Большая энциклопедия нефти и газа. Современные искусственные материалы: какие они
Несмотря на огромное разнообразие веществ и минералов, созданных природой, человек, благодаря использованию новейших технологий, постоянно изобретает свои и такие, что их свойства просто невероятны. Здесь и сейчас, я расскажу о десяти наиболее известных.
Было время, когда средства для мытья посуды не существовало - люди обходились содой, уксусом, серебряным песком, трением или проволочной щёткой, но новое средство поможет сэкономить немало времени и сил и вообще оставить мытьё посуды в прошлом. «Жидкое стекло» содержит диоксид кремния, образующий при взаимодействии с водой или этанолом материал, который затем высыхает, превращаясь в тонкий (более чем в 500 раз тоньше человеческого волоса) слой эластичного, сверхстойкого, не токсичного и влагоотталкивающего стекла.
С таким материалом отпадает необходимость в чистящих и дезинфицирующих средствах, так как он способен отлично предохранять поверхность от микробов: бактерии на поверхности посуды или раковины просто изолируются. Также изобретение найдёт применение в медицине, ведь стерилизовать инструменты теперь можно с помощью лишь горячей воды, без использования химических дезинфицирующих средств.
Это покрытие может использоваться для борьбы с грибковыми инфекциями на растениях и герметизации бутылок, его свойства действительно уникальны - оно отталкивает влагу, дезинфицирует, при этом оставаясь эластичным, прочным, пропускающим воздух, и совершенно незаметным, а также дешёвым.
Это вещество позволяет игрокам в гольф сильнее бить по мячу, увеличивает поражающую способность пули и продлевает срок службы скальпелей и деталей двигателя.
Вопреки своему названию, материал сочетает прочность металла и твёрдость поверхности стекла: на видео видно, как отличается деформация стали и бесформенного металла при падении металлического шарика. Шарик оставляет на поверхности стали множество маленьких «ям» - это означает, что металл поглощает и рассеивает энергию удара. Бесформенный металл остался гладок, значит, он лучше возвращает энергию удара, о чём также говорит более продолжительный отскок.
Большинство металлов имеет упорядоченное кристаллическое молекулярное строение, и от удара или другого воздействия, кристаллическая решётка искажается, из-за чего на металле и остаются вмятины. В бесформенном металле атомы расположены хаотично, поэтому после воздействия атомы возвращаются на первоначальную позицию.
3. Одностороннее пуленепробиваемое стекло
У самых богатых людей есть проблемы: судя по растущим продажам этого материала, им необходимо пуленепробиваемое стекло, которое спасло бы жизнь, но не мешало им отстреливаться.
Это стекло останавливает пули с одной стороны, но в то же время пропускает с другой - этот необычный эффект заключается в «сэндвиче» из хрупкого акрилового слоя и более мягкого эластичного поликарбоната: под давлением акрил проявляет себя как очень твёрдое вещество, и при попадании пули он гасит её энергию, трескаясь при этом. Это даёт возможность амортизирующему слою выдержать удар пули и осколков акрила, не разрушаясь при этом.
При выстреле с другой стороны упругий поликарбонат пропускает через себя пулю растягиваясь и разрушая ломкий акриловый слой, что не оставляет никакого дальнейшего барьера для пули, но не стоит отстреливаться слишком часто, поскольку из-за этого в защите образуются дыры.
Это пластик, выдерживающий невероятно высокую температуру: его тепловой порог настолько высок, что сначала изобретателю просто не поверили. Лишь после демонстрации возможностей материала в прямом эфире на телевидении, с создателем старлита связались сотрудники Британского Центра Атомного Вооружения.
Учёные облучили пластик вспышками высокой температуры, эквивалентными мощности 75-ти бомб, сброшенных на Хиросиму - образец лишь немного обуглился. Один из испытателей заметил: «Обычно между вспышками приходится ждать несколько часов, чтобы материал остыл. Сейчас мы облучали его каждые 10 минут, а он остался невредим, будто в насмешку».
