Вот это клей!
Давно уже пользуются люди клеем. Его делали из крахмала, казеина, костной муки, из резины, растворенной в бензине.
Но посудите сами: выгодно ли тратить молоко на выработку фанеры или картошку на скрепление книжных переплетов? Нет, конечно. Их место — на столе. К тому же природными клеящими веществами не починишь, например, разбитую чашку. Иное дело — синтетические клеи.
На их создание расходуется непищевое сырье, а прочностью они обладают поистине сказочной.
Многим известен клей Момент. Рецептуру его приготовления разработали русские химики. Клеи этого типа — спиртовые растворы синтетических смол. Исследователи «специализировали» полученные вещества. Каждая разновидность этого клея используется для склеивания определенного вида материалов. В ряде мест его взяли на «вооружение» и врачи. В самом деле, зачем накладывать тугие и неудобные марлевые повязки на некровоточащие раны? Их лучше покрыть тонким слоем клея. Высыхая, он образует пленку, которая защитит поврежденный слой кожи от загрязнения и микробов.
Химики дали в руки медиков еще одно великолепное средство — клей «остам». Им склеивают… поломанные кости! Он прочно скрепляет их и действует до тех пор, пока срастется сама костная ткань. Поразительно, не правда ли?
Но еще большее удивление вызывает действие так называемого карбинольного клея. Это настоящий универсал. Он склеивает все что угодно: фарфор с резиной, стекло с металлом, дерево с пластмассой. Лопнет радиатор или какая-нибудь стальная деталь — не страшно. Стоит смазать края трещины карбонильным клеем, и образуется такой прочный шов, что изделие скорее сломается в целом месте, чем в отремонтированном. Ни жара, ни холод не могут уменьшить силу его сцепления. Таким клеем не только чинят лопнувшие детали станков и машин, но и намертво крепят эти механизмы к полу. Между прочим, мраморные плиты, которыми облицовывали залы и вестибюли Московского метрополитена, скреплены карбинольным клеем. Там, где неудобно сваривать или скреплять детали болтами и заклепками, в дело идет теперь клей из эпоксидных смол. Таким путем, например, крепят отдельные узлы машин. В Чехии сооружен мост, все части которого скреплены клеем из эпоксидных смол. При испытаниях он выдержал нагрузку, равную 500 килограммам на квадратный сантиметр поверхности.
В чем же дело? Почему он дает столь прочные швы?
Оказывается, в процессе твердения бесцветной жидкости карбинола происходит химическая реакция, в результате которой короткие молекулы образуют молекулы-гиганты. Они-то и связывают накрепко детали.
Исключительно прочные швы дает также эпоксидный клей. Его применяют в машиностроении, при ремонте металлических изделий, в строительном деле.
Надежная полимерная броня, спасающая от коррозии
У металлов нет страшнее врага, чем коррозия. Ученые подсчитали, что ежедневно от ее «руки» гибнет до 100 тысяч тонн изделий из железа и стали.
Вот еще несколько цифр: третья часть стали, выплавленной за шестьдесят предшествующих лет, «сгорала» без дыма и огня, превратившись в хрупкий, рыжеватый порошок — ржавчину. В течение часа с квадратного метра незащищенного железного листа коррозия способна поглотить до 10 граммов металла!
На какие только ухищрения не шли люди, чтобы умерить ее аппетит! Они натирали стальные детали до блеска, смазывали их жиром, маслом, воронили, хромировали, никелировали, покрывали тонким слоем серебра и даже палладия, который стоит дороже золота… Но тщетно: металлические изделия все-таки ржавели.
Мало кто знает, сколько хлопот доставила парижскому магистрату высоченная ажурная башня, построенная по проекту инженера Эйфеля.
Чтобы защитить такое большое сооружение от коррозии, нужны значительные средства, а их и без того мало. Поэтому «отцы» города вынуждены сдавать башню под рекламу, открывать на ней различные увеселительные заведения. Неисчислимый ущерб наносит коррозия тем производствам, где металл соприкасается с химическими средами. Она бы там и поныне бесчинствовала, если бы не пришли на помощь химики.
Полимеры — вот спасение. Теперь понятно, как правы были ученые, возлагая надежды на высокомолекулярные синтетические материалы.
Оказывается, можно довольно надежно защитить металл от коррозии, если покрыть его тонким слоем краски или пленкой лака. Такая нарядная броня спасает от гибели до 90 процентов стальных изделий.
