Новости Библиотека Учёные Ссылки Карта сайта О проекте


Пользовательский поиск





предыдущая главасодержаниеследующая глава

Ключ ко многим замкам

На форуме советской науки - с трибуны Всесоюзного совещания научных работников, происходившего в Кремле в июне 1961 года, академик Валентин Алексеевич Каргин выступил с ошеломляющим заявлением. Парадоксальное утверждение, прозвучавшее в его речи, могло показаться убедительным только в устах такого первоклассного знатока проблем новой химии, каким является этот ученый. Он поведал высокому собранию, что новейшая химия полимеров в своем бурном развитии на протяжении буквально нескольких последних лет пришла к такому положению, когда она в состоянии ответить на любой запрос техники.

В этом ответственном заявлении не было, однако, ни грана сенсационного преувеличения, ибо в нем заключалось даже не обещание, а простая констатация факта.

Казалось бы, еще совсем недавно, несколько лет назад, касаясь необходимости коренного изменения взаимоотношений между материалами и возможностями техники, выдающийся ученый академик Анатолий Аркадьевич Благонравов говорил:

- Мы сможем еще быстрее пойти вперед, если будут давать конструкторам не те материалы, которые удастся получить, но те, которых они требуют. Когда мы сможем, это условие выполнить, наступит эпоха, которую можно будет назвать «веком неограниченного выбора...».

Но темпы развития современной науки настолько стремительны, что это время наступило раньше, чем ожидали даже наиболее оптимистически настроенные предсказыватели будущего.

Такая поразительная возможность ответить на самые сложные и противоречивые потребности техники определилась именно с переходом химии от эмпирических проб к созданию веществ с заранее заданными свойствами. А это, в свою очередь, стало возможным тогда, когда в союзе с физикой она приблизилась к пониманию того, какие особенности химического состава и строения молекул могут обеспечить соответствие полученного материала инженерным требованиям к нему.

Но вот тут-то и начинаются оговорки. Мы упомянули сейчас понятие «материал». Академик Каргин с особой настойчивостью подчеркнул в своем выступлении, что между «веществом» и «материалом» дистанция огромного размера. Он привел в пример легированные стали специальных назначений. От исходного вещества, из которого они произошли - от чугуна, - их отделяет множество сложнейших операций по «воспитанию» и «перевоспитанию». Предъявив спрос на металлы и сплавы самого широкого диапазона свойств и качеств, современное машиностроение вызвало к жизни несколько новых отраслей промышленности, таких, как металлургия качественных сталей, порошковая металлургия. Возникли новые технологические процессы, к которым относятся, скажем, зонная плавка, плавка под вакуумом и другие, и, наконец, новые области знания: металлофизика, техническая кристаллография и прочие. И Валентин Алексеевич Каргин свое утверждение о всемогуществе созидающей химии выдвинул отнюдь не для того, чтобы похвалиться ее успехами, а чтобы призвать к созданию совершенно новой области знания, которая бы специально нанялась «воспитанием» многообразных полимеров, поставляемых химией, применительно к практическим нуждам современной техники.

Разумеется, никогда не бывает, чтобы ту или иную область знания в момент, когда в ней появляется острая потребность практики, приходилось заново создавать на пустом месте. Ведь породившие ее нужды и запросы жизни не возникли внезапно, как Афродита из пены морской. Эти нужды проявляются повседневно, в какой-то мере получают частичное удовлетворение до тех пор, пока не происходит качественного скачка, и накопление новых знаний не выкристаллизовывается в виде нового направления науки.

Если говорить о «воспитании» полимеров (к слову сказать, это образное выражение родилось не под пером литератора или журналиста, а получило «путевку в жизнь» непосредственно в лабораториях ученых, ибо оно точно отвечает существу процессов, которые описывает), то к этой новой области химической технологии относятся те самые приемы «гибридизации» различных полимеров и те способы химического облагораживания природных волокон, о которых мы уже упоминали.

Над этими проблемами работает и научная школа академика Картина.

В связи с проблемой «управления» цепными реакциями нам уже приходилось упоминать о том, что чересчур интенсивное тепловое «расталкивание» молекул или возбуждение их другими сильнодействующими средствами может подчас вызвать распад «нежных» молекулярных конструкций вместо желательного их соединения. Применять в таких случаях высокий нагрев для активации молекул - это все равно, что пытаться склеивать стеклянные шарики, изо всех сил стукая, их друг о друга. Иначе протекают и жизненные процессы. Они совершаются в узком интервале весьма умеренных температур. Здесь природа, а вслед за нею и техника при создании своей собственной, «второй», природы пользуются обходными маневрами, вводя в реакцию ускорители процесса, катализаторы.

Каков бы ни был механизм катализа, характернейшей особенностью любой каталитической реакции является то, что она происходит на той или иной поверхности - будь то твердое тело или пленка жидкости. Бесспорно также, что катализ всегда начинается с концентрации реагирующего вещества на поверхности катализатора.

Катализатор может потерять свою активность, если его поверхность будет затянута слоем загрязняющих примесей. Эта же поверхность или сроднившаяся с ней тончайшая пленка может служить защитным покрытием. Так, железо и алюминий, например, всегда покрыты окисной пленкой; на поверхности графита содержится кислород. Адсорбционные слои, образуемые на поверхности химических соединений посторонними химическими молекулами и группами, мешают основной, внутренней массе вещества взаимодействовать с окружающей средой. Если снять эти поверхностные слои, внутренняя структура материала обнажится, а следовательно, на какое-то время восстановится реакционная способность системы. На этом основано, например, применение ультразвука при спайке алюминия: ультразвук непрерывно разрушает в иных условиях весьма прочную оксидную пленку, по мере того как она появляется, а «освеженная» чистая алюминиевая поверхность оказывается вполне способной намертво «схватиться» с атомами припоя.

Академику Валентину Алексеевичу Каргину пришла счастливая идея испытать действие «свежей», а потому и активной поверхности различных неорганических веществ в качестве непрерывно обновляющегося катализатора полимеризации ненасыщенных органических соединений.

Вот как на кафедре высокомолекулярных соединений МГУ была поставлена серия опытов, ошеломляющий финал которых убедительно свидетельствовал о том, что направление нового поиска было избрано верно. В высоком вакууме испаряли одновременно какую-либо соль, окисел или металл и органический мономер. Парообразную смесь этих веществ конденсировали на пластинку, охлаждаемую жидким азотом. Даже при этой температуре атомы и молекулы испаряемых неорганических соединений исправно выполняли отведенную им экспериментаторами роль «активных центров» реакции. Они вызывали быструю полимеризацию мономера даже в том случае, когда он затвердевал. Так, например, металлический магний вызывал полимеризацию метилметакрилата (исходного продукта для получения органического стекла), которая по сообщению экспериментаторов «протекала со скоростью взрыва». Просто не верилось, что виновником этого оказывался магний, обычно неспособный вызывать полимеризацию ни одного из известных мономеров...

Открылся один из наиболее прямых путей к получению металлоорганических полимеров заданного состава.

Но чтобы «освободить» химически активную поверхность металла, совсем нет необходимости доводить дробление вещества до атомных или молекулярных размеров. Поступают проще: неорганическое вещество - металл, кварц или какие-либо соли - загружают в вибрационную мельницу, куда вводится мономер, способный к полимеризации. Вся смесь измельчается. При этом кристаллики неорганических веществ ломаются в присутствии мономера. На поверхности излома в зависимости от природы кристалла либо возникают свободные валентности, так сказать, побочные химические связи, либо образуются ионы. И те и другие могут явиться инициаторами полимеризации мономера. А поскольку эти свободные валентности распределены на вновь образованных «свежих» поверхностях обломков неорганических материалов и связаны с ними химически, то цепь полимера, растущего из этого участка, оказывается прикрепленной к неорганическому веществу. Получается комбинация, не достижимая никаким другим способом: частицы металла, соли или окисла, покрытые цепочками «привитого» к ним полимера.

Поле практических приложений этой своеобразной «механо-химии» необозримо.

Выразителен пример с эпоксидными смолами - важным типом смол, разработанных в последнее время. Они используются при изготовлении форм для литья и штампов для прессования. Иногда эпоксидные смолы армируют или вводят в них в качестве наполнителя дробленый кварц. Если на кварцевые зерна предварительно нарастить подходящие к случаю полимерные цепи, прочность конструкции из эпоксидных смол с таким наполнителем возрастает сразу в два с лишним раза!

Все это, разумеется, лишь скромное начало. Главное сделано: практике предложен новый плодотворный научный принцип превращения полимера в высокоценный материал.

На той же кафедре высокомолекулярных соединений МГУ родилась отличная идея, принадлежащая Кабанову. Она состоит в том, чтобы в пасту, которая применяется для полировки металла, наряду с мельчайшими твердыми частичками абразивного порошка, способного создавать химически активную поверхность, вводить мономер, способный на этих «активных центрах» полимеризоваться. В результате на отполированной поверхности образуется тончайший, незаметный для глаза, но необычайно прочный слой органического вещества, который в дальнейшем будет надежно защищать металл неотделимой от него «полимерной рубашкой».

Так и хочется кинуть клич: «Кто следующий?»

И ведь, пока писались, набирались и печатались эти строки, уже появились какие-нибудь новости...

Они могут прийти с самой неожиданной стороны. Ведь по существу своему проблема создания материалов с заранее заданными свойствами, разумеется, значительно шире. Эту гору с разных сторон одновременно штурмуют разные отряды исследователей, и тоннели, которые они прокладывают в толще горы, вот-вот сомкнутся. Центр объединения усилий этих разнохарактерных отрядов - проблема управления свойствами материалов. Первыми в эту область, как водится, проникли неугомонные физики.

Сейчас, как и во многих других областях, физические и химические походы объединяются для решения общих задач. Но если вы думаете, что, проснувшись в один прекрасный день и развернув в отличном настроении газету, вы прочтете в отделе текущих новостей сообщение о зарождении такой вот новой и единой области знания, вам, вероятно, придется ждать этого события очень долго.

Так не бывает.

Науки появляются на свет незаметно. Дело это очень хлопотное. Начинается обычно с того, что новые идеи оспариваются как ересь. Затем в результате упорной и трудной борьбы они побеждают и становятся общепринятыми. Наступает момент, когда они кажутся настолько азбучными и само собой разумеющимися, что негодование вызывает даже сама попытка установить, кем же они были впервые высказаны.

Наука о свойствах материала, как сложная и комплексная научная дисциплина, развивается одновременно во многих местах. Валентин Алексеевич Каргин как-то рассказывал, что совсем недавно на объединенных конференциях по физико-химии полимеров обнаружилось, что «полимерщики» и «структуристы», работающие преимущественно в области изучения свойств металлов, бетонов и силикатов, прекрасно понимают друг друга, хотя пользуются разной терминологией.

По мнению академика Петра Александровича Ребиндера, все эти «разночтения» устраняются в создаваемой им физико-химической механике. С редкой последовательностью академик Петр Александрович Ребиндер исполняет важную общественную функцию ученого - функцию утвердителя новых идей.

Его выступления - на съездах научных обществ, на ученых советах институтов, на промышленно-технических конференциях, на университетских семинарах, в рабочих клубах, в домах ученых разных городов - всегда ожидаются с нетерпением. И я не знаю ни одного случая, когда бы аудитория была разочарована. Острота и напряженность внимания к тому, что говорит ученый, не слабеет, даже когда он выступает в очень осведомленной аудитории и рассказывает о вещах, как будто бы хорошо известных присутствующим. Новым здесь оказывается именно неожиданное озарение «знаемого» неожиданным истолкованием.

И во всех случаях аудитория получает высокое наслаждение от непосредственного соприкосновения с движением познающей мысли. Слушателей обогащает не только знакомство с новыми фактами, добываемыми исследователем, новыми технологическими процессами и рецептами, которые он предлагает. В большей или меньшей степени, в меру своих собственных возможностей и интересов, но каждый, так или иначе, усваивает новый научный подход к обыденным примелькавшимся вещам и явлениям. А это важное условие и научного и технического прогресса.

Раздел физико-химической механики, который разрабатывают Ребиндер и его сотрудники, уходит своими корнями в коллоидную химию - странную науку, привлекавшую ученых преимущественно обилием встречавшихся на каждом шагу научных загадок. Один из основоположников этой ветви химии, Вильгельм Оствальд, имеющий ряд значительных заслуг перед наукой, но печально прославленный беспощадной критикой в ленинском труде «Материализм и эмпириокритицизм», не случайно говорил о коллоидной химии как о причудливом научном «кентавре». И в самом деле, это странное детище двух наук - физики и химии - рождало больше недоумений, чем открытий.

Самое слово «коллоид» происходит от латинского «колла», что значит «клей». Одним из первых объектов изучения коллоидной химии действительно оказались клееподобные вещества, студенистые массы, пены, состоящие из крохотных пузырьков, эмульсии, в которых смешиваются нерастворимые жидкости, суспензии - взвеси твердых частиц тончайшего помола.

В поведении всех этих бесконечно разнообразных коллоидных систем, которые слагались из частиц, приближающихся по размеру к молекулам, но еще не ставших молекулами, обнаруживалось гораздо больше капризов, чем правильностей, больше исключений, чем закономерностей.

Между тем к химии коллоидов обращалась за справками, от нее ждала помощи, к ней прибегала со всеми своими затруднениями почти вся многообразная технология производства пищевых товаров, взрывчатых веществ (вспомним, что еще недавно нитроглицерин назывался «гремучим студнем»), мукомолие и техника пожаротушения, обогащение руд и крашение тканей.

Всего не перечесть, да в этом и нет нужды, ибо из всех этих областей коллоидная химия заимствовала главным образом примеры практических приложений изучаемых ею подвижных, неопределенных, неустойчивых и, в конце концов, совершенно непонятных молекулярных «конструкций». Помочь же она могла в большинстве затруднительных случаев лишь древним, но не всегда утешающим советом: «испытывай и пробуй, ошибайся и находи».

Частые эмпирические находки не обещали дальнейших удач. Если из конкретного урока остается неизвлеченной научная «мораль», он не приобретает поучительности для будущего. На будущее работает только принципиальное научное решение проблемы, опирающееся на глубокое познание сущности изучаемых явлений и позволяющее сделать далеко идущие выводы из любого успеха и любой неудачи. Коллоидная химия оказывалась неспособной именно к этой ведущей роли. Она не пролагала новых маршрутов. Прокладывать себе пути в океанах неведомого приходилось тихоходным кораблям техники. А коллоидная химия брела в кильватере, добросовестно описывала факты, но была лишена способности их объяснять.

Почему так получилось?

Быть может, эта «странная» область, располагавшая тысячами приложений и ни одной сколько-нибудь законченной научной теорией, не привлекала к себе способных и талантливых людей?

Ничуть не бывало! Над проблемами коллоидной химии размышляли выдающиеся научные умы, но они не могли двинуться вперед, оставаясь на том уровне, на каком находилась в начале нашего века химия. Эта наука ограничивалась главным образом наблюдениями за поведением суммарных атомных и молекулярных систем, будь то различные химические соединения, кристаллы или «гели», к числу которых относятся и застывший бульон и тело медузы. С этих наблюдательных позиций коллоидная химия не могла ответить на многие вопросы, кажущиеся сейчас весьма простыми.

Требовательные голоса практики никогда не остаются неуслышанными в науке, но наибольшие заслуги выпадают на долю тех, кто оказывается к ним наиболее чутким.

Академик Петр Александрович Ребиндер принадлежит к числу исследователей, одаренных особо тонким слухом к голосам практики. Постоянное общение с инженерами, техниками, химиками-практиками служит для него неизменным источником творческой радости, ибо творческая ненасытность его - в этом мне приходилось убеждаться неоднократно - поистине безгранична. Он радуется всякой возможности почерпнуть новый неожиданный материал для подкрепления своих, идей и испытывает острое чувство удовлетворения, когда остро направленный луч прожектора теоретической мысли озаряет темные, захламленные мусором древних предрассудков уголки практики.

К нему приходят за советами бетонщики и мукомолы, буровики-нефтяники и горняки-обогатители, полиграфисты-печатники и инженеры консервно-холодильных производств. Столь же широк и разнообразен диапазон его консультаций, выездов и лекционных выступлений. Но было бы наивным заблуждением представлять себе (а в иных журналистских отчетах подобная мысль часто проскальзывает), что складывавшиеся десятилетиями узкие рамки «классической» коллоидной химии были взорваны исключительно этим напором новых технических приложений.

В действительности дело обстояло как раз наоборот. В недрах коллоидной химии созрели новые научные идеи, которые в изумительно короткий срок (его сжатость была обусловлена успехами физических методов исследования) выросли и оформились в самостоятельную область знания, опирающуюся на стройную и целостную теорию. Под натиском этих новых идей «классическая» коллоидная химия - сводка феноменов и описание загадок - рухнула и безвозвратно распалась. А новая наука, возникшая на ее месте, с первых же своих шагов оказалась способной революционизировать практику одновременно во множестве направлений.

Почему же все-таки во множестве? Да потому, что всякий раз, когда открываются новые научные принципы, когда проясняется суть явлений, эти открытия становятся «ключом ко многим замкам», ибо природа едина, а разнообразны лишь проявления тех законов, которые ей присущи.

Итак, что же это за ключ, который оказался волшебной отмычкой, сумевшей отпереть столь многие двери?

Он был добыт в результате перехода доброй старой коллоидной химии на принципиально новый экспериментальный и теоретический уровень.

Сущность этого перехода целой области исследований на высшую ступень состояла в том (такова диалектика науки), что резко снизилась граница, определяющая главный объект изучения. От исследования целых атомных и молекулярных систем и их взаимоотношений наука перешла на иной, более «низкий» уровень, а именно на уровень атомно-молекулярный. В центре внимания физико-химиков новой школы оказались не только силы химического «сродства», заставляющие атомы вступать в прочные соединения, но и несравненно более слабые, хотя и достаточно внушительные силы взаимодействия между молекулами (Оригинальные способы изучения этих сил и первое их более или менее точное количественное определение были даны голландским физиком Ван-дер-Ваальсом; в его честь они во всем мире носят название вандерваальсовских сил. ). Внимание исследователей приковали к себе, что было решающе важно, совершенно своеобразные проявления этих сил на границе «раздела фаз», как строго выражаются ученые, а попросту говоря, силы на поверхности.

Петру Александровичу Ребиндеру как-то сразу удалось по достоинству оценить значение любопытнейшей области явлений, разыгрывающихся на хорошо выраженной площади раздела между твердым телом и жидкостью, твердым телом и газом или, наконец, жидкостью и газом (на язык обыденных житейских представлений «хорошо выраженная площадь раздела» переводится просто-напросто как поверхность). Вряд ли тогда можно было отчетливо предвидеть все неисчислимые следствия, которые обещало углубление в эту своеобразную область исследования. Но факт остается фактом: коль скоро ученому удалось нащупать главное звено, дальнейший успех работы его школы был предрешен. Осталось лишь суметь сконцентрировать все силы на выбранном направлении и не испытать растерянности перед тем поистине невероятным многообразием приложений, которые всякий раз раскрывались при взятии очередного рубежа в теоретической разработке проблемы.

Мне думается, что Ребиндеру удалось и первое и второе. И когда мне порой приходится слышать в его адрес недоуменные сетования в «охвате необъятного», я думаю о том, как мало мы подчас умеем ценить в сложности - простоту, в разнообразии - единство, в кажущейся пестроте явлений - величественную гармонию исходных принципов. Ведь именно эта способность открывает простор техническим приложениям, путь которым прокладывается в напряженном труде поисков фундаментальных закономерностей!

Что же это за странная область исследований, углубление в которую ознаменовало начало рождения новой науки?

И что это за удивительная область науки, главный объект которой - поверхность?

Начнем с игры слов, которая так и просится на волю. Да, у поверхности есть своя глубина, лишь недавно раскрытая до конца во всем богатстве ее сложных особенностей.

Что мы знаем о поверхности?

Мы произносим слово «поверхность», не задумываясь над его смыслом, так как в этом термине для нас обобщены тысячи привычных поверхностей, с которыми мы постоянно имеем дело. Мы говорим о поверхности земли, о поверхности стола, о поверхности листа бумаги.

