Представьте себе: все 118 элементов периодической таблицы, от легчайшего водорода до тяжелого оганесона, вступают в контакт одновременно. Не правда ли, звучит как начало эпической научной фантастики? Но что на самом деле произойдет, если этот химический катаклизм вдруг станет реальностью? Увы, реальность, вероятно, окажется куда прозаичнее, чем мы могли бы ожидать.
Смешать, но не взбалтывать: что творится на атомном уровне?
Первый, и самый очевидный способ представить себе этот эксперимент — просто смешать все атомы в одной коробке. Кажется, что результатом должна стать какая-то удивительная супермолекула, объединившая в себе все элементы. Но, увы, природа работает иначе. Атомы, как известно, состоят из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Молекулы же образуются, когда электронные оболочки атомов «перекрываются», формируя связи.
В такой ситуации, при хаотичном смешивании, реакция атомов будет определяться их близостью друг к другу. Кислород, к примеру, весьма активен, и, если рядом окажется водород, образуется вода. Если же его соседом станет углерод, то получится угарный газ. Похожая «игра в соседа» произойдет и с другими элементами, порождая самые разные, зачастую непредсказуемые соединения. Иными словами, мы получим не «единую» молекулу, а случайный набор молекул, зависящий от того, какие атомы случайно окажутся рядом. К тому же, благородные газы (они же инертные), вроде неона или аргона, предпочтут остаться «в стороне», не вступая в реакции.
Скорость света и кварк-глюонная плазма: когда хаос выходит на новый уровень
Если простое смешивание кажется недостаточно захватывающим, давайте добавим немного динамики. Представим, что мы разгоняем атомы до скорости, близкой к скорости света, подобно тому, как это происходит в Большом адронном коллайдере. Казалось бы, это должно привести к слиянию ядер и созданию каких-то экзотических элементов. Но и здесь нас ждет разочарование.
Скорее всего, мы получим так называемую кварк-глюонную плазму — состояние материи, которое, по мнению ученых, существовало в первые мгновения после Большого взрыва. Однако, это состояние крайне нестабильно и быстро распадается. Более того, для такого эксперимента нам понадобился бы не один, а 118 коллайдеров, что, очевидно, нереально.
Химический «коктейль»: взрывное начало и скучный конец
Другой способ провести наш эксперимент — смешать не отдельные атомы, а целые образцы элементов в закрытом контейнере. Кислород, вступив в реакцию с щелочными металлами вроде лития или натрия, моментально воспламенится. Температура в контейнере резко повысится, а порошкообразный углерод, вероятнее всего, также загорится. Не стоит забывать и о радиоактивных элементах, которые превратят эту смесь в опасный «адский котел».
Но что же будет после того, как буря утихнет? К сожалению, результат окажется таким же банальным, как и в первых двух сценариях. Кислород и углерод образуют угарный и углекислый газ, азот останется в неизменном состоянии, а благородные газы и металлы, такие как золото и платина, вообще не вступят в реакции. Все остальное образует ржавчину и соли.
Почему природа так неинтересна?
В чем же причина столь скучного финала? В дело вступает термодинамика — наука о равновесии. Системы, предоставленные самим себе, всегда стремятся к состоянию с минимальной энергией, к стабильности. В нашем случае это означает образование простых, распространенных соединений, таких как углекислый газ, вода, соль и ржавчина.
Так что, несмотря на всю свою потенциальную зрелищность, наш эксперимент скорее приведет к хаосу и разрушению, чем к созданию чего-то нового и необычного. Природа, увы, не всегда готова соответствовать нашим фантазиям, предпочитая стабильность и простоту. Но, возможно, именно в этой простоте и кроется ее истинная красота.
Читайте нас: