Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • .

Репортаж из мира сплавов

Страница 4 из 41234

Радиоактивационный анализ

Для анализа примесей концентрацией IO-4 % и менее обычные приемы оказываются неэф­фективными. Однако в современной технике требова­ния к чистоте материалов постоянно растут. И для научных исследований иногда оказывается важным знать чистоту материала с очень высокой точностью. Это привело к созданию ряда исключительно чувстви­тельных методов анализа. Рекордсменом здесь яв­ляется так называемый радиоактивационный (или про­сто активационный) метод, который «улавливает» не­которые примеси до концентраций 10_б—10_10%.

Впервые он был применен в 1936 году работавши­ми в Дании венгерскими исследователями Д. Хевеши и Г. Леви. Но настоящее развитие получил уже после войны. Принцип анализа достаточно прост, хотя его практическое выполнение иногда вырастает в настоя-" щее научное исследование.

Многие элементы, которые в естественном состоя­нии нерадиоактивны, можно превратить в излучаю­щие (активировать), если подвергнуть их бомбарди­ровке ядерными частицами. Как правило, для этой цели используются нейтроны. Радиоактивное излуче­ние каждого изотопа специфично, т. е. обладает своей энергией и своим периодом полураспада (временем, когда интенсивность излучения ослабляется вдвое). Поэтому если измерить эти характеристики, то затем с помощью таблиц легко произвести «опознание». Об­щая активность изотопа пропорциональна числу его ядер, и это позволяет проводить количественный ана­лиз.

Важным преимуществом радиоактивационного анализа (помимо высокой чувствительности) является то, что можно не беспокоиться о возможности загряз­нения образца. Даже если после активации в реак­торе в образец и попадут примеси, они все равно останутся не замеченными детектором, так как не бу­дут излучать.

На счету у активационного нейтронного анализа не одно серьезное достижение. Но, может быть, более всего впечатляют его успехи в… криминалистике.

13 мая 1958 года в канадском городке Эдмундсто — не, расположенном около канадско-американской гра­ницы, был обнаружен труп 16-летней девушки Гаэ — таны Бушар. Подозрения на основании косвенных улик пали на молодого американца Джона Фоллмена, который часто приезжал по делам в Эдмундстон. Тот, однако, категорически отрицал свою причастность к преступлению. Следствие остро нуждалось в пря­мых доказательствах. Тщательный осмотр трупа Бу­шар установил, что в руке девушки остался зажатым единственный волосок. Он мог принадлежать либо ей, либо убийце.

Можно ли по одному волоску точно идентифициро­вать личность его хозяина? Такой вопрос полицей­ские поставили перед специалистом по нейтронному активационному анализу Робертом Джерви. Для от­вета тому пришлось выполнить сложное исследова­ние. Основная идея состояла в том, что для волос каждого человека характерен свой неповторимый на­бор и концентрация микроэлементов, Нтобы доказать

Ее правильность, Джерви пришлось обследовать воло­сы десятков людей. В результате кропотливой работы удалось доказать, что найденный волосок действи­тельно принадлежит Фоллмену, и это стало решаю­щим доказательством его вины. Ни одному другому методу, кроме радиоактивационного анализа, такая задача была не по силам. Ведь речь шла о мышьяке, натрии, меди, цинке, броме, концентрация которых в человеческих волосах не превосходит Ю-6 %.

А вот еще пример. На этот раз — из мира сплавов. Гафний и цирконий считаются металлами-близнеца­ми. Они схожи почти во всем, и до 1923 года это ме­шало открыть гафний — исследователи принимали его за открытый на полтора столетия раньше цирконий.

Цирконий, в котором всегда в качестве примеси содержится гафний, довольно давно использовался в составе специальных сталей и бронз и при этом гаф­ний из-за схожести свойств помехой не становился. И вдруг выяснилось, что в одном отношении «близ­нецы» очень разнятся. Цирконий, в отличие от мно­гих металлов, легко пропускает нейтроны. Поэтому из него стали изготовлять оболочки урановых стержней для реакторов. Присутствие гафния при этом оказалось крайне нежелательным; например, да­же 0,02 % гафния в 6,5 раз снижает нейтронную про­зрачность циркония. В этих условиях было важно найти точный метод выявления содержания гафния в цнрконии. Как вы уже догадались, незаменимым оказался радиоактивационный анализ. Он чувствует даже Ю-4 % гафния — меньше, чем любые другие методы.

Применение радиоактивационного анализа позво­ляет взглянуть на так называемые чистые металлы совсем другими глазами. В табл. 1 приведены полу­ченные с помощью этого метода данные по содержа­нию примесей в особо чистом промышленном алю­минии.

Таблица 1 Содержание примесей в алюминии высокой чистоты

Примесь

Концентрация, IO-4 мае. %

Примесь

Концентрация, Ю-4 мае. «А

Медь

1,9

Неодим

0,1-0,2

Мышьяк

0,15

Празеодим

0,05-0,1

Сурьма

1,2

Церий

0,3-0,6

Уран

0,002

Лантан

0,01

Железо

3

Никель

2,3

Галлий

0,3

Кадмий

3,5

Марганец

0,3

Цинк

20

Скандий

0,4—0,5

Кобальт

0,01

Иттрий

0,02—0,04

Натрий

1-2

Лютеций

0,002-0,004

Калий

0,05

Гольмий

0,005—0,01

Магний

3

Гадолиний

0,02—0,04

Барий

6

Тербий

0,003—0,006

Сера

15

Самарий

0,005—0,01

Фосфор

3

Вот что скрывается под словами «особо чистый алюминий»!

Мы не будем пытаться рассказать обо всех мето­дах анализа — это очень обширная тема. Вместо этого кратко оценим ситуацию в целом.

Вопрос определения состава сплавов на сегодня (за исключением случаев очень низких концентра­ций) не представляет принципиальных трудностей. Как правило, ни металловеды, ни металлофизики этим сами не занимаются, В научно-исследователь­ских организациях предусмотрены специальные лабо­ратории, отвечающие за проведение качественного и количественного химического анализа. В случае необ­ходимости туда направляются заказы на проведение анализа с прилагаемыми к ним образцами.

Основные методы химического анализа

Более перспективные методы определе­ния состава сплавов возникли благодаря развитию химии. Но первый успех оказался связанным все с той же старой задачей — разделением золота и серебра. ‘Начиная примерно с конца XIV века для этой цели стала широко применяться азотная кислота, в кото­рой серебро растворялось, а золото нет. Таким обра­зом, компонент оказывался выделенным из сплава за счет характерной для него химической реакции.

Этот метод был систематизирован в конце XVIII века в работах шведского химика Торберна Бергмана. В них предлагалось переводить исследуе­мое вещество в растворенное состояние, а затем про­водить избирательное осаждение разных компонентов с помощью характерных для них реактивов. В част­ности, Бергман подробно описал методы определения большинства известных тогда металлов — золота, се­ребра, платины, ртути, свинца, меди, железа, олова, висмута, никеля, кобальта, цинка, сурьмы и мар­ганца.

За два века методы «мокрой химии» серьезно усо­вершенствовались. Они широко применяются сегодня и позволяют не только установить, какие элементы присутствуют в образце (качественный анализ), но и определить концентрацию (относительное количе­ство) каждого из них (количественный анализ). Для этого достаточно взвесить выделенный с помощью ре­актива осадок и, зная его химическую формулу, най­ти массу интересующего нас элемента.

У «мокрой химии» имеется существенный недоста­ток: анализ удобно проводить, когда хотя бы пример­но ясно, что надо искать. Это распространенная ситуация, так как часто известно, из каких основных компонентов состоит образец. Ну, а если такой ин­формации нет? Попробуйте проделать характерные реакции на все элементы Периодической системы!

К счастью, со времени Бергмана арсенал методов аналитической химии существенно пополнился. Одним из наиболее ценных приобретений стал спектральный анализ. История замечательных открытий часто на­чинается с пустяка. Но ведь на него еще надо обра­тить внимание!

Профессор химии Гейдельбергского университета Роберт Бунзен изучал горение некоторых веществ. Он заметил, что соли металлов окрашивают пламя в различные цвета. Этот эффект был известен и до Бун — зена, однако другие имена в истории не задержались. Эксперименты большой изобретательности не требова­ли. Бунзен подносил к горелке образцы разных ве­ществ и записывал цвет язычка пламени. Вскоре от­четливо выявилась закономерность. Один и тот же металл всегда окрашивал пламя в определенный цвет, независимо от того, в каком виде сжигался. На­пример, от бария пламя зеленело, а от натрия жел­тело.

Бунзен прекрасно понял значение своего открытия. Его можно было использовать для определения эле­ментов, присутствовавших в образце. Практический путь реализации проекта был, однако, не ясен. Ведь если образец состоит из нескольких компонентов, то цвет у пламени получается сложный: всех нюансов не различишь. Нужна была еще одна идея, чтобы от­крытие смогло заявить о себе «во весь голос». Ее подал и реализовал знаменитый немецкий физик Густав Кирхгоф, с которым Бунзена связывала мно­голетняя дружба.

Вспомните, как призма разлагает солнечный свет на спектр. Именно это и предложил использовать Кирхгоф. Вместо самого пламени следовало рассмат­ривать его спектр, где каждому цвету была отведена своя отдельная «территория». Все оттенки пламени оказывались разделенными и наблюдались без ма­лейших усилий. Более того, Кирхгоф из подручных средств самостоятельно сконструировал прибор —1 спектроскоп, который позволял разложить пламя на составныё части и наблюдать их.

Спектр каждого элемента состоял из специфически расположенных линий разного цвета. Например, для натрия самыми характерными были две яркие жел­тые линии (см. рисунок на второй странице облож — Ки), которые Кирхгоф быстро заметил в свой при­бор. Они появлялись всегда, в каком бы виде ни сжи­гался натрий. Спектры двух различных элементов спутать было невозможно (в качестве иллюстрации йа рисунке приведен еще спектр меди). Поэтому для Определения химического состава оставалось только затабулировать длины волн (или по крайней мере цвета и характерное расположение) основных линий спектра всех известных элементов, с которыми впо­следствии следовало сравнивать спектр исследуемого образца.

Совместная работа Бунзена и Кирхгофа велась С огромным напряжением и приносила ощутимые ре­зультаты. Вот как об этом писал в одном из своих Писем сам Бунзен: «Сейчас я работаю с Кирхгофом, который едва дает нам время для сна! Кирхгоф сде­лал удивительное открытие.,t Мы получили возмож­ность устанавливать химический состав Солнца и звезд с такой же точностью, с какой мы определяем хлориды и сульфаты в лаборатории. С той же сте­пенью точности мы можем идентифицировать отдель­ные элементы и на Земле. Например, мы смогли об­наружить литий в 20 граммах морской воды! Для идентификации некоторых веществ наш метод значи­тельно более чувствителен, чем любой другой. Если у тебя есть смесь, состоящая из лития, натрия, калия, бария, стронция и кальция, тебе достаточно дать мне только один ее миллиграмм, и я, посмотрев на нее через зрительную трубу моего прибора, совсем не прикасаясь к образцу, смогу сказать, какие элементы в нем присутствуют».

Таковы основные итоги работы, выполненной Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом в 1859—1861 годах. И в это же время произошло первое открытие элемента с помощью спектрального анализа. Им оказался но­вый металл — цезий.

В 1860 году в лабораторию Бунзена обратились врачи. Они прислали на анализ минеральную воду из знаменитых шварцвальдских источников и просили определить ее состав. В нем, по их мнению, крылись секреты целебности. Бунзен выпарил воду, а то, что осталось, сжег в пламени горелки. В спектре быстро стали различимы характерные линии натрия, ка­лия, кальция, лития… Но две голубые линии не удавалось приписать ни одному из известных элемен­тов. Значит, открыт новый элемент. Он получил на­звание «цезий», в переводе с латинского — небесно — голубой.

Цезий присутствовал в минеральной воде в очень, малых количествах. Впоследствии, чтобы получить несколько граммов нового металла, Бунзену при­шлось выпарить 40 тонн(!) воды. И тем не менее задача анализа оказалась «по плечу» новому методу. Таким было начало. А всего за период с 1861 по 1923′годы методом спектрального анализа были от­крыты 25 новых элементов.

Понять физические принципы, лежащие в основе спектрального анализа, удалось только после возник­новения квантовой механики. Более того, создание одной из ранних квантовых теорий — знаменитых по­стулатов Бора — прочно связано с наблюдениями над спектрами, Этот материал излагается в школьной программе по физике, и мы здесь его очень кратко повторим.