В отличие от других термостойких материалов, старлит не становится токсичным при высокой температуре, также он невероятно лёгок. Его можно применять при строительстве космических аппаратов, самолётов, огнезащитных костюмов или в военной промышленности, но, к сожалению, старлит так и не покинул пределы лаборатории: его создатель Моррис Уард умер в 2011-м году, не запатентовав своё изобретение и не оставив никаких описаний. Всё, что известно о строении старлита - что в его состав входит 21 органический полимер, несколько сополимеров и небольшое количество керамики.
Представьте себе пористое вещество такой низкой плотности, что 2,5 см³ его заключает в себе поверхности, сравнимые с размером футбольного поля. Но это не определённый материал, а, скорее, класс веществ: аэрогель - это форма, которую могут принимать некоторые материалы, а сверхмалая плотность делает его отличным теплоизолятором. Если сделать из него окно толщиной 2,5 см, оно будет иметь те же теплоизоляционные свойства, что и стеклянное окно толщиной 25 см.
Все самые лёгкие в мире материалы - аэрогели: например, кварцевый аэрогель (по сути, высушенный силикон) всего в три раза тяжелее воздуха и достаточно хрупок, зато может выдержать вес, в 1000 раз превышающий его собственный. Графеновый аэрогель (на иллюстрации выше) состоит из углерода, а его твёрдый компонент в семь раз легче воздуха: имея пористую структуру, это вещество отталкивает воду, но поглощает нефть - его предполагается использовать для борьбы с нефтяными пятнами на поверхности воды.
Фактически это листы углерода толщиной в один атом, свёрнутые в цилиндры - их молекулярная структура напоминает рулон проволочной сетки, и это самый прочный материал, известный науке. В шесть раз легче, но в сотни раз крепче стали, нано-трубки обладают лучшей теплопроводностью, чем алмаз, и проводят электричество эффективнее меди.
Сами трубки не видны невооружённым взглядом, а в необработанном виде вещество напоминает сажу: чтобы проявились его необыкновенные свойства, надо заставить вращаться триллионы этих невидимых нитей, что стало возможным относительно недавно.
Материал может применяться в производстве кабеля для проекта «лифта в космос», достаточно давно разработанного, но до недавнего времени совершенно фантастичного из-за невозможности создать кабель длиной 100 тыс км, не согнувшийся бы под собственным весом.
Углеродные нано-трубки помогают и при лечении рака груди - их можно помещать в каждую клетку тысячами, а наличие фолиевой кислоты позволяет выявлять и «захватывать» раковые образования, затем нано-трубки облучают инфракрасным лазером, и клетки опухоли при этом погибают. Также материал может применяться в производстве лёгких и прочных бронежилетов…
В 1942-м году перед англичанами стояла проблема недостатка стали для строительства авианосцев, необходимых для борьбы с немецкими подводными лодками. Джеффри Пайк предложил соорудить огромные плавучие аэродромы изо льда, однако она себя не оправдала: лёд хоть и недорог, но недолговечен. Всё изменилось с открытием нью-йоркскими учёными необыкновенных свойств смеси льда и древесных опилок, которая по прочности была подобна кирпичу, а также не трескается и не плавится. Зато материал можно было обрабатывать, как дерево или плавить, подобно металлу, в воде опилки разбухали, образуя оболочку и предотвращая таяние льда, за счёт чего любое судно можно было ремонтировать прямо во время плавания.
Но при всех положительных качествах, пайкерит был малопригоден для эффективного использования: для постройки и создания ледяного покрова судна весом до 1000 т достаточно было двигателя мощностью в одну лошадиную силу, но при температуре выше -26 °С (а для её поддержания необходима сложная система охлаждения) лёд имеет свойство проседать. Кроме того, целлюлоза, используемая также в производстве бумаги, была в дефиците, поэтому пайкерит так и остался неосуществимым проектом.
