Реферати українською » Биология и химия » Вісмут - "Відрядження" в космос


Реферат Вісмут - "Відрядження" в космос

Страница 1 из 2 | Следующая страница


С.І.Венецкий


Одного з літніх днів 1976 року, коли навколо Землі спілкувалась орбітальна наукова станція ">Салют-5", члени її екіпажу космонавти Б. Волинов і У. Жолобов повідомили у Центр управління польотом, відповідно до програми вони провели черговий технологічний експеримент під назвою "Сфера".


Ким тільки доводиться бути космонавтам під час польоту! Вони і геологи, і біологи, і медики, і фізики, і хіміки - та хіба перелічиш всі ці небесні професії. Цього разу - щодо експерименту "Сфера" - космонавти перетворилися на металургів, які металургійним "цехом" став компактний прилад, з допомогою якого потрібно було досліджувати процес затвердіння рідкого металу у умовах невагомості. Точніше, скориставшись відсутністю земних сил тяжкості, космонавти мали дістати цьому приладі ідеальні формою металеві кульки.


Що ж являє собою прилад і якому металу судилося однією з перших ввійти у літопис космічної металургії? Прилад складається з спеціального "магазину" з металевими заготовки,електронагревателя та прозорішоголавсанового мішечка.Металлом ж, який упав вибір учених,планировавших цей експеримент, виявився відомий вже понад сто років званий сплавВуда, що з вісмуту, свинцю, олова і кадмію (у відсотковому співвідношенні приблизно 4:2:1:1). Основна робоча характеристика сплаву - низька температура плавлення (близько 70 °З). Саме ці заслуги сплавуВуда і було видана "путівка" в космічні дали: ніж легше плавиться метал, тим конструктивно простіше й, отже, компактніші то, можливо прилад, але це обставина в космонавтиці має першочергового значення.


Отже, в відведений для експерименту час космонавти включили прилад і крихітна заготівля, схожа на шматочок олівцевого грифеля, надійшла з "магазину" в трубку нагрівача. Тут заготівля швидко перетворилася на краплю і спеціальний пристрій виштовхнуло їх улавсановий мішечок. Якби все відбувалося Землі, крапелька відразу ж впала на дно, на цьому досвід скінчився, несостоявшись. У космосі ж кулька з розплавленого металу, розпрощавшись ізнагревателем, починає парити в невагомості. Швидкість виштовхування краплі й розміри мішечка обрані з такою розрахунком, аби піти до моменту зустрічі з його стінками метал вже встиг затвердіти. Крапля, ще крапля, ще - і вже отримано багато крихітних матових намистин.


">Шарики на кшталт нічого, симпатичні, - коментував побіжно бортінженер У. Жолобов. - Приємно дивитися, як розплавлені крапельки ширяють в невагомості, застигають, ні із чим не дотикаючись навзаєм".


І ось експеримент "Сфера" закінчено. Отже, яку практичну користь він принесе? Чи варто у космосі "город городити" тільки через те, щоб зібрати врожай металевих горошинок, навіть ідеальної сферичної форми? Та й чи матиме їхня форма ідеальної?



Якщо вони самі виявляться успішними, перед технологами відкриються привабливі перспективи: либонь у земних умовах, що з металевої заготівлі отримати кулька для підшипників, потрібно виконати одинадцять різних операцій, втративши у своїй чимало металу у відходи. Так при цьому і структура поверхневого шару кульок часом залишає бажати кращого. Саме тому можна припустити, що Витрати подорож сплавуВуда до космосу з лишком окупляться, коли на навколоземній орбіті почне діяти перший космічний підшипниковий завод. І цей час незабаром настануть...


Поки що ж спустімося з неба на Землю і познайомимося з головним компонентом сплавуВуда вісмутом - сріблисто-білим металом з незначноюрозоватим відтінком. Перші нагадування про нього у хімічної літературі ставляться до XV віці. Щоправда, тоді багато хіміки плутали вісмут зі свинцем, оловом і сурмою. Так було в одному залхимических словників вісмут описується, як "всякий найлегший,бледнейший ідешевейший свинець".


Зате відомий металург і мінералог середньовіччя Георг Агрікола у своїй книжці "Про родовищах і рудниках старий і винесла нове час", написаної 1546 року, збудував вісмут до рангу однієї з основних металів, додавши його до відомої з давнини "чудової сімки" - золоту, сріблу, міді, залозу, свинцю, олову і ртуті. Проте остаточно "права громадянства" вісмут знайшов лише у вісімнадцятому сторіччі. Цьому металу, мабуть, як не жодного іншого хімічному елементу, з назвами: за підрахунками деяких учених, у літературі XV-XVIII століть можна зустріти більш 20 "псевдонімів" вісмуту у тому числі такі виразні, якдемогоргон,глаура, німфа.