Проведите по этой странице рукой - грубой рукой, на которой еще Гулливер в царстве великанов рассмотрел глубокие поры и волоски длиной с саблю, - вы ощутите глянцевитую гладкость бумажного листа.

Еще более гладкой покажется вам поверхность свежевыструганной или отполированной доски, так же как и хорошо зачищенная тонкой наждачной бумагой поверхность металлического инструмента. Острие иголки при большом увеличении похоже на плохо обломанный осиновый кол, на источенную огнем кочергу - на все, что угодно, только не на тонкий, изящно заостренный конус, какой нам видится простым глазом. Лист гладкой бумаги выглядит под микроскопом примерно так, как войлок. Поверхность обструганной доски на самом деле изрыта рытвинами, ухабами, а хорошо, казалось бы, зачищенная металлическая пластинка на самом деле вся изрезана царапинами. С нее сняты лишь самые грубые бугры, этого уже достаточно, чтобы поверхность производила на ощупь и даже на глаз приятное впечатление гладкости.

Безупречных воображаемых плоскостей, с какими мы встречаемся в геометрии, на самом деле в природе не существует. Сплетение волокон в бумажном листе, опустевшие при высыхании трубочки древесины, наконец, микроскопические трещинки в металле образуют мельчайшие поры, подчас далеко уходящие в глубь материала. Относятся ли они к поверхности? Ну, конечно же, относятся. Они увеличивают общую площадь поверхности тела, соприкасающейся с окружающим воздухом...

Как будто мы подошли к определению поверхности, которое наилучшим образом ее характеризует, так как остается в силе для всех возможных случаев. Поверхность губки, которой мы моемся, - это не только линия отреза куска крупнопористой резины, но и площадь всех внутренних пор, заполняющихся водой, когда губка намокает.

Что же такое поверхность любого тела? Во всех случаях это граница, которая его отделяет от среды и от других тел. Она может быть ровной, извилистой, пористой, но она будет продолжать оставаться поверхностью, обладающей особенными, поистине замечательными свойствами.

Именно на поверхности, точнее - на границе раздела фаз, то есть различных состояний, в которых находится вещество, протекают процессы, решающе важные для живых организмов и для техники.

Каждый, кто имел дело с микроскопом или фотографией, знает, как трудно бывает разделить плотно слипшиеся предметные стеклышки или хорошо промытые и просушенные стекла из-под негативов. Еще прочнее слипаются хорошо шлифованные металлические «мерительные плитки», а если сильно притиснуть друг к другу плоскости двух свинцовых или алюминиевых цилиндров, они соединятся так, что, пытаясь их разъединить, можно разорвать их совсем в другом месте. Эти примеры дают некоторое представление о значительности сил, действующих на поверхности.

Но особенно интересны явления, протекающие на границе жидкости и газа, для простоты - на границе воды и воздуха.

Молекулы, находящиеся в наружном слое, граничащем с воздухом, притягивают и держат соседние молекулы с тыла и флангов, а сверху никакого притяжения нет. Поэтому на пограничные молекулы действует сила, направленная в глубину вещества: они втягиваются в него. Если внутри жидкости молекулы передвигаются свободно, то, чтобы попасть в пограничный слой, они должны преодолеть силу притяжения глубинных молекул, силу втягивания. Выходит, что войти в пограничный слой труднее, а выйти из него легко. Но место втянутой в глубину молекулы не может остаться незанятым. Кто же займет его? Конечно, ни одна из нижних молекул. Ведь их держат другие, находящиеся еще глубже. Брешь заполнится сомкнутым строем таких же пограничных частиц, находящихся рядом в поверхностном слое. Вот почему пограничные молекулы стремятся сократить строй, сомкнуться. Это их свойство называется поверхностным натяжением.

Молекулярные притяжения проявляются не только в однородных, но и в разнородных веществах. Разница лишь в величине сил, а она зависит от химического строения молекул и расстояния между ними. Она колеблется от ничтожной до очень большой.

Морские летчики во время войны по-своему пользовались старинной приметой: если в том месте, где погрузилась атакованная подводная лодка врага, среди пенящихся волн появлялось большое пятно сравнительно тихой воды, летчик уверенно радировал: «Подлодка терпит аварию». Она повреждена настолько сильно, что вода проникла к механизму, и смазочное масло просочилось наверх. Там, где погрузилась лодка, на поверхности моря образовалась масляная пленка. Она-то и утихомирила волнение.

Хотя способ «гашения» волн маслом был ощупью найден моряками очень давно, но только сравнительно недавно его смогли объяснить в свете новых физико-химических воззрений. Оказалось, что против огромной силы волн, дробящих скалы и опрокидывающих корабли, действует еще более могучая сила притяжения молекул масла друг к другу. Слой, образуемый на поверхности воды, - толщиной всего в одну молекулу. Но молекулы масла сцеплены друг с другом гораздо сильнее, чем с водой; волна должна их раздвинуть, а они этому сопротивляются с такой силой, что энергия ее, в конце концов, иссякает в неравной борьбе. Как значительны, могут быть силы сцепления молекул между собой в тончайшем слое, о присутствии которых мы могли только догадываться! В этом тонком слое обычно лениво переливающееся жидкое масло проявило новые незнакомые нам качества: пленка из него оказалась крепкой и упругой.

Мы уже говорили о том, что молекулы-«пограничники», как шутливо называет их Петр Александрович Ребиндер, в поверхностном слое ведут себя не так, как те, которые находятся в глубине вещества. Случай с масляной пленкой имеет некоторые особенности: пленка состоит из иного вещества, причем с одной стороны она примыкает к более плотной среде, с другой - к менее плотной. Ясно, что если с одной стороны такого поверхностного слоя находится воздух, а с другой - вода, то молекулы последней будут действовать на этот слой более энергично, чем молекулы воздуха. Может случиться и так, что на какую-нибудь часть молекул поверхностного слоя «подкладка», на которой это вещество находится, станет действовать особенно сильно. В результате молекулы этого вещества - в данном случае масла - расположатся на поверхности не кое-как, не беспорядочно, а все окажутся повернутыми совершенно определенным образом, так, как поворачивается под действием силы земного притяжения ванька-встанька - легкой головкой вверх и тяжелым свинцовым грузиком вниз. Благодаря своей одинаковой направленности и упорядоченному однообразному расположению молекулы такого поверхностного слоя действуют не вразброд, а весьма дружно. Отсюда и необычайная их способность противостоять всякой силе, идущей извне.

Представим теперь, что тончайший слой на поверхности воды составился из молекул органических кислот, в которые, как известно, входят группы атомов углерода, кислорода и водорода (СООН); к ним присоединена «чистая» углеводородная цепочка (из таких «чистых» цепочек состоят молекулы углеводородов, например бензин или керосин). Та часть каждой из таких поверхностных молекул, в которую входит кислород (группа СООН), испытывает к воде определенное тяготение. Углеводородный же «хвост» - никакого. Таким образом, эта столь несимметрично составленная молекула как бы терзается противоречиями. Очевидно, она найдет выход в том, что повернется своим «кислым» концом (СООН) к воде, выставив наружу углеводородный «хвост». Это позволит молекулам поверхностного слоя разместиться очень плотно, прижавшись, друг к другу бочками и выставив вовне своеобразный частокол или щетку из молекулярных «хвостов».

Зайдите когда-нибудь в гости к университетским физико-химикам, они покажут вам красивый и простой опыт. Они пустят на поверхность воды тонкую пленку из масла, сложные и несимметричные (полярные) молекулы которого создадут на поверхности «щетку» из углеводородных цепей. Если этот слой, толщина которого равна как раз длине одной молекулы, осторожно снять на хорошо отполированную пластинку, то «голова» (СООН) пристанет к поверхности пластинки. Углеводородная же цепочка будет продолжать топорщиться кверху.

Как это доказать? А очень просто. Теперь вода, налитая на пластинку, будет стекать с нее крупными каплями, не смачивая ее, как она стекает с любого из нас, когда мы начинаем мыться под душем. Ведь наша кожа тоже покрыта тонким слоем жира. Кстати сказать, капля росы образуется на траве и листьях только потому, что они плохо смачиваются: как говорят физико-химики, они гидрофобны. Значит, и капля росы является достойным объектом внимания исследователей поверхностных явлений...

На первый слой масла можно нанести еще один слой таких же молекул, снятых с поверхности воды. Теоретические расчеты, на которых мы здесь не будем останавливаться, заставляют предполагать, что в известных условиях молекулы второго слоя расположатся так, что все «хвосты» окажутся спрятанными внутрь, а «головы» - торчащими наружу. Если на этот второй слой налить воду, она прилипнет к поверхности так, как будто на пластинке не было никакого масла. Воду притянет к себе «кислая» часть молекулы, находящаяся теперь наверху.

Третий слой расположится углеводородными цепочками вверх, и вода соскользнет с него без задержки. Четвертый - опять привлечет воду и т. д.

На поверхности тел происходит множество важных событий.

Что получится, если какая-нибудь молекула окажется в поле сил пограничных молекул, то есть подойдет достаточно близко к их поверхности? Ясно, что она начнет притягивать их и, в свою очередь, притягиваться ими, но, как мы знаем, вырвать молекулу из поверхностного слоя нелегко, ибо за ней стоят ее бесчисленные товарки, а подлетевшая со стороны газа - одиночка: за ней никого нет. Ведь с увеличением расстояния силы межмолекулярного сцепления резко уменьшаются. Именно этим объясняется ничтожно малая величина сцепления между молекулами воды в водяном паре по сравнению с величиной сцепления в жидкой воде. Плотность водяного пара в тысячу раз меньше, и, следовательно, среднее расстояние между молекулами пара во много раз больше расстояния между молекулами жидкой воды. Нет сомнения в том, что молекула-одиночка окажется притянутой к поверхности. Совершенно так же будут притягиваться и другие приблизившиеся к ней бесчисленные молекулы: точь-в-точь как муха, неосторожно подлетевшая к липкой бумаге и задевшая ее крылышками. Через некоторое время вся поверхность покроется слоем прилипших к ней молекул. Это явление носит в науке экзотическое название адгезии. Оно очень распространено.

