Давление в один килограмм на площадь в один квадратный сантиметр, обычное на поверхности Земли, не свойственно ни океанским глубинам, ни недрам планеты, ни звездам. Сверхвысокие давления сообщают веществу особые, необычные свойства. И трудно было представить себе, чтобы некоторые из этих свойств человек не сумел использовать в своих целях.
Если не считать кузнечного производства, то создание искусственных минералов и было вероятно, тем первым делом, в котором высоким давлениям нашлось применение.
Аппараты, сооруженные для этой цели во второй половине XIX в., не вполне соответствовали тому, что понимается обычно под словом «аппарат» в наше время. Это были тогда запаянные на концах трубки или заглушенные фланцами цилиндры, похожие на запертые с обоих концов пушечные стволы (так, например, ставил свои опыты англичанин Хэнней). В принципе, так можно было пытаться изготовить любые минералы, возникающие в недрах Земли в условиях высоких давлений и температур. Вообще же после Гей-Люссака за пятьдесят лет было синтезировано столько минералов, что в 1872 г. в университетском городе Гейдельберге в Германии о них вышла даже специальная книга.
Из нескольких сотен искусственных минералов, известных в конце прошлого века, одиннадцать продолжили список работ, названных в начале этой главы вместе с латинской транскрипцией фамилии их автора — профессора Петербургской Военно-медицинской академии Хрущова.
Константин Дмитриевич Хрущов (родился 21 мая 1852 г. в семье помещика в Харькове), как и многие другие люди, сделавшие в жизни что-то заметное, не сразу нашел свое призвание. Он учился на медицинском факультете и окончил (по этой специальности) Вюрцбургский университет в Германии. (Хрущев — уже второй медик на страницах нашей истории. До него был Теннант, сжегший за сто лет до этого уголь, графит и алмаз, превратившиеся в равные количества «связанного воздуха», — врач по образованию, доктор медицины.)
Видимо, клиника или частная практика не очень привлекали молодого доктора. Он, покинув респектабельную Европу, отправился со своим дипломом в не столь изученную Америку и поступил врачом в геологическую партию.
Годы; проведенные в экспедициях по всему Американскому континенту, дали Хрущову не только множество впечатлений и немалый жизненный опыт. За это время явственно проявился его главный жизненный интерес, не! совпадающий, можно сказать, со специальностью согласно диплому. Врачу экспедиции, конечно, приходилось заниматься и своим прямым делом — ставить компрессы, назначать микстуру или порошки, а то и прибегать к хирургическим атрибутам. Но все же геологи — народ в основном здоровый, и доктор проводил больше времени вместе с ними, вооружившись не скальпелем, а геологическим молотком, или возился с пробирками и химикалиями в походной лаборатории.
Вернувшись в 1877 г. в Европу, Хрущов еще какое-то время пробыл в Лейпциге, занимаясь уже только минералогией и химией, а затем переехал в Харьков, где основанный Каразиным университет удостоил его степени доктора наук Honoris causa, «из чести».
Казалось бы, пора и осесть на месте, однако странствия Хрущова на этом еще не кончились — вскоре он переехал в Петербург, где получил должность профессора и кафедру в Военно-медицинской академии. В последующие годы Хрущов занимается изучением лабрадоритов Волыни, беломорских и алтайских гранитов, горных пород Таймыра.
И вместе с тем он производит множество лабораторных экспериментов. Судить об их характере и направлении вполне можно, например, по краткому списку приборов, приобретенных Хрущовым для кафедры немедленно по вступлении в должность. В перечне среди прочих видов оборудования значатся: трансформатор Тесла, батарея аккумуляторов из восьми штук, одна чугунная бомба с платиновой вставкой для достижения сильного сжатия при высокой температуре, полная коллекция круксовых трубок, электрическая печь, аппарат для искусственного воспроизведения минералов (посредством высшего давления при нагревании)…
Опыты Хрущова идут от проблем геологии — он стремится получить минералы, создав искусственно условия, заведомо возможные в природе.
