Мое подключение к изучению мира запахов произошло самым нетрадиционным образом. Я работал на морской биостанции в городке Вильфран-сюр-Мер, близ Ниццы, в божественном месте. И однажды, кажется, это было в 1986 г., в прекрасной старой библиотеке станции я наткнулся на двухтомник под названием «Полярография». Полярография – метод химического анализа, ныне применяемый редко, но в период своего расцвета он произвел революцию в аналитической химии и принес его изобретателю, чешскому химику Ярославу Гейровскому Нобелевскую премию по химии 1959 г. Успех полярографии отчасти объясняется ее простотой. Любой может за неделю собрать простенький полярограф за разумную цену и делать с ним очень интересные вещи.
Вот как это делается. Попросите знакомого стеклодува припаять прочную, тонкостенную, формой похожую на термометр стеклянную трубку к стеклянному же резервуару. Зафиксируйте все это в вертикальном положении, заполните верхний резервуар ртутью и поместите верхнюю часть трубки в мензурку со слабым водно-солевым раствором. Приглядевшись, можно будет увидеть, как мелкие капельки ртути будут падать сквозь воду и собираться в крупную каплю на дне мензурки. Когда вся ртуть соберется на дне, подсоедините верхний резервуар с ртутью к отрицательной клемме аккумулятора, а нижний – к положительной, но через устройство, позволяющее контролировать разницу напряжения между двумя емкостями с ртутью. Вставьте в цепь прибор, измеряющий напряжение, типа гальванометра, и все готово к работе.
Начните с небольшого напряжения. Вы увидите почти полное отсутствие тока, и это потому, что в проводах и ртути ток создается электронами, а в воде – ионами, элементами, заряды которых постоянно находятся в неустойчивом состоянии, меняясь с отрицательного на положительные. Пример – обычная поваренная соль, хлорид натрия, который в воде распадается на ионы Na+ и Cl-. Электроны добираются до края ртути, в воду перепрыгнуть не могут, поэтому замирают: тока нет. Соответственно, ионы тоже не могут перебраться в ртуть. Однако если немного повысить напряжение, ток появится. Но на гальванометре вы увидите не равномерный ток, а зубчатую линию, которая поднимается от нуля по мере того как каждая капля ртути образуется на конце трубки, растет, достигает максимального размера и падает. Когда такое происходит, ток падает до нуля, и процесс начинается заново. Если ток есть, значит, что-то в растворе принимает электроны. Это не могут быть растворенные ионы натрия, потому что они терпеть не могут электроны. Превратить их из Na+ в Na0 (ион натрия в металлический натрий) требует мощного толчка. Вот почему обратная реакция гораздо проще: металлический натрий очень активно вступает в реакцию с водой. Но и сама вода тоже не может принимать электроны, потому что в этом случае происходит выделение газов на обоих электродах (водорода и кислорода), и вы опять ничего не увидите. Но если не натрий и не вода, так что же?
Ответ странный: кислород. В воздухе, которым мы дышим, содержится 20 % кислорода, и некоторая его часть растворена в воде (этого хватает рыбам для жизни). Есть простой способ убедиться, что именно кислород обеспечивает ток: достаточно пропустить через раствор азот, который вытесняет кислород: тока не будет. Разумеется, не только кислород принимает электроны, таких веществ много. Более того, напряжение, при котором они начинают принимать электроны, зависит от субстанции, а это означает, что можно одновременно обнаружить ее наличие и определить ее количество в растворе. Самое удачное в использовании ртути заключается в том, что вне зависимости от химических реакций, происходящих с электродом, вы всегда с каждой каплей имеете дело с новой, чистой, абсолютно гладкой поверхностью. Отличное устройство. Но в процессе чтения о полярографии я обнаружил причудливый феномен, упоминаемый неоднократно – полярографический максимум.
В принципе, если у вас в воде растворена смесь различных веществ, которые принимают электроны при разном напряжении, то кривая тока
[78] относительно напряжения должна выглядеть как поднимающаяся серия закругленных ступеней, идущих выше и выше по мере того, как вы увеличиваете отрицательное напряжение. Выравнивание каждой ступени происходит из-за того, что для прыжков электронов требуется диффузия между раствором и поверхностью ртути, которая принимает электроны. Когда количество, атакованное электронами, точно совпадает с количеством, пополняемым диффузией, ток перестает нарастать. Это справедливо для большинства веществ, но некоторые демонстрируют довольно плохое поведение, которое сильно озадачивало всех, кто работал с полярографами. Лучший пример – кислород. При создании отрицательного напряжения ниже нуля кривая тока поднимается довольно круто. При еще небольшом увеличении отрицательного напряжения, когда вы ожидаете, что кривая начнет выравниваться, как при нормальном прилично себя ведущем соединении, от одной капли до другой, она внезапно падает на гораздо более низкий уровень и продолжает. Если возвращаться к нулевому напряжению, кривая снова поднимается на более высокий уровень.
Это вызывает умеренный интерес, но представляет головную боль, если вам нравятся хорошие ровные графики. Впрочем, специалисты быстро выяснили, что добавление в раствор незначительного количества мыла или яичного белка снимает проблему. Очень немногие специалисты по полярографии продолжали сохранять интерес к тому, что происходит во время максимума. Вскоре выяснилось, что значительное усиление тока обусловлено тем, что капелька ртути чрезвычайно быстро вращается, перемешивая окружающий раствор, а это означает, что поступает больше атомов кислорода, на которые могут перепрыгивать электроны. Если увеличить отрицательное напряжение, ртуть перестает вращаться, и сила тока снижается до обычного уровня, ограниченного диффузией. Почему происходит это перемешивание и, еще важнее, что заставляет его прекращаться, остается неясным до сих пор. По какой-то причине это явление, не представляющее никакого интереса из-за его несущественного значения, привлекло мое внимание. Я решил выяснить, в чем дело.
В то время я проводил летние месяцы, работая в Москве, и регулярно посещал огромное здание «Дома книги». Там, на первом этаже с правой стороны, был отдел, где продавались русские научные книжки в переводах на иностранные языки. Возможно, самым ярким проявлением советской плановой экономики было чрезвычайно нерациональное использование ресурсов в сфере образования. На практике это означало, что происходил перевод сотен научных книг на десятки странных языков, причем продавались они по смешным, я бы даже сказал, абсурдно низким ценам. Оборотной стороной плановой экономики было то, что конкретная книга могла утром появиться на прилавке в большом количестве, а к вечеру полностью исчезнуть из продажи. Мой друг математик Эдуард Ерамян дал мне четкое указание скупать все. Так я и делал, периодически отправляя ему большие посылки, облепленные почтовыми марками, заодно пополняя и собственную коллекцию.
