|
РАСПОЗНАННЫЕ ФРАГМЕНТЫ ЖУРНАЛА
Замечательные свойства металлов издавна привлекали внимание людей, которые стремились с помощью металлов улучшить условия труда. Получить высокую температуру, научиться строить чаны для «варки» металлов, делать отливки — всё это требовало знаний и опыта. А ведь тогда люди не знали о существовании угля, а температура пламени горящей древесины была для плавильных целей слишком мала. Поэтому неудивительно, что раньше всего люди сумели получить легкоплавкие металлы, не требующие для плавления высокой температуры, например, медь, олово, золото. Но, к сожалению, эти металлы оказались слишком мягкими. Оружие, военные доспехи, ножи и различные инструменты из таких металлов не получались.
Люди искали новых металлов. Неизвестно, кто первым смешал медь и олово, получив сплав значительно тверже и прочнее каждого из компонентов. Сплав назвали бронзой, и она в течение последующих двух тысяч лет (бронзовый век) была лучшим материалом для изготовления оружия, предметов домашнего обихода, инструментов, утвари.
Получение бронзы и ряда других сплавов было великим открытием, но люди не знали, почему сплавы были тверже составляющих компонентов. Спустя тысячелетия человек заметил, что огромные глыбы (этими глыбами оказалась железная руда), на которые он не обращал раньше внимания, при высокой температуре превращаются в твердый и упругий металл — железо. Но и тогда никто не понимал, почему чем выше температура плавления, тем больше твердость металла.
Ответ на этот вопрос дали лишь ученые XX века, которые имели в своем распоряжении точную современную аппаратуру.
Какова же тайна металлов? В чем секрет издавна замеченного человеком явления?
Сначала давайте познакомимся со строением металла. Металл состоит из огромного количества маленьких частичек — атомов. Изобразим их в виде шариков; особенностью этих шариков является взаимное притяжение, как будто бы в каждом из них сидит маленький магнит. Различные металлы отличаются друг от друга размерами шариков.
Однако металлы отличаются не только размерами шариков, но и их расположением. Самый простой способ расположения шариков-атомов — образование шариками кубической решетки. Шарики находятся в углах куба, а каждый из них окружен шестью другими и ко всем притягивается.
Более сложные случаи строения металла показаны на рис. 2, где каждый атом окружен двенадцатью «соседями» (в плоскости рисунка видно только шесть атомов, но ведь это только один слой атомов), а на рис. 3 вы видите, что каждый атом окружен восемью соседями и все они взаимно притягиваются. Рис. 3 пространственный. Видно, что атомы находятся на гранях куба, а один из них — в середине. Во всех остальных участках металла повторяется лишь порядок расположения шариков в ячейке, пока-
занной, например, на рис. 3. Если некоторое небольшое количество ячеек одинаково расположены, то они образуют скопления, которые называются кристаллическими зернами. Эти зерна могут иметь размер всего куска металла, если все ячейки, подобно кирпичам в кирпичной стене дома, расположены (уложены) одинаково. Такой кусок металла мы называем монокристаллом. Если 1 ячейки уложены правильно только в пределах зерна, кусок металла, состоящий из множества зерен, расположенных беспорядочно, как и куча кирпичей, называется поликристаллом. Отличным примером поликристалла является прессованный сахар-рафинад.
А теперь, зная строение металлов, постараемся объяснить, почему металлы обладают твердостью и упругостью.
На опыте, который ребята проделывают (см. рис. 4), исследуется упругость. У одного мальчика в руке нож из упругого металла, а у другого — из неупругого. Как видите, нож у первого мальчика после сгибания возвращается в исходное положение, совершив при этом ряд колебаний. Нож, который согнул второй маль
с, остался в таком же положении после того, как мальчик отпустил руку. Произошла необратимая деформация. Конечно, и первый нож можно было бы согнуть, только для этого пришлось бы довольно сильно нажать на него. Второй нож точно так же не согнулся бы, если бы его очень легко отвели в сторону. Сила, при которой деформация становится необратимой, и является мерой упругости.
