СКОЛЬКО "ПРОФЕССИЙ" У СТЕКЛА?

Не помните ли вы, когда впервые столкнулись со стеклом? Вполне возможно — еще в колыбели, когда получали свой завтрак в бутылочке с соской.

А когда познакомились со стеклом люди вообще? Известно, что еще за 4000 лет до новой эры стекло производили в Древнем Египте. Удивительно, но за многие тысячелетия технология его изготовления не менялась. В огнеупорные горшки засыпали кварцевый песок, соду, мел, еще кое-что добавляли, как приправу в суп, и... варили. Получалась прозрачная масса, из которой можно было выдувать, словно мыльные пузыри, различные сосуды: бутылки, банки, посуду, цилиндры, раскатываемые затем в листы. Только труд это был тяжелейший — жидкое стекло в десятки тысяч раз более вязкое, чем мыльная вода, попробуй выдуй!

И только примерно полтораста лет назад появились стеклоплавильные печи, чем-то отдаленно напоминавшие печи для плавки и разливки металла. Сегодня их так усовершенствовали, что они позволяют выпускать сотни миллионов квадратных метров стекла в год.

А зачем его так много нужно? Судите сами: помимо посуды, это оконные и витринные стекла, прочные трубы, стеклопластик, бронестекло (вспомните фильмы о неуязвимых водителях!), даже пустотелые строительные блоки... Число "профессий" стекла неуклонно растет, делая его конкурентом металлу.

Но разве это то же самое стекло, что делали наши предки? Конечно, нет. Процессом изготовления стекла научились так точно управлять, что можно буквально заказывать его свойства заранее, словно блюда в ресторане — по меню. Например, зная, какая исключительно сухая среда на Луне, наперед подсчитали, что на ней стекло получится такой же прочности, что и сталь. Тогда оно станет применимым не только для зеркал телескопов, нужных для лунных баз, но и для сборки самой конструкции этих огромных астрономических сооружений.

И это не всё. Вы можете представить, чтобы холодное стекло... гнулось? А вот изготовляемое сейчас металлическое стекло таким свойством обладает. И не только им. Набор новых качеств позволит сооружать из него, например, безопасную оболочку для атомных реакторов.

Все большие масштабы приобретает производство оптоволокна — прозрачных, прочных и гибких, хоть на палец наматывай, — проводов из стекла, по которым можно передавать сигналы с помощью света.

ЕСТЬ ЛИ ЕЩЕ ПОРОХ В ПОРОХОВНИЦАХ?

Так часто спрашивают, пытаясь выяснить, остался ли у человека запас жизненных сил, активности. Ведь порох — символ взрыва, выстрела, высвобождения накопленной энергии.

Почему же какие-то вещества способны взрываться? Дело в том, что взрыв — это такой же процесс горения, только происходящий с несравнимо большей скоростью. Выделяющиеся при молниеносном сгорании газы имеют высокие температуру и давление, что порождает ударную волну, бегущую со скоростью несколько километров в секунду — во много раз быстрее звука. Это мы и воспринимаем как взрыв.

Древнейшие взрывчатые вещества появились в Китае и в Индии, где их использовали в основном для фейерверков. Знали горючие смеси древние греки и арабы. А вот черный порох, применявшийся полтысячи лет, стали изготовлять в Европе с начала XIV века, конечно, прежде всего — для огнестрельного оружия.

Однако этот порох, состав которого (селитра, сера, уголь), безусловно, подбирали тогда "методом тыка", давал при стрельбе много дыма, покрывал сажей пушки, пачкал артиллеристов. Нельзя ли получить бездымный порох? — задумались военные, изобретатели и ученые.

Целое созвездие талантов внесло свою лепту в создание различных сортов пороха. На склоне лет занялся этим и наш знаменитый соотечественник Д. И. Менделеев. Его подход был характерен для ученого — он тщательно изучил все известное о порохе и разработал наиболее эффективный способ получения бездымного пороха, принятый затем во всем мире. Секрет заключался в точном расчете количества воды, добавляемой в смесь образующих взрывчатку веществ. Уже в первых испытаниях на полигоне преимущества нового вида пороха стали очевидны.

Одной из самых сложных задач при изготовлении взрывчатых веществ было стремление не дать взрыву произойти раньше времени. Иначе как же взрывчатку хранить и перевозить? Очень опасный в этом отношении нитроглицерин (не бойтесь, обнаружив его в аптечке, в таблетках он не страшен, напротив, помогает "от сердца") удалось "приручить" А. Нобелю. Пропитав им кизельгур — легкую и пористую горную породу, — Нобель получил динамит, мощнейшее взрывчатое средство. Из него делали бруски и шашки, безопасные в обращении, но взрывающиеся при действии капсюля-детонатора, которым можно было управлять на расстоянии.

Изобретенный примерно в то же время тротил занимал в двух мировых войнах этого века первое место по использованию. Но ничто не могло сравниться с новым — ядерным — оружием, появившимся к середине нашего столетия. Отложим разговор о нем, а закончим этот рассказ упоминанием о мирных взрывах, которые создают плотины, защищающие города от мощных горных потоков, и помогают прокладывать каналы для судоходства и водоснабжения.

МОЖНО ЛИ ИЗОБРЕСТИ ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ?

Химические элементы — это самые простые, элементарные вещества в окружающем нас мире. Когда мы говорим: водород, кислород, углерод, сера, железо, медь, свинец — то имеем в виду именно эти элементы. А вот углекислый хаз — уже более сложное соединение водорода с углеродом. Или, если помните, сталь — сплав, смесь железа с углеродом и другими химическими элементами. А порох — мешанина и простых, и сложных веществ.

Химические элементы — словно кирпичики, из которых состоит весь окружающий нас мир, все сущее, что можно потрогать, понюхать, полизать в конце концов. Но если они созданы самой природой, то как их, спросите вы, можно изобрести?

Вы правы, изобрести нельзя, их можно лишь обнаружить, открыть. Но вот навести порядок среди них, расположить в согласии с их свойствами, чтобы лучше ими распоряжаться, — что это? Задача сведения всех известных химических элементов в одно целое — таблицу — потребовала от исследователей нескольких поколений необыкновенной изобретательности, можно сказать изощренности ума. Сотни разновидностей таблицы были составлены, прежде чем нашелся такой ее вариант, который уже более ста лет верно служит и ученым, и инженерам. Да что говорить, эта таблица — в каждом школьном кабинете физики и химии!

Удалось ее создать нашему великому ученому Д. И. Менделееву. Химические элементы в ней встали, как солдаты, в стройные ряды и группы. По ней не только можно проследить за их строением, изменением свойств, но и... предсказать новые, еще не открытые элементы. Вот это было особенно ценно!

Ошеломляющим успехом таблицы стало обнаружение в течение пятнадцати лет после ее появления трех недостающих в ней элементов, свойства которых предрек Менделеев. Это были скандий, галлий и германий. С последним из них затем были связаны достижения вычислительной техники, микроэлектроники и солнечной энергетики. Германий относится к так называемым полупроводникам — веществам, занимающим промежуточное положение между хорошо проводящими электрический ток металлами и неметаллами-изоляторами. Его способностью менять свою проводимость можно управлять, в том числе "вкрапляя" в него добавки-примеси иных элементов. Это свойство и открыло широкое поле для самых разных изобретений, полупроводники совершили революцию в средствах связи и информатике. Именно благодаря им удалось создать миниатюрные диоды и транзисторы — основные приборы, "элементы" электронно-вычислительных машин новых поколений.

Таблица же Менделеева потихоньку разрасталась, количество известных на сегодня элементов перевалило за сто. А пустые клеточки в ее конце и ждут, и предсказывают новые открытия.

СПЛАВ — ВЕСЕЛАЯ КОМПАНИЯ!

Тяжело груженный самосвал, урча и переваливаясь, медленно набирает скорость. Пузатый транспортный самолет, натужно ревя двигателями, еле-еле отрывается при разгоне от полосы. Ракета, ослепительно сверкая вырывающимся из ее сопел пламенем, с трудом преодолевает земное тяготение. Почему им всем так нелегко?

Вся беда в том, что, помимо полезного груза — руды в кузове, гуманитарной помощи в фюзеляже, спутника, выводимого на орбиту, — все транспортные средства вынуждены возить и самих себя. А они весьма массивные!

Так давайте их облегчим: корпус потоньше сделаем, во всяких там трубах, рамах, перекрытиях сталь заменим на другой, менее увесистый материал. И все бы хорошо, да прочность уже не та будет! Недаром от легких и изящных деревянных самолетов-этажерок пришлось в свое время перейти к стальным: иначе бы от новых нагрузок они развалились, не успев взлететь.

Вот задача: добиться от материала свойств, казалось бы, исключающих друг друга — одновременно и легкости, и прочности. Наверное, не надо подсказывать, в каких областях техники, помимо транспорта, необходимо такое совмещение.

А теперь подумаем: если таблица химических элементов предсказывает их свойства, то нельзя ли составить таблицу сочетаний различных веществ и попробовать по ней угадать, какие они проявят качества? Понятно, что без такого "путеводителя" сейчас просто не обойтись, иначе придется вновь, как в старину, перебирать сотни и тысячи вариантов соединений, ставить миллионы опытов, пока не подвернется что-нибудь подходящее.

Одними из первых проблему попытались решить металловеды, создав удобную для обозрения систему. Сейчас во многих случаях можно найти верное направление поисков при желании получить нужный набор свойств какого-либо сплава. Вот примеры.

Свинец и висмут по отдельности плавятся при температуре за 200 градусов по Цельсию. А вот сплав из них, взятых примерно поровну, плавится уже при 125 градусах. Зачем это может пригодиться? Скажем, для плавких индикаторов: когда температура какого-то прибора достигает критической, плавится одна из входящих в электрическую цепь деталей и либо отключает электрическую сеть питания, либо включает пожарную сигнализацию.

Вернемся к нашей задаче. Алюминий легче стали, его соединения уже во многом вытеснили ее из авиастроения. Но есть еще более легкий, легчайший металл — литий. Сам по себе он слишком быстро плавится и окисляется. Но когда ему "в компанию" добавили алюминия и магния, возник необычайно ценный сплав, демонстрирующий и высокую прочность, и стойкость к коррозии. За ним, считают, будущее авиации.

А как вам понравятся сплавы с... памятью? Они уже существуют, например сплав никеля с титаном, и обладают способностью при нагреве восстанавливать, "вспоминать" первоначальную форму даже после того, как их согнули или смяли. Видимо, уже скоро станет реальной такая ситуация. Помяли бампер автомобиля, а на ночь включили в гараже обогреватель — и вот вам бампер наутро как новенький: помнит свою прежнюю форму.

Не перечесть уже известных примеров! А сколько возможных перспективных сочетаний просто еще не успели испытать?

Вернуться в раздел: Энциклопедия Науки и техники

Обсудить эту статью на нашем форуме >>>

§ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ - НАУЧНЫЕ ОТКРЫТИЯ, ИЗОБРЕТЕНИЯ, ДОСТИЖЕНИЯ

Ключевые слова этой страницы: энциклопедия, научные, открытия, изобретения, достижения.

Скачать zip-архив: Энциклопедия - Научные открытия, изобретения, достижения - zip. Скачать mp3: Энциклопедия - Научные открытия, изобретения, достижения - mp3.