Устойчивость к механическому воздействию во все времена была одной из основных проблем материаловедения, пока не изобрели D3o - вещество, молекулы которого находятся в свободном движении при нормальных условиях и фиксируются при ударе. Строение D3o напоминает смесь кукурузного крахмала и воды, которой иногда наполняют бассейны. Специальные куртки из этого материала, удобные и обеспечивающие защиту при падении, ударе битой или кулаками, которые могут вам достаться, уже находятся в свободной продаже. Защитные элементы не заметны снаружи, что подходит для каскадёров и даже полиции.
У бетона есть свойство «уставать» со временем - он становится грязно-серым, и в нём образуются трещины. Если речь идёт о фундаменте здания, ремонт может быть достаточно трудоёмким и дорогим, при этом не факт, что он устранит «усталость»: многие здания сносят именно по причине невозможности восстановления фундамента.
Группа студентов Университета Ньюкасла разработала генно-модифицированные бактерии, способные проникать в глубокие трещины и вырабатывать смесь карбоната кальция и клея, укрепляя здание. Бактерии запрограммированы так, что они распространяются по поверхности бетона, пока не достигнут края очередной трещины, и тогда начинается производство цементирующего вещества, имеется даже механизм самоуничтожения бактерий, предотвращающий образование бесполезных «наростов».
Эта технология позволит уменьшить антропогенный выброс двуокиси углерода в атмосферу, ведь 5% его даёт именно производство бетона, а также с её помощью будет продлён срок службы зданий, восстановление которых традиционным способом обошлось бы в большую сумму.
Этот химический растворитель сначала появился, как побочный продукт выработки целлюлозы и никак не применялся до 60-х годов прошлого века, когда раскрыли его медицинский потенциал: доктор Джейкобс обнаружил, что DMSO может легко и безболезненно проникать в ткани тела - это позволяет быстро и без повреждения кожи вводить различные препараты.
Его собственные лечебные свойства снимают боль при растяжении связок или, например, воспалении суставов при артрите, также DMSO может использоваться для борьбы с грибковыми инфекциями.
К сожалению, когда его медицинские свойства были открыты, производство в промышленных масштабах уже давно было налажено, и его широкая доступность не позволяла фармацевтическим компаниям получать прибыль. Кроме того у DMSO есть неожиданный побочный эффект - запах изо рта использовавшего его человека, напоминающий чеснок, поэтому он используется в основном в ветеринарии.
Cтраница 1
Так новые искусственные материалы, которые играют актив ную роль в процессе производства, в зависимости от тех нологического процесса могут выступать в виде средст труда. Использование современных материалов нередк приводит к принципиальному изменению орудий труд методов обработки. Новые технологические процессы свою очередь требуют более совершенных форм органа зации производства и труда.
Создание новых искусственных материалов и выяснение возможных областей их использования неразрывно связано с всесторонним исследованием свойств уже известных материалов с целью выяснения их внутренней природы и разработки теоретических основ создания материалов с заранее заданными свойствами.
Процесс создания новых искусственных материалов совершается стремительно.
За последние 10 лет созданы сотни новых искусственных материалов, заменяющих металлы, шерсть, дерево, шелк и многое другое.
Без знания физико-химических и механических законов, управляющих явлениями упруго-пластических деформаций и разрушения материалов, не мыслится ни решение проблем создания новых искусственных материалов и, в частности, решение вопросов строения и свойств высокополимерных органических соединений, ни решение современных задач геофизики, геологии, а также науки о прочности сооружений и инженерных конструкций, работающих в особо сложных условиях эксплуатации. Знание физико-химических и механических законов необходимо и при решении задач технологии обработки материалов давлением (пластической обработки) и резанием.
Несколько подробнее следует остановиться на своеобразном психологическом барьере, который нам приходится преодолевать при использовании изделий из металлизированных пластмасс и из других новых искусственных материалов. Ведь они, имея вид привычных нам вещей, обладают совершенно непривычными свойствами. Например, статуэтка - изделие из металлизированной пластмассы - несмотря на солидный и внушительный вид старинной бронзы, имеет необычно малый вес. Или тонкая и длинная подвеска для полотенца не поддается изгибанию и неожиданно ломается, как хрупкое тело. Или прочный, на вид металлический ящик для аппаратуры вдруг разваливается при попытке сесть на него, так как изготовлен, оказывается, из металлизированной пластмассы. Такую психологическую несовместимость новых материалов со старыми представлениями следует учитывать как при конструировании изделий, так и при их эксплуатации, принимая заранее необходимые меры для предупреждения возможных в будущем недоразумений или даже аварийных ситуаций.
