Эфир. Русская теория. - Владимир Антонов

Охарактеризуем полученный атом бора с точки зрения его присоединительных способностей: у него — четыре петли и два присасывающих желоба; петли — попарно сомкнувшиеся, а желоба — неконтурные и с разворотом (выкрученные).

Между собой атомы бора могут соединяться только с помощью петель. Достаточно иметь повышенную температуру и (или) повышенное давление, чтобы петли атомов раскрылись и начали перекрестно соединяться между собой. Раскрытию петель способствуют выкрученные шнуры; они после такого раскрытия становятся прямыми, но одна из пар петель вынуждена при этом развернуться так, что ее присасывающие воронки оказываются снаружи, а сами петли расходятся веером.

Стереометрия бора принципиально ни чем не отличается от стереометрии углерода; более того, атомы бора могут соединяться с атомами бора вперемежку, образуя хорошо известные три аллотропических модификации: пространственную, плоскостную и линейную. Атом бора может присоединить к четырем своим петлям четыре атома водорода; возможны также сложные петлевые соединения в одну молекулу нескольких атомов бора и нескольких атомов водорода в самых замысловатых комбинациях. Петлевые соединения атомы бора могут образовывать с атомами всех тех химических элементов, которые имеют также петли, то есть с неметаллами.

С атомами металлов атомы бора могут соединяться только с помощью присасывающих желобов; при этом его желоба вынуждены выпрямляться (избавляться от выкрученности) и раскрывать с одной стороны петли, а открытые петли, то есть петли с открытыми присасывающими воронками, ведут себя агрессивно: они готовы присосаться к первой попавшейся петле и при том даже высвобождают тепло. Соединение атомов бора с помощью желобов может осуществляться не только с атомами металлов, но и с атомами других химических элементов, у которых есть присасывающие желоба; а такие соединения могут иногда вызывать распрямление атомов бора в первоначальный длинный овал с двумя петлями на концах; такой вытянувшийся атом бора может опутывать другие атомы самым замысловатым образом.

Соединение петлями — наиболее прочное, поэтому пространственные модификации из атома бора тоже очень прочные; этому способствует еще и то, что атомы бора образуют очень простые, прямоугольные конструкции (кубические кристаллы), в которых могут отсутствовать случайные искажения — так называемые дислокации. Тепловые движения атомов поглощаются их прямыми участками и почти не затрагивают петель; отсюда — довольно высокая температура плавления. Плотность бора, определяемая расположением шнуров в межатомных соединениях, не очень высокая, но все же выше чем у бериллия, в 1,24 раза.

Идеально построенные кубические кристаллы бора имеют такую простую решетку, сквозь которую может свободно проникать свет; такие кристаллы прозрачны. Сквозь искаженные кристаллы или кристаллы с вкраплениями атомов других химических элементов свет свободно проникать не может и поглощается атомами; отдают они его уже на более низких частотах красного спектра или даже в невидимом инфракрасном диапазоне, — все зависит от собственных частот прямых участков между концевыми петлями; такие кристаллы либо бурые, либо даже черные.

4.6. Углерод

Углерод занимает шестую позицию в таблице Менделеева; его атомная масса равна 12,011. При обычных условиях он химически инертен, при высоких температурах соединяется со многими элементами. Температура плавления углерода равна 4020 градусов Кельвина. В природе известны в основном две кристаллические формы углерода — алмаз и графит.

Алмаз — полиморфная модификация углерода; в виде кубической сингонии алмаз бесцветен, но его октаэдрические кристаллы приобретают окраску. Плотность алмаза равна 3, 5 грамма в кубическом сантиметре. Он — самый твердый природный материал, обладает высоким показателем оптического преломления и в виде крупных кристаллов относится к числу драгоценных камней. Алмаз — полупроводник.

Графит — наиболее распространенная и устойчивая гексогональная полиморфная модификация углерода, имеющая чешуйчатые агрегаты. Цвет графита — от темно-серого до черного. Его плотность равна 2,2 грамма в кубическом сантиметре. Графит огнеупорен (изделия из него выдерживают температуру в 3700 градусов Цельсия) и вообще химически стоек; он обладает электропроводностью. В технике он используется в качестве твердой смазки.

Известны также линейные полимеры углерода — карбин и поликумулен; они представляют собой высокопрочные нити, которыми армируют композиционные материалы. Карбин обладает полупроводниковыми свойствами: под действием света его проводимость сильно увеличивается.