Вот, например, течет вода по водопроводным трубам. Кажется, ясно: трубы неподвижны, а вода течет в чугунных или железных берегах. Оказывается, дело обстоит не совсем так. Благодаря адгезии к металлическим стенкам трубы прилип слой воды толщиной в молекулу, и этот слой не движется. Напротив, он сам своим притяжением удерживает соприкасающиеся с ним молекулы воды. Удержать их он не может: сцепление между молекулами воды и слоем меньше, чем между молекулами воды и железа. Но задержать, замедлить их движение он в состоянии. Следующий слой движется очень медленно, молекулы притягиваются, сами задерживают еще более удаленные от стенки молекулы, отрываются и движутся до следующего прилипания. И так в каждом следующем слое.

Выходит, вода течет не в железных, а в водяных берегах. Толщина слоя жидкости, двигающейся по трубам, не всегда одинакова, она зависит от многих факторов: от материала и свойств поверхности трубы, состава жидкости, температуры, скорости течения.

То же происходит и в потоке газа, в газопроводе. Соприкасающийся со стенками слой не движется вовсе и лишь на некотором расстоянии от них скорость потока становится постоянной. Конечно, этому способствует и неровность стенок труб. Чем шероховатее поверхность, тем дальше от нее выравнивается скорость потока. Но дело не только в неровностях: в идеально гладкой трубе пограничный слой все же будет неподвижен.

И корабли, и самолеты покрыты слоями воды или воздуха, двигающимися вместе с ними, так что, строго говоря, трение происходит не между газом или жидкостью и твердыми телами, но внутри газа, внутри жидкости.

Благодаря адгезии слой смазки прилипает к поверхности твердых деталей. Прилипание настолько сильно, что даже колоссальные силы, прижимающие вал к подшипнику, например в блюминге, не в состоянии выдавить этот слой: вал вращается, не соприкасаясь с подшипниками. Трение происходит между слоями смазки. Поэтому-то и не изнашиваются части, поэтому-то и уменьшается трение.

За последние годы физико-химикам довелось проделать ответственный и значимый по своим последствиям смелый разведывательный рейд с целью прояснить принципиальные основы действия различных клеев.

Это еще одна область, в которой наш утлый набор обыденных житейских примеров оказывается предательски беспомощным.

У людей, далеких от понимания генеральных путей технического развития завтрашнего дня, при упоминании слова «клей» уже готова появиться ироническая усмешка. И если они ее спрячут, то только из вежливости.

Подумаешь, проблема! Клей... Конверты, кульки для кондитерских изделий. Да, разумеется, и конверты, и кульки, но, кроме этого, еще металлические конструкции, мебель, дома и мостовые пролеты.

Скажите, пожалуйста, доколе мы будем пользоваться для сопряжения громоздких металлических конструкций допотопной техникой болтовых скреп? И даже сварка - могучая сварка, детище самых последних лет прогресса машиностроения, - ведь это, если вдуматься, не что иное, как временно необходимая дань нашему незнанию. Мы растрачиваем океаны электроэнергии, моря кислорода для того, чтобы жаром автогенной горелки или электрической дуги превратить в клей сам металл. Мы склеиваем металлические конструкции металлом, нагретым до 1700 градусов. Какая чудовищная растрата сил и средств, если принять во внимание, что наука никогда не видела принципиального запрета для создания «молекулярного спая», способного образоваться при самых обычных температурах и по прочности нисколько не уступающего, а быть может, превосходящего прочность монолитного металла!

Но почему же эти принципиальные возможности до сих пор не реализованы?

Да только потому, что научная теория склеивания ютилась на задворках переплетных цехов типографий и фасовочных фабрик. А ее место - на форпостах самой передовой машинной индустрии. И что это именно так, блестяще доказано триумфальным шествием так называемых эпоксидных смол. Эти своеобразные полимерные материалы, клеящие свойства которых сродни металлу, уже используются для капитального ремонта различных металлических деталей, уже в Чехословакии построен мост на клею без единой заклепки, уже...

Но я забегаю вперед. Хотя склеивание при помощи универсальных клеев, предложенных учеными, уже проникло в технологию самолетостроения, все в большей степени заменяя механическое крепление при помощи тяжеловесных болтов, винтов, гаек, заклепок, хотя в обувной промышленности клеевой метод крепления подошвы и других деталей уже основательно теснит механические методы крепления - шпилечный, гвоздевой и другие, - можно сказать, что работа в этом направлении еще только начинается и для специалистов самых различных областей техники здесь открывается широкое поле деятельности. В любом производстве процессы склеивания и лакирования требуют большого опыта и умения; трудности усугубляются тем, что сейчас химия предлагает специалисту-технологу огромный и все растущий выбор новых материалов, свойства которых сравнительно мало изучены. Ему придется пополнять недостающие сведения в значительной степени самому, изучая химические и физические свойства связующих материалов. Сколько же сил и времени будет сбережено, если это изучение будет осуществляться не «ползучим», эмпирическим, чрезвычайно длительным путем от пробы к пробе, а на основе новейших достижений науки - физической и коллоидной химии, физики и химии полимеров!

Настоящая наука не шарит, а ищет. Она избегает приблизительных толкований, сторонится полумер и, сумев заглянуть «в корень», приходит к новой, невиданной власти над временем, пространством и веществом.

Что касается новых воззрений Петра Александровича Ребиндера, на чем мне хотелось бы остановиться особенно подробно, то в его работах диалектически сочетаются «разрушительные» и «созидательные» тенденции, в равной мере связанные с особенными условиями, в которые попадает твердое тело, когда поверхность, отделяющая его от окружающей среды, колоссально разрастается. Это происходит, скажем, при возникновении трещин, зарождающихся при изменении формы тела в наиболее слабых местах и постепенно разветвляющихся.

В двадцатых годах много шума наделали первые смелые «прорывы» в эту совершенно новую область явлений, которые были совершены работами старейшего советского физика Героя Социалистического Труда Абрама Федоровича Иоффе. В его собственной научной биографии эти работы стоят несколько особняком, но в науке о свойствах твердого тела они заняли место одного из краеугольных камней.

Иоффе отправлялся в своих исследованиях от кристалла, как от простейшей и наиболее правильной системы природных тел. Повседневные наблюдения доставляли множество фактов, продолжавших противоречить этому взгляду. Эти противоречия, по мысли Иоффе, проистекали от каких-то неизвестных побочных явлений, которые надлежало найти и выяснить.

Иоффе руководствовался представлением о кристалле как атомной или молекулярной конструкции, обладающей наименьшей возможной энергией. Именно это делает ее наиболее устойчивой. Но как же энергетическую устойчивость кристалла примирить с пластичностью, то есть способностью поддаваться изгибу, чуть ли не разрешать завязывать себя узлом? А ведь именно до такой степени податливы многие тщательно выращенные крупные единичные так называемые монокристаллы. И затем, почему изогнутый, искаженный кристалл не возвращается к прежней своей форме после того, как перестала действовать изгибающая его сила? Почему он так и застывает угодливым и противоестественным витком?

Не слишком большое усилие может изогнуть, скрутить кристалл «необратимым» образом, то есть нарушить раз навсегда заданные расстояния между атомами, нарушить равновесие междуатомных сил. До работ Иоффе это объясняли тем, что с изменением формы кристалла вещество «переходит в другую модификацию». Конечно, и с таким пояснением явление оставалось столь же темным, как и прежде, ибо придумать новую регистрационную рубрику для непонятного факта еще не значит его объяснить.

Между тем изучение рентгеновских лучей привело к интереснейшему открытию, сделанному Лауэ. В решетке кристаллов обнаружены ряды «пластов», представляющих как бы сетки из атомов. Каждый такой атомный слой определенным образом отражает пучок падающих на кристалл рентгеновских лучей, отбрасывая их на люминесцирующий экран или на фотопластинку. Такой отраженный «зайчик» позволяет реально воспринять сетку атомов, от которой он отброшен. По длине волн отраженных рентгеновских лучей можно судить о расстоянии между отдельными правильными атомными слоями. Таким образом, перед глазами наблюдателя вырисовывается полная картина распределения атомов в кристалле.

Иоффе нашел, что открытие Лауэ как нельзя более пригодно для выяснения не только строения кристалла, но и всех предполагаемых перемен в этом строении. Заинтересовавшие Иоффе противоречия разрешились неожиданным образом. Оказалось, что в действительности никакого изгиба кристаллической решетки не происходит... На самом деле кристалл под действием скручивающих его сил разламывается на множество отдельных кусочков, каждый из которых сохраняет все особенности строения.

Все это было настолько ново и интересно, что в дальнейшем изучение кристаллической структуры, основанное на использовании рентгеновских лучей, выросло в целое направление и в России получило достойное развитие в Днепропетровском физико-техническом институте.

Не менее разительное противоречие возникло между представлениями о силах, которые связывают кристалл в одно целое, и усилиях, которые приводят к его разрушению. Проще говоря, было непонятно, почему, скажем, кристалл каменной соли разрывается под действием силы в 400 граммов на один квадратный миллиметр, в то время как теоретические подсчеты показывают, что он должен был бы выдерживать разрывающее усилие в 200 килограммов на один квадратный миллиметр, то есть в 500 раз больше. За этим частным случаем скрывалась проблема прочности твердого тела, которая играет такую большую роль в технике.

Чтобы оценить красоту опытов Иоффе, выявивших эти недоумения, совсем не надо быть знатоком физического эксперимента. Иоффе выточил из каменной соли шарик, который охладил в жидком воздухе до минус 180 градусов по Цельсию, и затем быстро опустил его в расплавленный свинец. Если бы на самом деле внутренние силы, действующие между частицами вещества в кристалле, были так малы, как это показал опыт, шарик взорвался бы. Ведь его внешние слои мгновенно расширились бы, разогревшись в расплавленном свинце, в то время как внутренние слои еще сжаты холодом. Поэтому в центре шарика должны были возникнуть могучие напряжения, достигающие, как легко подсчитать, нескольких десятков килограммов на квадратный миллиметр. Брошенный из жидкого воздуха в расплавленный свинец шар остался цел. Значит, силы, действующие внутри кристалла, оказались достаточно велики, чтобы противостоять силам, стремящимся разорвать шарик. Иначе говоря, истинная прочность материала была выше технической - этими терминами Иоффе характеризовал зависимость прочности материала от условий, в которых он работает. Изменяя эти условия, можно резко повысить прочность, приблизив ее к теоретическому значению.

