придал какие-то особые, нужные ему в его практической деятельности, свойства и тем выделил из окружающей природы.
Пример того, как создают ученые наших дней новые твердые материалы, нужные народному хозяйству, — труд академика Кузьмы Андриановича Андрианова и результаты его работ, за которые он получил Ленинскую премию 1963 года.
Разве удалось бы К. А. Андрианову создать целый класс новых материалов с чудесными свойствами, так называемых полимеров с неорганическими главными цепями молекул, не проведи он четверти века в лаборатории. Задача, которую он пытался разрешить, сперва казалась почти неразрешимой: как соединить в полезное для человека вещество неживое и «живое» — скажем, кремний и какие-нибудь органические молекулы?
Самые опытные химики приходили к выводу, что игра не стоит свеч, что на основе кремния, кислорода и органических радикалов нельзя практически создать ничего стоящего. В тот самый год, когда Андрианов впервые начал заниматься таким, казавшимся безнадежным, делом, известный английский ученый, профессор Киппинг, словно специально, чтобы охладить пыл русского коллеги, сказал на заседании английского Королевского химического общества:
— Я исследую химию кремнийорганических соединений пятьдесят лет и полагаю, что перспективы быстрого развития этой области химии и получения практически полезных результатов не слишком обнадеживающие.
Но советский ученый упорно шел своим путем. Он знал: очень много сулил народному хозяйству успех и поэтому стоило за него бороться.
Давно известно, что добавки к обычной стали небольших количеств хрома, никеля или марганца резко изменяли структуру металла, превращали его в высококачественную нержавеющую сталь. Вообще каждый «посторонний» металл, вводимый в основную неорганическую цепочку, меняет ее свойства. Раскрывая закономерности подобных сочетаний, металлурги научились очень тонко изменять свойства стали в желаемом направлении. Делали они это путем введения в сталь определенных элементов в определенных количествах. Работы Андрианова, по существу, сводились к тому же самому, только вместо стали он брал за основу другой материал — обычно кварц.
Природный минерал кварц представляет собой структурно жесткую хрупкую сетку из атомов кремния и кислорода. «А что, если в некоторых узлах этой сетки поместить вместо кремния другой элемент, например титан, алюминий или бор? — думал Андрианов. — И что, если к атомам кремния подвесить органические радикалы? Не этим ли путем надо идти, чтобы получать вещества с необычным сочетанием свойств, например эластичности с теплостойкостью?»
Много опытов проделал Кузьма Андрианович, много различных химических реакций перепробовал, прежде чем ему удалось — впервые в мире — получить ряд синтетических полимеров с неорганическими главными цепями молекул на основе сочетания кремния с другими элементами: алюминием, титаном, бором, оловом и некоторыми другими. К каждому атому кремния ученый «подвесил» органические радикалы. Иначе говоря, превратив кварцевую сетку в кварцевую цепочку, он создал вокруг нее оболочку из углеродосодержащих органических радикалов. Благодаря тому, что здесь появились органические радикалы, материал приобрел эластичность, гибкость, а также способность растворяться в органических растворителях (это часто очень важно, например, для лаков). Вместе с тем в новом веществе сохранилось такое свойство полимерной цепочки в кварце, как теплостойкость.
Гибкий кварц! Мог ли кто-нибудь предполагать, что это может быть создано?
Вводя в обыкновенное стекло 15 % органических радикалов, Андрианов из жесткого и хрупкого стекла получал… настоящий каучук. Этот каучук почти ничем не отличается от натурального, но он не теряет своих свойств и при температуре до 320 градусов! А ведь ни один иной каучук, кроме так называемого силиконового, не выдерживает подобного нагрева.
Некоторые из разработанных ученым кремнийорганических соединений применяются теперь для обработки хлопчатобумажных и шерстяных тканей.
В результате этой обработки, потребляющей сущие пустяки нового вещества, в среднем 1,0–1,5 % от веса ткани, ткань приобретает свойство совершенно не смачиваться водой. Человек, одетый в костюм из материала, обработанного специальным кремнийорганическим соединением, может, не раздеваясь, переплыть реку. На другом берегу он отряхнется, и вода скатится с его костюма, как ртуть со стеклянной плоскости.
Делают теперь и другие удачные сочетания элементов. Кремний и алюминий входят в состав теплостойких пластмасс. Кремний, титан и олово содержатся в каучуках и смазочных маслах. Кремний и бор — элементы, входящие в состав клеев.
Электроизоляционные материалы и жаростойкие эмали, клеи и лаки, теплостойкие пластмассы и смазочные материалы — многое производится по методу замечательного советского ученого.
Самое широкое применение в различных областях народного хозяйства получили чудесные материалы, разработанные Андриановым и его учениками.
Жидкое — второе состояние вещества
Помня о силах, действующих между молекулами или атомами твердых тел, нетрудно догадаться, почему эти тела плавятся. Потому что при повышении температуры колебания каждого отдельного атома около его нормального положения становятся все сильнее и это необратимо нарушает весь порядок. Постепенно усиление колебаний одних атомов станет отражаться на движении соседних: те будут все больше отклоняться от средних положений в кристалле. Их отклонения, в свою очередь, ослабят стремление раскачавшихся атомов вернуться к нормальным движениям. Хаос будет нарастать, и все кончится тем относительно свободным движением молекул или атомов, которое отличает жидкость.
Можно объяснить, как вещество становится жидкостью, труднее — откуда присущие ей свойства.
Почему твердое тело твердо, газ газообразен, а жидкость жидкая? Физика отвечает на первые два вопроса. Твердость тел — следствие одновременного существования сил притяжения и сил отталкивания между частицами, образующими тела — молекулами, атомами или ионами. При уменьшении расстояния между частицами преобладают силы отталкивания, при возрастании — верх берут силы притяжения. Газ состоит из молекул, которые, за исключением моментов соударений, почти не взаимодействуют между собой. Они свободно движутся во все стороны и распространяются на весь предоставленный им объем. Отсюда то, что называется газообразностью.
А почему жидкость жидкая, то есть текучая?
Жидкость занимает промежуточное положение между газом и твердым телом. Она имеет черты сходства с тем и другим.
С газом жидкость особенно близка в так называемой критической точке, определяемой «критической температурой» и соответствующим ей «критическим давлением». «Критическая точка» — своеобразный погранзнак между жидкостью и газом. Выше ее, точнее, выше «критической температуры», может существовать только газ; ниже, в зависимости от давления, вещество может быть и газообразным и твердым. В самой «критической точке» различие между жидкостью и газом в некотором смысле исчезает.
С твердым телом жидкость родственна по ряду признаков. Плотность жидкости отличается от плотности твердого тела всего лишь на десять и менее процентов. Жидкость обладает некоторой прочностью на разрыв.
И все же в жидкости есть много такого, что резко отличает ее и от твердых тел и от газов.
Жидкость совершенно не имеет твердости. Она течет. Если в твердом теле средние положения образующих его частиц расположены в правильном порядке, то в жидкости такого порядка нет. В жидкости молекулы непрерывно перемещаются относительно друг друга, и упаковка их, почти такая же плотная, как у твердых тел, не препятствует этому перемещению.
Построение молекулярной теории жидкого состояния — задача чрезвычайно сложная и пока еще не
