Техника - молодёжи 1971-11, страница 9

БИОГРАФИЯ ОТКРЫТИЯ

ГЛУБИННЫЙ СМЫСЛ

ПОВЕРХНОСТНЫХ

ЯВЛЕНИЙ

Рассказывает Герой Социалистического Труда академик П. А. РЕБИНДЕР

В № 7 журнала за 1971 год мы начали раздел «Биография открытия». Академик М. Лаврентьев в своих воспоминаниях рассказал, как тщательное изучение, казалось бы, несущественных, ио реально наблюдавшихся явлений привело к глубоким теоретическим выводам, а затем и к созданию новой техники (см. статью «О взрывах, побочных эффектах и новой технике»). С просьбой поделиться своими воспоминаниями мы обратились и к академику Петру Александровичу Ребиндеру. Рассказ ученого, дополненный пояснениями его учеников, мы предлагаем вашему вниманию.

П. Ребиндер: В 1929 году в нашу страну приехал известный французский физик Поль Лаижевен. Он посетил несколько научных институтов в Москве и Ленинграде, выступал с докладами. Я, в то время молодой исследователь, сопровождал ученого и помогал ему знакомиться с работами наших физиков.

В беседах и дискуссиях Ланжевен неизменно проявлял свойственную ему исключительную проницательность, умение быстро выделить самое главное в спорных и нерешенных проблемах. Всякая сколько-нибудь интересная идея вызывала у него ответный отклик. Эту черту ученого впоследствии отметил академик А. Иоффе в книге «Встречи с физиками»: «Ланжевен охотно консультировал всех, кто к нему обращался». А. Эйнштейн в проникновенном очерке, посвященном памяти Ланжеве-на, писал: «Его критика и конструктивные предложения всегда оказывали плодотворное действие».

Возможность общаться с таким человеком! Как вы думаете, какое желание овладеет каждым молодым ученым в подобной ситуации? Ну конечно, захочется поделиться своими идеями, которые будоражат воображение, заставляя ставить опыт за опытом.

И удобный случай представился. Ланжевена пригласили в Ленинградский физико-технический институт на семинар академика А. Иоффе. Абрам Федорович знал о моем увлечении проблемами физики кристаллов (это был предмет классических исследований самого Иоффе и его учеников) и сказал мне:

— А вы сделайте доклад о своих новых опытах по-французски. И Ланжевен, и мы вас послушаем.

И я рассказал об опытах по изучению механических свойств кристаллов, обладающих совершенной спайностью. Таковы каменная соль, кальцит, флюорит, слюда. Они способны раскалываться по зеркально гладким плоскостям определенным образом ориентированным в решетке, — плоскостям наименьшего поперечного сопротивления, или, как их называют, «плоскостям спайности». Все такие кристаллы обнаруживали удивительное свойство. При испытании на раскалывание в жидкой среде,

КАК ПРОЯВЛЯЕТСЯ ДЕЙСТВИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА? Довольно необычно. В этом убеждает простой опыт, результаты которого показаны на цветной вкладке. Цинковая пластинка толщиной 2—3 мм при изгибе не трескается и не ломается — материал пластичен. Однако не будем торопиться с выводами. Слегка поцарапаем пластинку, чтобы разрушить окисную пленку, и на царапину нанесем капельку ртути — всего несколько миллиграммов. Уже при небольшом изгибающем усилии из-под капли побежит в обе стороны тонкая трещина, и кусок цинка сломается, как хрупкое лезвие бритвы. При быстром изгибе трещина уже не пойдет вдоль пластинки, а даст лишь сеть коротких разветвлений.

Атомы ртути — вот клин, помогающий сломать пластинку. Они внедряются в цинк, но не в саму его кристаллическую решетку, а по туннелям зародышевых микротрещин, которые успели выйти на поверхность. Микротрещины возникают в тех местах структуры, где есть дислокации — нарушения межатомных связей. Ведь в соседних плоскостях решетки может оказаться неодинаковое число атомов. Лишний атом останется без связи, и появляется дефект строения — дислокация. Действие внешней нагрузки перемещает ее из одного участка кристалла в другой и может вывести на поверхность, сформировав там ступеньку размером в один атом.

Частицы ПАВ (ртути) гораздо легче и быстрее перемещаются по поверхности решетки. Чтобы внедриться внутрь, нужна целая цепь тепловых перемещений атомов, что в принципе возможно (всегда есть тепловые колебания), но маловероятно. Двигаясь по поверхности, частицы ПАВ находят выходящие наружу дислокационные каналы, проникают в их устье, рвут межатомные связи и облегчают образование трещин в месте скопления дислокаций.

Потому-то цинковая пластинка и ломается только при медленном изгибе. Ртуть должна успевать с перемещением во вновь возникающую трещину, которая растет лишь до тех пор, пока в нее поступает поверх-ностно-активное вещество. В этом и состоит особенность взаимодействия адсорбции ПАВ и роста трещин. Как и следовало ожидать, курица и яйцо немыслимы друг без друга.

Схема, представленная на цветной вкладке справа внизу, иллюстрирует природу поверхностных сил. Они возникают из-за того, что молекулярное притяжение в наружном слое не скомпенсировано. Это верно и для жидкостей, и для твердых тел. Внутренние слои испытывают давление, и его необходимо преодолевать при переводе молекулы из объема на поверхность. По закону сохранения энергии такой перевод связан с затратой внешней работы. Следовательно, молекулы наружного слоя обладают избыточной (свободной) энергией. Ее величина уменьшается под действием ПАВ, хотя бы той же ртути, выход внутренних микротрещин — они хорошо видны при 40-кратном увеличении наполовину сошлифованного образца — облегчается.

Эффект Ребиндера можно наблюдать при умеренной температуре. Но с увеличением ее до 110 — 160 С монокристалл цинка при разрыве проявляет лишь частичную хрупкость, а при еще большем нагреве становится и вовсе пластичным. Сказываются интенсивные тепловые колебания атомов, рассасывающие скопления дислокаций.

7