Согласно постулатам Бора электроны в атоме мо­гут иметь не произвольные, а жестко «регламентиро­ванные» значения энергии: Е\, E2, … и т. д. Этот на­бор строго индивидуален для атомов каждого эле­мента. Если атому сообщить дополнительную энер­гию (например, облучив его), то электроны с нижних энергетических уровней (рис. 1) перейдут на верх­ние. Через некоторое время «пострадавший от облу­чения» электрон возвращается на исходный уровень,

Рис. 1

Испуская квант излучения Ziv (Л — постоянная План­ка, V — частота излучения), который точно равен разности энергий двух уровней. Регистрируя часто­ты испущенных квантов (а каждой частоте соответ­ствует линия в спектре), можно получить информацию о разности уровней энергии электронов в атоме. А это очень детальное описание, по которому атом безоши­бочно идентифицируется.

Технически спектральный анализ проводится по — разному, но всегда предусматривается осуществление двух важнейших этапов — возбуждения спектра и его регистрации. В опытах Бунзена спектр возбуждался пламенем горелки. Но существуют и совершенно дру­гие пути — бомбардировка электронами, облучение и т. д. И совсем необязательно регистрировать види­мую часть спектра. Допустимо пользоваться любым другим диапазоном длин волн — ультрафиолетовым, инфракрасным и т. д. Лишь бы имелась возможность зафиксировать спектр и сравнить его с табличными данными.

С помощью спектральных методов проводят не только качественный, но и количественный анализ: устанавливают концентрацию разных элементов в об­разце. Кстати, ее совершенно необязательно выра­жать именно в массовых процентах (как это делал еще Архимед)’. Сегодня часто пользуются атомными процентами (или долями). В этом случае концентра­ция равна отношению числа атомов данного элемента к общему числу атомов.

Количественный спектральный анализ основан на простой закономерности: чем больше в образце ато­мов данного элемента, тем интенсивнее проявляются его линии. А интенсивность можно измерить, напри­мер, по степени почернения фоточувствительной пла­стинки. Необходимым условием количественного ана­лиза является знание зависимости интенсивности от концентрации. Ее строят, пользуясь эталонами, т. е. образцами с заранее известной концентрацией анали­зируемого элемента. Колоссальным преимуществом спектрального анализа является быстрота его прове­дения. На современных компьютеризованных уста­новках определение состава образца — буквально ми­нутное дело.

На практике очень часто применяют комбинацию разных методов. Например, сначала проводят каче­ственный спектральный анализ и устанавливают, ка­кие элементы присутствуют в образце, а уж затем обращаются к «мокрой химии».

Помимо упомянутых нами существует множество других методов анализа. К какому из них прибегнуть, зависит от объекта исследования и имеющегося в наличии оборудования.

Химический анализ до нашей эры

Воспоминания о замечательных людях время от времени порождают в нас дух размышления. Они возникают перед нами, как заветы всех поколений., ;

И. Гете

Я хочу теперь извлечь из забвения мужа из того же города [2]), человека бедною…—Архимеда.

Цицерон

Вера в могущество разума Архимеда была у царя Сиракуз Гиерона безграничной. Завое­вал ее Архимед своей удивительной способностью применять" глубокие теоретические знания к делам практическим. Особенно поразил граждан Сиракуз ц даря случай с большим судном — триерой. Она была столь велика, что всему населению Сиракуз совместными усилиями не удавалось стащить ее с берега в море. Тогда Архимед придумал и построил механизмы, которые позволили спустить триеру на воду одному Гиерону без посторонней помощи. Убе­дившись в этом, царь воскликнул! «С этого времени Я требую, чтобы Архимеду верили во всем, что только он ни скажет».

