Текст книги "Репортаж из XXI века"

Автор книги: Михаил Васильев

Соавторы: Сергей Гущев
сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 25 страниц)

А может быть, удастся найти метод уничтожения дислокаций в уже отлитом металле, в уже готовой детали. Может быть, какой-то новый вид обработки металла обеспечит нам это.

Здесь слишком много неизвестного – и еще больше может быть неожиданного.

Потомки двух химий

В Москве на Ленинском проспекте расположено скромное здание Института элементоорганических соединений. Это одна из крепостей, на которые опирается у нас в стране химическая наука, причисленная в наше время к ведущим отраслям естествознания.

Мы сидим в просторном кабинете заместителя директора института члена-корреспондента Академии наук СССР Василия Владимировича Коршака. Он рассказывает нам о том, как органическая химия создает новые материалы.

– Природа – очень экономный строитель, – говорит Василий Владимирович. – Все бесконечное разнообразие окружающего нас мира: царство минералов, растения, космические странники – метеориты, мы сами – все изумительное здание природы построено немногим более чем из сотни кирпичиков – химических элементов. Но не все они используются в равной степени. Некоторые из них и существуют-то лишь доли секунды в современных лабораторных установках, к помощи других природа прибегает гораздо чаще. И среди них самый интересный – углерод.

Поразительным качеством углерода является его необычайная «плодовитость». Изучением соединений углерода с другими элементами занимается специальная наука – органическая химия. Если число всех известных в настоящее время неорганических веществ составляет около 50 тысяч, то каждый месяц в химических лабораториях мира рождается несколько тысяч потомков углерода – органических веществ. И в настоящее время их известно несколько миллионов.

Чем же объясняется способность углерода давать такое большое количество соединений?

В первую очередь способностью атомов углерода соединяться друг с другом, образуя длинные прямые или разветвленные цепи или кольца различного размера. В состав этих цепей или колец могут входить также и атомы других элементов, поэтому многообразие органических соединений неисчерпаемо.

Особенно интересной группой органических соединений являются вещества, имеющие молекулы большого размера. Их молекулярный вес исчисляется тысячами и миллионами. Такие вещества называются высокомолекулярными соединениями или попросту полимерами.

Полимеры обладают различными свойствами. Одни тверды, но хрупки. Другие не боятся ударов, но мягки. Третьим не страшен огонь, но они очень непрочны. Ну, а если нужно получить вещество одновременно прочное, нехрупкое и негорючее? Искать новый полимер? Оказывается, необязательно. Учеными был разработан способ «прививки» одного полимера к другому. Иногда для этого полимеризуют вещество в присутствии другого полимера, а иногда используют рентгеновские лучи или поток радиоактивного излучения. Под действием излучения связи между атомами углерода расшатываются, нарушаются, и «вакантные места» занимает длинная цепочка молекул другого полимера. Так рождается новое вещество, обладающее заранее намеченными свойствами. Например, кремний-органический каучук очень боится бензина и масла. Под воздействием гамма-лучей к нему «прививают» маслостойкий акрилонитрил. После этого ему уже не страшны ни бензин, ни масло. Так химики «конструируют» материалы.

Метод прививок широко используется для получения устойчивых пленок, защищающих металл от ржавления, для изготовления различных видов клея, прочно соединяющего металлические детали, для выделки непромокаемых тканей и во многих других случаях.

Как вы думаете, можно ли растереть молекулу в ступе? На первый взгляд кажется, что нет. Коротенькую молекулу неорганических веществ в ступе действительно не растереть. Но если это гигантская молекула полимера, то картина резко меняется.

Не так давно химики обнаружили, что при интенсивном дроблении полимера цепочка молекул разрывается и образуются очень активные обломки – радикалы.

Если дробить смесь нескольких полимеров, то радикалы могут связываться между собой и образовывать новый сополимер привитой или блочной структуры.

Исследованиями химических процессов, происходящих в полимерных веществах при их механической обработке, занимается юная наука – механохимия, наука, которой жить в XXI веке.

Она делает первые шаги, но исследователи уже добились успехов. Так, например, советскими химиками было доказано, что образование активных радикалов может происходить при замораживании полимеров в воде или других средах. При замерзании возникают большие внутренние давления, разрывающие молекулярную цепочку.

