Таковы два происшествия из истории искусственного алмаза.
КАНДИДАТ В САМЫЕ ПРОЧНЫЕ? В 1975 г. были опубликованы расчеты, проведенные советскими химиками В. В. Коршаком, В. И. Касаточкиным и К. Е. Перепелкиным, согласно которым наибольшая теоретическая прочность из всех имеющихся на Земле веществ должна быть у линейного полимера углерода — карбина. Разумеется, такой ультрапрочный карбин должен быть изготовлен в виде бездефектных нитевидных кристаллов. Раньше считали, что теоретически самое прочное вещество — графит (13 тыс. кг/мм2), для карбина же вычисленная величина предельной прочности почти вдвое больше — 22-23 тыс. кг/мм2.
Что нужно, чтобы материал был очень прочным? Во-первых, высокие значения энергии химических связей. Во-вторых, направления этих связей должны по возможности совпадать и идти вдоль оси кристалла. В-третьих, если вещество полимерного строения, нужно, чтобы степень его полимеризации была высокой. Четвертое обязательное условие — отсутствие в макромолекуле «слабых мест» и слабых связей. Все эти условия соблюдены в карбине, поэтому рекордные значения расчетной теоретической прочности, в общем, не удивительны.
КАРБИН В ПРИРОДЕ. В 1970 г. геофизики из Института Карнеги обнаружили в метеоритном кратере Рис на территории ФРГ новый минерал, состоящий на 99,99% из углерода. Но это, определенно, не были ни алмаз, ни графит. Исследования показали, что минерал из кратера Рис скорее всего представляет собой природную разновидность синтезированного несколькими годами раньше карбина.
ВОЗРАСТ — ПО 14C. Метод определения возраста исторических находок по содержанию в них радиоактивного изотопа углерода 14C разработан известным физиком, лауреатом Нобелевской премии Фрэнком Уиллардом Либби.
Углерод-14 — один из природных радиоактивных изотопов, период его полураспада 5570 лет.
Поток космических протонов, летящих со скоростью, близкой к скорости света, непрерывно бомбардирует Землю. Уже в верхних слоях атмосферы протоны сталкиваются с ядрами азота и кислорода. При таких столкновениях атомы разрушаются, в результате чего получаются свободные нейтроны, моментально захватываемые ядрами элементов воздуха, в первую очередь, конечно, ядрами атомов азота. И тогда происходит одно из чудес, признаваемых наукой, — взаимопревращение элементов: азот становится углеродом, только не простым, а радиоактивным углеродом-14.
Ядра углерода-14, распадаясь, испускают электроны и вновь превращаются в ядра азота.
Зная период полураспада изотопа, нетрудно подсчитать, сколько его теряется за любой промежуток времени. Подсчитали, что за год на Земле распадается примерно 7 кг радиоуглерода. Это означает, что на нашей планете естественным путем поддерживается постоянное количество этого изотопа — в результате ядерных реакций, идущих в атмосфере, Земля ежегодно «приобретает» около 7 кг 14C.
Земная атмосфера углеродом не богата. В ней всего 0,03% (по объему) двуокиси углерода CO2. Но в пересчете на вес это не так уж мало: общее содержание углерода в атмосфере — около 600 млн. т. И в каждом биллионе молекул атмосферной CO2 есть один атом 14C. Эти атомы вместе с обычными усваиваются растениями, а оттуда попадают в организмы животных и человека. В любом живом организме есть радиоуглерод, который постепенно распадается и обновляется. В грамме «живого» углерода каждую минуту происходят 14 актов радиоактивного распада. Опыт показывает, что концентрация этого изотопа одинакова во всем живом на пашей планете, хотя в силу некоторых геофизических причин радиоуглерод «приземляется» преимущественно в полярных районах.