Свою высокую репутацию Архимед блестяще оправдал и в случае, который мы передадим в изло­жении римского механика и архитектора Витрувия: ?Когда Гиерон, достигший царской власти в Сираку — за^, после удачного завершения своих предприятий, решил по обету бессмертным богам поместить в од­ном из храмов золотой венец, он заказал сделать его за определенную плату и отвесил нужное количество золота подрядчику. В назначенный по договору срок тот доставил царю тонко исполненную работу, в точ­ности, видимо, соответствовавшую весу отпущенного на нее золота. После же того, как был сделан донос, что часть золота была утаена и при изготовлении венца в него было примешано такое же количество серебра, Гиерон, негодуя на нанесенное ему оскорб­ление и не находя способа доказать эту пропажу, об­ратился к Архимеду с просьбой взять на себя реше­ние этого вопроса. Случилось так, что в то время, как Архимед над этим думал, он пошел в баню и, садясь в ванну, заметил, что чем глубже он погру­жался в нее своим телом, тем больше через край вытекает воды. И как только это указало ему способ решения спорного вопроса, он немедля, вне себя от радости выскочил нз ванны и голым бросился к себе домой, громко крича, что нашел, что искал; ибо на бегу он то и дело восклицал: «Эврика, эврика!».

Ход мыслей Архимеда был примерно таков: пусть на венец пошло золото весом Рди и серебро весом P\g. Золотых дел мастер будет уличен в воровстве, если ‘Pau окажется меньше веса золота, отпущенного Гие — роном.

Определим вначале объем драгоценности. Для этого наполним мерный сосуд водой доверху и опу­стим в него венец. .Часть воды выльется. Ее объем, ко-

Торый легко измерить, как раз и будет равен объему венца. Взвесив венец и разделив его вес P на объем, получим удельный вес d использованного при изго­товлении венца сплава.

Удельный вес золота — c? au, серебра — dAg. Архи­мед предположил, что удельный вес сплавов золота с серебром изменяется линейно с составом[3]), что со­ответствует прямой линии на рисунке. А дальше ужо совсем просто по общему весу и составу определить вес золота и серебра, которые пошли на изготовле­ние венца.

Эти события происходили в III веке до нашей эры, О сплавах в то время имелось весьма смутное пред­ставление. Основная гипотеза Архимеда — о линейной связи удельного веса и состава сплавов золота с се­ребром — была проверена более двух тысячелетий спустя, в середине XIX века. Она оказалась верной!!

Если бы предположение Архимеда было неверным, то не удалось бы точно определить состав сплава. Hq в любом случае по удельному весу изделия можно было судить, чистое ли золото пошло на его изготов­ление или было подмешано серебро.

С легкой руки Архимеда определение состава сплава по его удельному весу (или плотности) стало довольно распространенным приемом. К сожалению, у него немало недостатков. Необходимо знать, из ка­ких именно металлов состоит сплав и какова зависи­мость плотности от состава (а это далеко не всегда прямая линия). Но самое главное, что чувствитель­ность метода зависит от разности плотностей метал­лов, составляющих сплав. Пара золота и серебра в этом отношении очень благоприятна, так как плот­ность золота почти в 2 раза превосходит плотность серебра (соответственно 19,3 и 10,5 г/см3). Однако, когда плотности сплавляемых элементов близки, ме­тод Архимеда оказывается практически бессильным (если не проводить измерения с исключительно высо­кой точностью). С этим при неожиданных обстоятель­ствах пришлось столкнуться испанским чиновникам.

При покорении испанскими конкистадорами Южной Америки был открыт новый металл, внешне похожий на серебро. Его и назвали платиной, что является уменьшительным от испанского «плата» — серебро. Платину завезли в Испанию в таких количествах, что на первых порах она считалась весьма дешевым ме­таллом— намного дешевле серебра. Этим не преми­нули воспользоваться мошенники. Они стали добав­лять платину в золото при изготовлении фальшивых монет. Внешне такой сплав отличить от чистого зо­лота было невозможно. Не мог здесь помочь и метод ‘Архимеда — слишком близки плотности платины и золота (21,5 и 19,3 г/см3). Надежного и быстрого способа выявления подделки не нашлось, и это край­не затрудняло борьбу с фальшивомонетчиками. А их деятельность между тем приняла такие масштабы, что в результате администрации пришлось пойти на край­ние меры — утопить все запасы платины в море.

Как отличить металлы от неметаллов?

Благодаря своим выдающимся «заслу­гам» перед человечеством металлы попали в число важнейших объектов исследования. И хотя серьезные (по нынешним меркам) работы в этой области раз­вернулись только во второй половине XIX века, люди задолго до этого пытались понять, что такое металл. Самое известное из ранних определений металла было дано в середине XVIII века Михаилом Васильевичем


Ломоносовым: «Металлом называется светлое тело, которое ковать можно. Таких тел находим только шесть: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец».