Углерод может соединяться с металлами, образуя карбиды. Карбиды вольфрама, титана, тантала и ниобия очень тугоплавки, тверды, износостойки, жаропрочны; из них изготовляют пластины режущих инструментов; детали из карбидов используют в турбинах и реактивных двигателях.

Но больше всего известны органические соединения углерода: они являются основной составной частью растительного и животного мира. Все горючие ископаемые — нефть, газ, торф, сланцы — построены на углеродной основе; особенно богат углеродом каменный уголь. Кроме природных существует множество искусственных полимеров на основе углерода. Общее число известных науке органических соединений превышает 7 миллионов.

Топология атома углерода

Вместе с бором углерод занимает на размерной шкале атомов диапазон приблизительно от 18 000 до 25 000 связанных электронов; «официальный» размер атома углерода, соответствующий его атомной массе, составляет 22 100 электронов. Атомы изотопов углерода могут отличаться размерами друг от друга довольно значительно; их разброс может составлять 4 500 электронов или приблизительно 20 процентов от номинала. В среднем атом углерода больше атома бора на 3 400 электронов; это, как раз, — то увеличение, которое делает углерод отличающимся от бора; а это отличие, главным образом, состоит в том, что у углерода не бывает тех «агрессивных» проявлений, какие есть у бора.

Топология атома углерода почти не отличается от топологии атома бора. Точно так же первоначальный тор деформируется в овал; потом на концах овала образуются петли; эти петли загибаются, стыкуются своими вершинами, еще раз загибаются, уходят, слипаясь, внутрь, отклоняются в сторону, выворачиваются и вытягиваются, образую в результате четырехшнурный жгут со спаренными петлями на концах.

Топология атома углерода по линии литий-бериллий-бор-углерод — основная, но возможен и такой вариант, когда литиево-бериллиевый загиб петель внутрь не происходит. В нем отпадает необходимость, если концевые петли овала случайным образом загнутся так, что их присасывающие стороны окажутся обращенными друг к другу, то есть во внутрь. Устремившись навстречу и столкнувшись вершинами, петли начнут взаимно присасываться и вытягиваться в линию, образуя на другом конце шнуров вторичные петли. Таким образом атом углерода сразу же приобретает свою окончательную вытянутую формы. Вторичные петли в таком случае оказываются взаимно отталкивающими: их присасывающие стороны будут располагаться снаружи. Отталкиваясь, они разойдутся веером и поспешат присосаться к таким же петлям других атомов. В крайнем случае, если этим петлям не представится возможность найти себе пары на стороне, они, выкручиваясь, замкнутся сами на себя. Такова топология окончательно сформировавшегося одиночного атома углерода. У него, как и у атома бора, — четыре петли и два желоба; петли — попарно сомкнувшиеся, а желоба — выкрученные.

Стереометрия аллотропии углерода

Атомы углерода могут объединяться между собой в разных комбинациях, и каждый вид объединений дает свою оригинальную аллотропическую модификацию. Соединения осуществляются в основном петлями, но могут быть и соединения атомов с помощью желобов.

Для того, чтобы атомы углерода начали соединяться между собой петлями, последние необходимо предварительно раскрыть. Осуществить это можно различными способами: тепловым воздействием, давлением, жесткими волнами эфира, с помощью катализаторов или комбинацией этих факторов. Наиболее распространенную аллотропическую модификацию углерода — графит можно получить, например, путем нагревания антрацита без доступа воздуха. Рассмотрим этот процесс более подробно.

Одиночный атом углерода, как мы отмечали, представляет собой дважды сложенное кольцо: сначала исходный тор сплющивается в овал, то есть растягивается, а потом складывается еще раз; полученная конфигурация напоминает фигуру шва теннисного мяча. Если вдвое сложенный замкнутый шнур атома углерода растянуть, то на концах образуются парные петли. (Напомним, что радиусы этих петель равны 285 шарикам.) Полученная форма одиночного атома — не окончательная: одна из пар петель окажется сложенной отталкивающими сторонами — такого быть не может, и эти петли постараются как-нибудь вывернуться, чтобы вновь соединиться, но уже обратными присасывающими сторонами. Длина сложенного атома углерода позволяет это сделать, и петли развернутся и сложатся, но при этом спаренные шнуры, то есть желоба, будут выкручены. Очевидно, такая форма одиночного атома углерода не очень устойчива, так как в ней присутствует противоборство желобов и петель: выкрученные желоба хотели бы выпрямиться в ущерб слипшимся петлям, а те, в свою очередь, будут всеми своими силами сохранять свое слипание.