Что при этом происходит внутри металла с шариками-атомами, о которых мы только что с вами говорили?
До начала сгибания шарики, держась друг друга, то есть взаимно притягиваясь, образуют кристалл с кубическим расположением атомов (рис. 5а). При сгибании одна часть атомов начинает перемещаться относительно другой. Если сила сгибания невелика (рис. 5Ь), то «руки» шариков могут выдержать её, соединясь все вместе. Если же сила довольно большая, то атомы не могут держаться за 1 ««руки», даже после прекращения действия этой силы: металл не возвращается в прежнее поло-Разъединившись, соседние шарики-атомы не могут без помощи извне найти друг друга. Чем крепче держатся атомы-шарики, тем больше упругость металла.
Почему некоторые металлы очень трудно согнуть, а согнутые слегка, они уже не возвращаются в первоначальное положение, в то время как иные легко сгибаются и почти полностью возвращаются в исходное положение?
Ответить на этот вопрос, думаю, вы уже сможете сами, сравнив атомы первого металла с шариками с сильными, но короткими «руками», а второго — с «руками» длинными, но слабыми.
Теперь, наверное, стало понятным, почему мягкие, легко сгибающиеся металлы, как например, медь, олово, расплавляются при низких температурах. Вспомните, что держащиеся за «руки» шарики-атомы слегка подпрыгивают на одном месте. Чем выше температура металла, тем сильнее и выше прыжки. Поэтому не нужно сильного нагрева, чтобы разорвать слабые руки шариков неупругого металла.
Однако не всё решает сила «рук» атомов металла. Так же, как и в коллективе людей, здесь многое значит слаженность. Об этом поговорим при следующей встрече на страницах нашего журнала. Тадеуш Рихт
— ...А обещали, а зарекались, что будут помогать, что наведут в квартире порядок, что будут послушными, — приговаривала пани Кристина, мама близнецов, и не трудно было догадаться, что в эту минуту она была в сильной обиде на сыновей, которые увиливалиот обязанностей.
Праздник, елка, подарки, пироги — всё это несло в дом с собой столько радости, а новогодние хлопоты и приготовления полностью легли на плечи пани Кристины. Усталая, она уже начинала жалеть, что разрешила ребятам устроить химический вечер и пригласить гостей.
— Если бы Станислав был дома, всё было бы по-другому, — вздыхала она, собирая оставленные на письменном столе ребят стаканы.
Не успела пани Кристина вытереть последний вымытый стакан, как в кухню вбежали веселые и раскрасневшиеся от мороза дети.
— Мамочка, — едва переступив порог кухни закричал Томек, — Теперь мы никуда не исчезнем. У нас
есть уже все нужные реактивы, сначала приготовим всё для нашего вечера, а потом сделаем что прикажешь: и уберем в комнате, и накроем стол, и всё-всё. — И как бы в доказательство обещанного, он встал на цыпочки и чмокнул маму в щеку.
— Ну ладно уж, ладно, — успокоилась пани Кристина. — Войтек, вытри, пожалуйста, этот последний стакан.
При этих словах ребята онемели
— Наши стаканы...
— Да, ваши стаканы... Именно в праздник вам захотелось сделать непорядок. Столько стаканов и все почему-то на столе. В чем же я гостям чай подам, как вы думаете? — приговаривала мама ребят, устанавливая стаканы за стекло в буфет.
— Всё пропало! Всё надо начинать
сначала! — чуть не плача тянули близнецы. — Ведь в стаканах всё было приготовлено к опытам!
Мама покачала головой.
— Здесь что-то нто, дети. Стаканы были пустые... ну, может быть,
несколько капель воды на дне каждого.
— Как раз-таки эти капли нам и тжны. И это была вовсе не вода,
а реактивы, — не успокаивался Томск.