Про походження слова "вісмут" є безліч версій. Одні науковці вважають, що у основі його лежать німецькі коріння ">wis" і ">mat" (спотворенеweissemasse іweissemateria) - білий метал (точніше, біла маса, біла матерія). На думку інших, назва походить від німецьких слів ">wiese" (луг) і ">muten" (розробляти рудник), оскільки це метал ще давні часи добували в луках Саксонії, біляМейсена. Треті стверджують, щовисмутовими рудами був округВизен у Німеччині - йому, мовляв, і зобов'язаний метал назвою. З погляду четвертих, слово "вісмут" - нічим іншим, як арабське "біисмид", т. е. схожий на сурму.


Важко сказати, яка з версій найбільш правильна. Навіть Велика радянська енциклопедія не береться дозволити цю суперечку і тільки лаконічно помічає: "Походженняназв. "У" встановлено". СимволBi вперше увів у хімічну номенклатуру видатний шведський хімікЙ.-Я.Берцелиус.


Ще старовину сполуки вісмуту широко застосовувалися як фарби, грим, косметичні кошти. Так, на Русі, наприклад, представниці слабкої статі охоче користувалися різними білилами, зокрема івисмутовими, що інколи називалися також іспанськими. Один англієць, відвідавши русскоє ґосударство у середині XVI століття, зазначав, що "так намазують свого обличчя, що майже відстані пострілу можна побачити наліплені на обличчях фарби; всього кращі за їхніх порівняти з дружинами мірошників, оскільки вони такі, начебто близько їх посадових осіб вибивали мішки борошна".


Інша давня "професія" вісмуту, точніше його сполук, - медицина. У цьому благородному терені він продовжує працювати й у наші дні: багато ліків, присипки і мазі, застосовувані як антисептичні ізаживляющие кошти за лікуванні шкірних і шлунково-кишкових захворювань, опіків, ран, перебувають у тому чи іншому вигляді вісмут. Невипадково фармацевтична промисловість - одна з основних споживачів цього металу.


У техніці ж вісмут здавна відомий своїмилегкоплавкими сплавами. Ось написане на одній із книжок, виданих понад сто тому: "У сплавах вісмут вживається єдино оскільки він надає їмлегкоплавкость. Тому цим металом користуютьсяоловянщики іорганщики, коли він потрібно мати особливолегкоплавкий препарат.Оловолитчики також додають трохи вісмуту для полегшення розплавлювання металу, ніж, звісно, не покращують свого товару, оскільки вісмут робить все сплави ламкими".


Сьогодні ">словолитчики", щоправда, не застосовують вісмут як компонента типографського сплаву, але у інших галузях різні сплави вісмуту (у тому числі вже знайомий вам сплавВуда) знаходять чимало роботи.Пожарники, наприклад, можуть спати спокійно, якщо вогненебезпечні об'єкти обладнані автоматичними вогнегасниками зплавкими запобіжниками з сплаву вісмуту коїться з іншими металами. Варто температурі у приміщенні перевищити певний рівень, зволікання від цього сплаву розплавляється, спрацьовує реле і різкий дзвінок попереджає про небезпеку. Є й такі устрою, що сигналізують про пожежі, а й, без очікування допомоги з боку, обрушують на полум'я потоки води, а прибулим пожежникам залишається тільки констатувати, що вогонь ліквідований, і знову привести пристрій до стану "бойової готовності".


Сплав вісмуту зі свинцем і ртуттю плавиться вже за часів терті і тому використовується виготовлення металевих олівців.Легкоплавкие сплави нависмутовой основі дозволяють надійно згуртувати скло з металом. З сплавуВуда можна відлити чайну ложечку, яка... розплавиться за першого ж перемішуванні нею гарячого чаю. Зрозуміло, впосудо-хозяйственном магазині таку ложку не зустрінеш, зате на уроці фізики "чаювання" з її допомогою дає можливість вирішила унаочнитилегкоплавкость сплавуВуда.


Цей сплав має і високими ливарними властивостями, завдяки чому легко заповнює дрібні деталі форми. З нього роблять моделі для виливки складних деталей, його для заливання металографічнихшлифов, "бере участь" в зуболікарському протезуванні.


Для деяких сплавів вісмуту характерні унікальні магнітні властивості. Так, з його сплаву з марганцем виготовляють сильні постійні магніти. Сплав вісмуту з сурмою, який виявляє у магнітному полі аномальний ефектмагнитосопротивления, використовується для швидкодіючих підсилювачів і вимикачів. Добавка вісмуту (всього 0,01%) до сплавів з урахуванням алюмінію і заліза покращує пластичні властивості матеріалу, спрощує його обробку. Таку ж послугу надає вісмут і нержавіючої стали.


А олову він допомагає вилікуватися хронічного захворювання, званого "олов'яної чумою": при низьких температурах цей метал розсипається на порох. Причина цього - перехід однієї різновиду олова до іншої, з вільнішою розташуванням атомів в кристалічній решітці (зване біле олово перетворюється на сіра). Атоми ж вісмуту, додані до олову, хіба що цементують його грати, аби дати їй зруйнуватися при перебудові, викликаної таким перетворенням. Дуже перспективні сполуки вісмуту з телуром як матеріалу длятермоелектрогенераторов. Сприятливе поєднання теплопровідності, електропровідності ітермоелектродвижущей сили обумовлює високий коефіцієнт корисної дії перетворення теплової енергії у електричну. До речі, перша батареятермоелементов, створена приблизно півтора століття тому виконана з спаяних зволікань сурми і вісмуту.


