Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин

Применение плавиковой кислоты не очень разнообразно, главный потребитель – промышленность, производящая алюминий, который получают электролизом расплавленных солей. Лучше всего для этих целей подходит криолит Na₃ [AlF₆], но это очень редкий минерал, поэтому производство искусственного криолита осуществляется взаимодействием плавиковой кислоты, оксида алюминия (Al₂O₃) и соды (Na₂CO₃). Таким образом, одно из самых опасных и ядовитых веществ помогает получать один из самых распространенных металлов.

Плавиковая кислота незаменима для нанесения узоров на стекло. Для этого поверхность стекла покрывают парафином, а затем прорисовывают контуры, удаляя в нужных местах парафин. При действии водного раствора кислоты получается прозрачный узор, а при действии газообразного HF – матовый. Кроме того, кислоту используют для травления поверхности элементарного кремния, используемого в микросхемах компьютеров. Хранят кислоту в полиэтиленовых емкостях. Отравления и ожоги плавиковой кислотой ушли в прошлое, ее токсичность хорошо известна, и соблюдение элементарных правил позволяет организовать безопасное производство.

Не менее успешно используют в современных технологиях металлические натрий и калий. Прежде всего это сплав калия с натрием, который представляет собой подвижную жидкость, не замерзающую вплоть до –12,6 ℃ и закипающую только при 785 ℃. Это позволяет использовать такой сплав в ядерных реакторах в качестве эффективного теплоносителя с высокой теплопроводностью и теплоемкостью. Естественно, требуется внимательно следить за герметичностью всей системы, ведь при попадании сплава на воздух произойдет мгновенное возгорание.

Металлический натрий присутствует в виде паров в газоразрядных лампах, дающих яркий желтый цвет, – их используют при освещении улиц и автотрасс. Такие лампы особенно эффективны в условиях тумана, и, кроме того, у них высокая светоотдача и большой срок службы (свыше 28 000 часов).

Оба щелочных металла постоянно используются в качестве восстановителей при проведении различных химических реакций. Даже не приходится говорить о том, сколь распространены химические соединения этих элементов в быту, поскольку нам всем знакомы поваренная соль NaCl и сода Na₂CO₃.

Вернемся к началу нашего рассказа и, обобщая все изложенное, воздадим должное упорству и самоотверженности исследователей. Рискуя здоровьем, а иногда и жизнью, ученые смело входили в неизведанную область, что в итоге привело к получению веществ, успешно используемых в наши дни.

Судьба открытий и их авторов

Предвидеть результаты эксперимента, почувствовать обобщающее правило, угадать закономерность – это моменты удачи в творчестве многих ученых. Чаще всего прогноз распространяется только на ту область, которой занят исследователь, и далеко не каждому дана решимость храбро шагнуть далеко вперед в своих предсказаниях. Но порой способность к логическим построениям добавляет смелости.

Фундаментальный закон, открытый с помощью рассуждений

Идея о том, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц, возникла очень давно. Само слово «атом», обозначающее неделимую часть вещества, было введено мыслителями древности Левкиппом и Демокритом (около 500 г. до н. э.). Их идеи были затем развиты Эпикуром (около 300 г. до н. э.) и Лукрецием Каром (около 60 г. до н. э.). В своей знаменитой поэме «О природе вещей» Лукреций Кар в поэтической форме развивает цепочку размышлений, которая подводит нас к мысли о существовании невидимых мельчайших частиц материи:

…что существуют тела, которых мы видеть не можем.
Ветер, во-первых, морей неистово волны бичует,
Рушит громады судов и небесные тучи разносит…
…далее запахи мы обоняем различного рода,
Хоть и не видим совсем, как в ноздри они проникают.
Также палящей жары или холода нам не приметить
Зреньем своим никогда, да и звук увидать невозможно[18].

Поэма остается актуальной и в наши дни, показывая чисто научный подход к изучению явлений. Исследователь, основываясь только на наблюдениях, приходит к важным выводам.