Мир, созданный химиками. От философского камня до графена - Петр Образцов

Слишком большой опасности для человека цезий-137 не представляет, поскольку излучает лишь электроны (это и есть бета-распад), которые поглощаются даже листом бумаги. Все три вида грибов в присутствии цезия-137 развиваются гораздо быстрее и наращивают значительно большую массу, чем без него. Более того, микроскопические грибы тянутся к источнику излучения, как подсолнух к солнцу, при этом у них ускоряется выработка пигмента меланина. Меланин в грибах является некоторым аналогом хлорофилла, с помощью которого под действием света происходит соединение углекислого газа воздуха с водой (фотосинтез) и образование «тела» растения. Однако в грибах фотосинтез не идет, и роль излучения цезия-137 сводится, по-видимому, к активации образования меланина и увеличения массы гриба.

Таким образом, грибы не просто выживают, а наслаждаются своими невероятными условиями проживания. Никаких других живых существ в горячей зоне Чернобыльского реактора нет. Вообще воздействие радиации на животных и человека далеко не всегда смертоносно. Некоторые японцы, пережившие атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, уже поставили рекорды продолжительности жизни в своей стране, которая и так занимает первое место в мире по этому важнейшему показателю. Более того, существует теория о появлении homo sapiens в результате мутации человекоподобной обезьяны под действием природного ядерного реактора, работавшего в Габоне миллионы лет тому назад. Открыт был этот реактор, когда дотошные французские аналитики измерили содержание изотопов уран-235 и уран-238 в руде, привезенной из рудника около местечка Окло. Урана-235 оказалось как-то маловато, причем следует отметить, что это «маловато» проявилось не то в третьем, не то в четвертом знаке после запятой — вот каковы сейчас методы анализа. Куда же делся уран-235? Скорее всего, выгорел в ходе работы природного реактора, который включился из-за большой концентрации урана в этом месторождении.

Проблема появления разума у нашего предка, которому в принципе для пропитания и продолжения рода разум был не нужен, решается в этой теории на генетическом уровне. Случайная мутация — а ведь это химическая реакция! — привела к увеличению массы и числа извилин в мозгу нашего предка, благодаря чему тот наловчился охотиться на первобытного кролика.

Нобелевскую премию по физике за 1903 год Анри Беккерель разделил с супругами Кюри. Забавно, что он получил премию «за открытие самопроизвольной радиоактивности», хотя сам-то Беккерель таинственное излучение никак специально не называл, а другие физики тогда использовали термин «лучи Беккереля». То есть супруги Кюри «отняли» именной термин у Беккереля, открывшего новое явление, и присвоили лучам имя, производное от их радия. Зато история открытия Беккереля, как и истории других случайных, но потрясающих открытий, вполне достойна отдельной главы.

Есть такое симпатичное выражение: падение яблока точно на голову Ньютона является несомненным свидетельством их обоюдной научной зрелости. Никакая случайность не привела бы к открытию новых веществ и явлений, если бы не талант и интуиция ученых, обративших внимание на нечто необычное.

Вот как была открыта радиоактивность, наверное, самое удивительное явление в мире физики. В 1896 году французский физик Антуан Анри Беккерель получил должность заведующего кафедрой физики в парижской Политехнической школе, которую правильнее было бы назвать не школой, а высшим учебным заведением, но так уж сложилось. За год до этого Вильгельм Конрад Рентген открыл свои Х-лучи, которые потом стали называть рентгеновскими или просто рентгеном.

Эти лучи, являющиеся на самом деле электромагнитными волнами весьма малой длины, возникают при торможении электронов на стенках стеклянной откачанной трубки, в которую впаяны разноименные электроды — катод и анод. Электроны вылетают из катода при его нагревании, причем образование рентгеновских лучей часто сопровождается свечением — люминесценцией. Сами-то рентгеновские лучи невидимы, человеческий глаз различает цвет электромагнитных волн только видимого диапазона, то есть свет.