Научно-технический прогресс в производстве материалов направлен, с одной стороны, на повышение качества традиционных конструкционных и других материалов, с другой - на создание новых искусственных материалов, заменяющих натуральные (синтетические заменители и композиционные материалы с заранее заданными и регулируемыми свойствами), и связан с прогрессивными изменениями в структуре потребляемых материалов.
Особенно нетерпим разнобой в основных понятиях автоматизации, возникший из-за отсутствия единой терминологии в условиях химической промышленности, характеризующейся многообразием процессов переработки природного сырья, всевозможных веществ, создания новых искусственных материалов; использующей сложные процессы, как ни одна другая отрасль народного хозяйства.
Этой задачей предусматривается создание новых высокоэффективных систем машин и автоматических линий, нового оборудования и технологических процессов, увеличение выпуска высококачественных материалов в состоянии, удобном для дальнейшей их переработки, выпуск новых искусственных материалов, заменяющих натуральные и превосходящих их по своим свойствам. Все это становится возможным при расширении научных исследований и использовании их результатов в производстве.
Теперь их право на название галалит исключительно для продукции своего завода кончилось, другие производители галалита как в Германий, так н в некоторых других странах, а также и в СССР, на наших государственных заводах, вырабатывающих этот новый искусственный материал, стали употреблять название галалит, и это название мало-по-малу вошло в общее употребление.
Очевидно, что многие материалы, созданные природой, давно перестали удовлетворять потребностям человека. Поэтому значительное внимание уделяется синтезу разнообразных новых искусственных материалов, в котором роль химии исключительно высока. Лишь немногим более ста лет назад братья Хайэтт в Нью-Джерси (США) создали хорошо деформируемый материал из низконитрованной бумаги и камфары, пригодный для изготовления типографских валиков. Так появился на свет первый искусственный органический материал, получивший название целлулоид. Сегодня же в нашем распоряжении имеется огромная палитра разнообразных синтетических органических веществ. Еще 10 - 15 лет назад наше будущее связывали с полимерами. Согласно последним прогнозам в ближайшие десятилетня наступит эра керамических материалов.
Очевидно, что многие материалы, созданные природой, давно перестали удовлетворять потребностям человека. Поэтому значительное внимание уделяется синтезу разнообразных новых искусственных материалов, в котором роль химии исключительно высока. Лишь немногим более ста лет назад братья Хайэтт в Нью-Джерси (США) создали хорошо деформируемый материал из низконитрованной бумаги и камфары, пригодный для изготовления типографских валиков. Так появился на свет первый искусственный органический материал, получивший название целлулоид. Сегодня же в нашем распоряжении имеется огромная палитра разнообразных синтетических органических веществ. Еще 10 - 15 лет назад наше будущее связывали с полимерами. Согласно последним прогнозам в ближайшие десятилетня наступит эра керамических материалов. Однако независимо от характера тех или иных прогнозов ясно, что ни одна из проблем современного общества не может быть решена без создания и широкого использования материалов, обладающих необходимыми свойствами.
Технический прогресс обусловливает все большие требования к конструкционным материалам. Качества их непрерывно совершенствуются, создаются новые искусственные материалы - пластические массы, которые все шире используются в практике. Одной из таких пластмасс (поливинилхлориду), имеющей огромное значение для развития нашего мирного хозяйства, посвящена настоящая книга.
Задача этой новой науки заключается в исследовании природы механических свойств сред и материалов, используемых в технике, исходя из микростроения вещества. Важной целью этой науки является изучение проблемы создания новых искусственных материалов с наперед заданными свойствами.
