Занимательно о химии - Лев Власов

Странное занятие на первый взгляд выбрал себе солидный человек, к которому все знакомые относились с большим уважением.

Сначала он изготовлял небольшие металлические диски. Много десятков дисков — медных и цинковых. Потом принялся вырезать кружочки из губки и пропитывал их соленой водой. Затем человек стал накладывать свои заготовки друг на друга так, как ребенок строит пирамиду. Правда, при этом соблюдалась определенная последовательность: медный диск — губчатый кружочек — диск из цинка. Одно и то же сочетание кружочков повторялось много раз. Словом, до тех пор, пока столбик не обрушивался.

Человек прикоснулся мокрыми пальцами к основанию своего оригинального сооружения — и тут же отдернул руку. Как говорится в просторечье, его основательно «дернуло» электрическим током.

Так в 1800 году знаменитый итальянский физик Алессандро Вольта изобрел гальванический элемент — химический источник тока. Электричество в «вольтовом столбе» возникало благодаря химическим реакциям.

Это было рождение новой науки — электрохимии.

В руках ученых появился прибор, который позволял в течение длительного времени получать электрический ток. До того момента, пока в «вольтовом столбе» не прекратятся химические процессы.

Заманчивым казалось выяснить, как действует электричество на самые различные вещества.

Англичане врач Карлейль и инженер Никольсон выбрали в качестве объекта изучения воду. К тому времени у химиков было достаточно оснований утверждать, что вода состоит из водорода и кислорода. Но окончательно подтвердить эту догадку на опыте как-то не удавалось.

Ученые использовали электрическую батарею, состоящую из 17 элементов Вольта. Она давала очень сильный ток. И вода бурно стала разлагаться на два газа — водород и кислород, начался ее электролиз. Именно так называют процесс разложения веществ электрическим током.

Сотни и тысячи доменных печей выплавляют сталь и чугун во всем мире. Экономисты в разных странах скрупулезно подсчитывают, сколько миллионов тонн металла приготовлено в этом году, делают прогнозы, сколько выплавят в следующем.

И те же экономисты сообщают нам потрясающий факт: каждая восьмая домна работает впустую. Ежегодно около 12 процентов добычи металла бесславно теряется для человечества, приносится в жертву беспощадному врагу…

Этот враг попросту именуется ржавлением. Наука называет его коррозией металлов.

Гибнут не только черные, гибнут и цветные металлы — медь, олово, цинк.

Коррозия — это окисление металлов. Ведь большинство из них не очень-то устойчивы в свободном состоянии. И даже на воздухе блестящая поверхность металлического предмета со временем покрывается зловещими разноцветными разводами окисей.

Окисляясь, металлы и сплавы утрачивают свои многие ценные качества. Ухудшается прочность и эластичность, снижается теплопроводность и электропроводность.

Раз начавшись, процесс коррозии не останавливается на полпути. Пусть не сразу, но «рыжий дьявол» до конца поедает металлическое изделие. Молекулы кислорода попадают на поверхность металла. Образуются первые молекулы окисла. Возникает, как говорят, окисная пленка. Она достаточно рыхлая, и через нее, как сквозь сито, «просеиваются» атомы металла, чтобы немедленно окислиться. И наоборот, через поры пленки лезут в глубь металла кислородные молекулы и продолжают свою разрушительную работу.

В более агрессивном химическом окружении процесс коррозии течет стремительнее. Хлор, фтор, сернистый газ, сероводород не менее опасные враги металлов. Когда металл корродирует под действием газов, химики называют это явление газовой коррозией.

А различные растворы? И они страшны для металла. Например, обыкновенная морская вода. Громадные океанские суда приходится время от времени отводить в доки на капитальный ремонт: менять изъеденную коррозией обшивку днища и бортов.

Впрочем, послушайте-ка историю о том, как однажды жестоко просчитался один американский миллионер.

Он пожелал иметь лучшую яхту в мире. Заказал проект, придумал волнующее название «Зов моря». Денег не жалел. Исполнители из кожи вон лезли, чтобы угодить заказчику. Оставалось немногое — отделать каюты.