Каждое имеющееся в природе вещество химики относят или к органическим или к неорганическим. Но четкой границы между ними не существует. Есть вещества, лежащие на стыке двух химий.

Ближайшим родственником углерода является кремний. Это очень распространенный элемент. Если его «родной брат» углерод образует основу мира животных и растений, то кремний возглавляет царство минералов и горных пород.

Почти на четверть земная кора состоит из кремния. В чистом виде он никогда не встречается, а только в соединениях с другими элементами. Самым распространенным его соединением является кремнезем. Кристаллический кремнезем – это кварц, горный хрусталь, аметист, топаз и обыкновенный песок. Все эти соединения кремния необычайно термостойки. Например, кварц выдерживает нагрев до 1500°. Поэтому из него делают лабораторную посуду, стекло для ламп ультрафиолетового облучения и другие жаростойкие изделия.

Почти все органические полимеры очень боятся высоких температур. Если им приходится работать при повышенных температурах, они быстро стареют и разрушаются. При действии высоких температур высокомолекулярное вещество начинает медленно окисляться, при этом образуются летучие вещества, материал теряет в весе и становится хрупким. Нельзя ли устранить этот недостаток органических веществ и прибавить им теплостойкости, которой так щедро наделены неорганические вещества? Оказывается, можно, вводя в органические соединения такие типичные для неорганической природы элементы, как кремний, фтор, фосфор, бор, титан, медь и другие металлы. В результате этого получаются элементоорганические соединения, сочетающие в себе положительные свойства обоих компонентов. Остановимся на веществах, содержащих кремний.

Первые кремний-органические соединения были синтезированы более 100 лет тому назад. Но только в последние 20 лет благодаря работам советского химика члена-корреспондента Академии наук СССР К. А. Андрианова и его школы кремний-органические соединения получили промышленное применение. В настоящее время их насчитывается более 5 тысяч. На заводах химической промышленности нашей страны вырабатывается около 40 наименований различных кремний-органических соединений.

Кремний-органические масла в отличие от минеральных не разжижаются при высоких температурах и не замерзают при низких. Отдельные виды масел сохраняют все свои важные для техники свойства в интервале температур от -60 до +200°. Смотрите, сколько веществ создали химики, чтобы человек мог использовать технику всюду – и на земле, и при полетах на ракетах, и, может быть, даже при высадке на астероиды…

Для некоторых химических процессов необходимы жидкости, способные длительно работать при плюс 300–400°. Органические соединения не в состоянии вынести такую температуру, а жидкие полимерные органосилоксаны служат надежно. Достоинством этих жидкостей является химическая инертность; они не действуют на металлы, не растворяют пластмассы и резину.

Есть у них и еще одно замечательное свойство: некоторые из них прекрасно гасят пену. Добавка тысячных долей кремний-органической жидкости в масло позволяет ему надежно смазывать механизмы при высокой температуре. Это особенно важно для тех механизмов, где сочетаются высокий нагрев и малая величина атмосферного давления. Масло без добавки антипенных веществ нагревается, вскипает, и густая пена препятствует проникновению смазки в сочленения, подшипники и другие трущиеся детали.

Антипенные присадки применяются и при синтезе искусственного каучука, в винном деле, в производстве сахара.

Кремний-органические соединения позволили создать в литейном деле совершенно новую технологию – прецезионное литье, отличающееся высокой точностью отливок. Обычно при литье песок в некоторых местах пригорает к отливке и отделить его не так-то просто. Смазывание песочных форм кремний-органическими жидкостями дает возможность получить чистую отливку.

Был подсчитан экономический эффект от применения кремний-органических полимеров в литейном деле. На каждые 500 тысяч тонн отлитых металлических деталей экономится 75 тысяч тонн металла, высвобождается 5 тысяч металлорежущих станков и 20 тысяч рабочих в литейных и механических цехах. В денежном выражении экономия составляет много миллионов рублей.

Кремний-органические жидкости предохраняют не только от пригора-ния, но и от примерзания. Полки холодильников, тормозные колодки и многие другие детали начинают покрывать лаками, полученными из этих жидкостей.

Широкое применение получат жидкие кремний-органические соединения для придания различным материалам водоотталкивающих свойств. Стекла автомобилей, покрытые лаком из этих жидкостей, не будут замерзать зимой и покрываться влажной пленкой в дождь. И кристаллы снежинок и капли дождя не смогут сцепиться со стеклом и будут сметены воздушным потоком. Стекло не потребует обогрева, перед глазами водителя не будет мелькать хлопотливый «дворник».

Ткани, пропитанные этими составами, не только не пропускают воду, но даже не смачиваются. После десяти химических чисток пропитанная ткань сохраняет свои замечательные свойства.

Но особенно важна кремний-органическая защита для обуви. Ботинки, покрытые чудесным лаком, не будут набухать от воды, грязь будет легко сниматься с них влажной тряпкой, не оставляя никаких следов. При этом кожа сохранит свое пористое строение и нога будет легко дышать, что совершенно исключено в резиновой обуви.

Вода доставляет неприятность не только одежде и обуви. Многие строительные материалы, металлы и предметы домашнего обихода также нуждаются в защите от нее. Сейчас водоотталкивающими полимерами покрывают цемент, гипс, бетон, камень, штукатурку. При помощи их производят легко моющуюся посуду, непромокаемый картон, бумажные пакеты для молока и других жидкостей.

Огромные возможности открыли кремний-органические соединения в электротехнике. Обычная изоляция электрических проводов из органических полимеров выдерживает нагрев до 130°, а кремний-органическая изоляция может нагреваться до 180°. Это позволяет при конструировании электродвигателей, трансформаторов и других электрических машин сократить расход меди на 40 процентов. При этом общий вес электродвигателей снижается на 20 процентов, а срок службы машин при сохранении рабочих температур обмотки увеличивается в 4–6 раз.

Кремний-органическая изоляция обладает высокими диэлектрическими свойствами и не горит. Она применяется для напряженно работающих агрегатов и машин, для которых особенно важна надежность. Это моторы турбогенераторов и врубовых машин, энергетическое оборудование кораблей. Было подсчитано, что только в угольной промышленности благодаря внедрению кремний-органической изоляции электродвигателей можно получить годовую экономию в 65 миллионов рублей.

Полиорганоксилоксановые смолы с метильными органическими группами образуют продукт, очень напоминающий по своим свойствам каучук. Поэтому ему и дали название силиконового каучука. Особенностью этого материала является отличная термостойкость. Для современных машин, работающих с огромными скоростями и давлениями, очень часто требуются резиновые детали, способные выдерживать высокую температуру. Обычные натуральные и синтетические каучуки начинают разлагаться при температуре в 150°, а силиконовый каучук выдерживает нагрев до 250–300°. Из него делают прокладки нагревательных печей, уплотнения двигателей, используют в химической аппаратуре. Существуют нагрева-тельные приборы, в которых электрическая спираль впрессована прямо в силиконовую резину. Характерной особенностью некоторых сортов этих каучуков является сочетание теплостойкости с морозостойкостью. Они сохраняют высокую эластичность до минус 100°.

Одними из замечательнейших синтетических продуктов являются фторосодержащие органические полимеры – фторопласты. Самый интересный из них – тефлон, получивший название «пластмассовой платины». Если в молекуле полиэтилена все атомы водорода заменить фтором, то получится вещество, которое химики называют политетрафторэтиленом, а инженеры – тефлоном.

Издавна платина славилась тем, что она не боится ни огня, ни воды, ни кислот. Из нее изготавливались эталоны, остающиеся неизменными в течение веков. Именно поэтому она получила название благородного металла. Новый пластик «благородством» превзошел платину. Его не разъедают крепкие кислоты и щелочи. Он не растворяется ни в одном из известных органических растворителей. Не набухает в воде, не горит, сохраняет форму при нагреве до 300°, не становится хрупким при температуре минус 200°, не прилипает к самым липким веществам. Поэтому там, где приходится иметь дело с агрессивными средами, высокими температурами, липкими веществами, тефлон незаменим.

Тефлон найдет широкое применение в химических установках, в пищевой промышленности и холодильном деле. Из него будут делать трубы для реакторов и валки для раскатки карамели, уплотнения в холодильниках и спецодежду для химиков. Он заменит бронзу в клапанах, кожу – в манжетах, резину – в уплотнениях, асбест – в жаростойких прокладках.

Тефлон – изумительный диэлектрик. Изоляционные материалы, изготовленные на его основе, надежно защитят аппаратуру в воде и кислотах, на морозе и в жару. Он обладает очень низким коэффициентом трения, поэтому тефлоновые подшипники могут работать без смазки очень продолжительное время. Применение тефлона долго ограничивалось тем, что он с большим трудом склеивался как сам с собой, так и с другими материалами. Недавно в технических журналах появились рецепты такой обработки поверхности тефлоновых пластиков, в результате которой материал стал прекрасно склеиваться с пластмассами, алюминием, сталью и деревом.

Можно было бы указать еще много элементоорганических соединений, очень интересных в практическом отношении. Это антидетонаторы, такие, как тетраэтилсвинец, повышающий качество моторного топлива. Это фосфорорганические инсектициды, как ниулф и др., позволяющие бороться с вредителями сельского хозяйства. Это амолгины – органические катализаторы, позволяющие получать из нефти и природных газов такие дешевые и прочные полимеры, как полиэтилен, полипротилен и др. Этих веществ нет и не было в природе. Миллионы новых соединений созданы силой человеческого разума. Конечно, многие из них еще недостаточно хорошо изучены. Много замечательных свойств и поразительных материалов обнаружат среди них химики. Новые топлива и смазки, краски и медикаменты, ткани и строительные материалы, полученные на основе этих веществ, появятся в самом недалеком будущем. Постигнув во многом еще загадочные законы образования свойств у химических соединений, наука получит возможность делать материалы «на заказ». Когда-то алхимики искали «философский камень», способный превращать в золото природные материалы. Органическая химия дала человечеству гораздо большее: возможность получать никогда не существовавшие материалы.

К XXI веку синтетические материалы полностью завоюют технику и быт. И они будут красивее, лучше, и дешевле, чем натуральная шерсть, мех, кожа.

Искусственные алмазы

Беседа с членом-корреспондентом Академии наук СССР Леонидом Федоровичем Верещагиным началась несколько неожиданно. – А вы никогда не задумывались, почему так легко были утрачены многие секреты древних мастеров? Например, в живописи? – спросил он. – Почему не удается нам получить такие же великолепные долговечные краски, какими написаны гениальные полотна лучших художников Возрождения?

Или еще одна загадка – дамасская сталь. Как удалось людям средневековья без нынешней техники и без легирующих добавок получать эту изумительную, нержавеющую и необыкновенно прочную сталь?

И, наконец, последний вопрос: если производство дамасских клинков было уже когда-то освоено, то почему же люди позабыли его? Ведь в наше время ни один завод не прекратит производства, что бы ни случилось с его главным инженером или технологами…

Профессор секунду помедлил и сам ответил на свой вопрос:

– То, что случайно найдено путем эксперимента и еще не осмыслено, не понято людьми, принадлежит им только наполовину. Человеку выпала большая удача – он нашел самородок золота. Нашел случайно. Он порадовался увесистой находке, подержал ее в руках, спрятал под куст в надежде скоро вернуться сюда, а потом, сколько ни искал, сколько ни бродил в тайге, уже не мог ее найти. Примерно то же произошло и с дамасской сталью. Случай дал ее в руки человеку, случай и отнял. Вы скажете, что в наши времена такие истории невозможны. Это не так.

Сейчас много говорят об искусственных алмазах. Но мало кто знает, что первые искусственные алмазы были получены еще в прошлом веке, в 1880 году. Английский ученый Генней проделал около 80 опытов, и три из них принесли ему удачу. Он получил мелкие желтоватые кристаллики, которые и сейчас можно увидеть в Британском музее под этикеткой «Искусственные алмазы Геннея».

Спустя 63 года, во время второй мировой войны, англичане Баннистер и Лонсдейл решили проверить, не ошибся ли Генней. Рентгенографические исследования с полной достоверностью подтвердили, что 11 из 12 алмазов, хранящихся в музее, действительно алмазы!

Люди нашли золотой самородок. Стоит взять описание опытов Геннея и повторить их – и алмазы станут обычнее стекла. Тем более, что технология опытов была весьма и весьма простой. Смесь, в которую входило 90 процентов легких углеводородов, около 10 процентов костяного масла и немного лития, герметически закрывалась в железную трубу, сделанную наподобие орудийного ствола. Труба, доведенная до темно-красного каления, должна была пробыть в печи 14 часов подряд. Вот и весь секрет.

Но не тут-то было. Сколько ни пытались ученые в разных странах повторить опыты Геннея, это никому не удавалось. Тайна получения этих алмазов осталась тайной… Самородок так и остался лежать потерянный в тайге.

И все же выход был найден. Тайна перестала существовать, когда в дело решительно вмешалась наука о высоких и сверхвысоких давлениях и современная техника. Да, искусственные алмазы уже получены. Ими располагают две страны – США и СССР. Но, отыскивая способы их получения, физики открыли целый новый «материк чудес», на котором эти искусственные желтоватые или черные кристаллики, может быть, даже не самое интересное. Не одно столетие уйдет, чтобы исследовать эти новые владения науки. Думаете, я назвал слишком долгий срок? Нет…

Понадобились сотни лет, чтобы к таким понятиям, как объем и температура, прибавилось новое понятие, третье измерение состояния вещества – давление. Широко входить в технику, промышленность давление начало только в прошлом веке. В 1885 году французский физик Шарль Терьер отмечал, что синтез аммиака идет «при чудовищном давлении». Так было названо давление всего в 10 атмосфер. А в 1900-е годы уже были получены давления до 3 тысяч атмосфер. Цифры росли все стремительней:

к 1914 году – 12 тысяч атмосфер;

к 1935 году – 20 тысяч атмосфер;

к 1940 году – 100 тысяч атмосфер.

А сейчас мы уже можем получать и использовать давления до 500 тысяч атмосфер! На мгновение удалось достичь поистине чудовищного давления – около 5 миллионов атмосфер. Даже в центре Земли давление почти вдвое ниже.

Но поверьте мне: не ради рекордных цифр стремятся физики получать экзотические давления. Повышение давлений оказалось ключом к преобразованию одних веществ в другие и особенно пригодилось в химической промышленности.

Кажется, ничто не меняется в веществе, на которое действуют давлением. Однако это не так. Соотношения между объемом, давлением и температурой вещества были понятны и казались простыми лишь до тех пор, пока давления оставались небольшими. По мере того как физики получали все более высокие давления, открывались новые, часто совершенно неожиданные явления. При высоких давлениях, например, наступает момент, когда вопреки всем ожиданиям объем вещества сам собой вдруг уменьшается. Резким скачком возрастает электрическая проводимость. Диэлектрики начинают вести себя как металлы. Теллур при атмосферном давлении имеет одну проводимость, а при давлении в 30 тысяч атмосфер проводимость его возрастает в 600 раз. Сняв высокое давление, оказывается, не всегда можно вернуть веществу все его прежние свойства. Порой вещество под давлением словно переходит какую-то черту, перестраивается и не желает возвращаться назад, принимать прежнюю форму. И каждое вещество ведет себя на свой манер. Никаких правил – сплошные исключения.

Академик П. Капица однажды сказал, что для физика интересны не столько сами законы, сколько отклонения от них. И это правильно, потому что, исследуя отклонения, физики обычно и открывают новые закономерности.

В физике высоких давлений нас интересуют прежде всего таинственные скачки, изменения свойств вещества, происходящие под давлением, – в первую очередь в твердых веществах, кристаллах.

По формуле так называемого уравнения состояния вещества можно легко и быстро подсчитать, какой объем будет занимать металл цезий, скажем, при 10 тысячах атмосфер и обычной температуре. Но вот мы начинаем сжатие: 5 тысяч, 6 тысяч, 7 тысяч атмосфер… Все идет так, как предсказывала формула. И вдруг на 8 тысячах атмосфер объем металла резким скачком уменьшается на 7 процентов. Что случилось?

Рентгенографический метод измерения сжимаемости монокристалла. разработанный советскими учеными, показывает, что дело здесь вовсе не в изменении кристаллической решетки цезия. Она сохранилась. Что-то произошло с электронными оболочками атомов цезия. Что именно?

Начав сжатие, мы заставили атомы уплотниться. Давление заставило их сблизиться. Электронные оболочки соседних атомов стали перекрываться, теснить друг друга. Наружный электрон каждого атома, словно искусственный спутник, потерявший скорость, резко снизился со своей наружной орбиты на внутреннюю, незаполненную орбиту. Равновесие электронной структуры атомов восстановилось, но зато объем их при этом стал меньше. Вот в чем, оказывается, заключается причина поразившего всех скачка.

Как же ведут себя электроны при дальнейшем сжатии?

Мы уже заметили, что внешний электрон (так называемый валентный) сошел со своей орбиты вглубь. Различие между валентными и другими электронами в атомах исчезает. Электронные оболочки под давлением извне сливаются воедино, происходит их «коллективизация». Как показал в своей работе советский ученый Ю. Н. Рябинин, электроны сплетаются так, что почти перестают «чувствовать» своего хозяина. Но в то же время они стремятся оттолкнуть друг друга, потому что заряд у них одноименный, Так с повышением давления создаются условия для появления все большего количества свободных электронов. Этим и объясняется тот факт, что электрическая проводимость появляется даже у тех веществ, которые в обычных условиях тока не проводят.

Ну, а если бы удалось поднять давление до десятков миллионов атмосфер? Тогда электронные оболочки всех атомов были бы полностью раздавлены и ядра атомов погружены в общую электронную плазму.

Есть у физиков основной, главный критерий для любого материала. Они прежде всего хотят знать, как он ведет себя во время сдвига, при кручении, растяжении. Мы взяли графит, мягкое вещество, которое часто используется в качестве смазки, и под давлением в 60 тысяч атмосфер попробовали повернуть его. Прибор показал напряжение сдвига – 330 килограммов на квадратный сантиметр. Мягкий графит вдруг обрел твердость алмаза. Точно такую же твердость показал при 50 тысячах атмосфер и редкий металл осмий. Откуда взялись эти новые качества у мягких материалов? Ответ один: их сделало такими давление. Ведь между атомами действуют не только силы отталкивания, но и силы притяжения. И чем короче расстояние между атомами, тем крепче их связь.

Нам удалось прийти к интересному выводу: выяснилось, что и прочность и твердость вещества зависят вовсе не от его кристаллической решетки, как думали раньше, а от числа внешних электронов атомов. Это относится в полной мере и к металлам.

Чтобы нагляднее представить себе давления, которыми мы действуем на металл, вообразите, что ваша лаборатория находится на дне океана. Над вами—10-километровая толща воды. Давление чудовищное—1000 атмосфер…

Если это услышит физик, он рассмеется: «Ну что же здесь чудовищного? Нам нужно 25 тысяч атмосфер…»

В океане нет глубины с таким давлением. И придется нам поместить нашу лабораторию на дне фантастического, условного океана. Но такого, чтобы глубина у него была 250 километров! Только тогда мы получим давление, которое физики сочли бы сегодня достаточно большим.

Проделаем в нашей лаборатории на дне океана следующий опыт.

Возьмем латунный стержень, тот самый, который в обычных условиях, если его растягивать, рвется, ломается поперек, словно его перерубили ударом топора. Посмотрим, как он себя поведет под давлением 25 тысяч атмосфер. Ни один иллюминатор не выдержит такого страшного давления, поэтому нам, видимо, придется наблюдать, как закручивается стерженек там, в толще чудовищно сжатой воды, через специальное телевизионное устройство. Вот стержень начал растягиваться, но он не разорвался, как произошло бы на суше. Как только металл стал в центре стержня растягиваться, атомы его, уступая давлению воды, подались внутрь, к центру стержня, и латунный стерженек в этом месте стал на глазах суживаться, словно его перетянули невидимой, но могучей ниткой. Наконец стерженек истончился и разорвался на две половинки. Обе они в месте разрыва заточены остро, как карандаши.

Возьмем другой стержень – из серого чугуна и повторим опыт. У чугуна тоже образуется узкая перетяжка – «шейка». Запишем показание прибора: 78 процентов пластичности. Смотрите: металл растянулся почти вдвое.

А теперь достанем последний стерженек – из мрамора, хрупкого белого камня. Уже на глубине 100 километров, то есть при 10 тысячах атмосфер, на мраморе намечается «шейка», обнаруживается, что мрамор становится пластичным, может, как говорят, течь.

Нетрудно найти и практическое применение этому явлению. Уже сейчас холодный металл продавливают через узкое отверстие огромным давлением жидкости и получают отличную проволоку. Если же отверстию придать форму шестеренки или трубы и сдавить металл мгновенным высоким давлением, то готовое изделие вылетит из отверстия пулей, буквально со скоростью снаряда – 500 метров в секунду! Причем металл такой шестеренки или трубы будет сжат, упрочен, а на его отполированной поверхности вы не найдете ни одной стружки или зазубрины.

А разве не пригодится для производства особенность, подмеченная физиками: у одного и того же вещества при разном давлении может быть разная валентность. А то, что высоким давлением без всяких реактивов и при комнатной температуре удается разложить любой окисел? Конечно, все это найдет себе применение.

Два слова о температуре. Снижая температуру вещества, мы уменьшаем амплитуду собственных колебаний атомов и даем им возможность сблизиться, уплотниться. Объем вещества уменьшается. Но есть у температур предел, поставленный природой. Это температура абсолютного нуля (-273°). Техника получения глубокого холода так сложна, что для сближения атомов в веществе давлением пользуются чаще, чем температурой. Из металлов цезий поддается сжатию лучше всех других. Стоит подвергнуть его давлению в 12 тысяч атмосфер (технически это задача несложная), и расстояние между его атомами будет таким же, как при температуре -273°.

Давление неразрывно связано с температурой. И если мы хотим познать все свойства веществ, то надо не только подвергать их разным давлениям, но и обязательно менять температуру опыта. Только так можно исследовать размеры кинетической энергии атомов в разных условиях и расстояния между ними. И в этой области для физиков кроется еще много неведомых открытий, необитаемых островов, нерешенных проблем!

Высокое давление в сочетании с предельно низкими температурами может буквально творить чудеса.

Вы уже знаете, по-видимому, что физикам, сочетая технику глубокого охлаждения с давлениями, удалось при температуре -272,2° и давлении 2.6 атмосфер превратить в твердое тело гелий – исключительно важный для науки и промышленности газ.

Расчеты показывают, что с уменьшением расстояния между атомами, например, в кристаллах теллура облегчается возникновение свободных электронов и при давлении около 47 тысяч атмосфер теллур переходит в металлическую фазу. Советские специалисты П. Т. Козырев и Д. Н. Наследов обнаружили, что такое же превращение претерпевает и селен.

Известный английский физик Джон Бернал пришел к выводу, что можно перевести в металлическое состояние даже самый легкий элемент природы – водород.

Недалеко время, когда физики, воспользовавшись давлением около 80 тысяч атмосфер, получат металлический аммоний. Высокие давления позволяют получать сплавы в новых состояниях и с новыми свойствами.

Мы говорили уже о том, что пластичность металлов зависит не от того, как построена кристаллическая решетка вещества, а от числа внешних, валентных электронов. Это, конечно, не значит, что кристаллическую решетку можно вообще не учитывать, исследуя влияние высоких давлений. – Ведь при полиморфных превращениях под давлением возникают иногда и совершенно новые кристаллические формы. А от формы кристаллической решетки зависят многие важные качества металла – например, температура его плавления. И в этой области есть свои парадоксы и нерешенные загадки.

Возьмем, например, йодистый рубидий. При атмосферном давлении он кристаллизуется так, что атомы йода и рубидия образуют кубическую решетку с центрированными гранями. Но вот вы сжали это вещество высоким давлением. Происходит перестройка атомной структуры. В новой решетке уже нет атомов в центре каждой из граней, но зато появляется один атом в центре куба. Обычно под высоким давлением атомы стремятся «упаковаться» в кристаллической решетке как можно плотнее. Есть два типа решеток с самыми плотными упаковками. Это решетка в форме куба с центрированными гранями, а также гексагональная структура (шестигранник). Но каково же было удивление физиков, когда при очень высоком давлении атомы йодистого рубидия избрали для себя не одну из этих форм решетки, а другую – кубическую объемно-центрированную, то есть не с самой плотной упаковкой. Внешне вещество не изменилось, зато вес его резко вырос. Тяжелые кристаллы…