Но вот организм гибнет и перестает быть звеном непрерывно идущего на Земле круговорота углерода. Новый радиоуглерод в него уже не поступает, а радиоактивный распад продолжается. Через 5570 лет количество радиоуглерода в отмершем организме уменьшится вдвое, и в грамме углерода, извлеченного из дерева, срубленного 5570 лет назад, чувствительные счетчики за минуту зафиксируют уже не 14, а лишь 7 актов распада. Поэтому с помощью радиоуглерода можно определить возраст практически любого предмета, сделанного из материалов растительного или животного происхождения.
Датировка предметов древности по радиоуглероду в высшей степени удобна и достаточно точна. Причиной тому период полураспада 14C — 5570 лет. Возраст человеческой культуры — величина того же порядка…
Этот метод помог определить даты древних вулканических извержений и время вымирания некоторых видов животных. Он помог разоблачить не одну археологическую подделку, когда за свидетельства древности выдавались, например, черепа с подпиленными зубами.
Но главной заслугой метода следует, видимо, считать установление времени ледниковых периодов.
Радиоуглеродные измерения показали: за последние 40 тыс. лет на Земле было три ледниковых периода. Самый поздний — примерно 10 400 лет назад. С тех пор на Земле относительно тепло.
СВИДЕТЕЛЬСТВО ФРИДРИХА ВЁЛЕРА. Этот немецкий химик, синтезировав в 1824 г. мочевину, пробил первую брешь в учении виталистов (от vitalis — жизненный), считавших, что нельзя получить органические вещества без помощи «жизненной силы». Правда, те не растерялись и объявили, что, дескать, мочевина — отброс организма, и потому ее можно синтезировать и без помощи «жизненной силы». Но в середине XIX в. это учение стало «трещать по швам» под напором все новых и новых органических синтезов. Однако до появления теории химического строения, созданной Александром Михайловичем Бутлеровым, в среде органиков царил разброд. Теории рождались и умирали с частотой бабочек-однодневок.
Известны слова Вёлера, сказанные в 1835 г.: «Органическая химия может ныне кого угодно свести с ума… она представляется дремучим лесом, полным чудесных вещей, огромной чащей без выхода, без конца, куда не осмеливаешься проникнуть».
ИЗОМЕРИЯ И ЗАПАХ. Вещества одинакового состава, но разного пространственного расположения называют изомерами. О том, как сказывается эта разница на свойствах, можно судить на примере довольно простого органического соединения — ванилина и его аналога изованилина. Ванилин — одно из наиболее известных душистых веществ, его приятный запах знаком, по-видимому, всем. А изованилин при нормальных условиях почти не пахнет, если же его нагреть, распространится малоприятный запах, подобный запаху карболки. Ароматы разительно отличаются, а разницы в составе нет:
НЕДООКИСЬ. У углерода не два, как принято считать, а три окисла. Кроме общеизвестных CO2 и CO, существует недоокись C3O2, которую считают ангидридом известной органической кис лоты — малоновой; HOOC—CH2—СООН.
ТКАНЬ ИЗ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ. Ее на рубеже 70-х- 80-х гг. нашего столетия удалось получить английским химикам. Способ получения, в принципе, не нов — так же примерно еще раньше получали углеродные волокна различного назначения. Брали ткань на целлюлозной основе, пропитывали определенной композицией растворенных в воде солей и помещали в печь с атмосферой из углекислого газа. При температуре около 700°С ткань обугливалась, но вели процесс таким образом, чтобы и после этого сохранилась структура ткани. Первое применение ткани из активированного угля — сорбирующие повязки медицинского назначения. С помощью этих повязок из крови удаляют избыток медикаментов, токсины и другие продукты жизнедеятельности микроорганизмов.
О ЗЕРКАЛЬНОМ УГЛЕРОДЕ. В 1962 г. академик В. А. Каргин с сотрудниками впервые обнаружил так называемые углеродные блестки, на основе которых впоследствии был создан оригинальный материал — зеркальный углерод. Он и вправду хорошо полируется и отражает световые лучи, но интересен не только этим. Упомянутые в предыдущей заметке углеродные волокна имеют полимерную структуру зеркального углерода. Появился чисто углеродный композиционный материал УУУВ — углерод, упрочненный углеродным же волокном.