Но яхта так и не вышла в море. Море ее не дозвалось. Корпус и днище яхты незадолго до торжественного дня оказались разрушенными коррозией.

Почему? Да потому, что коррозия — это процесс электрохимический.

Строители яхты хотели обшить ее днище так называемым монель-металлом — сплавом из никеля и меди. Их решение было правильным: ведь этот сплав, хотя и дорог, но зато очень устойчив к коррозии в морской воде. Устойчив, но механически не очень прочен. И многие детали судна пришлось делать из других металлов — специальных сталей.

Это и погубило яхту. В местах соприкосновения монель-металла и стали возник мощный гальванический элемент, и днище моментально начало разрушаться. Финал был печален.

Огорчение миллионера не поддавалось описанию, а строителям яхты пришлось навсегда запомнить один из законов коррозии: ее скорость резко увеличивается, если в основной металл добавляются другие, которые образуют с ним гальванический элемент.

Много веков стоит в Дели удивительная колонна. Потому удивительная, что сделана она из чистейшего железа. Время над ней не властно. Века проходят, а колонна все выглядит как новенькая, не ржавеет. Словно коррозия изменила здесь своим привычкам…

Как древнейшим металлургам удалось выплавить чистое железо — полнейшая загадка. Кое-кто из горячих умов утверждал, что не человеческих рук это дело. Дескать, пришельцы из иных миров воздвигли этот обелиск в память своего пребывания на Земле.

Но если лишить колонну загадочного ореола ее происхождения, остается чрезвычайно важный для химиков факт: чем чище металл, тем медленнее разрушается он коррозией. Хочешь успешно бороться с ней, применяй как можно более чистые металлы.

И не только одна чистота здесь существенна. Важно, чтобы поверхность металлической детали была обработана тщательно. Ведь отдельные «бугорки» или «впадины» могут, оказывается, играть роль посторонних включений. Ученым и инженерам удалось достичь почти идеальной гладкости поверхности. Изделия с такой поверхностью уже нашли применение в конструкциях ракет и космических кораблей.

Итак, проблема борьбы с коррозией решена? Отнюдь нет. Получить очень чистые металлы, и притом в огромных количествах, — дело трудоемкое, сложное, да и весьма дорогое. Опять же техника больше предпочитает иметь дело со сплавами: у них ведь гораздо богаче диапазон различных свойств. А сплав — это уже два металла как минимум.

Правда, химики достаточно хорошо изучили всевозможные механизмы коррозии. И, готовясь получить новый сплав с заранее заданными свойствами, внимательно обдумывают и «коррозионную» сторону вопроса. Теперь создано много сплавов, отличающихся большой устойчивостью к коррозии.

В быту повсюду встречаются оцинкованные и луженые изделия. Железо покрывают пленкой цинка или олова для предохранения от ржавления. До поры до времени помогает и такой способ. Или вспомните железные крыши домов, покрашенные плотным слоем масляной краски.

Ослабить, уменьшить коррозию — это значит еще и каким-то путем резко замедлить скорость электрохимических реакций, которые составляют суть коррозионного процесса. Для этого и применяют специальные неорганические и органические вещества — так называемые ингибиторы.

Сначала их искали ощупью. На них наталкивались случайно.

Оружейники еще в допетровской Руси применяли любопытный способ. Чтобы очистить ружейные стволы от окалины, они промывали (протравляли) их серной кислотой. А в кислоту предварительно насыпали пшеничные отруби. Благодаря этому примитивному методу удавалось предохранить металл от растворения в кислоте.

Теперь поиск новых ингибиторов не вдохновенное искусство, не ожидание счастливой случайности, а точная наука. Известны сотни самых разнообразных химических замедлителей коррозии.

О «здоровье» металлов следует заботиться ранее, чем они «заболеют» коррозией. Вот главная задача химиков — врачевателей металлов.

Сколько известно состояний вещества? Современные физики насчитывают — ни много, ни мало — семь. Три из них весьма широко известны: газ, жидкость, твердое тело. Собственно, в обиходе ни с какими другими мы практически не встречаемся.

Да и химия довольствовалась ими в течение многих столетий. И лишь в последнее десятилетие она стала иметь дело с четвертым состоянием вещества. С плазмой.