Путешествие в Страну элементов: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Только по одной суперфосфатной промышленности работа железнодорожного транспорта за год отражена в гигантской цифре — 10,7 миллиарда тонна-километров. Если б суперфосфат требовался для подъема сельского хозяйства на Луне и туда была бы проложена железная дорога, то, проделав указанную работу, можно было бы перебросить по маршруту Земля — Луна несколько десятков тысяч тонн удобрения! Для оценки этой цифры земными масштабами укажем, что она составляет более 70 процентов грузооборота Италии!

А ведь железная дорога не доставляет этот груз к месту потребления. С платформ удобрения выгружают на базисный склад, оттуда — в кузова автомашин. И пылят грузовики по сельским дорогам. Разгрузили удобрение в колхозном складе — и снова перевозки, теперь к полю. Здесь опять выгрузка и опять погрузка — в высевающие механизмы.

Значит, к прежним цифрам надо приплюсовать еще стоимость автоперевозок, тары, хранения… Подсчитано, что перевозка и доставка в поле фосфоритной муки обошлась за год в 300 миллионов рублей на старые деньги. А стоимость доставки больше отпускной стоимости.

К концу семилетки выработка фосфорных удобрений достигнет 14 миллионов тонн. При существующей ныне дальности перевозок загрузка транспорта выразится в космической цифре — 33–40 миллиардов тонна-километров. К 1975 году производство минеральных туков возрастет еще вдвое-втрое…

Где же выход?

Нужны другие, более эффективные удобрения. Химики работают в этом направлении и уже создали ряд соединений, содержащих в два раза больше полезного вещества, чем удобрения, выпускавшиеся ранее. Они дадут значительную экономию средств. А в дальнейшем химикам, по-видимому, придется создавать минеральные удобрения еще более высоких концентраций, вплоть до таких, где вовсе не будет «балласта».

Обслуживая сельское хозяйство, химия особо должна быть чутка к вопросам экономики. Это диктуется масштабами потребности села в различных химических элементах и их соединениях. Вот почему так привлекательно выглядит идея получения аммиака — исходного продукта в производстве аммиачной селитры, ценнейшего азотного удобрения — на основе природного газа. Раньше для синтеза аммиака использовали коксовый газ. Это обходилось в полтора-два раза дороже, чем когда сырьем служит природный или попутный газ нефтедобычи.

…XX век войдет в историю науки и техники как век атомной энергии, радиоэлектроники, комплексной автоматизации, ракетной техники и других побед человеческого гения. Среди штурмовавших эти вершины химики-неорганики стояли не в последних рядах. Да и могло ли быть иначе? Ведь химия, как неорганическая, так и органическая, вершит судьбами элементов, сводя их и разъединяя. Владея этой сказочной силой, химия творит материалы и вещества, которых нет в природе, но которые совершенно необходимы в эпоху, когда взлетают ракеты, работают атомные котлы, существуют фотоэлементы, солнечные батареи и много иных удивительных вещей.

Недаром с такой настойчивостью Центральный Комитет нашей партии выдвигает на передовую линию народнохозяйственных проблем вопросы развития химической индустрии в нашей стране. После майского Пленума ЦК КПСС в 1958 году отечественная химия двинулась вперед ускоренными темпами. За годы, миновавшие после майского Пленума, на строительство химических предприятий было отпущено в 1,7 раза больше средств, чем за 13 предыдущих лет!

Но и эти темпы не удовлетворяли стремительно растущего спроса на синтетические материалы, удобрения и многое другое, без чего трудно обходиться, если не хочешь отстать. «Надо, наконец, покончить с поверхностным и близоруким подходом к развитию химической промышленности, проявить государственный размах и экономически грамотно оценить перспективность и огромную выгоду, которую получает народное хозяйство от развития химической индустрии», — говорил в своем докладе на ноябрьском Пленуме Н. С. Хрущев. Он посоветовал плановым органам снять «стальные шоры» и оценить по достоинству огромную народнохозяйственную эффективность, которую дает преимущественное развитие химической индустрии.

Вот одно из бесчисленных и особо ярких доказательств тому. Если в производстве турбогенераторов использовать кремнийорганическую изоляцию, то, будучи тех же размеров, они могут стать мощнее процентов на десять, а то и больше. За этот счет до конца семилетки добавочная мощность на тепловых электростанциях составила бы величину, примерно равную мощности Волжской ГЭС имени В. И. Ленина! А затраты на сооружение завода кремнийорганических лаков по сравнению со стоимостью такой гидроэлектростанции, как Волжская, в десятки раз меньше.

