Николай Горькавый: Сказка о химике Белоусове, который изготовил жидкие часы

[ *«Терра инкогнита» - в переводе с латинского «неизвестная земля» - так на географических картах XVII-XIX веков обозначались еще не исследованные территории.]

Дело в том, что многие биологические процессы цикличны: сердце ритмично бьется, легкие равномерно дышат. Даже полоски на шкуре тигра и жирафа отражают периодические процессы, протекающие под кожей. В популяциях рысей и зайцев охотники тоже заметили колебания: звериного поголовья становится то больше, то меньше. Математики даже составили уравнения для этих периодических изменений числа хищников и травоядных.

В основе биологических процессов, носящих периодический характер, лежат химические превращения. Но вот что странно: ни одной периодической или колебательной реакции в химии до середины ХХ века не было открыто. Поиск периодической химической реакции выглядел в то время как издевательство над законами термодинамики, ведь уголь сгорает и железо ржавеет необратимо. Казалось, невозможно представить себе химическую реакцию, которая периодически меняет свое направление.

Но Белоусов понимал, что в мире химических взаимодействий должна найтись неизвестная, неисследованная область - основа циклических процессов в клетках живых организмов. Знания, опыт и интуиция подсказывали Белоусову, где нужно искать периодические реакции.

В 1937 году немецкий химик Ганс Кребс открыл цикл окисления лимонной кислоты. Открытие важное - недаром Кребс получил за него Нобелевскую премию. Цикл Кребса - ключевая реакция, лежащая в основе кислородного дыхания, энергоснабжения и роста клетки.

Белоусов напряженно размышлял: можно ли получить более простой, в идеале - неорганический, аналог сложного цикла Кребса? Это позволило бы промоделировать сложные процессы, протекающие в живой клетке простой химической реакцией, которую легче изучить и понять.

Что будет, если воздействовать на лимонную кислоту раствором бертолетовой соли и добавить в раствор еще соли церия *? Но ведь нужен окислитель, притом такой, который действует в присутствии катализатора…

[ *Церий - серебристый металл из группы лантанидов, редкоземельных элементов.]

Химик- виртуоз досконально продумал будущую реакцию, сопоставил окислительный потенциал бертолетовой соли с валентностью ионов железа и церия. В трехвалентном состоянии ионы церия бесцветны, а в четырехвалентном -желтые. Это означает, что изменение валентности можно будет наблюдать своими глазами. Распад лимонной кислоты будет виден по выделению углекислого газа.

Прежде чем химик начал сливать растворы вместе, он проделал немало расчетов, сопоставлений и прикидок. Действовать вслепую - значит, зря терять время. Нужна хорошо проду манная гипотеза, которую потом можно проверить и в пробирке.

Много вариантов реакций перебрал Белоусов, провел сотни опытов и нашел-таки свою «терра инкогнита»!

Реакция Белоусова - Жаботинского настолько сложна, что до сих пор ученые пытаются установить взаимодействие различных компонент реакции и катализаторов.

Маршрут, вернее рецепт, таков. Если соединить в одной колбе в нужных пропорциях раствор серной кислоты, бромат и бромид натрия, лимонную кислоту, сульфат церия и краску фенантролин, то возникает чудо. Раствор начинает менять цвет с голубого до оранжевого и обратно с периодом колебания от долей секунды до десятков минут. А в плоской посуде по мелкому слою раствора поползут волны разного цвета. После нескольких десятков колебаний нужно подлить свежие растворы, чтобы поддержать химическую реакцию, - совершенно так же, как нужно питать живой организм.

Полосы на шкуре тигра вызваны близкими к реакции Белоусова - Жаботинского колебательными биохимическими реакциями с диффузией, существование которых предположил математик Алан Тьюринг. Фотография Джона и Карен Холлингсворт.

Периодическая реакция, открытая Борисом Павловичем Белоусовым, в каком-то смысле простой аналог жизни - неравновесная химическая пульсация, похожая на сердцебиение.

В лабораторию Белоусова, где «тикали» жидкие химические часы или, если угодно, билось «химическое сердце», потянулись друзья и сотрудники.

Белоусов сел писать статью о своем открытии. Печатных трудов и патентов у химика было много, но в академических журналах он не публиковался и с нравами тамошних рецензентов знаком не был. Увы, рецензенты научных журналов не были виртуозами. Это неформальное звание редко кому удается заслужить.