Что же это за условия?

Еще более простыми опытами Иоффе показал, что прочность кристалла на разрыв определяется состоянием его поверхности. Он погрузил длинную палочку из каменной соли в горячую воду. Вода растворяла, а значит, и непрерывно обновляла ее поверхность. При такой обработке поверхности прочность палочки на разрыв повысилась в несколько десятков раз. Этот опыт доказывал, что разрыв твердого тела никогда не происходит сразу по всему сечению испытываемого образца. Он обычно начинается с небольшой поверхностной трещины, которая под действием приложенной силы начинает углубляться и, в конце концов, разрывает кристалл на части. В горячей воде трещины не возникали, и прочность возрастала. В эксперименте с шариком состояние поверхности никак не влияло на прочность, и она также оказывалась близкой к истинной (напряжения возникали только внутри шарика).

Эти классические по ясности и убедительности опыты произвели большое впечатление. Каждый мог повторить их: сухая палочка каменной соли разрывалась очень легко; когда же ее погружали в воду, растворяющую поверхностный слой, что способствовало зарастанию трещин, даже в школьных экспериментах ее прочность возрастала.

Устная молва опередила опубликование этих работ в научных журналах. Их подхватила пресса всего мира, полетом фантазии преодолев интервал между теоретическим исследованием и возможными его практическими следствиями. В газетных обзорах первые опыты повышения прочности соляных кристаллов сочетались уже с мостами из сверхпрочной проволоки, с пароходами, сверхпрочные машины которых в несколько дней доставляли пассажиров в Австралию. Для курьеза можно упомянуть, что даже крупные ученые соглашались в многочисленных интервью связывать с опытами над каменной солью радужные перспективы «переворота в технике», не затрудняя ни себя, ни читателя вопросом о том, каким способом метод упрочения поверхности одного кристалла распространить на реальные технические материалы, состоящие из массы мелких, сложно сгруппированных кристалликов.

Далеко идущее значение опытов Иоффе, как это обычно бывает с большими, истинно новаторскими идеями в науке, в значительной степени определялось тем, что они наглядно показывали и необходимость и возможность от изучения общих закономерностей «идеальных» кристаллических форм, которым в основном уделяли внимание кристаллофизики, перейти к изучению реальных тел, с которыми имеет дело техника.

Описанные нами в самых общих чертах начальные опыты Иоффе открыли в дальнейшем путь к пониманию того, как полировка может повысить прочность изделий. К повышению прочности здесь приводит замазывание поверхностных трещин мельчайшими кристалликами подвергнутого полировке металла. Так называемая «цементация» деталей машин, в основе которой лежит введение углерода в поверхность железа, не только заметно повышает устойчивость изделий к истиранию, но поверхностное насыщение металла углеродом каким-то образом сказывается и на прочности внутренних частей металла, куда углерод не проникает. Это своеобразное действие цементации, вероятно, обязано тому же механизму устранения в металле поверхностных трещин. Точно так же лакированные стеклянные нити оказываются прочнее таких же нитей, не обработанных с поверхности.

В плодотворных исследованиях московской группы ученых под руководством академика Петра Александровича Ребиндера то же явление, которое поразило в опытах Иоффе, тотчас было использовано в противоположном направлении, как говорят физики, с обратным знаком. На основе новейших представлений о роли поверхности в технике удалось решить задачу не только повышения, но и понижения поверхностей прочности при точении металлов, сверлении и других способах обработки их резанием.

В заводской практике издавна применяли жидкие смазки. Предполагалось, что они облегчают резание металла, охлаждая резец и способствуя уменьшению трения между резцом и металлом. Но оставалось непонятным, почему в одних случаях по необъяснимым причинам резец снимал ровную, красивую стружку и вдруг, в тех же самых, казалось бы, условиях начинал выламывать, выкрашивать вместо ровной стружки грубые кусочки металла. Советские исследователи нашли способ усовершенствовать процессы резки металлов после того, как механизмы, на которые указывал еще Иоффе, были дополнены развитыми физико-химиками представлениями о действии ничтожных примесей поверхностно-активных веществ в «режущей жидкости». На самом деле последняя нужна вовсе не для смазки металла, как думали прежде. Когда резец снимает стружку, в обрабатываемом металле возникает множество микроскопических трещин, куда попадают молекулы поверхностно-активного вещества. Они оседают на стенках трещины и набирают над собой слой других молекул масла, которые им удается определенным образом «повернуть» (поэтому-то им, и присвоено название активных). В результате растущий слой молекул действует как «клин», расталкивающий стенки маленьких трещин, «облегчая их развитие», как выражаются физико-химики. Попросту говоря, поверхностно-активные вещества расшатывают структуру твердого тела, вызывая его размягчение в той зоне, которая затронута значительной деформацией, в конце концов, приводящей к разрыву. Так, нужным образом изменяя внешнюю среду, в которой находится твердое тело, можно облегчать его разрушение, а если это необходимо, то и формование, скажем при прессовке или штамповке. Трещины растут, и резец идет как бы по готовым следам, лишь довершая работу, начатую молекулами поверхностно-активного вещества.

Те же представления привели к усовершенствованию методов бурения твердых горных пород и других промышленных процессов.

Разумеется, отнюдь не прямая линия соединяет поток новых научных идей с исходным ручейком, в русле которого некоторые из них возникли. Я нахожу во всем этом лишь подтверждение мысли, однажды высказанной Иоффе: «Выделенная из общей коллективной работы и оторванная от своих общественных корней, живая работа превратилась бы в бессодержательный перечень - вроде загадки, когда по первому или последнему слогу каждой строки надо узнать стихотворение».

Углубившись в мир «поверхностных явлений» (пусть вас не смущает этот невольный парадокс «углубления в поверхность»), Петр Александрович Ребиндер заложил основы совершенно своеобразного и необычайно широкого научного поиска. Широта, которую с самого возникновения приобрело новое направление творческих исканий, была обусловлена как разнообразием практических приложений новых научных воззрений, так и логикой борьбы новой науки за свое существование.

Ребиндеру и его молодым соратникам приходилось сражаться с научным консерватизмом узких специалистов, рассматривавших расширение границ своих «удельных княжеств» как посягательство на устои самой науки.

В ведомственных институтах приходилось нередко наталкиваться на ревнивое сопротивление, которое ограниченные эмпирики оказывали непрошеному вторжению науки в уютный мирок тщательно охраняемых рецептурных секретов. Им было чего опасаться: настоящая наука, со своих принципиальных позиций походя, разоблачала все тайны нехитрой кухни технического знахарства. И все же здесь было легче! Промышленная практика со своими грубоватыми критериями полезности быстро отсеивала зерно от плевел. Бескрылая эмпирика никак не могла поспеть за стремительным развитием индустрии с ее новыми проблемами, острота которых подчеркивалась их масштабностью. А молодая наука была готова на них ответить по той простой причине, что она держала в руках ключи, а не отмычки.

Новая область знания заставила с собой считаться, когда, к примеру, строительство мощных теплоэлектроцентралей потребовало решения проблемы быстрого высушивания миллионов тонн угольной пыли, вдуваемой в топки автоматизированных котельных, а развитие специальных видов деревообработки в самолетостроении и в мебельном производстве предъявило не менее категорический спрос на идеально высушенную древесину, причем и слышать не хотело о сроках ее обычной естественной выдержки на складах. Тотчас же в лабораториях, развивавшихся под знаком освоения ребиндеровских идей (убедиться, что это было именно так, может всякий, кто даст себе труд просмотреть признательные упоминания этого имени в новейших руководствах по технике любых видов сушки, вплоть до сушки пищевых концентратов), не замедлили появиться предложения, которые сэкономили государству многие десятки миллионов рублей и предотвратили задержку технического развития целых отраслей промышленности.

Эти предложения основывались на решительном отказе от примитивных воззрений на процесс сушки, который упрощенно, как это нередко делают в технике, сводили к испарению воды со свободной поверхности. Между тем сушка является в действительности процессом не только «теплофизическим», но прежде всего физико-химическим, в котором важнейшую роль играет форма связи влаги «с сушимым материалом» (как сказал бы техник), «с телами различной структуры» (как расширяет его формулировку ученый). От того, как связана влага с высушиваемым веществом (находится ли она там в капельно-жидком состоянии в капиллярах, осаждена на поверхности или заключена в порах), зависит количество тепла, необходимое для испарения равных количеств воды. В разных случаях оно будет различным.

Известно, что руды большинства месторождений полезных ископаемых - свинцовых, цинковых, графитовых, серных, апатитовых и многих других - не могут быть непосредственно после извлечения их из земли тотчас же подвергнуты дальнейшей переработке, так как содержат слишком мало полезного вещества. Обычно полезные минералы в виде очень мелких зернышек (мельче десятых долей миллиметра) рассеяны в массе ненужных минералов, в так называемой пустой породе.

Что же делать с такими бедными рудами?

Обогатить их, а для этого отделить полезные минералы от пустой породы. Эту работу гораздо производительнее сказочных Золушкиных птиц, за одну ночь выбравших чечевичные зерна из золы, с которой их смешала мачеха, выполняют... воздушные пузырьки. Этими пузырьками насыщают воду, которую специальные флотационные машины непрерывно перемешивают с измельченной рудой. К пузырькам постепенно прилипают зернышки полезных минералов, а частицы пустой породы остаются окруженными водой. Всплывая, пузырьки увлекают за собой полезные минералы на поверхность пульпы - так называется смесь воды с измельченной рудой. В этой минерализованной пене обнаруживается концентрат, содержащий в десятки, а иногда и в сотни раз больше полезного вещества, чем руда до флотации. Остается обеспечить устойчивую работу флотационных машин и заставить пузырьки трудиться с наивысшей производительностью, без потерь. А для этого, прежде всего, нужно дать правильное теоретическое обоснование процесса прилипания минеральных зерен к пузырькам при флотации, что не легко.