Еще в 1880 г. в толстостенной груше собственной конструкции он в течение нескольких месяцев держал под действием непрекращающегося жара (250°) 10%-ный гидрозоль и первым извлек искусственные кристаллы кварца.
Магнезиальную слюду Хрущов пробовал изготовить в течение трех лет — терпеливо варил в разных комбинациях силикатные магматические породы, содержащие все необходимые составляющие этого минерала. Только через три года опыт удался. 5 частей базальта, сплавленного с кварцевой породой, 2 — 3 части затравки (самой слюды), 0,5 части аморфного кремнезема, 2 — 3 части смеси, состоящей из кремнефтористого калия, фтористого натрия и фтористого алюминия, были сплавлены в герметическом платиновом тигле. В получившейся смеси оказались пластинки искусственной магнезиальной слюды.
Опыт, в котором была получена роговая обманка, длился три месяца подряд. В запаянной толстостенной стеклянной груше попеременно грелась до 550° и снова охлаждалась «целая аптека» — гидроксиды алюминия, железа, магния, кальция, затравки металлического калия и натрия. Из получившейся буро-зеленой «каши» Хрущов вымыл кислотами несколько совершенно правильных кристалликов роговой обманки, ортоклаза и кварца.
В глубинах Земли давления весьма велики, и Хрущов, как и другие исследователи, занимающиеся синтезом минералов, пришел к необходимости воспроизводить в лаборатории и это природное условие. Он сконструировал оригинальный прибор — толстостенную стальную бомбу, в гнездо которой вставляется платиновый вкладыш-пробирка, а сверху все завинчивается массивной стальной пробкой.
В этой своей «модели» земных глубин Хрущов сумел синтезировать циркон — широко распространенный минерал циркония. А после циркона занялся алмазом — минералом, состоящим всего из одного элемента.
К началу 90-х годов, когда Хрущов приступил к своим опытам, об алмазе было известно уже довольно многое.
Первое. Алмаз, уголь и графит — химически одно и то же вещество, а именно — углерод. Следовательно, в принципе, можно изготовить алмаз из угля и графита.
Второе. Алмаз не поддается никаким изменениям при относительно низких температурах. Следовательно, для изготовления алмаза нужны высокие температуры.
Третье. Алмаз при сильном нагреве без доступа воздуха превращается в графит (опыт Густава Розе). Следовательно, изготовить алмаз можно из графита.
Четвертое. Удельный вес алмаза — 3,5, в то время как графита — 2,2, а угля — в среднем 1,3. Следовательно, в алмазе атомы углерода упакованы плотнее, чем в графите, не говоря уже об угле. Следовательно, при изготовлении алмаза графит необходимо подвергнуть высокому давлению.
Пятое. Алмаз в природе рождается в глубине Земли, где господствуют высокие температуры и высокое давление (наблюдение, сделанное на коренных месторождениях Кимберли).
Шестое. Алмаз встречается в каменных (Новый Урей) и железных (Каньон Дьявола) метеоритах. Одно из следствий этого факта особенно важно для опыта, который замышлял Хрущов: железо было подходящей средой для появления алмаза.
Почему?
Достоверно известно из практики, что при охлаждении жидкого железа, пересыщенного в печи углеродом, выделяется графит. Известно также, что, в отличие от большинства других металлов, железо при застывании не уменьшается в объеме, а увеличивается. Поэтому, если его быстро охладить снаружи, то образовавшаяся твердая оболочка, корка, будет сжимать остальную, стремящуюся расшириться массу. Значит, внутри нее давление резко возрастает.
Подобное явление наблюдал, несомненно, каждый — при застывании обыкновенной воды. Объем льда тоже больше объема воды, из которой он образовался. А рост давления внутри массы льда подтверждается тем простым фактом, что бутылка с водой (стекло в данном случае можно уподобить застывшей оболочке) — лопается.
