Занимательно о химии - Власов Лев Григорьевич. Страница 22
Есть, оказывается, и другой катализ. Катализ шиворот-навыворот. Есть антикатализ и антикатализаторы. Или ингибиторы, как их называют ученые. В переводе на русский язык это означает «замедлители». Их задача — замедлять быстро текущие химические реакции.
…В стеклянной колбе смешаны два газа — хлор и водород. При обычных условиях они взаимодействуют очень медленно. Но подожжем около колбы магниевую стружку.
Моментально происходит взрыв. (Если кто надумает проделать подобный опыт, то категорически обязательно упрятать колбу под колпак из толстой проволоки.)
Почему же смесь хлора и водорода взрывается под действием яркого света?
Здесь происходит цепная реакция. Если бы нагрели колбу градусов до семисот, она тоже бы взорвалась: хлор и водород соединились бы мгновенно. В долю секунды. Нас бы это не удивило. Ведь тепло во много раз повысило бы энергию активации молекул. Но в опыте, о котором мы только что рассказали, температура нисколько не менялась. Свет вызвал эту реакцию.
Кванты, мельчайшие порции света, несут большую энергию. Гораздо больше той, что требуется для активирования молекулы. Вот на пути светового кванта встречается молекула хлора. Квант разрывает ее на атомы и передает им свою энергию.
Атомы хлора оказываются в возбужденном, богатом энергией состоянии. Такие атомы, в свою очередь, обрушиваются на молекулы водорода, разрывают их на атомы. Один из них соединяется с атомом хлора. Другой остается на свободе. Но он возбужден. Он жаждет поделиться своей энергией. С кем? Да с молекулой хлора. Как только он с ней сталкивается, флегматичной молекуле хлора приходит конец.
И опять на свободе оказывается активный хлорный атом, и он недолго ищет, куда приложить свою силу.
Так и получается у нас длинная последовательная цепочка реакций.
Стоит реакции начаться, как все новые и новые молекулы будут активироваться благодаря энергии, которая выделяется в результате реакции. Скорость реакции нарастает подобно снежной лавине, несущейся с гор. Когда лавина достигнет подножья долины, она замирает. Цепная реакция затихает, когда все молекулы будут увлечены ею, все молекулы водорода и хлора прореагируют.
Химики знают множество цепных реакций. А изучил, как они протекают, наш выдающийся ученый Николай Николаевич Семенов. Известны цепные реакции и физикам. Например, деление ядер урана нейтронами — образчик физической цепной реакции.
Странное занятие на первый взгляд выбрал себе солидный человек, к которому все знакомые относились с большим уважением.
Сначала он изготовлял небольшие металлические диски. Много десятков дисков — медных и цинковых. Потом принялся вырезать кружочки из губки и пропитывал их соленой водой. Затем человек стал накладывать свои заготовки друг на друга так, как ребенок строит пирамиду. Правда, при этом соблюдалась определенная последовательность: медный диск — губчатый кружочек — диск из цинка. Одно и то же сочетание кружочков повторялось много раз. Словом, до тех пор, пока столбик не обрушивался.
Человек прикоснулся мокрыми пальцами к основанию своего оригинального сооружения — и тут же отдернул руку. Как говорится в просторечье, его основательно «дернуло» электрическим током.
Так в 1800 году знаменитый итальянский физик Алессандро Вольта изобрел гальванический элемент — химический источник тока. Электричество в «вольтовом столбе» возникало благодаря химическим реакциям.
Это было рождение новой науки — электрохимии.
В руках ученых появился прибор, который позволял в течение длительного времени получать электрический ток. До того момента, пока в «вольтовом столбе» не прекратятся химические процессы.
Заманчивым казалось выяснить, как действует электричество на самые различные вещества.
Англичане врач Карлейль и инженер Никольсон выбрали в качестве объекта изучения воду. К тому времени у химиков было достаточно оснований утверждать, что вода состоит из водорода и кислорода. Но окончательно подтвердить эту догадку на опыте как-то не удавалось.
Ученые использовали электрическую батарею, состоящую из 17 элементов Вольта. Она давала очень сильный ток. И вода бурно стала разлагаться на два газа — водород и кислород, начался ее электролиз. Именно так называют процесс разложения веществ электрическим током.
Сотни и тысячи доменных печей выплавляют сталь и чугун во всем мире. Экономисты в разных странах скрупулезно подсчитывают, сколько миллионов тонн металла приготовлено в этом году, делают прогнозы, сколько выплавят в следующем.
И те же экономисты сообщают нам потрясающий факт: каждая восьмая домна работает впустую. Ежегодно около 12 процентов добычи металла бесславно теряется для человечества, приносится в жертву беспощадному врагу…
Этот враг попросту именуется ржавлением. Наука называет его коррозией металлов.
Гибнут не только черные, гибнут и цветные металлы — медь, олово, цинк.
Коррозия — это окисление металлов. Ведь большинство из них не очень-то устойчивы в свободном состоянии. И даже на воздухе блестящая поверхность металлического предмета со временем покрывается зловещими разноцветными разводами окисей.
Окисляясь, металлы и сплавы утрачивают свои многие ценные качества. Ухудшается прочность и эластичность, снижается теплопроводность и электропроводность.
Раз начавшись, процесс коррозии не останавливается на полпути. Пусть не сразу, но «рыжий дьявол» до конца поедает металлическое изделие. Молекулы кислорода попадают на поверхность металла. Образуются первые молекулы окисла. Возникает, как говорят, окисная пленка. Она достаточно рыхлая, и через нее, как сквозь сито, «просеиваются» атомы металла, чтобы немедленно окислиться. И наоборот, через поры пленки лезут в глубь металла кислородные молекулы и продолжают свою разрушительную работу.
В более агрессивном химическом окружении процесс коррозии течет стремительнее. Хлор, фтор, сернистый газ, сероводород не менее опасные враги металлов. Когда металл корродирует под действием газов, химики называют это явление газовой коррозией.
А различные растворы? И они страшны для металла. Например, обыкновенная морская вода. Громадные океанские суда приходится время от времени отводить в доки на капитальный ремонт: менять изъеденную коррозией обшивку днища и бортов.
Впрочем, послушайте-ка историю о том, как однажды жестоко просчитался один американский миллионер.
Он пожелал иметь лучшую яхту в мире. Заказал проект, придумал волнующее название «Зов моря». Денег не жалел. Исполнители из кожи вон лезли, чтобы угодить заказчику. Оставалось немногое — отделать каюты.
Но яхта так и не вышла в море. Море ее не дозвалось. Корпус и днище яхты незадолго до торжественного дня оказались разрушенными коррозией.
Почему? Да потому, что коррозия — это процесс электрохимический.
Строители яхты хотели обшить ее днище так называемым монель-металлом — сплавом из никеля и меди. Их решение было правильным: ведь этот сплав, хотя и дорог, но зато очень устойчив к коррозии в морской воде. Устойчив, но механически не очень прочен. И многие детали судна пришлось делать из других металлов — специальных сталей.
Это и погубило яхту. В местах соприкосновения монель-металла и стали возник мощный гальванический элемент, и днище моментально начало разрушаться. Финал был печален.
Огорчение миллионера не поддавалось описанию, а строителям яхты пришлось навсегда запомнить один из законов коррозии: ее скорость резко увеличивается, если в основной металл добавляются другие, которые образуют с ним гальванический элемент.