Но иногда этих мер бывает недостаточно.
Как же тогда поступают?
Конструкторы в содружестве с химиками нашли выход из трудного положения: они предложили надеть на детали машин, соприкасающихся с активными жидкостями и газами, пластмассовые «чехлы», покрыть их листами из тефлона, винипласта, полиэтилена и других полимеров, а там, где это возможно, вообще отказаться от металла, заменив его пластмассами.
Теперь уже доказано, что во многих случаях они служат надежнее, чем сталь, золото и платина. И если сейчас ежегодно теряется не треть выплавляемого металла, как прежде, а только 8 — 9 процентов, то большая заслуга в этом принадлежит полимерам.
Ну а в этом ролике разбираются другие стандартные методики защиты от коррозии, которые применяются сегодня.
Волшебные зерна или вещества, способные опреснять воду
Существуют вещества, способные опреснять морскую воду, извлекать из нее золото, серебро и другие редкие металлы?
В просторечии их именуют ионитами или ионообменными смолами.
Первым обратил на них внимание английский ученый Уэй. Пропуская сквозь почву растворы, он заметил, что некоторые металлы переходят в них из земли, а другие, наоборот, из растворов — в землю. Но дать правильное объяснение этому явлению ученый не сумел.
Русские исследователи Н. Заломов и И. Иванов в 1860— 1870 годах продолжили его опыты. Они тоже процеживали растворы, содержащие соли металлов, через колонку, заполненную землей. И вновь наблюдали «странную» картину: раствор, миновавший этот фильтр, содержал совсем не те металлы, какие в нем имелись вначале. Стало очевидно, что земля и раствор обменялись металлами.
Впоследствии выяснилось, что подобными же свойствами обладают многие природные вещества — крахмал, торф, казеин, желатин, шерсть, древесина.
Все бы хорошо, но эти материалы не выдерживают натиска кислот и щелочей.
Тогда химики создали иониты из синтетических смол. Многие из них действуют избирательно, поглощая из растворов определенные вещества — серебро, натрий, хлор, медь, железо.
Представляете, как обрадовались ученые, когда появилась возможность вылавливать по заказу нужные сорта ионов. Пользуясь такими «ситами», химики начали получать в чистом виде даже редкоземельные и радиоактивные элементы.
Что же представляют собой ионы? Как они действуют?
Прежде чем ответить на эти вопросы, придется вспомнить об одном опыте знаменитого английского физика Михаила Фарадея.
В тридцатых годах прошлого века он обнаружил, что электрический ток свободно проходит через растворы различных солей, кислот и щелочей, считавшихся в ту пору изоляторами, диэлектриками.
Ученый довольно правильно объяснил причину этого явления: по его мнению, в растворах находились какие-то электрически заряженные частицы.
С легкой руки Фарадея их стали именовать ионами (от греческого слова «ион» — идущий, странник). Позднее было установлено, что это те же самые атомы, но имеющие либо избыток электронов, либо недостроенную по какой-нибудь причине внешнюю оболочку.
Ионы с положительным зарядом назвали катионами, с отрицательным (кислотные остатки) — анионами. Поэтому иониты называют катионитами и анианитами. А сам процесс «просеивания» не так уж сложен. Под действием тока положительно заряженные частицы устремляются к катоду — пластинке, имеющей отрицательный заряд, а анионы — к аноду — положительно заряженной пластинке.
Зная все это, ученые синтезировали полимеры с особой пространственной структурой, в которой отдельные молекулы соединены друг с другом «мостиками». Потом посредством химических реакций к ним прикрепляются в порядке различные полярные группы — своего рода магниты, они-то и притягивают ионы, содержащиеся в фильтруемом растворе.
Конечно, физики и химики не разговаривают об ионообменных смолах так просто. В действительности все это выглядит куда сложнее… Но обойдемся без подробностей. Впрочем, надо сделать еще одно, последнее усилие, чтобы лучше понять принцип действия чудесных смол.
Речь пойдет о так называемых мицеллах — группах молекул в ионитах, имеющих двойную упаковку — внутреннюю и внешнюю «оболочки».
Первая из них плотно прилегает к поверхности мицеллы. Она может нести положительный или отрицательный заряд электричества.