Работа пузырьков при флотации зависит от многих условий: от состава и свойств минеральных зерен, их крупности, свойств и количества реагентов-«собирателей», вызывающих прилипание зерен к пузырькам, реагентов-«подавителей», предотвращающих прилипание к пузырькам частиц пустой породы, реагентов-«регуляторов», управляющих действиями всех других реагентов, названных ранее. Кроме того, для получения достаточно мелких пузырьков воздуха и достижения нужной устойчивости пены в пульпу добавляют еще и реагенты-«вспениватели». Надо учитывать также присутствие в воде различных примесей и многое другое.

Подбирать все эти многочисленные условия, хотя бы потому, что их много, необычайно трудно. Только за последние годы положение резко изменилось: исследование, и усовершенствование процессов флотации значительно продвинулось вперед. Это опять-таки связано с трудами академика Петра Александровича Ребиндера, положившими начало теории минерализации пузырьков при флотации.

Наибольшей поверхностью твердое тело - мы возвращаемся к этому главному предмету научных раздумий исследователя - обладает в тонкоизмельченном состоянии. Поверхность щепотки порошка - это поверхность всех его зерен. В самом деле, если каменный кубик, общая поверхность которого шесть квадратных сантиметров, превратить в песок с частицами до одного миллиметра в поперечнике, общая площадь поверхностей всех новообразовавшихся песчинок возрастет уже до 60 квадратных сантиметров (мы исходим из предположения, что при раздроблении получаются все более мелкие, но столь же правильные кубики, как и начальный. На самом деле это, конечно, не так, но мы не много ошибемся, если те же самые расчеты отнесем к частицам произвольной формы). Обратив песок в пыль, мы увеличим поверхность составляющих ее частиц из того же материала до 600 квадратных сантиметров. Доведенная же до размеров глинистых частиц, эта пыль «разовьет» свою поверхность до 60 тысяч квадратных сантиметров, а при раздроблении до величины илистых частиц (то есть размером в 0,0001 миллиметра в поперечнике) общая суммарная поверхность возрастет до 600 тысяч квадратных сантиметров, иначе говоря, в сто тысяч раз!

При дальнейшем измельчении можно прийти к еще более мелким частицам, «в пределе», как говорят физико-химики, - к молекулам. В таком тонко измельченном состоянии твердое тело обладает наибольшим запасом свободной энергии (Так называется энергия межмолекулярных взаимодействий, сосредоточенная в поверхностных слоях. ). Этот избыток энергии рождает на всех поверхностях свободные силы. Они-то и вызывают прилипание тел друг к другу, объединение мелких капелек в одну крупную или поглощение веществ из окружающей среды. Под их влиянием могут значительно ускоряться и химические реакции, протекающие в поверхностных слоях. Именно в таком состоянии тончайшего измельчения твердые тела широко используются современной техникой в виде поглотителей - адсорбентов и ускорителей химических процессов - катализаторов. Из этих крохотных частичек могут формироваться тела с крупными зернами, так называемые крупнокристаллические тела, или единичные крупные кристаллы.

В начальном, «зародышевом» состоянии особенно легко влиять на свойства будущего твердого тела, в частности, можно задержать рост отдельных его зародышей - мельчайших кристалликов. В этом отношении характерен пример цемента - важнейшего материала, без которого нельзя себе представить ни одного современного строительства. Природные и искусственные материалы, используемые при постройке зданий, обязательно нужно чем-то скрепить, склеить. Иначе строение разрушится от первого же толчка, как рушатся детские башни из кубиков. Таким «клеем» во всех наших сооружениях и служит цемент. В кирпичных зданиях он скрепляет отдельные кирпичи, в бетоне склеивает, спаивает куски камня - щебень, гальку, гравий - в один сплошной монолит.

- Хотя цемент очень старый материал, - рассказывает Петр Александрович Ребиндер, - но до сих пор не все его тайны разгаданы. Про цемент удивительно верно говорят: «Цемент живет». Действительно, он, словно живой организм, залечивает свои раны, высылая на борьбу свежие, нерастраченные силы. Природные камни, металлические сооружения способны со временем только разрушаться. Они дряхлеют, стареют, теряют свои свойства. Цемент ведет себя совсем иначе. Достигнув расчетной прочности, он и в дальнейшем словно мужает, становится сильнее, выносливее, прочнее...

Несмотря на то, что и сейчас цемент, как строительный материал, широко распространен - шутка сказать, его производство во всем мире достигло сотен миллионов тонн! - Петр Александрович настойчиво называет его материалом завтрашнего дня. Насколько разнообразны изделия из бетона и железобетона: домостроительные блоки и шпалы, которым не грозит гниение, тюбинги для метрополитена и трубы, корабли и плавучие доки...

- Алюминий уже давно называют «крылатым металлом», - продолжает Ребиндер. - Благодаря своей легкости алюминиевые сплавы нашли широкое применение в авиации. Но не исключена возможность, что в недалеком будущем они начнут вытесняться... железобетоном. Да, да, я не оговорился! Причем бетонные самолеты окажутся не тяжелее металлических и не потребуют более мощных двигателей, но зато они будут обладать целым рядом очень важных преимуществ. Предварительно напряженный бетон обеспечит машине такую прочность и жесткость, что исключит всякую возможность разрушения от вибрации. Тем самым решится одна из серьезнейших проблем авиастроения. Наконец жаропрочный бетон прекрасно выдерживает высокие температуры, и ему не страшен такой грозный враг больших скоростей, как тепловой барьер, перед которым отступают не только легкие сплавы, но и жаропрочные стали...

Есть еще немало существенных доводов в пользу бетона, как материала будущего. В этом материале заложены колоссальные, еще далеко не использованные возможности. Ребиндер утверждает, что из того же количества цемента, что вырабатывается нашими заводами, можно выпускать вдвое больше железобетонных изделий, притом повышенного качества.

Экспансивный, увлекающийся, он увлекает. Слушая его горячо эмоциональную, образную речь, нельзя не поддаться этой сверкающей молодой воодушевленности. Невольно вспоминается как-то оброненное им замечание: «В наше время наука и техника стали необычайно увлекательными, я бы даже рискнул сказать, поэтичными».

- Понимаете ли вы, - продолжает он, - что означает удвоение производства железобетонных изделий из того же количества цемента? Это два дома там, где сегодня удается построить только один, это удвоение темпа нашего промышленного и жилого строительства! Это замена железобетоном очень многих строительных материалов. Даже доски, тонкие, упругие, очень легкие доски уже сейчас можно делать из железобетона...

Но что для этого надо?

Очень немногое: внять советам молодой науки - физико-химической механики, которая на этом примере, быть может, особенно убедительно демонстрирует значение принципиального глубокого научного осмысления технологических приемов, в плену рутинной «простоты» и рутинного несовершенства которых мы так часто находимся. Прислушаемся же, что говорит нам наука.

Общеизвестен обычный способ замешивания бетона. Сто лет назад, когда бетон был новинкой, в цементный раствор старались вводить как можно больше крупных камней. За счет каменных глыб получалась большая экономия цемента. Но все меняется, все течет... Камень стал дефицитным. Во многих районах нашей необъятной страны нет ни камня, ни щебня, зато песка сколько угодно. Однако бетон на основе песка оказывался никуда не годным. Для его замешивания нужно очень много воды. Излишек влаги остается в бетоне, и зимой он покрывается сетью мелких трещин...

Задача получения плотного и высокопрочного бетона на основе песка («природа создавала горные породы на протяжении тысячелетий - мы же, - говорит Петр Александрович Ребиндер, - свою искусственную «горную породу» должны производить неизмеримо лучше, прочнее и, разумеется, быстрее») сводится к тому, чтобы на начальном этапе бетонная смесь обладала подвижностью, или, что, в сущности, то же, удобоукладываемостью при наименьшем содержании воды. Собственно, для превращения цемента в «каменный клей» требуется не так уж много воды. Избыточную приходится добавлять в раствор только для того, чтобы он получился пожиже, чтобы его можно было размешать, сделать однородным, пластично деформируемым. Вот эта лишняя вода, остающаяся несвязанной при протекании химических реакций, и делает цемент непрочным, боящимся морозов.

Рецепт, предложенный физико-химической механикой (его сформулировал на основе многих остроумно задуманных и тщательно осуществленных экспериментов один из энергичнейших и увлеченнейших соратников Ребиндера, Николай Васильевич Михайлов), столь же прост, сколь и радикален. Бетонная смесь подвергается вибрационным воздействиям - «мелким встряскам», легко разрушающим столь же легко образующуюся в ней так называемую «коагуляционную» структуру. Структура возникает не путем развития прочной сетки химических связей, а под действием молекулярных сил сцепления отдельных частиц, между которыми остаются тонкие прослойки жидкости. Таким образом, в бетоне не образуется рыхлых пространственных сеток, частички плотнее упаковываются, равномернее перемешиваются и быстрее твердеют. Расход воды снижается, качество бетона резко повышается. Теперь становится возможным брать для производства бетона океаны мелких песков. Гораздо лучше используется и цемент.

Сохранение пластичности бетона может быть достигнуто иначе, а именно путем введения в смесь малых добавок поверхностно-активных веществ - пластификаторов. В работах Ребиндера, проведенных совместно с ближайшей сотрудницей по кафедре коллоидной химии Московского государственного университета Евгенией Ефимовной Сегаловой, было установлено: роль пластификаторов отнюдь не сводится, как думали прежде, к тому, что эти вещества, покрывая тончайшим слоем частицы цемента, препятствуют их сцеплению и таким образом предотвращают слипание частиц. Если бы этим исчерпывалось их действие, то без пластификаторов вполне можно было бы обойтись: нужно было более энергично встряхивать смесь. Однако роль поверхностно-активных добавок, как выяснилось, гораздо более значительна: они не только разделяют частицы, но и временно блокируют центры кристаллизации, а тем самым, мешая соприкосновению и взаимодействию воды и зернышек вяжущего материала, резко замедляют образование множества мелких кристалликов. В результате сдерживается нарастание прочности бетона, которое в начальный, укладочный, период обычно может принести только вред. Затяжка твердения бетонной; смеси, достигаемая в результате введения таких простых добавок, как сульфитно-спиртовая барда (не имеющий никакого другого применения отход производства спирта), позволяет аккуратно уложить бетонную смесь в форму или опалубку и в нужной мере ее уплотнить.

