Глазами Монжа-Бертолле

Органические молекулы разваливаются на куски при меньшей температуре, чем H₂. Некоторые из них, особенно сложные, претерпевают подобную катастрофу уже при 93 градусах — раньше, чем закипит вода. Распад происходит в тот момент, когда мы подносим спичку к полену, свече или газовой конфорке. Тотчас же возникают неустойчивые соединения RO₂. Если тепла достаточно, они диссоциируют на RO и О, которые поведут себя затем столь же агрессивно, как НО и О при горении водорода. Поначалу тепло дает спичка. Потом оно в нарастающем количестве выделяется самой реакцией. Число звеньев увеличивается в геометрической прогрессии. Спичка давно погасла, а огонь захватывает все новые и новые массы вещества: горение уже перешло в самоподдерживающийся процесс.

…И как их заковали в цепи.

Иногда цепи разветвляются сверкающим веером настолько стремительно, что процесс заканчивается взрывом. Но цепи могут и обрываться. Например, в тех случаях, когда происходит рекомбинация. Соединяясь между собой или с атомами водорода, свободные радикалы снова дают устойчивые соединения. Так, в пламени конечным звеном цепи служат обычно молекулы H₂O или СО₂.

Столкновение со стенкой или даже с пылинкой отбирает у активной частицы избыточную энергию и тоже, как правило, рвет цепь. Очевидно, каждый такой обрыв препятствует дальнейшему развитию реакции. А при неблагоприятных условиях может и вовсе прекратить ее. Вот почему для цепных процессов существенно, какое им отведено помещение. В длинных и узких трубках вероятность столкновений со стенками, очевидно, больше, чем в шарообразном сосуде. И цепи будут обрываться, конечно, чаще.

При низких температурах цепочки почти не разветвляются. Вместо веера здесь вереница взаимодействий. Каждый свободный радикал занимает место предыдущего, уступая его следующему себе подобному. Устанавливается подвижное равновесие между возникновением и обрывом цепей. Реакция достаточно медлительна, чтобы выделившееся тепло рассеялось в окружающую среду и не взвинтило скорость процесса. Именно так высыхают краски. Сначала кислород взаимодействует с маслом. Получается гидроперекись. Она неторопливо разлагается, порождая свободные радикалы. А те, в свою очередь, образуют поперечные связи между молекулами льняного масла. Пленочное покрытие твердеет.

А если бы тепло не успевало рассеяться? Температура дошла бы до точки, где цепи начинают разветвляться. Произошло бы, как говорят пожарники, самовозгорание. И это действительно случается временами с кучами промасленного тряпья.

Не приходила ли вам в голову мысль: а почему, собственно, мы, люди, не воспламеняемся? Ведь каждый наш вздох — окисление. Достаточно появиться одному запальному радикалу, как… Конечно, можно возразить: сгорание глюкозы протекает в водной среде внутри клеток. Разумеется, в таких условиях о пламени и речи быть не может. А все-таки интересно: идут в нашем организме разветвленные цепные реакции или нет?

Нет. Не идут. Хотя, быть может, вдыхаемый нами кислород поглощается и не без участия свободных радикалов. Если, конечно, так можно назвать промежуточные вещества, переносящие один электрон в сложном процессе окисления глюкозы. Любопытно, что зеленый лист, облученный светом, дает характерный спектр ЭПР. Но ведь фотосинтез — это процесс, обратный сгоранию глюкозы в наших клетках! И все же одноэлектронный перенос заряда не имеет ничего общего с типичной цепной реакцией. В этом немалая заслуга витаминов E и C. Первый защищает жировую ткань, второй — водную среду организма от разрушительного действия возможных окислительных цепных реакций.

Между тем образование настоящих свободных радикалов в человеческом организме вполне реально. Так происходит, например, при радиоактивном облучении. Это не значит, разумеется, что человек вспыхивает как спичка. Но цепные процессы могут привести к серьезным расстройствам в нормальной деятельности клеток. Недаром ученые заняты поисками ингибиторов (так называются отрицательные катализаторы, тормозящие ход нежелательных химических процессов). В технике уже получили широкое применение антиокислители и консерванты: их добавляют к смазкам, пластмассам, топливам, медикаментам и пищевым продуктам.

Математический анализ раковой опухоли. Кощунство? Нет, гуманность!

Как это ни странно, цепные реакции имеют непосредственное отношение к проблеме рака. Конечно, пока это лишь гипотеза. Но весьма правдоподобная. Она высказана одним из создателей теории горения — членом-корреспондентом АН СССР Эмануэлем. Вот что рассказал автору этих строк Николай Маркович: