Техника - молодёжи 1952-06, страница 24

« MWI/fflCX

Vff

lU/lMriVIV wu

Ч пен-корреспондент Академии наук СССР, лауреат Сталинской премии Н. В. БЕЛОВ

Обширный мир новых явлений открывается перед исследователем кристаллов. Безгранична область, для изучения которой он может применить наиболее тонкие орудия современного исследования, и среди них на первом месте рентгеновские лучи, пронизывающие кристалл и рассеиваемые его атомами. «Почти весь мир кристалличен»,—утверждают минералоги, и в этих словах нет преувеличения. Действительно, почти весь мир заполнен веществом, построенным по строгим законам кристаллов. Игрой кристаллов мы любуемся, рассматривая каменный узор облицовок новых домов. Кристаллическое строение определяет свойства металлов. Даже глина, мягкая, пластичная (аморфная, как сказал бы материаловед), простая глина — и та в свете невидимых рентгеновских лучей обнаруживает кристаллическую природу своих чешуек. Представление о кристаллическом строении распространилось ныне и на волокнистые вещества и «а каучук. Мы говорим даже о кристаллизации вирусов!

Вообще же всякое тело, находящееся в твердом состоянии, должно иметь кристаллическое строение. Исключение составляют различные стекла — переохлажденные жидкости, в которых атомы потеряли под-¹ вижность, не успев образовать правильной решетки. Но и стекла с течением времени кристаллизуются, хотя расстеклование протекает обычно настолько медленно, что, скажем, остекляя окна, мы этот процесс практически можем не принимать во внимание.

Отсюда понятно значение того раздела науки, который занимается изучением кристаллов, а также понятна необходимость выделения из этого безграничного мира кристаллов наиболее важных, первоочередных объектов для изучения. В технике наибольшее внимание исследователей до сих пор с этой точки зрения привлекали металлы. Связывая свою работу с проблемой усовершенствования методов геологических разведок у себя, в рентгеяоструктурной лаборатории Института кристаллографии Академии наук СССР, мы сосредоточили свое внимание на изучении силикатов. ¹

Если вы спросите минералога, из чего преимущественно состоит земная кора, он прежде всего назовет вам силикаты. Раскрывая это понятие, он развернет перед вами грандиозную картину. Он вам расскажет, что в основе силикатов лежат химические соединения элементов кремния и кислорода (SiOO. сочетающиеся с окислами других металлов. Из этих соединений построено большинство твердых пород. Мы любуемся ими, наблюдая игру драгоценных камней; к ним относятся и красивые разновидности яшмы, и точильные камни, и простой песок, и диковинки, как окаменевшие деревья, диабазовая брусчатка в каменных мостовых, каменное оружие первобытного человека, кристаллы горного хрусталя, сплавления фульгуритов — извилистых трубок, образованных действием молнии на кварцевый песок и называемых в народе «громо-

Рис. А. ЛЕБЕДЕВА

шли бы там ни одной

выми стрелами». К силикатам относятся уже упоминавшиеся глины и полевой шпат, из которых изготовляют различные сорта фарфора и фаянса, создают бетон, строят плотины и заводы, дороги и мосты.

Природные силикаты составляют ту арену, на которой разыгрываются все минералогические события в земной коре. Эти события, составляющие предмет исследования геохимии, ведут, в частности, к концентрации в «отдельных точках земного шара полезных ископаемых. Для развития современных методов поисков полезных ископаемых понимание природы силикатов оказывается весьма полезным.

Но если бы вы еще недавно обратились за ответом на вопрос, чтЬ представляют собой к ремне кислородные соединения, к химии, вы обнаружили бы, что во всех учебниках, излагающих основы этой науки, этот раздел представляет собой в основном «белое пятно». Вы не на-развернутой, «структурной» формулы силикатов. Объясняется это очень просто: формула химического соединения устанавливается обычно на основании химических реакций, которые осуществляются практически в растворах. Но силикаты упорнее любых других веществ сопротивляются растворению (без разложения). Недаром из них изготовляют химическую посуду! Химики до самого последнего времени в замешательстве останавливались перед этими упрямцами.

Пользуясь рентгеновскими лучами, позволяющими исследовать твердое тело без его разрушения или растворения, мы поставили своей задачей принять участие в создании новой, не существовавшей еще химии кремния.

Мы не в единственном числе пошли по этому пути. Небезуспешные опыты расшифровки структуры силикатных минералов предпринимались в Англии в двадцатых годах этого столетия. Но на исследовании 15 минералов там дело остановилось. Английские исследователи не постарались узнать, являются ли закономерности, установленные ими для этих 15 силикатов, общими, или это музейные случаи. Мы же по* ставили своей задачей выяснить именно общие закономерности, которым подчиняется этот интереснейший класс природных материалов.

Уже первые структурные исследования разъяснили, почему к силикатам так трудно применить обычные методы химического анализа. Вообще говоря, силикаты построены по тому же основному принципу, что и самые обыкновенные химические соединения. Так же как и поваренная соль (хлористый натрий), селитра (азотнокислый калий), сода (углекислый натрий), горькая соль (сернокислый магний) и им подобные, отлично растворяющиеся в самой обыкновенной воде вещества, силикаты, исходная формула которых столь же проста (кремнекислородные соединения), состоят из ионов противоположного знака: положительных, или катионов, и отрицательных, или анионов.

В то время как в обычных солях ионы являются либо отдельными атомами (таковы, например, катион натрия, катион магния, анион хлора) или составлены из небольших групп (таковы, например, сернокислый анион, соответствующий формуле S0₄, или азотнокислый анион, соответствующий формуле NO_a, и т. д.), в силикатах, как ни проста их формула, большая часть кр емн еки слородн ы х анионов не изолирована друг от друга. Происходит это вот почему. Атом кремния должен быть обязательно окружен четырьмя атомами кислорода, соприкасающимися друг с другом. Четыре атома кислорода вокруг центрального кремния образуют простейшую геометрическую фигуру — тетраэдр.

Обязательный принцип нахождения каждого атома кремния среди четырех кислородов может быть выдержан, даже если кислорода нехватает. В этом слу- ы

22