Камень служил человеку на протяжении многих тысячелетий. Красота камня, его причудливые формы всегда удивляли первобытного человека, заставляли верить в его магические силы. Камень стал для человека средством познания мира, был орудием труда, защиты, а главное дал возможность жить в каменных пещерах. Человек смог «приручить» для своих целей кремень, нефрит, обсидиан, яшму, базальт, диабаз, кварциты, мраморы, граниты. Наряду с камнем, доисторический человек умело использовал кости и рога животных, дерево, занимался скульптурой и живописью.
В Музее Землеведения представлена тематическая выставка «Роль природных материалов в жизни человека», благодаря которой посетители смогут увидеть, как использовал в своих целях камень и другие материалы доисторический и современный человек.
 |
 |
Начиная с палеолита (древнего каменного века - отрезок времени, от 800 и до 10 тысяч лет до нашей эры), древние люди изготовляли каменные орудия. Преимущественно это были кремневые орудия и отбросы кремня, получавшиеся при их изготовлении. По началу орудия этой эпохи имели однообразную миндалевидную форму и были приготовлены из кремневых галек путем грубой обивки. Позже стали появляться кремневые ручные рубила, которые преобретали вытянутую овальную форму с приострёнными боковыми гранями.
По мере совершенствования орудий труда, начали появляться наконечники копья. Наиболее типичной формой этих орудий стало острие в виде лаврового листа. Одновремено с наконечником появились многочисленные специализированные орудия - скребки, резцы, проколки. Скребки необходимы были тогдашнему человеку для очищения шкур, а шила служили вероятно уже для шитья. К концу палеолита появились наконечники стрел.
В индустрии первобытного человека важную роль сыграл новый материал - кость, главным образом оленья; из нее приготовляли различные охотничьи принадлежности: наконечники стрел, копий, гарпуны; из кости или же на ней вырезались различные человеческие фигуры, фигуры мамонта, оленя.
Неолитическая эпоха (новый каменный век - период 3-го и половину 2-го тысячелетия до нашей эры) представлена полированными орудиями из кремня, а также из более мягких пород, глиняной посудой и др. Глиняная посуда того времени изготовлялась без гончарного круга. Преобладали крупные высокие сосуды, с острым или круглым дном. Помимо старых палеолитических форм орудий - наконечников стрел и копий, скребков, скребел, проколок - впервые появляются шлифовальные орудия, топора, тесла, долота из сланца и других мягких горных пород, легко поддающихся шлифовке. Наряду с каменными орудиями в эпоху неолита широко применялись орудия из кости и рога - гарпуны, иглы, шилья. В конце неолита появляются специальные мастерские по изготовлению каменных орудий. Они располагались вблизи выходов кремня или других горных пород , пригодных для изготовления орудий (обсидиан, кварц, сланец), и содержали огромные скопления незаконченных орудий и отбросов, образующихся при их производстве.
Бронзовому веку предшествовал медный век , иначе халколит, или энеолит, - переходный период от камня к металлу ил же от неолита к бронзовому веку. Впервые начали появляться металлические изделия из меди, хотя продолжали преобладать еще каменные оружия. На Ближнем Востоке (Ю. Иран, Турция) медные и затем бронзовые изделия появились в 4-ом тыс. до н.э., в Европе - в 3-2 - м тыс. до н.э.
Бронзовый век (конец 4-го - начало 1-го тыс. до н.э.), историко-культурный период, характеризующийся распространением в передовых культурных центрах металлургии бронзы и превращением ее в орудия труда и оружия. Бронза - сплав меди с разными химическими элементами (олово, алюминий, бериллий, свинец, кадмий, хром), сплав меди с цинком - латунь. Бронза отличается от меди легкоплавкостью (700-900*С), более высокими литейными качествами и значительно большей прочностью, что и обусловило ее распространение. Оловянная бронза - древнейший сплав, выплавленный человеком. Бронза применялась в древности для производства оружия и орудий труда (наконечников стрел, кинжалов, топоров), украшений, монет и зеркал. Древние бронзовые орудия найдены в Ю. Иране, Турции и Месопотамии. Позднее они распространились в Египте, Китае и в Европе.
