Глазами Монжа-Бертолле - Лев Викторович Бобров
Хотите проверить? Возьмите чистое олово и свинец и приготовьте сплавы: 90 процентов Pb плюс 10 процентов Sn, 80 процентов Pb плюс 20 процентов Sn и так далее. Только имейте в виду: проценты здесь не совсем обычные. Не весовые. Не объемные. Атомные.
Пусть надо составить пробу 50 процентов Pb и столько же Sn. Это означает, что на каждые 50 атомов свинца должно приходиться 50 атомов олова. Так и будет, если 1 грамм-атом свинца (82 грамма) сплавить с 1 грамм-атомом олова (50 граммов). Разумеется, вовсе не обязательно брать именно такие количества. Можно обойтись половинками или даже меньшими долями грамм-атома. Лишь бы соблюдалось соотношение 50 процентов Pb плюс 50 процентов Sn. (Правда, чем весомее проба, тем точнее измерения!)
Возьмем еще пример: 90 процентов Pb плюс 10 процентов Sn. 90 процентов от 82 граммов (1 грамм-атом Pb) составит 73,8 грамма, а 10 процентов от 50 граммов (1 грамм-атом Sn) соответственно 5 граммов.
Теперь осталось взять навески Pb и Sn попарно и сплавить в тигле или, на худой конец, в консервной банке.
Здесь читателю предлагается возможность нарисовать чайку на расческе.
Измерьте точки плавления (затвердевания) каждой пробы, а также чистого олова и свинца.
У вас получится 11 цифр. А теперь возьмите линейку и начертите на листке миллиметровки три прямые линии так, чтобы они образовывали букву «П», перевернутую кверху ногами. Длину перекладины (это ось абсцисс) лучше взять равной 10 сантиметрам. Тогда каждое сантиметровое деление будет соответствовать одной из ваших проб. Крайние деления — чистым свинцу и олову. На правой вертикали (это ось ординат) нанесите отметку на высоте, скажем, 65,4 миллиметра. Поставьте рядом цифру 327 градусов. Это температура плавления свинца. Важно запомнить, что избранный масштаб у нас таков: 1 миллиметр соответствует 5 градусам. Теперь легко будет нанести метку 232 градуса на левую вертикаль. Для каждой из остальных девяти отметок можно восстановить по перпендикуляру из сантиметровых делений на оси «состав». Они поднимутся словно зубья расчески. На каждый зубец, соответствующий какому-то определенному соотношению компонентов в сплаве, нанесите температуру плавления. Осталось соединить точки плавной линией — диаграмма готова. Посмотрите: разве не напоминает ваша кривая взмах крыльев мхатовской чайки?
Самая нижняя точка кривой (примерно 180 градусов) очутится на вертикали, исходящей из абсциссы с составом 30 процентов Pb плюс 70 процентов Sn.
Конечно, дома или в школьном химическом кружке трудно провести точные измерения. Для этого и металлы должны быть хорошо очищенными и точки надо «снимать» чаще. Но главное сделано — мы установили характер диаграммы для двухкомпонентной системы. Два плавных «крыла» нашей «чайки» сходятся в самой нижней точке кривой.
Эта точка называется эвтектической (от греческого «легкоплавкий»). Действительно, она отвечает составу самой легкоплавкой из всех возможных процентных комбинаций двух наших металлов.
Странно, не так ли? Берешь олово, добавляешь к нему более тугоплавкий свинец, а повышения жаростойкости не получаешь. Наоборот, температура плавления падает. В эвтектической точке она на целых 50–60 градусов ниже, чем у оловянного солдатика. (Бедный оловянный солдатик, ему нельзя иметь дела даже с охотничьей дробью без ущерба для стойкости!) Как же так?
Неприятная штука — гололедица! И хотя мостовая, вестимо, не место для пируэтов, толпа прохожих из-за капризов погоды вынуждена под носом у автомобилей выписывать вензеля почище комиков «Айс ревю». Как избавить пешеходов от напасти? Неужто ждать оттепели? Не обязательно. Дворники навострились расправляться с прозрачной броней асфальта не хуже солнца. Что же помогает им? Костры? Паяльные горелки? Ни то, ни другое. Поваренная соль.
Как насолить гололедице? Пожалуй, лучше дворников об этом никто не расскажет.
Известное дело: когда встречаются лед и пламень, после такого «рандеву» остается лишь мокрое место.
Однако подобного же эффекта удается достичь и без огня. Стоит покруче посолить снег, как он начинает таять. Даже при минусовых температурах. Ведь любой раствор замерзает при более низкой температуре, чем чистый растворитель. Так и система вода — соль. В своем письме Курнакову — не забыли? — Подкопаев сообщал, что работы в заливе Кара-Богаз-Гол не прекращались и при минус 2,5 градуса. Застывая от холода, однофазная система вода — соль не преминула бы раздвоиться на кристаллы льда и крупицы соли. Это явление используется в технике: так вымораживают соли из растворов.
Обратное превращение — переход смеси соли и льда в раствор — начинается задолго до того, как столбик ртути в термометре поднимется к нулевой отметке. А вот чистому льду не удастся расплавиться, не дождавшись этого момента. Однако вовсе не обязательно заставлять лед томиться в ожидании теплой погоды. Тем паче, если он вопреки правилам уличного движения превращает злополучных пешеходов в незадачливых фигуристов. Можно смешать его с солью, и тротуар перестанет выполнять несвойственную ему миссию катка.
Роль соли способна сыграть в сплаве свинцовая дробь, роль воды — оловянный солдатик. Представьте себе, что добавки свинца растворяются в олове. Температура плавления такого «раствора» все больше понижается — вплоть до эвтектической точки.
Точно так же можно объяснить снижение плавкости вдоль второго крыла кривой. Только там наоборот — олово растворяется в свинце.
Наша «чайка» рассекает диаграмму надвое. Верхняя часть — область жидкого расплава. Однородной, однофазной среды. Нижняя составлена уже из нескольких фаз. Рассмотрим рисунок на странице 75.
Когда расплав охлаждается, он, как и рассол, претерпевает фазовые превращения. Сперва выделяются кристаллы чистого растворителя, скажем свинца. Значит, в оставшейся жидкости соотношение компонентов изменилось в пользу олова. Новому составу жидкости будет соответствовать иная точка на диаграмме. Она расположена левее первоначальной. Температура застывания оставшегося раствора тоже изменилась — упала еще ниже.
По мере выделения кристаллов свинца равновесие твердая фаза — раствор начинает скользить вдоль крыла кривой по направлению к эвтектической точке. Правда, количество остаточного раствора постепенно убывает, зато концентрация олова в нем непрерывно растет. В определенный момент наряду с чистым свинцом начинает кристаллизоваться и раствор олова в свинце. Застывшие в последнюю очередь порции раствора — самые