— В следующий раз, пожалуйста, предупреждайте меня или устраивай-та всё в вашей лаборатории, — с сочувствием сказала пани Кристина.
Чай было решено подать в чашках, а стаканы вновь очутились на столе в комнате ребят.
— Хотите, я позову Антека помочь нам. Быстрее управимся, — предложил Томеку и Тадеку их двоюродный брат Войтек.
Сосед не заставил себя долго ждать. Через несколько минут он был уже у ребят.
— Антек, ты должен нам обязательно помочь, — начал Томек, увидев в дверях товарища. — Понимаешь, произошло недоразумение, и мы должны зсё снова приготовить для сегодняшних цветных опытов, о которых, помнишь, мы тебе уже говорили.
— Вот это да! Всё снова! — делая вид, что разделяет несчастье ребят, сказал Антек, но в глубине души он был немного доволен, что так случилось. Вот.уже несколько дней он не приходил в гости к близнецам. А всё из-за этих несчастных "папирос. Ког-да в субботу все ребята пошли ка- ] таться на санках, близнецы, зная, что Антек изподтишка «потягивает» папиросы, угостили его трубкой, кото- рая, как потом показалась Антеку, i i была чем-то специально набита. Не- , удобно было отказать друзьям, и Ан-
тек пару раз крепко затянулся. Результаты оказались почти плачевными: вдруг всё вокруг закружилось, потемнело и, как потом смеясь говорили близнецы, Антек долго путешествовал по берегам известного портового прибалтийского города.
С того именно времени Антеку было стыдно показаться ребятам на глаза. И хотя он твердо решил больше не притрагиваться к папиросам, однако, был немножко рад, что ребята находятся в хлопотливом положении.
— Ладно уж, помогу вам, — снисходительно согласился он, а сам подумал, что неплохо было, если бы опыты всё-таки не удались.
— Мы приготовим всё для опытов с цветными жидкостями, а ты, Антек, собери всё, что нужно для обнаружения олова, — скомандовал Тадек и подал товарищу лист бумаги, на котором был написан перечень лабораторной посуды и реактивов.
— Три химических стакана, кусочек цинкового листа, пробирка, горелка, — читал Антек, а близнецы в это время устанавливали на столе в ряд стаканы и в каждый наливали по несколько капель какой-то бесцветной жидкости. Затем каждый стакан переворачивали так, чтобы капельки жидкости смочили стенки стаканов.
Войтек принес два графина с водой: один стеклянный, а другой фарфоровый. В один графин Томек налил немного кислоты, а в другой — нитрового щелока..
Наконец, всё готово, и пани Кристина, облегченно вздохнув, села в кресло.
А в саду уже были слышны голоса.
Звонок и...
— С Новым годом!
— С (новым счастьем!
Среди гостей были и наши старые знакомые. Гося принесла в подарок ребятам пирог своей работы.
Дом наполнился смехом и шумом. Кто-то из гостей уже успел проникнуть в комнату близнецов, где дежурил неустанный энтузиаст химии Войтек.
— Что это, вода? — На ужин? — спросил вошедший без приглашения в комнату гость.
— Ну, может быть, и не только вода... — многозначительно ответил Войтек.
— А стаканы какие-то мокрые, — не сдавался любопытный гость.
Хозяин решил вести себя как скромный герой.
— Да знаешь, слишком много было работы по дому. Я не успел их как следует вытереть. Высохнут...
Но гость не слушал его объяснений. Он взял один стакан, внимательно осмотрел его и поставил на стол. Войтек не проследил, на прежнее ли место была поставлена эта лабораторная посуда.
Показы начал Томек:
— Дорогие друзья! Приглашаем вас всех на маленький химический приём! К сожалению, пока у нас нет ничего, кроме этих двух графинов с чистой водой, но могущество химии нам поможет!
