Я познаю мир. Оружие

Стратеги неоднократно заказывали химикам бездымный порох, но те только разводили руками – никто не знал, как даже подступиться к такому заданию. Делу опять–таки помог случай. В 1845 году немецкий химик Христиан Шенбейн воспользовался тем, что его жена отлучилась из дома, и решил завершить начатый еще на работе эксперимент. На кухне он принялся составлять некую смесь. При этом часть ее случайно пролилась на пол. Химик хотел потереть лужицу и не нашел для этого ничего лучшего как подвернувший под руку фартук жены. И повесил его над плитой, чтобы тот быстрее высох и жена ничего не узнала. Представьте себе изумление и даже ужас ученого, когда подсыхающий фартук вдруг вспыхнул и сгорел почти дотла.

Неизвестно, что сказала химику по этому поводу жена. Исследовав состав смеси и ткани из остатков фартука, он довольно быстро догадался, в чем дело. И в конце концов получил патент на изобретение нитроцеллюлозы, или пироксилина. Это вещество и составляет основу бездымного пороха.

Первооткрывателем же еще одного взрывчатого вещества – нитроглицерина – был итальянец Асканио Собреро. Однако первоначально он предполагал использовать это соединение для лечения сердечных болезней. И лишь Альфред Нобель – шведский изобретатель и предприниматель, имя которого ныне носит престижная научная премия, – догадался, как из нитроглицерина получить динамит.

Ключ к цепи

А. Нобель

Вся эта довольно длинная цепь случайностей стала возможной лишь потому, что никто из химиков не представлял себе сути процессов, происходящих при взрыве. Лишь в 1913 году немецкий химик Макс Боденштейн впервые предположил теорию, показывающую стадии лавинообразно нарастающей, или цепной, реакции.

"Ключом к такой реакции служит начальная стадия образования свободного радикала, – писал химик, – атома или группы атомов, обладающих свободным (неспаренным) электроном и вследствие этого чрезвычайно химически активных. Однажды образовавшись, он взаимодействует с молекулой таким образом, что в качестве одного из продуктов реакции образуется новый свободный радикал. Новообразованный свободный радикал может затем взаимодействовать с другой молекулой, и реакция продолжается до тех пор, пока что–либо не помешает свободным радикалам образовывать себе подобные, т. е. пока не произойдет обрыв цепи".

Будучи химиком, М. Боденштейн и рассуждал лишь о химических реакциях. Лишь спустя десять лет физики Г. А. Крамере и И. А. Кристиансен открыли реакцию разветвленной цепи, применимую и к некоторым физическим процессам. В этой реакции свободные радикалы не только регенерируют активные центры, но и активно множатся, создавая новые цепи и заставляя реакцию идти все быстрее и быстрее, рассуждали они. Фактический ход реакции зависит от ряда внешних ограничителей, например, таких как размеры сосуда, в котором она происходит. Если число свободных радикалов быстро растет, то реакция может привести к взрыву.

Вклад Семенова

Однако подобные исследования шли ни шатко ни валко, пока за них не взялся Николай Николаевич Семенов – один из основоположников химической физики. Будучи заместителем директора Петроградского физико–технического института, Семенов в 1926 году обратил внимание на работу двух своих студентов. Изучая окисление паров фосфора водяными парами, они заметили, что эта реакция протекала не так, как ей следовало в соответствии с теориями химической кинетики того времени. И спросили своего профессора, почему так происходит.

Семенов увидел причину этого несоответствия в том, что студенты имели дело с результатом разветвленной цепной реакции, и написал об этом научную статью. Однако такое объяснение было отвергнуто Максом Боденштейном, в то время признанным авторитетом по химической кинетике. Еще два года продолжались споры и интенсивное изучение этого явления как Н. Н. Семеновым, так и независимо от него английским исследователем Сирилом Н. Хиншелвудом. Наконец стало ясно, что наш ученый был прав.

В 1929 году Н. Н. Семенов был избран членом–корреспондентом Академии наук СССР, а в 1932 стал академиком. К этому времени Семенов вел глубокие исследования цепных реакций, которые представляют собой серию самоинициируемых (т. е. самовозбуждаемых) стадий в химическом процессе. И однажды начавшись, эта серия продолжается до тех пор, пока не будет пройдена последняя стадия.

В 1934 году Семенов опубликовал монографию "Химическая кинетика и цепные реакции", в которой доказал, что многие химические реакции, включая реакцию полимеризации, осуществляются с помощью механизма цепной, или разветвленной, цепной реакции.

В последующие десятилетия Семенов и другие ученые, признавшие его теорию, продолжали работать над прояснением деталей теории цепной реакции, анализируя относительные опытные данные, многие из которых были собраны его студентами и сотрудниками.

Начавшаяся война прервала было научные занятия. Но вскоре Семенов, как и многие советские известные ученые, эвакуировавшийся в Казань, снова возвращается к этой теме, теперь уже решая задачи, связанные с вопросами горения и взрыва. В 1943 году ученый переезжает в Москву, становится во главе Института химической физики и принимает самое активное участие в зарождающемся советском атомном проекте.

Однако весь ход работ, его результаты и участники были строжайше засекречены. Семенов не мог и слова сказать в открытой печати об использовании цепной реакции при инициировании атомного взрыва. Поэтому, когда в 1954 году была опубликована его книга "О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности", в ней шла речь в основном о теоретических аспектах открытий, сделанных им за годы работы над своей теорией.

В 1956 году Семенову совместно с Хиншелвудом была присуждена Нобелевская премия по химии "за исследования в области механизма химических реакций". В нобелевской лекции Семенов сделал обзор своих работ над цепными реакциями: "Теория цепной реакции открывает возможность ближе подойти к решению главной проблемы теоретической химии – связи между реакционной способностью и структурой частиц, вступающих в реакцию... Вряд ли можно в какой бы то ни было степени обогатить химическую технологию или даже добиться решающего успеха без этих знаний... Необходимо соединить усилия образованных людей всех стран и решить эту наиболее важную проблему для того, чтобы раскрыть тайны химических и биологических процессов на благо мирного развития и благоденствия человечества".

Однако, как это часто бывает, к мнению ученого не очень–то прислушались сильные мира сего. И его разработки были использованы не только в мирных, но и в военных целях.

Непромокаемый, но жидкий...

И на том дело не остановилось. Теперь военные видят перспективы применения в скором будущем... жидкого пороха. Он будет обладать рядом преимуществ по сравнению с нынешним, бездымным. Во–первых, жидкий порох не боится влаги, он не может отсыреть, его не надо закатывать в герметичные патроны. Во–вторых, патроны как таковые вообще можно отменить. В ствол из бывшего патронника будут подаваться только пули. А жидкий порох будет подаваться порциями прямо в ствол из специального баллончика. Такое новшество позволит увеличить боезапас пехотинца при том же весе в 2–3 раза, а то и больше. Наконец, в–третьих, жидкий порох обеспечивает выброс пули из ствола с большими скоростями, значит, резко возрастают дальнобойность и прицельность огня.

Но в основе всех этих новшеств по–прежнему лежат цепные реакции, стихийное применение которых началось тысячи лет назад, а теоретическое изучение не закончено и по сей день...

Не испаришься, так испечешься...

Бомба на ладони

Американские военные разрабатывают экзотические типы вооружений, которые предусматривают использование антивещества и микроволнового излучения. В частности, ВВС США вкладывают миллионы долларов в создание бомбы, которая "может уместиться на ладони" и, тем не менее, в состоянии стереть с лица земли целые города.