Изобретения Дедала

Величина поверхностной энергии E_пов для большинства металлов имеет порядок 1 Дж/м², например, для железа E_пов = 1,7 Дж/м². Плотность железа ρ = 7900 кг/м³, молярная масса А = 0,056 кг/моль. Тогда 1 м³ железа содержит ρ/A молей вещества, или N = ρL/A атомов, а в 1 м² поверхности содержится N^2/3 атомов, т. е.

M_пов = N^2/3/L = (ρ/A)^2/3/L^-1/3 = (7900/0,056)^2/3 × (6,022 × 10²³)^1/3 = 3,2 × 10^-5 моль/м².

Теплота, выделяющаяся в процессе коррозии железа (т. е. превращения Fe в Fe₂O₃+nH₂O, составляет ΔH = -2,7 × 10^-5 Дж/моль (знак «минус» указывает на выделение энергии). Тогда количество теплоты, выделившейся при образовании монослоя ржавчины на 1 м² поверхности, равно H_пов = ΔHМ_пов = 2,7 × 10^-5 × 3,2 × 10^-5 = 8,6 Дж/м², что в пять раз больше, чем необходимо для образования 1 м² свободной поверхности. Таким образом, если хотя бы пятую часть этой энергии удастся направить на образование трещины, то эта трещина будет самопроизвольно распространяться даже в ненагруженном металле. Если же быстрая коррозия захватывает металл глубже, чем на один атом (как это, скорее всего, и происходит), то с 1 м² поверхности выделится еще больше энергии и на образование трещины придется отвести еще меньшую ее долю.

Плотность ржавчины Fe₂O₃+nН₂О равна 3000 кг/м³, тогда как плотность железа составляет 7900 кг/м³; при n = 1 объем за счет коррозии увеличивается более чем в четыре раза. Увеличение объема можно сделать еще более значительным, если кристаллизационную воду (nН₂О) заменить какой-то более крупной молекулой. Слои ржавчины на стенках трещины будут расти, пока не соприкоснутся; дальнейшая коррозия приведет к расклиниванию трещины. Если ржавчина образует k молекулярных слоев на поверхности, то для расширения трещины таким способом потребуется всего лишь 1/5k доли энергии, выделившейся при коррозии. Таким образом, «вдребезггазом» для железа и подобных ему материалов могут служить пары вещества, способного заменить кристаллизационную воду в ржавчине и значительно увеличить ее объем[13].

Комментарий Дедала

Эта идея возникла у меня под впечатлением письма, полученного от фрау Маккланаган из ФРГ. Ее идея состояла в применении инфразвука для уничтожения металлического оружия. Вот что она пишет:

Дорогой Дедал

Пока еще не поздно, пожалуйста, придумай что-нибудь в противовес нейтронной бомбе. Быть может, тебе удастся создать «антибомбу», которая превращает металлы в прах, но оставляет людей невредимыми. Нельзя ли воспользоваться для этой цели результатами работ француза Гавро в области акустики — допустим, настроить звук в резонанс с колебаниями молекул в кристаллической решетке металла?

Я пришел к выводу, что инфразвук не годится для этих целей: во-первых, его частоты лежат совсем в другом диапазоне, а, во-вторых, настроиться на нужную частоту крайне трудно. Но врожденная галантность не позволила мне уклониться от просьбы дамы, и я попытался как можно точнее исполнить ее.

Новый взгляд на кометы