Взрыв — талантливый химик
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
До сих пор было наоборот: химия, особенно в неумелых руках, нередко порождала взрывы. Но вот пришло время, когда сам по себе взрыв, точнее, создаваемые им давления послужили средством созидания новых химических соединений.
Давления могут быть статические — действующие продолжительное время, и динамические — возникающие на короткое время при действии ударных волн. Преимущество динамического давления в том, что оно не ограничивает сжимаемое пространство микронами полезной площади, как это получается при давлении статическом. Недостаток — слишком короткое время действия: миллионные доли секунды. И потому неясно, могут ли за этот период в рабочем объеме произойти какие-либо существенные химические превращения.
Впрочем на этот вопрос отвечают недавние научные изыскания. Эксперименты показали, что ударные волны, порождаемые лучше всего хорошей взрывчаткой, служат уникальным способом воздействия на химические реакции синтеза и разложения веществ, а порой и прямой причиной их возникновения.
Механизм вовлечения вещества в новые для него реакции достаточно прост. Если при малых давлениях — до ста килобар — вещество сжимается вдоль оси, по которой приходит сжатие, то при больших — до тысячи килобар — сжатие идет во всех трех измерениях одновременно. При этом сильно изменяются внешние электронные структуры атомов, а значит — и ряд физических и химических свойств. Так, у бромистой меди после сжатия, в результате которого связь между атомами укоротилась на 0,8 процента, диэлектрическая постоянная возросла на 80 процентов.
Кроме того, взрывная ударная волна дробит зерна вещества и множит в его структуре дефекты — обычные носители свойств катализатора — в сотни раз. Еще один путь: зерна в смеси сжимаются по-разному, а значит, и неодинаково нагреваются. Перепады температуры в соседних точках могут достигать сотен и даже тысячи градусов. Все это, вместе взятое, и влияет на ход обычных реакций и делает реальными реакции необычные.
Ученые проверили эти новые возможности в опытах. Так удалось с помощью взрыва синтезировать в одно сложное соединение такие исходные компоненты, как кислородные соединения свинца, титана и циркония. Они соединились, и получился важный пьезо-керамический материал — цирконат-титанат свинца.