Техника - молодёжи 1959-06, страница 10

I

д^а

CI о pa зон' I—' finuiuui

вилось, но зато объем их при этом стал меньше. Вот в чем, оказывается, заключается причина удивительного «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 исчезло. 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 оттолкнуться друг от друга, потому что заряд у них одноименный. Так, с повышением давления создаются условия для появления все большего количества свободных электронов. Этим 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 и сотен миллионов атмосфер?.. Тогда электронные оболочки всех атомов были бы полностью «раздавлены» и ядра атомов погружены в общую электронную плазму. При таких исключительно высоких давлениях температура вещества поднимается на многие тысячи градусов.

Кстати, о температуре. Сблизить ядра атомов можно не только давлением, но и глубоким холодом. Снижая температуру вещества, мы

уменьшаем амплитуду собственных колебаний атомов и даем им возможность сблизиться, уплотниться. Объем вещества уменьшается. Но ведь у температур есть предел, поставленный природой. Это температура абсолютного нуля (—273,16° С). К тому же техника получения глубокого холода так сложна, что для сближения атомов в веществе давлением пользуются чаще, чем температурой.

Металл, о котором мы уже говорили, — церий — поддается сжатию лучше всех других металлов. Стоит подвергнуть его давлению в 12 тыс. атмосфер (технически это задача несложная), и расстояние между его атомами будет таким же, как при температуре —273° С.

Нынешним материалам приходится работать и в огнедышащих двигателях космических ракет и на 80-градусном морозе Антарктики. Значит, и исследовать их надо по усложненной программе. Мало, оказывается, положить под пор

При сверхвысоких давлениях происходит изменение распределения электронов по оболочкам атомов (справа) и освобождение электронов, увеличивающее электропроводность вещества

(с ле в а).

ЛЮБОПЫТНЫЕ ЦИФРЫ

Если сжимать газ, то он сначала перейдет в жидкость, затем в различные разновидности твердого вещества, а ногда атомы «упакуются» до предела, начнется переустройство их электронных оболочек, пока, наконец, под давлением в миллионы атмосфер атомы не сблизятся до расстояния 10~~¹³ см. Тогда и начнется слияние ядер.

[авление и температура взаимо-| связаны и часто — взаимозаменяемы. Например, действуя на жидкости и твердые вещества давлением в 100—200 тыс. атмосфер или же температурами в 1000—1500о, можно вызвать одинаковые изменения.

получают при давлениях, ''близких к 65 тыс. атмосфер, и температурах около 1500°. Он спорит с алмазом по твердости и превосходит его по стойкости к окислению и термической устойчивости.

СЭзависимости от давления неко-^торые вещества существуют либо в металлической, либо в неметаллической форме. Неметаллическое серое олово (плотность его — 5,75) под давлением переходит в белую металлическую форму с плотностью 7,28. Известны две разновидности мышьяка

!с плотностью 2,0 и 5,73) и фосфора желтый — 1,82 и черный — 2,7). 1ри очень высоких давлениях часто возникают новые, неожиданные «ва-

Вианты» одного и того же вещества, апример, висмут, существующий обычно в одном варианте, дает (если поднимать давление до 130 тыс. атмосфер и температуру — до 500° С) восемь разновидностей. Это ли не резервы для металлургии будущего!

шень вещество и создать давление в 100 тыс. атмосфер. Физики хотят знать, как материал ведет себя во время сдвига, как при кручении, при ломке. Возьмем графит, мягкое вещество, которое часто используется в качестве смазки, и под давлением в 60 тыс. атмосфер попробуем повернуть его. Прибор показывает напряжение сдвига — 330 кг/см². Мягкая смазка вдруг обрела твердость алмаза. Точно такую же твердость показывает при 50 тыс. атмосфер и осмий. Откуда взялись эти новые качества у мягких материалов? Ответ один: их сделало такими давление. Чем короче расстояние между атомами, тем сильнее, крепче их связь. Этим и объясняется твердость мягкого графита.

Физикам удалось прийти к интересному выводу: выяснилось, что и прочность и твердость, то есть то, что мы называем пластичностью вещества, зависят вовсе не от его кристаллической решетки^ как думали раньше, а от числа внешних электронов атомов.

Чтобы нагляднее представить себе давления, которыми мы действуем, например, на металл, предположим, чгго наша лаборатория находится на дне океана. Над нами 10-ки л ©метровая толща воды. Давление чудовищное —100 атмосфер.

Если это услышит физик, он рассмеется: «Ну, что же здесь чудовищного? Нам нужно 25 тыс. 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 км! Только тогда мы получим давление, которое физики сегодня легко создают на своих приборах.

Какой же опыт мы проделаем в нашей лаборатории на дне океана?

Мы возьмем с собой латунный стержень, такой, который в обычных условиях, если его растягивать, лопается поперек, словно его перерубили. Посмотрим, как он себя поведет под давлением 25 тыс. атмосфер. Вот стержень начали растягивать. Он не лопнул, как там, на суше. Но атомы металла, уступая давлению воды, подались внутрь, к центру стержня, и в этом месте он стал на глазах суживаться, словно его перетянули невидимой, но могучей ниткой. Наконец стерженек вконец 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% пластичности...

А теперь достанем последний стерженек — из мрамора, хрупкого белого камня. Уже на глуоине 100 км, то есть при давлении 10 тыс. атмосфер, на мраморе намечается «шейка», обнаруживается, что мрамор становится пластичным, может, как говорят, течь...

— А нельзя ли, Леонид Федорович, — спросили мы профессора, — найти какое-нибудь практическое применение этому явлению? Конечно, не на дне, а здесь, на суше.

— Разумеется, можно, и оно уже найдено. Уже сейчас кое-где холодный металл продавливают через узкое отверстие огромным давлением жидкости и получают отличную проволоку. Если отверстию придать форму шестеренки или трубы, то готовое изделие вылетит из отверстия пулей, буквально со скоростью снаряда — 500 м/сек! Причем металл изделия будет сжат, упрочнен, перестает быть хрупким, а на его ^отполированной поверхности вы не найдете ни одной выщерблины или зазубрины.

А разве не пригодится для производства особенность, замеченная физиками: у одного и того же вещества при разном давлении может быть разная валентность? Практически это означает, что химики скоро, видимо, смогут получать на базе какого-нибудь вещества любые его простые и слож-