В средние века большое количество бронзы шло на отливку колоколов . До середины 19 в. для отливки орудийных стволов использовалась так называемая пушечная бронза - сплав меди с 10% олова.
В 19 веке началось применение бронзы в машиностроении (втулки подшипников, золотники паровых машин, шестерни, арматура). В 20 веке начали изготовлять заменители оловянных бронз. Наиболее распространены алюминиевые бронзы с 5-12 % алюминия и добавками железа, марганца и никеля. В 20-30- е годы разработаны безоловянные бронзы (бериллиевые, кремненикелевые и др.), способные сильно упрочняться при закалке с последующим искусственным старением.
Разнообразные бронзы играют важную роль в современном машиностроении, авиации, ракетостроительной технике, судостроении и других отраслях промышленности.
Бронза в искусстве с глубокой древности служила материалом для декоративно-прикладных изделий и скульптуры. Порошок и тонкие листки бронзы (поталь) служат также для бронзирования изделий из дерева, кости, черных металлов, гипса. Упругость, вязкость, пластичность бронзы дают возможность создавать объемные композиции, получать полые, относительно легкие отливки. Она хорошо поддается химической тонировке, золочению, полировке, ковке, чеканке, гравировке, что помогает разнообразить цвет и фактуру изделий.
Железный век - эпоха в истории человечества, характеризующаяся распространением металлургии железа и изготовлением железных орудий. Железный век сравнительно с предыдущими археологическими эпохами (каменным и бронзовым веками) очень короток. Его хронологические границы: от 9 - 7 вв. до н. э. На ранних стадиях железного века было известно метеоритное железо . Отдельные предметы из железа (в основном украшения) были найдены в Египте, Месопотамии и М. Азии.
Способ получения железа из руды был открыт во 2 - м тыс. до н. э. Согласно ему, сыродутный процесс был впервые применен подчиненными хеттам племенами, жившими в горах Армении (Антитавр) в 15 в. до н.э. Однако ещё длительное время железо оставалось малораспространенным и очень ценным металлом. Только после 11 в. до н.э. началось довольно широкое изготовление железного оружия и орудий труда в Палестине, Сирии, М. Азии, Закавказье, Индии. Распространение железа и стали, намного расширили власть человека: ускоряется развитие ремесла, в особенности кузнечного и оружейного. Совершенствуется обработка дерева для целей домостроительства, производства транспортных средств (судов, колесниц), изготовления разнообразной утвари. Облегчилось сооружение дорог, усовершенствовалась военная техника, расширился обмен, распространилась как средство обращения металлическая манета.
Таким образом, каждая эпоха способствовала совершенствованию человека, становлению его на новый виток развития.
Интерес человека к камням не угасает и по сегодняшний день. Люди покланяются красоте камня, верят в его магические силы, в способность влиять на их судьбы. Почему же это происходи? По-видимому, это связано с внутренним миром камня, его энергетикой, способностью благотворно или наоборот влиять на своего владельца. Каждый из камней был по-своему уникален и имел свой ареал распространения. Например, кремень - европейские регионы, нефрит - страны Востока, обсидиан - страны Закавказья и др.
Обратимся к наиболее полной характеристике свойств и особенностей каждого из камней.
1. Кремень - это минеральное образование, состоящее из халцедона, кварца, опала и примеси глины, обычно непрозрачный или слабо просвечивающийся. Твёрдость 6 -7, восковый блеск. Название происходит от греческого «кремнос» - скала, утес. В состав кремня входит химический элемент - кремний. В природе в свободном состоянии он не встречается и представлен в виде соединения - кремнезёма, или двуокиси кремния. Кремень бывает разным, в каком-то одном цвете его трудно представить. Он и белый, и светло-серый, бурый, красноватый и коричневый, черный и темно-зеленый. Черные и серые кремни окрашены примесями органических веществ, а красноватые, зеленоватые и бурые примесями гидроокислов железа. Известны желтые и розовые кремни.