Определение М. В. Ломоносова суммировало зна­ния того времени. Ни о протекании электрического тока, ни о роли электронов в металле тогда, конечно, никто и не подозревал. И тем не менее существовала твердая уверенность в особых свойствах металлов, которые сближали их между собой и выделяли из всего неорганического мира. Характерный блеск («светлое тело») и способность металлов пластично изменять свою форму под действием внешней нагруз­ки («ковать можно») считались их фундаментальны­ми отличительными чертами.

Спустя два с лишним века хорошо видны изъяны этого определения. Из числа металлов сразу выпала ртуть. При комнатной температуре она представляет собой жидкость и ковать ее никоим образом невоз­можно. Впрочем, эта ошибка была исправлена самим же Ломоносовым. Еще в 1759 году он (совместно с петербургским академиком И. А. Брауном) охладил в смеси из снега и азотной кислоты ртуть до перехода ее в твердое состояние. Твердая ртуть была ковкой, как свннец, и, следовательно, оказалась «чистокров­ным» металлом, ничуть не хуже любого другого из списка Ломоносова.

Другой «невинной жертвой» определения стала сурьма, известная людям еще с глубокой древности. В обычных условиях нельзя ковать и ее. Сурьма раз-’ летится на кусочки, если дюжий кузнец тронет ее своим молотом.

И «светлым телом» металл является не всегда. Во-первых, его поверхность может окисляться и те­рять блеск. Поэтому самородная медь и выглядит зеленым камнем. А во-вторых, и чистый металл мо­жет не блестеть. Очень тонкие листки серебра или зо­лота имеют совершенно неожиданный вид — они про­свечивают голубовато-зеленым цветом. А мелкие по­рошки металлов кажутся черными или темно-серыми.

Сегодня выделяют пять свойств, которыми, как правило, обладают металлы. К двум, указанным М. В. Ломоносовым, следует добавить высокую электро — и теплопроводность и рост электрического сопротивления при повышении температуры. Конечно, не все металлы и не при всех условиях обладают полной совокупностью этих свойств. И это неудиви­тельно: к числу металлов относится более 75 % всех элементов Периодической системы Д. И. Менделеева и подобрать при таком разнообразии абсолютно точ­ное определение — почти безнадежная задача. Тем не менее обычно для отличия металлов от неметаллов вполне достаточно даже старинного «рецепта» Ломо­носова. Никаких особых трудностей эта задача в по­давляющем большинстве случаев не вызывает. На­много более тонкими являются вопросы, как отли­чить металлы друг от друга и как распознать, чис­тым ли металлом или сплавом (и каких элементов| является блестящий образец явно металлического происхождения. История этой проблемы уводит нас в глубокую древность.

В гостях у предков

Камень был необходим племени. Лучшие мастера делали из него ножи, топоры и наконечники для копий. Но, крошась, эти орудия быстро выходили из строя, и каждый день юноши разбредались вокруг стойбища, собирая годные для обработки камни.

Однажды в пещеру к мастеру попал зеленый ка­мень. Никогда раньше он таких камней не видел, и нас сегодня это не должно удивлять. Зеленым кам­нем была самородная медь[1]), не столь частый гость на поверхности Земли.

Зеленый камень обрабатывался лучше, чем любой другой. Под ударами кремневого молота он послуш­но принимал нужную форму, легко затачивался, не крошился и в общем вел себя не в пример другим угловатым и хрупким представителям каменного цар­ства. Еще проще стала обработка, когда мастер дога­дался нагреть медь в пламени костра. Преимущества металла скоро оценило все племя…

Археологи считают, что примерно так металл по­пал на службу к человеку. Недавно ленинградские ученые вновь спустя много тысячелетий изготовили каменные и медные орудия и провели контрольные испытания. Их исследования показали, сколь много выиграл человек, сменив камень на металл. Срубить дерево медным топором удавалось в 3 раза быстрее, чем каменным, при строгании медный нож оказался в 6—7 раз эффективнее каменного. Наконец, березо­вое полено медный бурав просверливал в 22 раза быстрее, чем кремневый. Открытие металла было на­стоящей революцией в жизни наших далеких предков,

Находка меди стала лишь прологом. Серебро, зо­лото, олово, железо, сурьма — таковы начальные эта­пы знакомства человека с металлами.

