Физика на пальцах

Олово — один из семи древнейших известных людям металлов, наряду с золотом, серебром, медью, железом, свинцом, ртутью. Его добавляли в расплавленную медь, чтобы получать более прочную, чем медь, бронзу. Из чистого олова делали ложки и другую посуду. А еще отливали оловянных солдатиков.

Еще совсем недавно тонким слоем олова покрывали консервные банки, чтобы жесть, из которых банки делают, не окислялась. Теперь вместо олова жесть все чаще покрывают слоем лака, посуду из олова тоже больше не делают, и поэтому в быту олово мы можем встретить только в виде так называемого припоя — оловянной проволочки, которую используют для пайки электросхем с помощью паяльника.

Одно из самых интересных свойств олова связано с немного пугающим термином «оловянная чума». Свойство это было замечено довольно давно и никакой радости людям не принесло. Рассказываю…

Вообще, олово, как и все металлы, обладает металлическим блеском и в слитках представляет собой серебристо-белое вещество, из которого можно отливать разные полезные штуки, например, ложки или игрушечных солдатиков. Но иногда с оловом вдруг случается нечто странное. Подобное произошло в начале прошлого века с погибшей полярной экспедицией Роберта Скотта, которая отправилась исследовать Южный полюс. Экспедиционеры взяли с собой топливо в железных емкостях, швы которых были запаяны оловом. Как вы понимаете, в условиях полярного холода топливо — вещь жизненно необходимая. Экспедиция мужественно преодолевала колоссальные трудности, но добила людей потеря топлива — весь керосин вытек через щели емкостей, потому что олово, которым пропаивались швы, по непонятной причине превратилось в серый порошок и осыпалось, образовав щели.

Нечто подобное позже произошло и в России. В ту пору Российская империя олово сама не производила, а закупала его за рубежом. И вот морозной зимой 1916 года целый состав с оловом отправился с Дальнего Востока в Европейскую часть страны. Но не дошел. Вернее, состав-то дошел. Но долгожданного олова в нем не было. Вместо блестящих беловатых слитков, пластичных и ковких в вагонах лежал какой-то странный серый порошок. Химический анализ показал, что это и было олово.

Почему же блестящие слитки превратились в серый порошок? Фазовый переход! Вспомните углерод. Он может существовать как в виде черного, непрозрачного мягкого графита, проводящего электричество, так и в виде прозрачно-белого, не проводящего ток, очень твердого алмаза. То же самое с оловом — при низких температурах перестраивается кристаллическая решетка олова, и его физические свойства разительно изменяются. Этот процесс назвали «оловянной чумой», потому что «болезнь» быстро распространяется по всему олову, и один кусок словно заражает другой.

Кстати, у олова есть и еще одна, третья модификация — при температуре выше 160 °C снова меняется расположение атомов в кристаллической решетке олова. И меняется, разумеется, вместе с физическими свойствами — олово полностью теряет свойственную металлам пластичность и становится хрупким, как стекло.

Ртуть — Hg (80 p + , 120 n, 80 e - )

Это единственный металл, который при нормальных условиях (при комнатной температуре) является жидкостью. Мы привыкли, что для плавления металлов их нужно разогревать. Мы видели по телевизору жидкую сталь, которая льется из ковшей на металлургических заводах, сверкая огненными брызгами и светясь белым светом из-за огромной температуры. А вот ртуть нагревать не надо, капли жидкой ртути, похожие на шарики, превращаются в твердое тело только при температуре минус 39 °C. Мороз! Именно такова температура плавления ртути.

У ртути довольно большой коэффициент теплового расширения. Вообще-то, все тела при нагревании расширяются, но ртуть это любит особенно! Именно поэтому ее используют в градусниках — даже небольшое повышение температуры у больного человека приводит к расширению ртути, что мы и отмечаем на шкале градусника.

В жидкой ртути хорошо растворяются некоторые металлы, например, серебро, золото, олово. Такие растворы металлов в ртути называют амальгамами. А вот железо в ртути не растворяется, поэтому ртуть можно перевозить в стальных емкостях. С помощью амальгам раньше золотили разные предметы — растворяли золото в ртути, затем покрывали полученной жидкостью предмет. Ртуть постепенно испарялась, а золото оставалось на предмете тонким слоем.

Пары ртути ядовиты, поэтому детям разбивать градусники, чтобы добыть для игры немного ртути, строго не рекомендуется.

Несмотря на свою токсичность (ядовитость), ртуть в микродозах содержится в нашем организме в виде разных соединений. Роль ртути в системе жизнеобеспечения не до конца изучена, известно только, что недостаток ртути в организме приводит к снижению иммунитета, росту простудных и воспалительных заболеваний.

Галлий — Ga (31 p+, 38 n, 31 e-)

Почему я напоследок решил рассказать о галлии, ведь разных металлов и других элементов в таблице Менделеева полно, и обо всех в относительно небольшой книжке не расскажешь?