Вот теперь она, наоборот, должна твердеть, возможно, быстрее, набирая наибольшую прочность с наиболее полным использованием вяжущего материала, в данном случае цемента. С этой целью применяют цементы особо тонкого помола. На данном этапе пластификатор не замедляет твердения бетонной смеси, так как поглощается все новыми и новыми поверхностями во множестве образующихся мелких кристалликов.

И, наоборот, заставляя бетон быстро набирать прочность именно в начальный период твердения, можно значительно упростить процесс изготовления железобетонных конструкций...

В новой технологии производства песчанистых бетонов, разработанной Михайловым, о которой мы упоминали выше, регулирующая роль пластификаторов, разумеется, предусмотрена в полной мере.

- В будущем наши здания, - мечтает Петр Александрович Ребиндер, - приобретут совсем другой облик. Их стены и вообще все несущие конструкции станут тонкими. Они будут изготовлены из высокопрочного армированного бетона. Тепловую и звуковую изоляцию стен и перегородок обеспечат высококачественные легкие материалы ячеистой структуры. Наконец эти материалы сами по себе станут настолько прочными, что смогут заменить несущие конструкции из железобетона, особенно в малоэтажных зданиях. Стандартные детали для изготовления таких жилых домов будут делать из «теплого», то есть легкого, бетона. Это приведет к повышению качества жилищного строительства и резко снизит расходы на отопление.

Для контраста, подчеркивающего применимость воззрений на природу и управление строением твердого тела, которые характерны для физико-химической механики, назовем тут же оконное стекло, которое с новой точки зрения представляет собой переохлажденную жидкость с беспорядочно распределенными в ней мельчайшими кристалликами, задержанными в своем росте.

Задержка роста отдельных кристалликов вызывает образование все новых и новых зародышей, которые почти не будут увеличиваться по своим размерам, но, срастаясь, образуют необычайно прочные мелкокристаллические скопления. Такие высокодисперсные, как их называют (от слова «диспергирование», что означает тонкое измельчение), мелкокристаллические твердые тела обладают ценными механическими свойствами: большой твердостью и прочностью. Тут мы вплотную приближаемся к способам образования наиболее желательной структуры металлических сплавов, из которых изготовляются важнейшие детали и износостойкий инструмент, и еще шире: от изучения поверхностных явлений переходим к проблеме создания твердых тел с заданным качеством...

Чем ближе мы к сокровенным мечтам и чаяниям создателей физико-химической механики, тем меньше остается сомнений в том, что новая наука закономерно выходит как пограничная - в этом огромное ее достоинство! - и в то же время самостоятельная область знания на широкие пути творения «второй природы».

Один из самых значительных и важных парадоксов современной техники - грандиозный разрыв между «идеальной», исчисленной исходя из общих положений классической кристаллографии прочностью твердых тел, и их действительным состоянием Петр Александрович Ребиндер раскрывает в свойственной ему образной форме.

- Представьте себе, - говорит он, - отлично выкованную стальную цепь, у которой на каждые сто стальных звеньев - одно бумажное. И вы будете иметь представление о причинах малой прочности реальных тел, которые мы используем как материалы техники.

Когда мы читаем сообщения о том, что где-то разработаны такие-то и такие-то твердые сплавы, обладающие необычайной прочностью, мы всегда должны держать в уме своеобразный поправочный коэффициент. Прочность их могла бы стать в тысячу раз выше, если бы мы избавились от неизбежно - пока неизбежно! - присутствующих в них ничтожных количественно, но роковых изъянов.

Именно их милости обязаны мы тому, что они так долго ускользали от самого тщательного и придирчивого контроля, даже от всепроникающего рентгеновского луча.

Но сейчас враг опознан и выслежен!

Последствия этого переворота в науке еще только начинают сказываться, но они, несомненно, в ближайшее время отзовутся огромными сдвигами в технике.

Физико-химическая механика призвана решать такие важнейшие задачи, как усовершенствование механической обработки твердых тел, получение новых высококачественных строительных материалов. Она заставляет переосмыслить многие основы грунтоведения, почвоведения и инженерной геологии: ведь, изменяя условия взаимодействия твердых тел, частиц друг с другом и молекулами воды, можно управлять распределением влаги в почве и ее структурой.

Физико-химическая механика проливает свет на процессы твердения вяжущих веществ - извести, гипса, цемента и других клеев, которыми мы пользуемся для создания новых видов технических материалов и для их соединения.

Не знаю, сумел ли я передать читателю то яркое ощущение новизны и необычайности, которое возникает даже при беглом знакомстве с физико-химической механикой. Обыденность предметов, озаряемых новым светом, усиливает впечатление своеобразия этой интересной области явлений, с которой, вероятно, будет начинаться ознакомление учащихся с современной техникой. Физико-химическая механика - наука изобретателей, ибо, опираясь на широчайшую научную базу, она сметает пограничные знаки, которые разделяют владения различных отраслей техники. Тем самым физико-химическая механика открывает широчайший простор изобретательской мысли, ибо всегда велось так, что изобретения в большинстве случаев приходили «со стороны», сближая, по вещему слову Ломоносова, «далековатые предметы». Заповедная родина любых изобретений - наука, причем не одна какая-либо ее область, а вся наука. Конечно, не следует ставить знак равенства между научной работой и изобретательством, как ни близки они между собой. В этом случае имеется в виду не только научная изобретательность - мать открытий, но и новые подходы к истолкованию существа научных достижений, будь то новые орудия исследования, новые концепции, новые подходы к истолкованию существа технологических процессов, из которых техническое изобретательство вольно черпать полной горстью. Физико-химическая механика, как мы видели, весьма близкая технологии, не однажды еще проявит себя как один из наиболее полноводных питающих научных русел изобретательского творчества.

Ведь нет ни одной области техники, в которой повседневно не проявлялись бы новые трудности в обращении с материалами, и не возникла бы необходимость во все новых и новых приложениях физико-химической механики. Вот, к примеру, одно из наиболее важных практических свойств тел, которые человечество использовало во все периоды развития своей материальной культуры, а именно, - прочность. Кровля дома, как минимум, не должна обрушиваться на головы живущих, а орудия труда - ежеминутно ломаться. В младенческие годы техники прочность в этих целях «запасали» в изделиях на глазок: чем солиднее, тем прочнее. Сохранившееся кое-где стремление запасать такую избыточную, перестраховочную прочность в материалах (пережиток начальных ступеней технического развития) приобрело в наши дни ироническое название «коэффициента незнания». Но если с «запасанием прочности» в монументальных колоннах, тяжеленных постаментах машин, нерасчетливо громоздких фермах мостов можно было до поры до времени мириться, то это стало уж вовсе нетерпимым, когда здания пошли расти в высоту, а машины поднялись в воздух и началась борьба с граммом лишнего веса. Естественно, что требования к прочности облегчаемых конструкций не только не уменьшились, но, наоборот, возросли. Ведь «работать» материалу становилось все труднее и труднее. Десятилетия неторопливо и обстоятельно складывалась инженерная научная дисциплина, получившая сокращенное название «сопротивления материалов». Сопротивление - чему? Разумеется, разрушениям, которые могут возникнуть под действием внешних сил, тех или иных нагрузок. Даже в условиях постоянных, так называемых статических нагрузок, которые сравнительно нетрудно рассчитать, прочность материалов в десятки раз ниже расчетной. Почему? На этот вопрос ответа не было.

К этому прибавились крупные неприятности, которые были вызваны повышением скоростей обработки материала и движения механизмов. Материалы, применяемые для изготовления машин, работающих на больших скоростях, изведали грозную опасность, связанную с возникновением быстропеременных нагрузок. В отягченных условиях работы водяной удар, возникающий при разрыве крохотных воздушных пузырьков, оказался вполне достаточной причиной для разрушений могучих винтов скоростных океанских пароходов, а под действием крохотных, но всепроникающих вибраций рассыпался в воздухе не один самолет. В металле все чаще стала обнаруживаться коварная ползучесть - нарастание во времени так называемых остаточных, то есть необратимых деформаций. Появились такие странные термины, как «усталость» металла.

Не мудрено, что отставание теории, объясняющей все эти явления и указывающей научно обоснованные выходы из затруднений, ощущается все острее и острее. Вот что совсем недавно писал большой знаток проблемы прочности материалов, член-корреспондент Академии наук СССР Сергей Тихонович Конобеевский: «Как ни удивительно, но даже по основным представлениям существует резкое расхождение во взглядах и противоположные мнения. Более того, самые факты, наблюдаемые в области деформации кристаллических тел, нередко кажутся противоречивыми». В этих словах, разумеется, нет и следа сомнений в могуществе науки, которая немало сделала, чтобы дать конструкторам прочные и одновременно устойчивые по отношению к различным вредным воздействиям металлы, сплавы и керамику. Эти слова свидетельствуют лишь о серьезности положения. Наши знания о материалах и их поведении в новых, колоссально усложнившихся условиях работы внезапно потребовали существенного углубления и расширения.

Именно так об этом говорит известный советский физик и металловед академик Георгий Вячеславович Курдюмов:

- Уже сейчас, - утверждает он, - наши знания приводят к заключению, что потенциальные свойства металлов и сплавов используются в технике далеко не полно.

И вот еще бетон! О нем мы уже говорили, Ценнейшее промышленное сырье - цемент - до сего дня используется в бетоне лишь наполовину. Почему?

- Технологи далеки от современных физико-химических представлений о возникновении и свойствах структуры твердых тел, - так объясняет эти упущения академик Петр Александрович Ребиндер. Он принадлежит к числу рьяных противников «технического формализма». Что означает в понимании его самого и его единомышленников «технический формализм»? Это подмена творческих научных исканий эмпирическими рецептурными сведениями, основанными на давно устаревших взглядах, коренных научных решений - отдельными заплатками...

Но кто же, какая наука должна вытягивать производственников из пучины «технического формализма»?

До недавнего времени эта задача молчаливо признавалась достоянием отраслевой «специфики». Всяк «сверчок» знал свой «шесток».

