Страница 7 из 83
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».