У космонавтиці, медицині та багатьох інших галузях використовується сьогодні термоелектричне охолодження. Ще 1834 року французький фізик ЖанПельтье зауважив, що й через електричну ланцюг, що складається із провідників різного типу, скажімо заліза і вісмуту, пропустити постійний струм, то місці їхнього сполуки поглинається певна кількість теплоти. Це, що його ефектомПельтье, довгий час не знаходило практичного застосування, оскільки що у місці дотикання металів охолодження було досить незначним.


І ось через понад сто радянський академік А. Ф. Йоффе запропонував замінити метали в термоелектричних пристроях напівпровідниковими матеріалами, зокрема сполуками вісмуту, телуру, селену і сурми. Саме тоді ефектПельтье став воістину ефективним засобом охолодження. Виявилося можливим створення його основі холодильника нових типів, у якому переносником тепла служать не рідини чи гази, як у звичайному холодильнику, а електрони. Крихітні електронні холодильники, завбільшки з наперсток, плавно знижують температуру до -50 °З. Важливою особливістю таких холодильників і те, що й легко можна перетворити на... нагрівачі: цього потрібно лише змінити напрям струму.


вспихивающих", коли ними падає промінь автомобільної фари. Відомі з давніх-давен косметичні нахили вісмуту виявляються сьогодні у створенні з допомогою його солей перламутровій губної помади.


Останніми роками увагу багатьох учених прикута явищем надпровідності. Відкрите ще 1911 року голландським фізиком X. Камерлінг-Оннесом, це властивість деяких металів і сполук - поблизу абсолютного температурного нуля практично безперешкодно пропускати електричний струм - довгий час представляло суто науковий інтерес. Бурхливий розвиток науку й техніки у другій половині ХХ століття зв'язало зі надпровідністю грандіозні практичні перспективи, насамперед у галузі енергетики. Та й щоб перспективи стали реальністю, потрібно відсунути якнайдалі від абсолютного нуля поріг надпровідності, т. е. ту критичну температуру, коли він речовина стрибкоподібно втрачає здатність опиратися електричному струму. Пошуки учених спрямовані створення про високотемпературних надпровідників - матеріалів, здатних отримувати це властивість при порівняно легко досяжних температурах. На думку ряду фахівців, такими матеріалами можуть бути полімери, "начинені" дрібними частинками металів.


Не недавно радянські хіміки зробили перший крок було по дорозі розв'язання проблеми. Піддаючи електролізу водний розчин солей свинцю і вісмуту у присутностітолуольного розчинуполидифенилбутадиена, вони зуміли отриматиметаллополимер, який містить близько 80% дисперсних (діаметром кілька мікрон) частиноксвинцововисмутового сплаву. Оскільки метал впроваджувався в полімер в останній момент освіти з солі, не встигаючиокислиться, поверхню частинок становила майже ідеально чистої. Як засвідчили випробування нового матеріалу, температура переходу їх у надпровідний стан, хоч далека від бажаної, але помітно вище, ніж в чистого сплаву тієї самої складу. Отже, можна сподіватися, що такі кроки у цьому напрямі дозволять досягти поставленої мети.


Цікаві результати отримали і американські вчені з Мічиганського університету. Вони виявили, що вісмут, "забруднений" невеликою кількістю атомів олова чи телуру, за температур 0,03-0,06 До знаходить надпровідність, тоді як чистий метал цією властивістю обділений. Змінюючи концентрацію домішки, можна кілька зміщувати поріг провідності вісмуту у той чи інший бік.


До цього часу йшлося і про сплавах і хімічних з'єднаннях вісмуту. Але свій, мабуть, найважливішу і відповідальну роль - теплоносія в ядерні реактори - вона віддає перевагу виконувати в гордій самоті. Цю роль метал запрошений невипадково: плавиться він пройшов за порівняно низької температури (271 °З), а кипить за досить високої (1560 °З). Широкий інтервал температур, у яких вісмут досі у рідкому стані, разом із хімічної стійкістю, пожежної безпекою І що найголовніше, здатністю розсіювати теплові нейтрони, майже поглинаючи їх у своїй (т. е. не гальмуючи ланцюгову реакцію), висувають вісмут одним з найкращих ядерних теплоносіїв. Перспективно і їх у реакторах із рідкометалевим паливом - ураном, розчиненим в розплавленому вісмут.


У вісмуту є ціла низка цікавих властивостей. На відміну більшості металів, він дуже крихкий і легко розтирається на порох, але гарячим пресуванням нього можна виготовити тонкий дріт і платівки. Майже всі метали призатвердевании зменшуються обсягом, а вісмут, завдяки своєрідності

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація