Глазами Монжа-Бертолле - Лев Викторович Бобров
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Правда, академик Ребиндер считает самым обнадеживающим иной путь. К прочности — через разрушение! Парадокс? Ничуть. Сначала расколоть твердое тело по всем дефектам. Оно распадется на отдельные куски, словно стальная цепь с разорванными бумажными звеньями. А теперь сцементировать кусочки тончайшими прослойками высокопрочного клея.
Давно известно, что тонкие нити, пленки или просто мелкие зернышки, размеры которых примерно равны расстояниям между дефектами, всегда гораздо прочнее, чем массивные глыбы того же материала. В крупных кусках больше слабых звеньев. Вот почему будущее принадлежит материалам, составленным из множества тончайших волокон, пленок, зерен.
Можно обойтись и без специального клея. Надо только очень плотно упаковать крупинки, чтобы они притерлись, приноровились друг к другу. Для этого мелкозернистую массу прессуют. И спекают — нагревают до температуры чуть ниже точки плавления.
Мелкозернистые структуры возникают и при кристаллизации из жидкости.
Бетон. Самые высокие здания, самые большие плотины, самые лучшие шоссе построены из него. Между тем этот материал может стать намного прочнее, если умело управлять процессами отвердевания цемента. Этим нелегким искусством овладевают ученые с кафедры коллоидной химии МГУ, руководимой Петром Александровичем Ребиндером.
При замешивании с водой цемента и его ближайших сородичей: негашеной извести CaO и полуводного гипса 2CaSO4·H2O — образуется густая паста. Твердые частицы начинают растворяться в воде. Образуются новые химические индивиды — гидраты. Например, гидраты силикатов и алюминатов кальция из обычного портландцемента. Двуводный гипс CaSO4·2H2O из полуводного. Гашеная известь Ca(ОН)2 из негашеной. Эти предельно оводненные соединения менее растворимы в воде, чем те вещества, из которых они образовались. Раствор по отношению к ним оказывается пересыщенным. Поэтому гидраты выкристаллизовываются из него. Появляются мельчайшие крупинки-зародыши. Их мириады. И они растут, слипаясь в рыхлую поначалу массу, этакое пространственное кружево. А порошок вяжущего вещества (скажем, цемента) не перестает растворяться. Раствор все время остается пересыщенным. Кристаллизация продолжается. Рыхлая структура становится плотнее и плотнее. И так до тех пор, пока все первичные крупицы не «перегонятся» через раствор, превратившись в более устойчивую форму — кристаллогидратную.
Если вода в избытке, дело плохо. Испаряясь, она оставит поры открытыми. А чуть похолодает, капельки могут вернуться в свои «норы», чтобы зимой замерзнуть, расшириться и заставить бетон трещать по всем швам. Коли же воды мало — тоже плохо. Не все крупинки вяжущего перейдут в гидратную форму. Очевидно, растворителя должно брать столько же, сколько и растворяющегося вещества. Правда, тогда паста получается такой густой, что ее частицам трудно подгоняться друг к другу. А без этого материал не станет предельно плотным и однородным. Вот почему академик Ребиндер предлагает добавлять в массу поверхностно-активные вещества, играющие роль смазки для частичек. И уплотнять смесь высокочастотной вибрацией. Быстрые колебания как бы разжижают смесь, не увеличивая количество растворителя. Новая технология позволяет до минимума сократить добавки воды. А это резко повышает качество бетона — его прочность, стойкость, долговечность.
Перегонка химических веществ через раствор в цементной кашице. Транспортные реакции в ампуле с фосфидом галлия. Выделение бездислокациоиных кристаллов из паров. Фазовые равновесия в изложнице и пробирке, в недрах Земли и пучинах моря — сколько разных процессов, и все они доступны строгому описанию языком топологической химии! А без этого описания было бы невозможно понять тончайшие механизмы явлений. Понять, чтобы овладеть ими и направить их ход в нужное русло. Затем, чтобы обезоружить землетрясения и ураганы. Чтобы создать невиданные природой материалы. Чтобы добыть из земли и воды новые химические богатства. Чтобы приблизить окончательное торжество человеческого разума над слепыми силами стихии.
Глава 2
В мире странных архитектур
Все было изумительно просто. «Заглянуть внутрь атома? О мсье, это же ровным счетом ничего не стоит! Входите, пожалуйста, входите!» С этими словами бой нажимал кнопку скоростного лифта — и 20 секунд спустя вы оказывались в ста метрах над землей. Сейчас распахнется дверь и…
Каков он, этот странный мир, который никто и никогда не видел, даже в самый мощный электронный микроскоп? Неужто и впрямь такой, каким его изображают в учебнике физики: что-то вроде солнечной системы в миниатюре: в центре светило-ядро, а вокруг планетки-электроны? Судя по масштабам сооружения, каждая такая планетка уж никак не меньше той, на которой обитал Маленький принц из поэтичной сказки Антуана де Сент-Экзюпери…
Для начала читателю предлагается прокатиться на лифте и эскалаторе, чтобы хоть как-то освоиться с непривычной обстановкой, которая в дальнейшем окажется не слишком комфортабельной.
Но что это? В раскрытые двери остановившегося подъемника видны не планетки-электроны, кружащиеся в плавном танце около Солнца-ядра, а неподвижные тонконогие кресла, сгрудившиеся вокруг по-современному приземистых столов. Вместо захватывающей картины микромира — прозаическая сутолока шикарного ресторана…
«Если мсье здесь не нравится, он может опуститься по эскалаторам в остальные восемь атомов!»
Атомов… Ох, уж эта реклама! Без привычки ни за что не отличить, где правда, а где вымысел. Чего стоит весь этот комфорт, когда нет даже намека на сокровенные тайны микромира?
Зато вечером разочарованных посетителей «Атомиума», грандиозного инженерного сооружения на Всемирной брюссельской выставке, поджидал сюрприз. Не успевали выцвести последние бледные краски заката, как густую синеву летних сумерек пронзали серебристые лезвия лучей. Скользя по сверкающей поверхности гигантских стальных шаров, они создавали полную иллюзию движения электронов. То было поистине фантастическое зрелище: многократно отраженные световые пятна преображали массивную громаду «Атомиума», делали ее легкой, еще более ажурной, почти призрачной. Нет, пожалуй, даже ради одной этой ночной феерии стоило сооружать грандиозную модель кристаллической решетки железа!
Эффектно, не правда ли? А главное, просто: включил прожектор — и картина электронной структуры как на ладони.
Увы, с реальными атомными «архитектурами» куда сложнее. Электронные постройки микромира, несмотря на изумительное совершенство и гармонию, не отличаются той геометрической четкостью, которую архитектор придал «Атомиуму». А их инженерный расчет — и вовсе не такая простая штука.
Химики хорошо знают, что вокруг ядра атома железа вращаются 26 электронов. А математики помнят: положение каждого электрона в пространстве определяется тремя координатами. Значит, в простейшем уравнении, описывающем только одно энергетическое состояние атома железа, будут фигурировать 78 переменных. Точное решение уравнения потребовало бы вычисления 1078 значений различных физических величин. Чтобы напечатать подобную таблицу, не хватило бы не только
