Путешествие в Страну элементов

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».

С калейдоскопической быстротой меняется набор веществ, применяемых для ускорения и регулирования реакций. Платина и палладий лишились своего привилегированного положения в мире контактов (катализаторов). Выдвинулись более «демократические» элементы: ванадий, железо, никель, соединения хрома, алюминия. Но для каждой конкретной реакции приходится искать свой катализатор. Причем здесь аналогии не действуют, химически родственные вещества не могут подменять друг друга в сугубо специфичной роли контакта.