Но еще до открытия рентгена люминесценцию наблюдали при освещении люминесцентного вещества (люминофора) именно видимым светом, поэтому Беккерель предположил, что люминесценция и испускание рентгена — явления одной природы. И вполне логично решил выяснить, не возникают ли эти Х-лучи при облучении люминофора обычным светом. По невероятно счастливому стечению обстоятельств у него тогда под рукой оказался только один люминофор, а именно урановая соль уранил-сульфат калия K2(UO2) (SO4)2. Он взял фотопластинки, завернул их в плотную черную бумагу, пропускающую рентгеновские лучи (это он уже проверил), и на получившийся пакетик насыпал свой люминофор. Затем, дождавшись солнечного дня, он положил пакетик на подоконник и оставил его там на несколько часов. И пожалуйста — пластинки оказались засвеченными! Беккерель, естественно, решил, что открыл новое явление — образование рентгеновских лучей при освещении люминофоров.

Но тут опять вмешался его превосходительство случай. В какой-то из дней Беккерель развернул пакет с фотопластинками, на который была насыпана соль урана, но пакетик этот не выставлялся на свет — он спокойно лежал себе в лабораторном шкафу, в полной темноте. Как уж Беккерель догадался совершить столь нелепый поступок, непонятно — любому другому было бы очевидно, что пластинки не могут засветиться, ведь света-то нет? А они засветились! И вместо того чтобы выругать лаборанта, явно перепутавшего образцы для опытов, Беккерель стал исследовать это явление и вскоре понял, что соль урана испускает какие-то другие, вовсе не рентгеновские, а неизвестные ранее лучи. Те самые, которые потом Мария Кюри назвала радиоактивными, хотя первоначально физики стали называть их, по аналогии с рентгеновскими, лучами Беккереля.

Беккерель был настоящим ученым. Он не ограничился уранил-сульфатом калия и, перепробовав все известные к тому времени люминофоры, убедился, что не содержащие урана люминофоры не засвечивают фотопластинки. Зато засвечивают их любые соединения урана, в том числе, и это самое важное, не проявляющие люминесцентных свойств. Всякие простейшие оксиды или хлориды. А значит, это свойство самого элемента уран. Остается только добавить, что и рентгеновские лучи были открыты случайно, и применяются они сегодня практически так же, как во времена Рентгена, обнаружившего их, — для дефектоскопии, в том числе человеческого организма. Чтобы посмотреть, где и как сломана нога, из какого органа надо вынуть осколок снаряда и нет ли подозрительных образований в легких.

Незадолго до Второй мировой войны в лабораториях американской компании «Дюпон» (DuPont) был создан фторсодержащий полимер тефлон. Он обладал удивительными свойствами — поразительной стойкостью к кислотам, щелочам и высоким температурам, да к тому же оказался невероятно скользким. Чего только не пытались из него изготовить, вплоть до искусственных человеческих суставов!

Появлением в нашем быту этого вещества, по правилам химической терминологии называемого политетрафторэтиленом, мы обязаны инженеру одного из заводов фирмы «Дюпон». История открытия тефлона в определенном смысле типична — в истории многих химических открытий случайность играет особую роль. Так вот, при уборке цеха одного из заводов обнаружился старый ненужный баллон с газом тетрафтор-этиленом (этилен, у которого все атомы водорода замещены фтором C2F4). Такого рода газы используют в охлаждающих системах холодильников, это и есть один из пресловутых фреонов, якобы разрушителей озонового слоя атмосферы (см. главу 16). Просто так выбросить баллон было нельзя, в таких баллонах газы обычно находятся под давлением до 150 атмосфер, а это очень много и есть опасность взрыва. Газ был уже не нужен, вентиль осторожно открыли, и — ничего не произошло, баллон оказался практически пуст. Но науке и нам с вами повезло: инженер удивился и приказал баллон разрезать. На дне баллона лежало немного белого порошка, который не растворялся ни в одной из известных кислот, щелочей, не горел и ни с чем не реагировал. А что же произошло? Под огромным давлением газ полимеризовался в знаменитый сейчас политетрафторэтилен, который получил короткое, благозвучное и запатентованное фирменное наименование тефлон. Этот тефлон настолько инертное вещество, что его даже называют органической платиной, которая, как известно, очень стойкий металл. Именно этой инертностью и нулевой адгезионной способностью объясняется использование тефлона для изготовления кухонной посуды. Адгезионная способность — это свойство прилипать к другим материалам. К тефлону ничего не прилипает, и пища, хоть до угольев сгорая, не пригорит к такой сковородке. Поэтому при жарении на ней нет необходимости в «прокладке» и можно жарить без масла. Впрочем, с покрытой тефлоном посудой тоже нужно обращаться аккуратно. На всякий случай несколько рекомендаций для профессионалов кухни.