Потом слово попросил Тадек,
— Итак, начинаем. Девочкам первым предоставляется право выбора. Зося, что сначала хочешь? Может красного вина?
Зося сразу же покрылась красными пятнами и не знала, что ответить вежливому хозяину.
— Ну, Зосенька, не стесняйся, говори, — поддержала её пани Кристина.
Томек взял со стола пустой стакан, налил в него немного воды из кувшина и... содержимое стакана приняло красную окраску, напоминая по цвету красное вино.
Я в таком случае попрошу белого вина, : — не растерялась Бася.
— Пожалуйста, одну минуточку! — услужливо спешил Тадек.
Томек подает ему стакан, в который Тадек налил воды. Но что такое? Вместо белого вина в стакане появилась жидкость шоколадного
цвета.
Наступила гробовая тишина. Близнецы недоверчиво и удивленно переглянулись. Выход из создавшегося положения нашел Войтек.
— Ничего не поделаешь. Люди, которые еще ходят в детский сад, вина не имеют права пить. Вот вам какао,
гражданочка.
Все громко рассмеялись. Остальные опыты пошли как по маслу. Наливая «чистую» воду в стаканы, близнецы попеременно приготавливали то красное, то белое вино, то какао, то молоко, крепкий и слабый чай и даже мятный ликер зеленого цвета. А в заключение ребята приготовили в стакане даже чернила! Все опытынаши друзья проводили, имея в распоряжении только «пустые» стаканы и два графина воды. Они изменяли желтый цвет в голубой, розовый в зе леный, голубой в красный. А потом выяснили, что все эти опыты получились благодаря использованию «умелому», как подчеркнул Томегь
соответствующих реактивов, которые изменяли свой цвет под действием кислоты и основания.
в — А теперь, — объявил Тадек, — мы докажем вам, что химик не ошибается.
И Томек поставил на стол три химических стакана, в которые наши зрители собственноручно налили дистиллированную воду.- Затем Тадек принес бутылочку с какой-то бесцветной жидкостью и сказал:
— Я сейчас выйду в коридор, а кто-нибудь из вас пусть капнет одну каплю в какой-либо стакан. Когда я вернусь, то определю, в какой стакан была налита жидкость из бутылочки.
Каплю из бутылочки ребята капнули в стакан, стоящий посредине. Вернувшись, Тадек налил в каждый стакан немного соляной кислоты, а потом бросил кусочек цинкового листа в первый стакан. Началась бурная реакция цинка с кислотой. В стакан с бурлящей жидкостью он опустил наполненную водой пробирку. Подержал её там несколько секунд, а потом поднес к пламени горелки. Такие же точно действия проделал и с остальными стаканами.
— Ни в один стакан вы не капнули из бутылочки! — торжественно заявил он.
— А вот и нет! Капнули в тот, средний, — закричали зрители, а среди них громче всех Антек.
Близнецы опять покраснели. Неу-ача и то второй раз. Как стыдно. Что о химиках подумают гости. И вдруг Томека осенила мысль. Он подбежал
к столу, открыл бутылку с таинственной жидкостью и осторожно приблизил к горлышку нос. Набрав полные легкие воздуха, он облегченно вздохнул.
— Товарищи зрители, не волнуйтесь. Произошла небольшая ошибка. Наш ассистент (в это время он многозначительно и строго посмотрел на Антека), наш ассистент перепутал все бутылки. Тадек, принеси, пожалуйста, хлористое олово, а то в этой бутылке только вода. И он еще раз посмотрел на Антека.
Через минуту близнецы повторили опыт и уже безошибочно определили, в какой из химических стаканов зрители налили бесцветной жидкости.
Один из братьев объяснял:
— Здесь детективом была пробирка и пламя горелки. А именно, пробирка, опущенная в стакан, в который
была налита капелька бесцветного раствора хлористого олова, и затем поднесенная к пламени горелки, давала красивое голубое свечение. Это свечение и было доказательством то-го, что в бесцветной жидкости находилось соединение олова. Химики умеют использовать эту реакцию для определения олова в различных растворах.
