинематографе существует мощный пласт произведений, в основе которых лежат недоразумения — чаще комические, но порой и трагические — связанные с близнецами. Пласт этот, работа над которым началась едва ли не в Древней Элладе, над которым трудился Шекспир, которому отдал дань Россини, разрабатывается и сегодня (быть может, не так успешно, как у названных великих предшественников).

Да, различить близнецов подчас бывает нелегко. Нередко с достаточной степенью уверенности это удается лишь матерям.

И все же наука утверждает, что не бывает двух близнецов, которые хоть чем-нибудь да не отличались бы друг от друга.

Но та же наука утверждает, что не бывает двух атомов одного и того же элемента, которые хоть чем-нибудь да отличались друг от друга.

Возьмем, к примеру, два вещества: сернистый цинк (сульфид цинка) ZnS и сернокислый цинк (сульфат цинка) ZnSO4. Атом серы в одном веществе, атом серы — в другом. Два атома серы, похожих, как близ… Да нет же, два атома серы, похожих друг на друга, как два атома серы (за исключением, разумеется, валентности).

А теперь поставлю вопрос: если смешать эти два вещества, то может случиться такое, что атом серы из одного соединения переходил в другое, а на его место приходил атом серы из другого соединения? Иными словами, будет ли происходить обмен атомами серы между этими двумя соединениями?