Наибольший интерес представляют белорусские кремни, которых насчитывают до 90 разновидностей. В основном кремни находят на Брестчине и Гродненщине и, как правило, они мезозойского возраста. Белорусские кремни образовались в меловых отложениях при отмирании колоний живых организмов (радиолярий и диатомовых водорослей), которые при жизни усваивали такой химический элемент, как кремний. Они, как правило, органогенного происхождения.
Кремень используют при очищении воды. «Кремниевая» вода образуется в результате фильтрации обычной воды через кремень. При длительном контакте с ним происходит изменение молекулярных характеристик воды, а именно накопление активного молекулярного кислорода. При употреблении такой воды из организма удаляются радиоактивные изотопы цезия и стронция, накапливается селен, йод, медь, фтор, магний, кальций, калий и цинк.
В Волковыске была найдена шахта кремней, которые люди каменного века использовали в качестве орудий труда и защиты.
В музее землеведения также представлены кремни из Подмосковья, Украины и Урала.
2. Нефрит - мономинеральная горная порода, состоящая из тончайших волокон амфибола тремолит - актинолитового ряда с характерной спутанноволокнистой структурой, примерно такой, как перепутываются шерстинки в войлоке. Такая структура ещё больше упрочняет горную породу. Если где-нибудь найдётся слабый кристалл и сломается, то соседний, более прочный, не позволит трещине развиваться далее и расколоть породу. Этим и объясняется уникально высокая прочность нефрита, превышающая прочность стали.
Благодаря своей вязкости и высокой прочности нефрит использовали в каменном веке как материал для изготовления разного рода орудий. А благодаря своей красивой и неоднородной окраске он используется сейчас в камнерезной и ювелирной промышленности. Из него делают рюмки, вазы, браслеты, кольца, кулоны.
 |
Основными свойствами нефрита, влияющими на качество и цену, является окраска, просвечиваемость и способность принимать полировку.
Цвет и окраска нефрита обусловлена, главным образом, составом породообразующего минерала, а также концентрацией минералов-примесей. Существенно актинолитовые разновидности характеризуются темно-зелёной окраской, актинолит - тремолитовые - светло - зеленой. Значительное содержание гидрооксидов железа в актинолитовых разностях обусловливает болотный цвет камня. Окраска чистых тремолитовых разностей белая, присутствие примесей гидроксидов железа придает медовую окраску. Черный цвет нефрита объясняется присутствием графита, изумрудно-зеленый примесью хрома.
Цветовая гамма нефрита довольно обширна, но преобладает зеленый цвет разных тонов и оттенков, ярко-зеленый, светло-зеленый, голубовато-зеленый, темно-зеленый, оливковый и др. Реже встречается белый просвечивающийся нефрит, серый и чёрный.
Крупными промышленными источниками нефритового сырья в России считаются: Оспинское месторождение (Восточно-Саянская группа), Парамское (Селеняхское и Минилканское) в Якутии. Месторождения и проявления нефрита известны также на Полярном Урале (Нырдвоменшор), в Казахстане, в Туве, Китае (хр. Куэнь-Лунь, Памир), США (шт. Монтана, Аляска, Вашингтон, Калифорния), Канаде, Новой Зеландии, Бразилии и Польше.
3. Обсидиан . Наряду с кремнем и нефритом в доисторические времена использовали и обсидиан. Одна из важных особенностей обсидиана, на которую обратил внимание первобытный человек, это способность при расколе давать острый режущий край. Лучшие скребки, ножи, серпы и другие инструменты изготовлялись из обсидиана. Позднее из него научились делать наконечники стрел и копий.
Название камень получил, как предполагается, в честь римлянина Обсиуса, привезшего его из Эфиопии на Родину.