А наружный слой ионов расположен чуть поодаль и имеет противоположный знак. Возле мицеллы он удерживается благодаря взаимному притяжению разных зарядов. Свойства этой внешней оболочки и определяют характер смол. Ионы замещаются в ней другими одноименно заряженными частицами, содержащимися в растворах.
Допустим, нам надо извлечь из воды поваренную соль.
В растворе, как известно, натрий находится в виде положительных ионов (Na+), а хлор — отрицательных (С1 —). Когда жидкость проходит сквозь катионитовый фильтр, то ионы натрия выбивают из мицелл ионы водорода и становятся на их место.
Таким же путем избавляются и от хлора. Но для этого раствор процеживают через анионитовое сито. Здесь хлор выбивает из мицелл ионы гидроксила (ОН) и занимает их место. Теперь вместо Na и С1 в воде оказываются ионы Н и ОН, которые, соединившись вместе, образуют воду. Подобным же образом иониты «сортируют» по заказу и другие вещества, удаляя из жидкостей вредные примеси, вылавливая полезные.
Внешне иониты похожи на манную крупу самой различной окраски: золотисто-желтой, черной, коричневой, молочно-белой. В качестве «строительного» материала при их синтезе используются фенол, формальдегид и другие вещества, способные образовать высокомолекулярные соединения.
А теперь посмотрим, где нашли применение чудо-смолы.
Никому не приходилось пить совершенно чистую воду, так как в природе нет химически чистой воды (то есть содержащей только молекулы Н2О). В ней всегда есть примеси. Речная и морская вода — это, по сути дела, растворы различных веществ. В каждом килограмме морской воды, например, находится около 36 граммов солей кальция и натрия. Это делает ее жесткой, она почти не образует пены. Если стирать в ней белье, то израсходуется на каждый литр воды лишних 4 грамма моющих средств.
Пить ее нельзя.
Мореплаватели нередко погибали не от недостатка пищи и не потому, что разбивались о скалы, а от жажды. Как же это получается: людей окружает целый океан воды, а им пить нечего?
Между прочим, такой же вопрос задавал себе более двух тысяч лет назад и греческий ученый Аристотель. Но он не смог на него ответить. Спасовали перед ним и многие другие исследователи. Лишь с появлением ионитов все стало на свои места. Возьмите горсть чудо-песка и бросьте его в сосуд с морской водой. Теперь можете пить ее: она стала пресной.
Между прочим, обессоливание воды имеет огромное значение.
Если не очищать ее от примесей, то снизится коэффициент полезного действия паровых котлов, возрастет расход топлива. А иногда из-за накипи на трубах агрегаты взрываются… Поэтому, чтобы предупредить аварии котлов, их топки гасили через каждые 1000—1500 часов работы и счищали соли со стенок.
Теперь во многих местах действуют ионитовые установки. Ими оснащают тепловые электростанций. Котлы работают там безостановочно по 10—15 тысяч часов.
А обязанности у ионитов с каждым годом усложняются. Их можно применять в земледелии в качестве… удобрений. Они помогут излечить от эрозии сотни тысяч гектаров земли и ввести ее в севооборот. На сахарных заводах с помощью ионитов уже очищают сиропы. Это позволяет на 1,0—1,2 процента увеличить выход продукции. Иными словами, каждый центнер свеклы дает теперь сахара на полтора килограмма больше.
Иониты очищают и концентрируют витамины, лекарства, аминокислоты, упрощают процесс добычи редких металлов. Как известно, многие элементы не такие уж редкие гости на земле, но они рассеяны повсюду. Чтобы извлечь один грамм таких веществ, приходится перерабатывать десятки тонн породы. Теперь это делается иначе. Нужные металлы сначала выщелачивают из руд, а потом вылавливают их с помощью ионитов. Так в наши дни добывают платину, ванадий, молибден и палладий, отделяют висмут от меди, никель от хрома, цирконий от гафния, сортируют редкоземельные элементы.
Следует сказать еще об одной заманчивой возможности, которую открывают чудо-смолы.
Недалеко уже наверное то время, когда будет налажена промышленная добыча золота из морской воды. А драгоценного металла содержится в ней немало — 0,005 грамма в кубометре. Если удастся извлечь его, то каждому жителю нашей планеты достанется около 2 килограммов золота. Ой ли. Но пока эта технология слишком затратная и не применяется.
Иониты уже нашли применение в медицине, повысили точность химических анализов.
Поделиться:
