Діелектричною константою у фізиці називають величину, яка показує, в скільки разів ослаблюється електрична взаємодія в даному середовищі в порівнянні з пустотою. Для води ця величина дорівнює 81. Для бензолу, наприклад, вона становить 2,2, для гексану — 1,9.
Погляньмо на таблицю, де зведено дані діелектричних сталих речовин. Жодна речовина не може зрівнятися в цьому відношенні з водою. Найближча до води — мурашина кислота, але і в неї діелектрична стала у 1,5 раза менша.
Може, саме в надзвичайно великій діелектричній константі полягає гідна подиву дія домішок води?
Припустимо, що молекули всіх речовин, Навіть тих, у яких молекули мають дипольний момент, який дорівнює нулеві, притягуються одна до одної якимись силами, природа яких нам ще невідома. А втім, якими б не були ці сили, вони повинні бути електричними, отже, повинні підлягати законам електричного притягання — законам Кулона.
Якщо є якась чиста речовина, то що міститься між двома молекулами цієї речовини? Нічого, пустота! Отже, сили електростатичного притягання в даному випадку, в пустоті, найбільші. Що ж станеться, коли між двома цими молекулами опиниться молекула якоїсь сторонньої речовини?
Звичайно, сила взаємодії між цими двома молекулами значно ослабне. А якщо ця стороння молекула, до того ж молекула такої речовини, як вода, з найбільшою діелектричною сталою, тобто в середовищі якої сили електростатичної взаємодії ослаблюються найбільше, то легко припустити, що ніякого притягання між молекулами основної речовини вже не буде.
Такі міркування треба було підтвердити дослідами. І підтвердження не забарились.
Чистий бензол, осушений звичайним методом для лабораторної практики, помістили в спеціальний посуд між двома платиновими електродами. Посуд нагрівали повільно, поки не закипів бензрл. Термометр показував 80°. Іншими словами, бензол «поводився» так, як і належить «нормальному» бензолові. Та ось до електродів підвели струм високої напруги. На перший погляд це — безглузда витівка: адже бензол не проводить струму. Але як тільки включили рубильник, кипіння бензолу зразу ж припинилось. Довелося нагріти рідину ще на вісім градусів, щоб знову почалось кипіння. Бензол «поводився» так, як «надчистий», підданий багаторічному осушуванню. Як тільки струм вимкнули, температура кипіння зразу знизилась до нормальної. Підвели напругу — знову 88°.
Чому ж цей дослід підтверджує вплив води на асоціацію бензолу? У «звичайному» бензолі порівняно багато води: одну з 50–60 молекул можна вважати оточеною тонесеньким шаром — в одну молекулу — води. Молекули води, як це можна бачити з рисунка на стор. 23, дуже подібні до магнітиків. Маленькі атоми водню, з сильним електропозитивним полем, зосереджені в одному кінці молекули, а атом кисню з двома негативними зарядами — на іншому. Чим не магніт! А поруч зображена молекула бензолу. Досить тільки глянути на неї, і зразу ж стане зрозумілим, чому бензол не має дипольного моменту: шість симетрично розташованих атомів вуглецю і стільки ж атомів водню урівноважують заряди один одного. При утворенні поля струму високої напруги «магнітики» води відриваються від молекул бензолу, водяна оболонка руйнується, і молекула бензолу дістає можливість асоціюватись. Ось чому зразу підвищується температура кипіння рідини. Отже, на запитання «чому вода?» ми відповіли.
А ось друге питання: що примушує бездипольні молекули дуже чистих речовин збиратися в агрегати — досі залишається нез’ясованим.
І далі. Про яку водну оболонку може йти мова, коли навіть у просто чистому бензолі одна молекула води припадає на 50–60 молекул бензолу? А якщо бензол піддається спеціальному осушуванню, то частка води в ньому падає до одної десятитисячної або навіть одної стотисячної процента. Це значить, що одна молекула води припадає приблизно на один мільйон молекул основної речовини. Яким же чином це мізерне співвідношення «сил» може виконувати таку руйнівну дію?
Ось вони, проблеми, які, можливо, розв’яжеш ти, читачу. Загадка «надчистих» рідин досі лишається нерозгаданою.
Та ми ще далеко не повністю зичерпали коло питань, які доведеться розв’язувати майбутньому дослідникові цієї проблеми.
Тепер перейдемо до подій, які, власне, і примусили вчений світ згадати цю історію, яку й досі називають науковою сенсацією.
Голка в сіні