Примерно за три тысячи лет до нашей эры, совер­шенствуясь в обращении с металлами, люди сделали очень важное открытие. Оказалось, что если распла­вить два металла (или их руды) вместе и дать жид­кой массе застыть, то получится новый металл — сплав. Так были открыты древние бронзы — сплавы меди с оловом, свинцом, мышьяком. Орудия из брон­зы намного превосходили медные и долго удержи­вали за собой пальму первенства. Но несколько ты — сячелетий назад началось постепенное вытеснение бронз железом, которое было еще практичнее. Вна­чале его распространение сдерживалось исключитель­ной дороговизной — железо ценилось буквально на вес золота. Открытие дешевых способов выплавки поло­жило начало триумфальному шествию железа и его сплавов, которое продолжается и по сей день.

Роль металла в развитии человечества получила достойную оценку. В 1836 году датчанин Кристиан Юргенсен Томсен составлял путеводитель к археоло­гической выставке одного из музеев Копенгагена, Перед ним встали вопросы: как расположить экспо­наты? каков основной признак развития человеческо­го общества? Томсен дал четкий ответ: уровень разви­тия общества определяется основным рабочим мате­риалом эпохи. И в соответствии с этим расположил экспонаты, следуя тройственной схеме: каменный век — бронзовый век — железный век. После несколь­ких десятилетий полемики такое деление стало обще­признанным.

ПРИКЛЮЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Вам показывают кусочек вещества и спрашивают, что это такое. «Блестит, значит — ме­талл», — не без основания заключаете вы. Но какой? Медь от железа вы отличите без труда, да и золото ни с чем не спутаешь. А платину от палладия? А цир­коний от гафния? А если это не чистый металл? Как разобраться, что намешано в крохотном кусочке?

Свойства материала прямо связаны с его соста­вом. И необходимо научиться определять этот состав, т. е. решить проблему химического анализа.

ОТ АВТОРА

Эта книга была написана по совету тра­гически погибшего в 1986 году профессора Л. Г. Асла — мазова, который заботливо опекал автора при подго­товке трех ее первых глав. Последующих глав Лев Григорьевич уже не видел, но автор старался про­должить работу на том же уровне взыскательности к тексту и содержанию, который был задан с самого начала.

Первым читателем рукописи стал ее научный ре­дактор Б. С. Бокштейн, который сделал ряд важных замечаний и уточнений. Отдельные главы и фрагмен­ты были прочитаны и критически оценены А. А. Вар­ламовым, Е. П. Данелия, В. М. Розенбергом, М. А. Штремелем, замечания которых также были учтены при подготовке окончательной редакции.

При подборе фотоиллюстраций помощь автору оказали Е. П. Данелия, М. И. Доперчук, Б. Н. Ефре­мов, А. В. Куманин, О. П. Максимова. С. И. Венецкий любезно разрешил воспользоваться некоторыми при­мерами из своих книг.

На последнем этапе работы немалую роль в созда­нии книги сыграл художник В. О. Ованнесбегянц.

Всем им автор выражает свою искреннюю благо­дарность.

Эта книга — об одной из областей металлофизи­ки, о фазовых превращениях в сплавах. Почему же она так не названа? Почему «Репортаж…»?

На то есть несколько причин. Во-первых, в книге рассказывается далеко не о всех фазовых превраще­ниях. Во-вторых, повествование затрагивает не только сами фазовые превращения, но и смежные с ними темы. Названием автор пытался выговорить себе большую свободу в выборе материала. Это было тем более важно, что в «Библиотечке «Кваит» уже выхо­дили два выпуска, целиком посвященные свойствам металлов и сплавов*J. Неизбежно приходилось ла­вировать, избегая, по возможности, повторений, но и не оставляя слишком явных «белых пятен».

Вот, пожалуй, и все. А теперь приглашаем к «Ре­портажу…».

*) Бокштейн Б. С. Атомы блуждают по кристаллу. — M. j Наука, 1984. — Библиотечка «Квант», вып. 28; Займовский В. А., Колупаева Т. Л. Необычные свойства обычных металлов. — M.: Наука, 1984. — Библиотечка «Квант», вып. 32.


ГЛАВА 1

Страница 4 из 41234