Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Расплав

Расплав (эвтектика), представляет собой смесь двух или нескольких компонентов и кристаллизующийся при самой низкой температуре из всех возможных для смесей этих веществ путем одновременного выделения компонентов.

С позиции физической химии, расплав представляет собой индивидуальное стехиометрическое вещество в жидком состоянии, кристаллизующееся при температуре плавления. Индивидуальное – означает чистое без примесей и компонентов. Например, 100% золота в жидком виде – это расплав. Но стоит в него попасть хотя бы одному атому серебра, это уже будет не расплав, а раствор серебра в золоте. Абсолютно чистых индивидуальных веществ в природе нет, потому что они обязательно контактируют с другими веществами, загрязняясь ими.

Стехиометрическое – означает, что количество катионов и анионов в веществе должно быть одинаковым. Если же, например, в расплавленном стопроцентном без примесей NaCI количество ионов натрия будет хотя бы на один больше ионов хлора, то это будет раствор. Для того, чтобы был расплав, в индивидуальном веществе соотношение атомов, его слагающих, должно быть кратным целым числам.

В конце XVIII в. было выяснено, что воздух, вода и земля, считавшиеся от Эмпедокла (490-420 гг. до н.э.) простыми веществами – основой первоматерии, представляют собой сложные вещества. Первым простоту потерял в 1775 г. воздух. Французский химик А. Лавуазье (1743-1794 – казненный революционерами за то, что родился дворянином) доказал, что воздух состоит из двух газов: один не поддерживал жизнь – азот, а другой, наоборот, поддерживал и получил название жизненного. Затем «жизненный газ» был определен в составе кислот: серной – H₂SO₄, азотной – HNO₃ и других, стал называться кислородом (рождающим кислоты). Правда, когда так формулы кислот и других веществ еще не писались.

Несколькими столетиями ранее при воздействии соляной кислоты на цинк наблюдались пузырьки, которые горели. Сначала эти пузырьки были приняты за флогистон – горючую часть веществ, освобождавшуюся при нагревании. Затем, после выявления азота и кислорода, когда поняли, что кроме воздуха есть и другие газы, вещество пузырьков было названо горючим газом. В 1783 г. А. Лавуазье соединил два сосуда: один с кислородом, а другой с двумя объема горючего газа, и получил капельки воды. Стало ясно, что вода – сложное вещество, а горючий газ получил название водорода.

Тогда за первоматерию были приняты атомы, как далее не делимые, которые до этого были философским понятием. Атомы стали рассматриваться синонимами химических элементов. Началось становление современной химии с позиции неделимости атома, химических элементов как простых веществ.

Однако в начале XIX в. французский химик К.Л. Бертолле (1748-1822), исходя из взгляда на химическую реакцию как на непрерывный процесс, считал, что состав образующихся соединений должен изменяться непрерывно, или быть переменным – содержать нецелые соотношения атомов. Но такой подход не соответствовал взглядам на атом как не делимую частицу вещества, и потому химиками принят не был.

Вскоре английский химик и физик Д. Дальтон (1766-1844), изучая газы, сформулировал закон простых кратных отношений: в химических соединениях соотношения атомов могут быть только целыми числами.

Окончательно атомистическое воззрение утвердилось в химии с открытием Д.И. Менделеевым (1834-1907) в 1869 г. Периодического закона химических элементов: физические и химические свойства элементов зависят от их атомной массы. На основе своей периодической системы Д.И. Менделеев предсказал существование четырех неизвестных химических элемента, сообщив их атомные массы, основные физические и химические свойства. Вскоре эти элементы были открыты. Атомизм в химии восторжествовал.

Но, в 1895 г. немецкий физик В.К. Рентген (1845-1923) открыл лучи, исходящие от атома урана. Они были названы рентгеновскими. В 1896 г. французский физик А.А. Беккерель (1852-1908) открыл радиоактивное излучение солей урана, что привело впоследствии к открытию радиоактивности. Стало понятно, что атомы делимы, сложные вещества, как и химические элементы. Атомы перестали быть простыми частицами, из которых сложена материя, или первоматерией.

Если химические элементы сложные вещества, то в химических соединениях соотношения атомов могут быть не целыми числами, или представления К.Л. Бертолле оказались справедливыми.

В 1912 г. русский физико-химик Н.С. Курнаков (1860-1941) доказал наличие индивидуальных химических соединений с нецелыми соотношениями атомов и переменным химическим составом, назвав их бертоллидами. Химические вещества с целыми соотношениями атомов и постоянным химическим составом предложил называть дальтонидами. Школьников с бертоллидами не знакомят, даже не говорит, что такие вещества существуют.

Между тем, бертоллиды широко распространены среди гидридов, оксидов, сульфидов, нитридов, карбидов, силикатов, алюмосиликатов, комплексных соединений. Наиболее типичный бертоллид из сульфидов минерал пирротин, на который приходится до 90% массы руды Норильского медно-никелевого месторождения. Формула пирротина Fe_1-xS, где x чаще всего = 0,1 – 0,2. Если анализировать химический состав пирротина в любом из зерен, то в одном месте состав его отвечает формуле Fe_0,837S,а в другом – Fe_0,862S.

В природе к бертоллидам относятся полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды, оливины и другие породообразующие минералы изоморфных рядов, которые называют также твердыми растворами, но не расплавами.

Полевые шпаты, слагающие почти половину объема наблюдаемой части литосферы, разделяют на три подгруппы: а) подгруппу натриево-кальциевых полевых шпатов – плагиоклазов, б) подгруппу кали-натриевых полевых шпатов, которые при высоких температурах способны давать непрерывные твердые растворы K[AISi₃O₈]-Na[AISi₃O₈], в) подгруппу редко встречающихся кали-бариевых полевых шпатов, называемых гиалофанами, представляющими изоморфный ряд K[AISi₃O₈]-Ba[AI₂Si₂O₈]. Из них наиболее распространены плагиоклазы, крайние члены изоморфного ряда которых называют альбит – Na[AISi₃O₈] и анортит – Ca[AI₂Si₂O₈] с неограниченной смешиваемостью. Плагиоклазы обозначают номерами, выражающими процентное содержание в них анортитовой составляющей. Например, плагиоклаз с номером 47,2 называют андезином (в пределах от 30 до 50). Плотность плагиоклазов непрерывно возрастает от 2,61 (альбит) до 2,76 (анортит), твердость от 6 до 6,5. Оптические свойства (показатели преломления) непрерывно увеличиваются от альбита (Ng = 1,536) до анортита (Ng = 1,588).

Минералы группы оливина представляют собой продукты изоморфного ряда форстерита – Mg₂SiO₄, фаялита – Fe₂SiO₄ и тефроита – Mn₂SiO₄. Ромбические пироксены образуют изоморфный ряд Mg₂[Si₂O₆]-Fe₂[Si₂O₆] и т. д.

Прежде чем стать твердыми растворами эти вещества, хотя и были в расплавленном состоянии, но представляли собой жидкие растворы.

Таким образом, расплавов как индивидуальных стехиометрических веществ в жидком состоянии, кристаллизующихся при температуре плавления, в природе нет. Поэтому, например, слово «расплав» в БСЭ изд. третье отсутствует. Расплав – симулякр в естествознании.