Оповідання з хімії - Юрій Якович Фіалков

З усього арсеналу засобів, які є в розпорядженні аналітиків, ми виберемо для ілюстрації декілька, однак і їх досить, щоб показати можливості цієї науки.

Ось один з наймолодших методів аналізу — радіоактиваційний. Метал, який мають очистити, вміщують у ядерний реактор або циклотрон. При опромінюванні металу нейтронами або іншими елементарними частками його атоми — не всі, звичайно, — стають радіоактивними. Набувають радіоактивності і всі атоми домішок. Однак характер випромінювання одного штучного радіоактивного елемента різко відрізняється від характеру випромінювання іншого. Визначаючи характер та інтенсивність кожного типу випромінювання, можна легко визначити кількість і характер домішок у металі. Цей метод дає можливість визначати домішки в кількості до 10–13 г.

Спробуйте прочитати цю величину у виразах, прийнятих для десяткових дробів!

Електропровідність напівпровідникових матеріалів дуже залежить від домішок — цим, власне, й зумовлена вимога виняткової чистоти напівпровідників. Очищаючи напівпровідник, кожного разу випробовують його електропровідність. Чим чистіша речовина, тим менша її провідність.

Варто спинитися на дуже цікавих способах одержання речовин «дев’ять» або «десять дев’яток».

Насамперед про лабораторії та людей, де провадяться такі роботи. У цих лабораторіях ходять повільно, розмовляють тихо, уникають різких рухів, щоб з одежі не виділялись залишки пилу, який не встиг висмоктати пилосос, що стоїть біля входу. Стіни і стелі цих лабораторій гладенькі й блискучі, і на них смітинці ніде зачепитися. Всі маніпуляції там виконують за допомогою особливих приладів, що нагадують пінцети з довгою ручкою, причому роблять це знову-таки поволі, обережно…

Складається враження, що працювати в таких лабораторіях досить-таки нудно. Та це враження зразу ж розвіється, як тільки ми докладно ознайомимося з тим, як люди в прозорих пластмасових халатах, виконуючи свою буденну і ніби нудну роботу, сходять на одну з найвеличніших і найтрудніших вершин сучасної науки — на вершину «десяти дев’яток».

Ось одна з поширених установок для одержання надчистих речовин. У ній здійснюється процес відокремлення домішок, так звана «зонна плавка». Трубчаста електрична піч повільно рухається вздовж кварцевої трубки. У цій трубці на спеціальній підставці лежить невеличкий розтягнутий злиток германію. Зовні нема нічого цікавого. Ми бачимо, як розплавлена зона переміщається вздовж злитка металу. У тому місці, де над ним проходить піч, він розплавляється і перетворюється у в’язку рідину. Піч проходить далі, і метал повільно остигає.

Для чого це робиться? А ось для чого. Домішка, яка міститься в германії, при розплавлянні металу залишається в рідкій зоні, бо атоми розплавленого металу, з’єднуючись при застиганні, виштовхують «чужаків» з кристалевої гратки. Рідка зона, переміщуючись вздовж злитка, захоплює значну частину домішок. Коли, нарешті, рідка зона доходить до кінця злитка й остигає, її відрізають, і перед нами — германій, значно чистіший, ніж той, який ми мали на початку роботи.

Хоч метод зонної плавки найуніверсальніший, однак і він не завжди придатний для одержання надчистих речовин. Ось, наприклад, інший напівпровідник — сусід германію по періодичній системі Д. І. Менделєєва — кремній. Він плавиться при температурі значно вищій, ніж германій, — при 1400°. При такій високій температурі майже всі атоми інших речовин, що його оточують, намагаються вступити з ним у хімічну сполуку. Звідки беруться ці атоми? З повітря, яке оточує злиток, з тигля, де кремній плавиться. Повітря можна викачати, але чим замінити тигель, де відбувається плавлення?

З елементами (металами), що піддаються впливу магнітного поля, обійшлися дуже оригінально: почали плавити їх без будь-якого посуду. Вміщують кусочок металу в середину круглого електромагніту, вмикають струм і… метал повисає в повітрі, а вірніше — в пустоті, бо повітря відкачане. Там же, в пустоті, його плавлять і проводять інші маніпуляції. Так метал проходить всі стадії, що ведуть до його очищення, і жодного разу при цьому не дотикається до стінок посуду.

А як бути з кремнієм, який не піддається впливу магнітного поля? На допомогу тут прийшов сам кремній. Розплавлений кремній має дуже високий поверхневий натяг. Тому розплавлена маса його вдержується зовнішньою плівкою рідини. Кремній, як бачимо, плавиться у власному посуді.

Кожний новий напівпровідниковий матеріал при його очищенні висуває нові проблеми, нові ускладнення. Але вже з цих кількох прикладів читачеві ясно, наскільки складна проблема одержання надчистих речовин.

Тепер наука розвивається такими темпами, що той зміст, який я вкладаю в слово «складний», говорячи про проблему надчистих, зміниться в бік полегшення навіть за кілька місяців, які минуть з часу написання цих рядків до виходу книги в світ. Адже ступінь чистоти, доступний тепер промисловості, років десять тому не міг навіть приснитися вченому з найбагатшою фантазією.

У підручнику з хімії сказано:

«Цинк при звичайних умовах досить крихкий і при невеликому нагріванні може бути легко, без зусиль розтертий у порошок у звичайній ступці».

«Цинк легко розчиняється у розведених сірчаній і соляній кислотах».

«Марганець, хром і титан дуже важко піддаються обробці через свою крихкість. Перший з цих елементів енергійно розчиняється в кислотах».

А ось уривок із статті, опублікованої недавно в одному з хімічних журналів:

«Метали цинк, титан, марганець і особливо хром — дуже пластичні і чудово куються. Цинк і марганець, хоч і стоять в ряді напруг значно вище від водню, не виділяють останній з кислот навіть при великому нагріванні».

Читач заперечить мені:

— Годі вигадувати! Не знаю, як там марганець, а з цинком я особисто провадив спробу і не раз. Подивилися б, як виділяється водень!

Я все це знаю, бо й сам добував водень, розчиняючи цинк у сірчаній кислоті. Проте в наведеній цитаті все правильно.

— Дозвольте, — скажете ви, — але ж тоді всі підручники хімії неправильні!