Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация. Марк Медовник
Читать онлайн книгу.
сравнительно мягкий металл – золото. Мягкий настолько, что обручальные кольца обычно делают из сплава, в противном случае они быстро покрываются царапинами. Совсем небольшая, всего в несколько процентов, добавка другого металла, например серебра или меди, не только меняет цвет золота: серебро отливает белизной, а медь красным, – но и придает ему твердость. Эта чувствительность металлов к малейшим примесям поистине завораживает. Вы спросите, куда же деваются атомы серебра в золотом сплаве. Ответ прост: они встраиваются на место атомов золота. Как раз эта замена в кристаллической решетке и делает золото тверже.
Сплавы практически всегда тверже чистых металлов по одной простой причине – атомы добавок (присадок) отличаются по размеру и химическим свойствам от атомов основного металла. Поэтому, встраиваясь в кристалл основного металла, они вызывают всевозможные механические и электрические деформации, затрудняющие перемещение дислокаций. В итоге металл твердеет, поскольку его кристаллам труднее менять форму. Таким образом, сплавы нужны, чтобы помешать движению дислокаций в кристаллах.
Сплав золота с серебром на уровне атомной структуры. Атомы серебра замещают часть атомов золота в кристаллической решетке
В природе атомные замены происходят и с другими кристаллами. Скажем, кристалл чистого оксида алюминия не имеет цвета, но примесь атомов железа придает ему голубоватый оттенок, и он превращается в драгоценный камень сапфир. А если оксид алюминия смешать с хромом, получится рубин.
Три века цивилизации: медный, бронзовый, железный – отражают постепенный переход к твердым сплавам. Медь – слабый металл, но он встречается в природе и легко плавится. Бронза – сплав меди с небольшим количеством олова, иногда мышьяка, – гораздо тверже меди. Итак, у вас есть медь, и вы представляете себе, что вы хотите из нее сделать. Немного усилий, и можно ковать оружие и бритвенные лезвия в десять раз прочнее и тверже медных. Но не все так просто. В естественной среде олово и мышьяк чрезвычайно редки. Торговые пути с таким трудом прокладывали именно затем, чтобы доставить олово из далеких Корнуолла или Афганистана в центры цивилизации на Ближнем Востоке.
Современные бритвенные лезвия тоже сделаны из сплава, но, как я объяснил Брайану, это сплав особый, он был загадкой для наших предков на протяжении многих тысячелетий. Сталь гораздо прочнее бронзы, а два ее компонента – железо и углерод – в изобилии присутствуют в земной коре. Практически любая горная порода содержит железо, а углерод входит в состав любого горючего материала. Но наши предки не понимали, что сталь – это сплав, что уголь не просто сгорает в кузнечном горне, но в процессе плавления отдает углерод, который проникает в кристаллы железа. Причем фокус удается только с железом – с медью, оловом или бронзой такого не происходит. Видимо, первобытным людям это казалось невероятной тайной. Лишь теперь, в свете квантовой механики, мы можем