Вибух – талановитий хімік

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

До цього часу було навпаки: хімія, особливо у невмілих руках, нерідко породжувала вибухи. Але настав час, коли сам собою вибух, точніше, створювані їм тиски послужили засобом створення нових хімічних сполук.

Тиск може бути статичним – діючим тривалий час, і динамічним – що виникає на короткий час при дії ударних хвиль. Перевага динамічного тиску в тому, що він не обмежує простір, що стискається мікронами корисної площі, як це виходить при тиску статичному. Недолік – надто короткий час дії: мільйонні частки секунди. І тому незрозуміло, чи можуть за цей період у робочому обсязі відбутися якісь суттєві хімічні перетворення.

Втім, на це питання відповідають нещодавні наукові дослідження. Експерименти показали, що ударні хвилі, що породжуються найкраще гарною вибухівкою, є унікальним способом впливу на хімічні реакції синтезу і розкладання речовин, а часом і прямою причиною їх виникнення.

Механізм залучення речовини у нові їй реакції досить простий. Якщо при малих тисках – до ста кілобарів – речовина стискається вздовж осі, по якій приходить стиск, то при великих – до тисячі кілобарів – стиск йде у всіх трьох вимірах одночасно. При цьому сильно змінюються зовнішні електронні структури атомів, а отже, і ряд фізичних та хімічних властивостей. Так, у бромистої міді після стиснення, в результаті якого зв’язок між атомами вкоротився на 0,8 відсотка, діелектрична стала зросла на 80 відсотків.

Крім того, вибухова ударна хвиля дробить зерна речовини і множить у її структурі дефекти – звичайні носії властивостей каталізатора – у сотні разів. Ще один шлях: зерна в суміші стискуються по-різному, а отже, і неоднаково нагріваються. Перепади температури в сусідніх точках можуть сягати сотень і навіть тисячі градусів. Все це разом узяте і впливає на перебіг звичайних реакцій і робить реальними реакції незвичайні.

Вчені перевірили ці нові можливості у дослідах. Так вдалося за допомогою вибуху синтезувати в одну складну сполуку такі вихідні компоненти, як кисневі сполуки свинцю, титану та цирконію. Вони з’єдналися і вийшов важливий п’єзо-керамічний матеріал — цирконат-титанат свинцю.