«Создать за короткие сроки материально-техническую базу коммунизма без развитой химической промышленности невозможно», — писал 15 марта 1963 года Н. С. Хрущев.

И, как всегда, крыльями для нового взлета химической промышленности явятся достижения науки. И, конечно, не только органики, хотя промышленности органического синтеза предстоит особенно быстрый рост. Зато «в ведении» неорганики многое из того, на чем держится наисовременнейшая техника.

Химия полупроводников… Еще не написаны монографии и учебники, очерчивающие границы нового государства на карте наук, а уже в нем бурлит жизнь, кипят страсти, ведутся дискуссии, налаживаются дружественные взаимоотношения с соседями: квантовой химией, кристаллохимией, физической химией…

Какие же задачи видит перед собой молодая наука? Она, естественно, стремится отыскать общие закономерности, способные проложить надежный мостик между внутренними особенностями материала и его полупроводниковыми свойствами. Только с капитанского мостика теории можно будет достаточно точно предсказывать поведение полупроводникового изделия, зная его химический состав и структуру. А значит, представится возможность синтезировать именно те полупроводниковые вещества, какие требует, например, привередливая радиотехника.

Это традиционная, глубинная теоретическая проблема химии. Она ведет в самые недра вещества, туда, где индивидуальность химического элемента видна не в его внешних проявлениях, а в самой «анатомии» атома.

Не так давно в солидных учебниках по химии можно было прочесть о германии: «В промышленном масштабе почти не добывается. Поэтому ограничимся лишь его краткой общей характеристикой… Соединения германия применяются при изготовлении светящихся экранов, а также высокопреломляющих сортов стекла…» О кремнии сказано больше, но тоже ни слова о его ценнейших полупроводниковых свойствах.

«В чем их польза?» — размышлял наш отдаленный предок, глядя на камни, в беспорядке разбросанные там и тут.

С тех давних пор каждая эпоха давала свои ответы на этот вопрос. Последняя глава в истории кремния и германия — свежий тому пример.

За несколько лет полупроводники проникли в самые разнообразные области техники, неся с собой качественно новые, исключительно интересные возможности. В частности, они отвечали трем тенденциям в развитии радиотехники: миниатюризации радиодеталей, повышению их долговечности и надежности. Другой областью применения полупроводников явилось создание термоэлектрических приборов и установок. Солнечные кремниевые батареи исправно работают в космосе, питая радиоаппаратуру в неземных автоматических лабораториях.

Получая из научных лабораторий что-то новое, техника обычно от восторгов очень скоро переходит к властным требованиям. Такие-то полупроводниковые материалы есть, но оказывается, что срочно нужны другие. Где они, когда будут?

Синтезируя новые, все более «чуткие» и надежные полупроводниковые вещества, ученые пока часто идут путем эмпирической разведки. Понятно, это не самый короткий и не самый результативный путь. Для выработки магистральных направлений необходимы достижения в решении теоретических проблем. Исключительно важна для химии полупроводников разработка новых химических и физико-химических методов получения полупроводниковых веществ сверхвысокой чистоты.

По привычке мы все еще говорим: чист, как роса; чистый, как слеза. Это поэтично, но и архаично. Ни то, ни другое не может в наше время служить эталоном чистоты. Во всяком случае, для химии полупроводников.

Оценивая степень необходимой чистоты, специалисты говорят: девять-десять девяток. Что это значит?

Для наглядности приводится такой пример. В стакане абсолютно чистой воды растворяем крупицу соли. Затем, зачерпнув наперсток этого раствора, выливаем его в сорокаведерную бочку. А из нее каплю жидкости переносим в другую сорокаведерную бочку. Вот там-то чистота воды будет приближаться к 99,999 999 999 процента, то есть к девяти девяткам (считая после запятой).

Повышенные требования к чистоте полупроводниковых веществ объясняются тем, что на работу транзистора оказывают влияние ничтожно малые примеси. Заданные рабочие характеристики его могут поломать даже считанные атомы-чужаки, не изгнанные из материала детали.

Попытки автоматизировать некоторые технологические операции встречают серьезные препятствия из-за того, что трудно, а порой и вовсе невозможно обеспечить сбор нужной информации о ходе процесса. Например, в металлургии затруднен замер температуры расплава. Существующие датчики боятся такого интенсивного нагрева, какой неизбежен при соприкосновении с жидким металлом, с раскаленным докрасна сводом сталеплавильной печи, с потоками горячих газов и т. д.

В этой связи актуальной задачей химии полупроводников стало изучение систем, включающих тугоплавкие полупроводниковые соединения, разработка методов их синтеза.

Вообще тугоплавкими соединениями живо интересуется современная техника. Нетрудно понять почему.