Потом близнецы показывали, как можно обнаружить буру или борную кислоту. Эти соединения, приготовленные соответствующим образом, окрашивают пламя в светло-зеленый цвет.
— Мне очень понравился ваш сегодняшний химический вечер, — сказала пани Кристина после того, как гости ушли и хозяева кончили уборку.
Ребята тоже были довольны вечером, жаль только, что на вечере не было их папы, пана Станислава.
Александра Сенковская
СВЕТЯЩИЕСЯ РИСУНКИ
Чтобы заставить рисунок светиться, обратимся за совётом1 к1- -хизкии.5 " Для v прйготовлёнйя" раётворд для Светящихся рйсункбй нам понадобится 10 — 15 г нитратаг калия (KN03)
Нитрат калия — это селитра, белый кристаллический порошок, которым очень часто в домашнем хозяйстве пользуются для, - консервирования мяса.
Кроме такой (пищевой) селитры, для наших целей вполне пригодно искусственное удобрение, тоже называемое селитрой. Кроме собственно селитры, в искусственном удобрении имеются некоторые примеси. Их следует предварительно удалить. Для этого взвесьте 200 г калийной селитры, затем пересыпьте в пробирку и залейте 100 миллилитрами кипящеи воды. Содержимое пробирки надо прокипятить и тут же отфильтровать через бумажный фильтр. Потом пробирку с раствором поставьте на ночь в холодильник или в холодное место.
Утром вы увидите на дне щхфдоки красивые белые кристаллы нитрата калия. Крйсталлы надо промыть холодной водой, отфильтровать й тщательно высушить.
Только после этой предварительной работы можно приступать к изготовлению светящихся рисунков.
В 50 миллилитрах воды растворите 15 г очищенного нитрата калия. Зате! смочив в растворе тоненькую кисточку, сделайте ею любой рисунок на бумаге, например, круг. Поскольку высохший рисунок совершенно не будет виден на бумаге, не забудьте отметить карандашом точку, с которой вы начали вести линию круга или другого рисунка. Помните также еще и о том, что начиная более сложный рисунок, надо следить за тем, чтобы все его линии были взаимно соединены. Для чего это делается? Догадываетесь, наверное, сами, что только в том случае, если все линии будут соединены, светиться будет весь рисунок.
Раскалите обычную иголку или острие булавки и в месте, обозначенном карандашом, коснитесь ею проведенной линии. От места прикосновения в обе стороны побегут по бумаге тлеющие линии, оставляя за собой след сгоревшей бумаги.
В чем же здесь секрет? А вот в чем: нитрат калия не воспламеняется от прикосновения раскаленной иглы, и лишь тлеет (накаляется). Разрыв на линии рисунка прерывает этот процесс, так как нет пламени, а жар не может перепрыгнуть дажечерез самый маленький зазор.
Вам, наверное, не раз приходилось видеть, как в кино или на экране телевизора чья-то невидимая рука писала название кинофильма или перечень действующих лиц. Это-то и была тлеющая линия нитрата калия.
Подумайте и напишите нам, как можно технику светящихся рисунков использовать для различных опытов, при устройстве школьных утренников или для иных практических целей.
Дядя Пробирка
Новое применение воды
С давних времен человек умел использовать силу воды, строя мельницы, плотины и т. п. А вот совсем недавно был изобретен станок, в котором роль режущего инструмента выполняла вода, а точнее тонкая стря воды, падающая на деталь под явлением в тысячи килограмм в на 1 см2! Такой станок служит для резки древесины, цементных плит, синтетических материалов. Основным его преимуществом является то, что «резец» никогда не иступляется.
Тот же самый станок может служить для очистки и полировки металлических поверхностей. Вода выполнит все эти операции гораздо
лучше, чем всевозможные материалы.
|
