В поисках «сумасшедшей» идеи, или как инертные газы перестали быть инертными

– Две параллельные прямые никогда не пересекутся! – утверждала геометрия устами величайшего математика древности Эвклида.

– Нет, должны пересечься! – заявил в середине прошлого столетия русский ученый Николай Лобачевский.

И родилась новая геометрия – неэвклидова.

– Бред и фантазия! – так реагировали на нее на первых порах многие сильные научного мира сего.

Но без геометрии Лобачевского не было бы ни теории относительности, ни смелых представлений о том, каким законам подчиняется устройство вселенной.

Перу Алексея Толстого принадлежит роман «Гиперболоид инженера Гарина».

– Превосходная фантастика, – заявили о нем литературоведы всего мира.

– Фантазия, которая никогда не сможет стать реальностью! – вторили им ученые.

Лишь каких‑то пятнадцать лет не дожил Толстой до момента, когда из кристалла рубина вырвался световой луч невиданной яркости и мощи и слово «лазер» вошло в лексикон отнюдь не одних только специалистов.

…Химики‑энтузиасты упрямо верили в возможность покорить неслыханное упорство инертных газов. Если мы возьмем на себя труд полистать уже начавшие желтеть страницы научных журналов двадцатых, тридцатых, сороковых годов, нам попадется немало любопытных статей и заметок. Они подтвердят: химики не отказались от мечты вовлечь инертные газы в сферу своей деятельности.

С этих страниц смотрят на нас необычные формулы. Они повествуют об удивительных веществах, соединениях гелия со ртутью, палладием, платиной, другими металлами. Одно лишь плохо: это не те химические соединения, которые хотелось бы получить. Двухэлектронная оболочка гелия в них остается незыблемой, а существуют они только при очень низкой температуре. В царстве абсолютного нуля…

Дальше листаем химические журналы – еще новость: советский химик Никитин приготовил куда менее сказочные соединения ксенона и радона с водой, фенолом и некоторыми другими органическими жидкостями: Xe · 6Н₂O, Rn · 6Н₂О. Они устойчивы в обычных условиях, их нетрудно получить, но…

Но по‑прежнему химическая связь здесь ни при чем. Атомы ксенона и радона свято блюдут совершенство своих внешних оболочек: 8 электронов было, 8 осталось. Больше пятидесяти лет прошло со времени открытия инертных газов, а «воз и ныне там».

…Завершится двадцатое столетие – самое бурное, самое памятное из всех прошедших веков человеческой истории. И ученые подведут итог тому, каких высот в этом столетии достигла научная мысль. В нескончаемом перечне выдающихся открытий на видном месте окажется «Получение химических соединений инертных газов». А какой‑нибудь восторженный комментатор добавит: одно из самых сенсационных открытий.

Сенсация? Полно! Скорее романтическая история. Или даже история о том, как просто иногда может решиться проблема, которая десятилетиями мучила многих ученых своей неразрешимостью…

В наши дни химия напоминает могучее дерево с огромной, все разрастающейся кроной. Одному человеку уже не под силу изучать целую ветку. Чаще всего исследователь затрачивает годы, чтобы подробно ознакомиться с маленькой веточкой, с почкой, с чуть заметным ростком. Из тысяч таких исследований складывается знание о той или иной ветви.

«Веточкой», которую изучал канадский химик Нейл Бартлетт, было соединение, на языке химии именуемое гексафторид платины, PtF₆. Не случайно ученый уделял много внимания этому веществу. Соединения фтора с тяжелыми металлами – очень интересные вещества, очень нужные для науки и для практики. Например, для разделения изотопов урана – урана‑235 и урана‑238 – для нужд ядерной энергетики. Отделить один изотоп от другого – дело весьма сложное, но с помощью гексафторида урана UF₆ их удается рассортировать. Кроме того, фтористые соединения тяжелых металлов – очень активные химические вещества.

Бартлетт подействовал на PtF₆ кислородом и получил крайне любопытное соединение. Кислород в нем содержался в виде положительно заряженной молекулы O₂. Молекулы, потерявшей один электрон. Что здесь удивительного? То, что оторвать электрон от кислородной молекулы чрезвычайно трудно. Нужно затратить много энергии. Шестифтористая платина оказалась способной отобрать электрон у кислородной молекулы.

Чтобы удалить электрон с внешней оболочки атомов инертных газов, также требуется весьма много энергии. Тут есть закономерность: чем тяжелее инертный газ, тем энергия меньше. И оказалось: заставить атом ксенона распрощаться с одним электроном все‑таки проще, чем оторвать его от молекулы кислорода.

А значит… Вот где начинается самое интересное! Бартлетт решил заставить шестифтористую платину выступить в роли похитителя электрона у ксенонового атома. И достиг успеха – в 1962 году родилось первое в мире химическое соединение инертного газа. Выглядит оно так: XePtF₆. И в достаточной степени устойчивое. Не то что какие‑нибудь экзотические соединения гелия с платиной или ртутью.

Это едва заметное зернышко сразу дало побег. Побег, который стал расти со скоростью бамбука, – новое направление химии, химию инертных газов. Еще вчера многие серьезные ученые были скептиками; сегодня они держат в руках более тридцати настоящих химических соединений инертных газов. Главным образом фторидов ксенона, криптона и радона.

А стало быть, миф о незыблемости внешней электронной оболочки благородных газов рухнул!

Как построены молекулы различных соединений инертных газов? Ученые только‑только начинают в этом разбираться. Выходит, что атомы могут располагать гораздо большим запасом валентных сил, чем считалось раньше.

На признании особой прочности, незыблемости восьмиэлектронной оболочки строились прежде представления о валентности. А теперь ученым приходится задуматься: так ли уж все ясно в этих теориях? Может, вам доведется вместе с ними обнаружить новые закономерности…