Чтобы освоиться с представлениями, развиваемыми А. А. Баландиным, надо попытаться представить себе картину, которую мы могли бы увидеть, наблюдая поверхность катализатора в фантастический микроскоп, разрешающая способность которого позволила бы нам разглядеть отдельные атомы. Мы увидели бы на поверхности катализатора множество атомов, расположенных на строгом расстоянии друг от друга и образующих, таким образом, выемки и выпуклости. Могут встретиться и более глубокие выемки, когда на поверхности катализатора почему-либо отсутствуют отдельные атомы. Иными словами, мы смогли бы наблюдать довольно сложный «рельеф» поверхности катализаторов и у каждого катализатора обнаружили бы свой особый «профиль». Его характер зависит от размеров атомов и расстояний между ними. Но ведь и реагирующая молекула — будь то молекула жидкости или газа — тоже имеет свой рельеф, хотя и. более гибкий, поскольку здесь расстояние между атомами может немного увеличиваться или сокращаться (как если бы они были соединены пружинками). Впрочем, такая подвижность имеет свои пределы. Поэтому наиболее удобно расположится на поверхности катализатора та молекула, размеры атомов которой и расстояний между ними будут близки соответствующим размерам и расстояниям у катализатора — грубо говоря, если «выступы» реагирующих молекул будут совпадать с «выемками» катализатора или наоборот.
Часто разными способами (посредством радиоактивного облучения, воздействием высоких температур и растворителями) изменяют «рельеф» поверхности катализатора с тем, чтобы молекула могла расположиться на ней как можно удобнее. При этом атомы реагирующих молекул, устремляясь в «выемку», прикрепляются прочными связями к катализатору. Один или несколько атомов-«выступов» образуют «активные центры». Прикрепившись к двум соседним атомам двух активных центров и удобно устроившись, две молекулы начинают «завязывать знакомство» друг с другом, что и кончается обычно разрывом старых связей и образованием новых. Образовавшиеся новые молекулы покидают затем поверхность катализатора, уступая ее другим парам.
А что, если атомы реагирующей молекулы не захотят расстаться с поверхностью катализатора?
Это вполне возможный случай, но тогда реакция остановится.
Может случиться и так, что вновь образовавшиеся молекулы, хотя и с неохотой, все же будут покидать поверхность катализатора, уступая ее другим молекулам. При этом реакция будет идти медленно. И, наконец, реакция пойдет быстро, если реагирующие атомы легче отрываются от катализатора, чем друг от друга. Это условие называется принципом энергетического соответствия. Только тогда, когда выполняются оба условия, то есть соблюдается принцип структурного и энергетического соответствия, вещество, ускоряющее реакцию, может в полной мере выполнить свое призвание катализатора.
Есть реакции, для осуществления которых необходимо возникновение нескольких активных центров. Так, — например, для шестичленного циклического углеводорода предполагается образование секстетного комплекса, в котором участвуют шесть атомов поверхности катализатора; наилучшим катализатором в этом случае будет металл с октаэдрическими гранями. Вот почему описанная выше теория катализа, близко примыкающая к воззрениям Н. Д. Зелинского, разрабатываемая академиком А. А. Баландиным, называется мультиплетной («мульти» значит «несколько»).
Как мы видели, мультиплетная теория дает возможность заранее теоретически предсказать, какой тип катализатора должен быть выбран для каждого процесса.
А для практического использования катализа исключительное значение имело открытие Николаем Дмитриевичем причин падения активности и «отравления» катализаторов.
«Катализатор не входит в продукт реакции, но он непрерывно участвует в ней, изменяя и направляя характер движения, а следовательно, и форму молекулы в сторону ускорения химического взаимодействия между ними. Однако, совершая эту работу, катализатор часть молекулы разрушает, погребая себя под их фрагментами», — писал Зелинский.
Убедившись, что катализаторы теряют активность из-за того, что покрываются углистой пленкой, образующейся в результате разрушения молекулы, Зелинский предложил простой способ восстановления их — „выжиганием этой пленки в атмосфере воздуха и кислорода.
Метод восстановления катализатора, предложенный Николаем Дмитриевичем, удлинил сроки службы катализатора и позволил осуществить ряд производств, основанных на попеременных коротких циклах работы и регенерации катализаторов (например, так называемый крекинг Гудри).
Это далеко не полное перечисление вопросов, исследованных Николаем Дмитриевичем в процессе изучения катализа, достаточно ясно показывает значение проведенной им работы для становления новой отрасли науки — учения о катализе. Н. Д. Зелинского е полным основанием можно считать одним из основоположников этого учения, развившим в нем динамическую сторону бутлеровской теории строения.
Удивительна скромность Николая Дмитриевича, который, когда речь заходила о его роли в создании новых методов переработки углеводородов, говорил: «Да право же, друг мой, здесь нет ничего особенного, просто мы немного продвинулись в понимании катализа и отчасти научились его применять».
ГЛАВА 24
Научная деятельность профессора Зелинского еще с начала 20-х годов делала его вполне достойным избрания в действительные члены академии. Иван Петрович Павлов поддерживал кандидатуру Зелинского, но почему-то это избрание последовало не сразу. Это огорчало ученых Мензбира, Вернадского, Ферсмана и других, знавших объем и направленность работ Зелинского.
Из письма Зелинского к Вернадскому от 2 января 1927 года мы узнаем, как к этому относился сам Николай Дмитриевич:
«Я никогда и никого не просил об улучшении или повышении моей академической «карьеры»…»
В 1926 году профессор Зелинский был избран членом-корреспондентом академии. В том же году ему было присвоено звание заслуженного деятеля науки.
23 октября 1928 года он писал Вернадскому: «…Письмо, в котором выражена ваша радость по поводу того, что путь в академию, по-видимому, мне открыт, меня очень тронуло. Вы давно желали этого. С удовольствием буду работать вместе с вами, где помощь моя может оказаться полезной».
В 1929 году состоялись выборы Н. Д. Зелинского в действительные члены Академии наук.
Избрание в академики было признанием заслуг Н. Д. Зелинского и благодарностью народа за его работу на пользу Родина.
Перед народом и отчитывался новый академик в своей деятельности. В апреле 1930 года он сделал отчетный доклад о работе кафедры рабочим Дорогомиловского завода.
Химия для Николая Дмитриевича была неразрывно связана с практикой, с насущными потребностями страны. «Химия тесно связана с окружающей нас жизнью. А потому и прогресс этой науки находится в прямом соответствии с хозяйственной мощью страны». Так говорил академик Зелинский и неустанно трудился, чтобы увеличить эту мощь. Самым большим вкладом в дело индустриализации страны были его открытия по каталитическому преобразованию углеводородов.
В 1933 году в жизнь Николая Дмитриевича вошла новая семья. Он женился на художнице Нине Евгеньевне Жуковской-Бог. Нина Евгеньевна сумела стать ему настоящим, чутким другом и помощником в работе. Может быть, десятком последних лет плодотворной научной деятельности ученого обязана страна нежным заботам этой преданной, самоотверженной женщины. В 1934 году у Зелинских родился сын Андрей.
Письма Николая Дмитриевича того времени к Вернадскому говорят о большом внимании, которое он уделял семье и сыну:
«…Мне очень хотелось остаться после сессии на 2–3 дня, чтобы также встретить вас, но болезнь гриппом нашего малютки заставила меня немедленно возвратиться домой. Он все еще не совсем здоров, и мы опасаемся воспаления легких».