Например, бетонщики заливали в формы жидкое цементное тесто разной консистенции и с разными наполнителями и путем бесчисленных проб терпеливо изыскивали способы ускорения или замедления его твердения.

Они бесплодно жаловались при этом на взбалмошные выходки бетона, который необъяснимым своим поведением срывал график строительных работ. Одни и те же пластификаторы, применяемые для одних и тех же марок цемента, действовали по-разному. Иногда происходило нормальное удлинение срока, в течение которого смесь сохраняла высокую пластичность, в других случаях - катастрофически и непоправимо быстрое окаменение бетона. В этой чехарде нельзя было обнаружить ни малейшего смысла...

Керамисты и металлурги - «на своем «шестке»- изыскивали способы получения готовых деталей, обладающих сверхпрочными поверхностями и не требующих дополнительной обработки, что было бы крайне затруднено именно в силу их главной особенности - повышенной твердости. Для этой цели они создали плодотворный метод выпрессовывания готовых деталей машин - или «головок» сверхстойких резцов из отдельных крохотных зернышек сверхтвердых сплавов и промежуточных «схватывающих» материалов, спекая их под давлением. Это интереснейшая и перспективная область металлокерамики и так называемой порошковой металлургии. И машиностроители в своем стремлении усовершенствовать, индустриализировать методы получения готовых изделий путем прессования металлических порошков наталкивались на противоречия, сбивавшие с толку. Одно из них состояло в том, что слишком рыхлые, пористые материалы оказывались недостаточно прочными. А чрезмерное их сдавливание при обработке приводило к тому, что готовые изделия, вынутые из форм, тут же снова рассыпались в порошок. Изделие «взрывалось» изнутри скрытыми перенапряжениями, которые поначалу никак не удавалось учесть...

К этому можно добавить недоумения авиастроителей, длительное время успешно эксплуатировавших гидросамолеты, лакокрасочные покрытия которых не претерпевали никаких существенных изменений под действием такой крайне неблагоприятной среды, какой с коррозионной точки зрения является морская вода, но набухали, покрывались мелкими пузырьками и выходили из строя, как только гидросамолеты перелетали на пресноводное озеро. Может быть, этот пример кому-нибудь покажется мелким и не заслуживающим особого внимания? Подобные сомнения неправомерны. Если бы, скажем, подводная часть теплохода «Грузия», на котором советские туристы совершают путешествия вокруг Европы, не была защищена лакокрасочным покрытием, коррозия уносила бы с поверхности обшивки около 10 - 15 тонн металла только за один рейс в течение одного месяца. Надо помнить, что в современном самолетостроении применяется более 200 наименований различных пленкообразующих материалов, которые сделали, в частности, возможным широкое применение в авиации магниевых сплавов. Надо учесть, что далеко не последнюю роль лаковые покрытия сыграли в преодолении «теплового барьера» при повышении стремительности полета за пределы звуковых скоростей...

Во всех этих столь разных на первый взгляд проблемах новейшей техники есть нечто принципиально общее.

При всем различии установок и способов достижения, казалось бы, несходных целей во всех приведенных выше случаях техника имеет дело с воссозданием или разрушением твердых тел, будь то бетонный монолит, металлокерамический резец или полимерная пленка. Все это разные виды так называемых структурированных систем.

Надо уметь их создавать и знать, как они разрушаются, - двуединость этой задачи легко проследить на любом из названных выше примеров.

Чтобы отлить бетонный монолит, надо получить сперва цемент тончайшего помола.

Прежде чем спрессовать и «запечь» твердосплавный резец для скоростной обработки металлов, надо получить тонкую смесь металлических и керамических порошков, которые в новом качестве проявят себя в слитной структуре звонкого брусочка металлокерамики. Для этого разработаны своеобразные приемы, которые столь же далеко отстоят от первой камнедробилки или мельницы с жерновами, как первобытный костер от электровакуумной люминесцентной лампы. А затем частицы порошка, которым предстоит подвергнуться всестороннему сжатию, должны быть особо тщательно уложены, чтобы занять друг относительно друга наиболее выгодные и удобные позиции. Это достигается при вибрировании...

Подобно тому, как плотность стены здания зависит от плотности и размеров кирпичей и качества извести и цемента, связывающего эти кирпичи в одно целое, так и «монолитность» тончайшей пленки защитного покрытия (на дюралевых листах самолетных крыльев мы ее даже не замечаем!) зависит от геометрической формы молекул вещества, а плотность упаковки молекулярных цепей - от энергии их взаимодействия, то есть от степени их сближения между собой. Так, скажем, пленки, полученные из перхлорвиниловой или полиэтиленовой смолы, обладают малой влагопроницаемостью потому, что такие смолы состоят из симметричных молекул линейного строения. Они располагаются в пленке, плотно прилегая друг к другу. Если же молекулы имеют боковые ответвления, то они прилегают друг к другу неплотно, из-за чего пленка получается пористой. На влагопроницаемость пленок влияет и гибкость молекулы полимера, из которого они образованы. Если внешние условия заставят молекулы полимера колебаться, между ними могут возникнуть мельчайшие зазоры, достаточные для проникновения молекул воды.

В приведенной истории загадочного разрушения окраски днища гидросамолета роковую роль сыграло весьма распространенное в природе явление самопроизвольного перехода чистого растворителя, в данном случае пресной воды, в раствор с большей концентрацией через полупроницаемую мембрану, какой явилась лакокрасочная пленка. Ранее проникшая под нее влага растворила солевые примеси пигментов, но этот раствор находился в равновесии с соленой морской водой. А чистая вода стала интенсивно просачиваться через пленку. Ведь по законам осмоса скорость ее перемещения должна быть прямопропорциональна разности концентраций раствора по обеим сторонам пленки... Силы возникшего при этом осмотического давления, достигавшего в пленке и под пленкой нескольких десятков атмосфер, и отрывали пленку от поверхности днища, нежданно-негаданно образуя на ней «водяные пузыри»...

Единственная цель углубления в подробности при рассмотрении каждого из приведенных примеров - наглядно показать, что во всех случаях речь идет о «пограничных» проблемах, исчерпывающее решение которых стало достоянием новой - «пограничной» же области знания. Она возникает на оживленном «перекрестке», я ли, как принято говорить, на «стыке» наук, смыкающих свои фронты для того, чтобы выработать новые походы для решения новых проблем. На этом «перекрестке» сходятся дороги молекулярной физики, физики твердого тела, кристаллофизики и кристаллохимии; сюда примыкает каким-то боком коллоидная химия. Каждая из этих наук имеет свои четко очерченные границы, проводимые отнюдь не для искусственного обособления, что, к слову сказать, имеет существенное значение в практике преподавания, но в основном определяется другой важнейшей тенденцией современной науки. Я имею в виду необходимость и неизбежность «траншейного» углубления в отдельные специальные области, ибо даже то немногое, что я успел рассказать читателю о работе ученых в современных условиях, достаточно наглядно показывает, насколько усложнился экспериментальный и теоретический арсенал изыскателей.

Но ведь эти тенденции противоречат друг другу! - может заметить внимательный читатель.

Несомненно! Однако это диалектическое противоречие проявляется во всех без исключения отраслях новейшего естествознания. Обе эти тенденции - и углубление специальных познаний в одной определенной области, и необходимость воспарить над отдельными узкими направлениями для того, чтобы иметь возможность познать их не только в различиях, но и уловить общность истоков и единство целей, - эти две тенденции, несомненно, в какой-то мере противоборствуют, а не исключают одна другую. Наоборот, они обязательно должны сосуществовать, ибо односторонность грозит тяжкими последствиями: либо потерей перспективы, отгороженной от взора лесом частностей, либо отрывом теоретической мысли от питающего почву эксперимента.

В содержательной и совсем не парадной речи на годичном собрании Академии наук СССР 22 февраля 1957 года, произнесенной в связи с получением совместно с английским ученым Хиншелвудом Нобелевской премии, академик Семенов не без некоторой полемической запальчивости поставил вопрос о том, что общепринятое деление научно-исследовательских институтов по отдельным наукам, таким, как механика, физика, органическая и неорганическая химия, начинает препятствовать правильной постановке исследования.

- Явления природы, - говорил он, - как правило, комплексны. Они ничего не знают о том, как мы поделили наши знания на науки. Если мы будем смотреть на явления природы только с точки зрения химиков и попытаемся судить о них, то мы попадем в положение человека, который смотрит на предмет с одной стороны и на основании этого делает заключение обо всем предмете. Иначе говоря, окажемся в положении глупца. Только всестороннее рассмотрение явлений с точки зрения физики, химии, механики, а иногда и биологии позволит распознать их сущность и применить к практике. Я это давно понял, занимаясь вопросами горения и взрывов. Все это относится и к полимеризации, и к катализу, и к учению о редких элементах, и т. п.

Глубокая мысль! Она откликается на знаменательные процессы, которые происходят в науке повсеместно. Стоит напомнить, что у стартовой площадки советских космических кораблей, у этой шумной колыбели современной астронавтики, присутствовали заключившие добровольный творческий союз десятки специально для этой встречи сблизившихся отраслей науки и техники. В этом сближении проявилось совокупное влияние и новых потребностей техники и логики развития самой науки.

А когда наступает плодотворное единство теории и практики, о котором постоянно напоминает нам чудесный греческий миф об Антее, появляются практически важные результаты. О них, применительно к области нашего повествования, говорил на XXII съезде КПСС президент Академии наук СССР Мстислав Всеволодович Келдыш: «Разработка физической теории пластичности и прочности твердых тел уже дала ряд результатов по созданию высокопрочных материалов, пригодных для длительной эксплуатации под большими нагрузками при высоких температурах и больших скоростях. Получен ряд материалов, во много раз более прочных, чем обычно применяемые».

Впереди создание материалов с прочностью межатомных связей, в сотни раз превышающей прочность обычных...

предыдущая главасодержаниеследующая глава




Rambler s Top100 Рейтинг@Mail.ru
© Злыгостев Алексей Сергеевич, 2001-2017
При копировании материалов активная ссылка обязательна:
http://nplit.ru 'NPLit.ru: Библиотека юного исследователя'