Детская энциклопедия




Разное




Реклама











Можно ли перестроить кристаллическую структуру

Природа бесконечно разнообразна и не любит повторений. Строй атомов железа совсем непохож на структуру кристалла льда. В каж­дом веществе своя структура — свой порядок расположения атомов. И от того, каков этот порядок, зависят свойства вещества. Одни и те же атомы, частицы одного сорта, распола­гаясь по-разному, образуют вещества с совсем разными свойствами.

Много лет назад был такой случай в Ленин­граде (тогда еще Петербурге): на одном из складов солдатского обмундирования «простудились» и «заболели» солдатские пуговицы. В те времена пуговицы для шинелей делали из олова. На холодном, неотапливаемом складе лежали большие запасы белых блестящих пу­говиц. Когда первые несколько пуговиц по­темнели, никто на это не обратил внимание. Пуговицы продолжали темнеть, теряли блеск и через несколько дней рассыпались в порошок. Но самым странным было то, что испорченные пуговицы как бы заражали своих соседей, которые начинали темнеть, тускнеть и рассы­паться. В несколько дней горы ярко блестящих белых пуговиц превратились в бесформенную груду серого порошка. Все имущество склада погибло от «оловянной чумы», как прозвали эту «болезнь» белого олова.

Что же это за «болезнь»? Это всего лишь перестройка порядка атомов в кристаллах олова. Есть два вида кристаллов олова. Пер­вый — это обыкновенное серебристо-белое оло­во, которое может образовывать большие кристаллы, но те же самые атомы олова могут перестроиться и образовать кристаллы другой разновидности, так называемого серого олова. Свойства этих двух видов олова совершенно различны. Белое олово — ковкий металл, се­рое — хрупкий. Переходя из белой разновид­ности в серую, олово рассыпается в порошок. Поэтому белое олово употребляется для при­поев, лужения и различных изделий, а из серого ничего нельзя сделать. И белое и серое олово — это кристаллы олова. Они состоят из одних и тех же атомов. Химические свой­ства олова остаются те же, но изменяется кристаллическая структура: перестраивается порядок атомов и в результате меняются физи­ческие свойства вещества. Перестройка кри­сталлической структуры белого олова в струк­туру серого олова может начаться при большом морозе. «Оловянная чума» была одной из причин гибели экспедиции капитана Скотта на Южный полюс в 1911—1912 гг. Все запасы жидкого топлива, взятые этой экспедицией, находились в сосудах, паянных оловом. В усло­виях суровой антарктической зимы белое олово превратилось в порошок серого олова, сосуды распаялись. Отважные исследователи остались без топлива. Вот какие трагические послед­ствия может вызвать изменение кристалли­ческой структуры вещества! Возьмем другой пример. Сажа, или копоть,— мягкий черный порошок. Он скапливается на внешней сто­роне дна кастрюли, в печных трубах или выбрасывается клубами дыма из труб. Это угле­род. Уголь тоже состоит из атомов углерода.

Графит, мягкий стер­женек карандаша, остав­ляющий след на бума­ге, представляет собой кристаллы углерода. Посмотрите рисунок на стр. 62. Кристаллическая структура графита со­стоит как бы из слоев, причем расстояния меж­ду этими слоями го­раздо больше, чем между отдельными ато­мами внутри каждого слоя. Такие слои сравнительно легко сдвига­ются, скользят один по другому. Именно этим свойством кристаллов графита мы поль­зуемся, когда пишем графитовым карандашом: слои кристаллов графита сдвигаются и че­шуйки графита пристают к бумаге. Только, конечно, каждая такая чешуйка представляет собой не один, а очень много атомных слоев: ведь расстояния между слоями атомов в кри­сталле составляют стомиллионные доли сан­тиметра, а оставшиеся на бумаге следы гра­фита видны простым глазом.

Но есть и другая форма кристаллического углерода — алмаз. Это самый дорогой и самый красивый из драгоценных камней. Маленькие граненые алмазы видел каждый: это крохот­ный кристаллик, вставленный в оправу режу­щего инструмента стекольщика.

Алмаз — самый твердый из всех известных на земле минералов. Алмазными пилами рас­пиливают камни. Алмазными бурами вгры­заются в глубь земли при глубоком бурении. Тонкая проволочка из таких твердых металлов, как углеродистая и хромоникелевая сталь, вольфрам, твердые сплавы, тоже изготовляется с помощью алмаза: чтобы вытянуть в тонкую нить металлическую проволочку, ее нужно проволочить через узкое отверстие, потом через еще более узкое и дальше еще и еще через все более узкие отверстия. Чтобы проволока получилась ровной, нужно эти отверстия де­лать в очень твердой основе, иначе металл будет растачивать края отверстия. Незамени­мым материалом для таких волочильных досок (фильеров) оказывается алмаз. Сквозь дырочки в алмазе вытягивают проволочки диаметром до тысячных долей миллиметра. Так, например, делают вольфрамовые нити для спиралей электроламп.

Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы.

Самые ответственные детали двигателей в автомобильном, авиационном и многих других производствах обрабатываются алмазными резцами и сверлами.

В производстве используют крохотные мутные кристаллики алмаза, потому что про­зрачные кристаллы алмаза, даже и совсем небольшие, ценятся очень дорого. Вся мировая добыча алмаза за год (без СССР) уместится на одной грузовой машине. Не уди­вительно, что с давних пор возникла заман­чивая идея: превратить графит в алмаз. Казалось, задача проста: нужно только изменить порядок расположения атомов угле­рода. Но оказалось, решить ее не так-то легко. В природе алмаз образуется в глубинах Земли, где температура доходит до 3,5 тыс. градусов, а давление в 200 тыс. раз больше, чем на по­верхности Земли. Более восьмидесяти лет упорно трудились ученые разных стран, но атомные постройки углерода не сдавались человеку. Интересно, что сначала задача была решена теоретически. Физики рассчитали дав­ление и температуру, при которых легкая атом­ная постройка графита перейдет в несокру­шимую крепость алмаза. При таких условиях отказываются служить обычные материалы: массивная сталь перестает быть надежной защитой, водород проходит сквозь стенки стальной бомбы, как воздух через рогожный мешок. И все же эта трудная задача была решена советскими учеными. Теперь в нашей стране организовано промышленное производ­ство советских искусственных кристаллов ал­маза и инструмента из них. Искусственные алмазы значительно дешевле натуральных, а по твердости даже превышают их. Срок службы инструмента с алмазной заточкой в десятки раз больше обычного. Обработка трущихся деталей алмазом вдвое увеличивает срок служ­бы этих деталей.

А это значит, что собранные из таких де­талей автомобиль, трактор, компрессор и мно­гие другие машины будут работать без капи­тального ремонта вдвое дольше.





 
 
-------------------------------------------------------
Календарь
«  Январь 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2017