Обсидиан - кислое вулканическое стекло, содержащее более 70% SiO 2 и не более
 |
|
Обсидиан, Армения |
Месторождения обсидиана расположены в Закавказье (Параванское, Артенинское, Гюмушское, Анкаванское, Кечалдагское) и на Камчатке (Иткваям). Среди известных месторождений за рубежом наиболее богаты месторождения в США и Мексике. В США добывается иризирующий обсидиан с многоцветной иризацией («павлиний хвост»), отличающийся очень высоким качеством. В музей землеведения обсидиан привезён из кавказских стран (Армении, Грузии) и из США. Обсидиан используется в производстве теплоизоляционных и строительных материалов, а также как поделочный камень.
4. Яшма . Яшма относится к числу наиболее распространенных в природе и наиболее популярных камней. Название «яшма» (от греч. «яспис» - пестрый) означает крапчатый камень. По современным представлениям яшма - понятие собирательное. Это плотная кремнистая горная порода, состоящая из микроскопических кварцевых зёрен, сцементированных кварцем и халцедоном с большим количеством примесей. Пигментом яшм служат красные, бурые и черные оксиды марганца, граната, железа, зеленые хлорит, актинолит и эпидот, розовые и красные - гематит, голубые глаукофан, рибекит и другие минералы.
Яшма отличается высокой плотностью, вязкостью, твердостью (6-7) (оставляет царапину на стекле) и разнообразной окраской. Характерное свойство яшм - прекрасная полируемость, они всегда принимают зеркальную полировку (бездефектные камни).
Долгое время не было единого мнения о генезисе яшм, что, видимо, отчасти связано с отсутствием единого представления о том, что собственно следует считать яшмой. Исследования последних лет показали, что среди многочисленных разновидностей группы яшм чётко выделяются два типа: осадочные метаморфизированные породы и продукты гидротермального изменения различных пород.
Основу яшм первого типа в большинстве случаев составляют органогенные осадки. Особенно интенсивное накопление остатков кремнистых организмов идет в вулканических областях. Вулканический пепел, падающий в воду, разлагается, насыщая её окисью кремния, которая и служит материалом для построения скелетов кремнистых организмов. После образования осадочные кремнистые породы становятся весьма пористыми и, конечно, не могут служить поделочным материалом. Уплотнение кремнистых пород и превращение их в яшмы происходит при их метаморфизме, т.е. перекристаллизации в условиях высоких температур и давлений (после захоронения пород под мощной толщей более молодых осадочных пород). Глубокое изменение происходило при метаморфизме палеозойских (380 - 400 млн. лет назад) вулканогенных толщ Южного Урала. Яшмы встречаются по всей полосе выходов пород этого возраста, протягивающихся от Миасса до Орска и далее в Казахстан. Наиболее знамениты ленточные красно-зеленые яшмы к северо-западу от Верхнеуральска.
Яшмы Южного Урала представляют собой интереснейший объект для художника камня. При некоторой доле фантазии в рисунке яшмы можно увидеть и бурное море, и закат в лесу, и многое другое. Стоит повернуть образец - перед нами новая картина.
Яшмы известны с палеолита, из них наряду с кремнем, нефритом и обсидианом делали примитивные орудия и инструменты. В античное время и средневековье яшмы, особенно полосчатые и красные, стали использоваться для резных украшений, из них вытачивали превосходные геммы. Яшма входила в число драгоценных камней. В древности из яшмы делали печатки и амулеты. Нередко яшма была предметом межплеменного обмена. В средневековье яшма стала одним из двенадцати священных камней. М.В. Ломоносов причислил яшму к наиважнейшим русским товарам, наряду с хрусталем и речным жемчугом. Примечательно, что в 1766 г. В Екатеринбурге (ныне Свердловск) была составлена первая карта месторождений цветных и драгоценных камней Урала, 68 месторождений на этой карте были яшмовые.
В настоящее время яшма используется в качестве поделочного либо ювелирно-поделочного камня. Однотонные (нерисунчатые) и крупнорисунчатые разновидности чаще применяются в архитектурном оформлении интерьеров. Тонкорисунчатые яшмы часто применяются сырья (для изготовления вставок в ювелирные и ювелирно-галантерейные изделия).
В России известны уникальные изделия из яшм, поражающие своей красотой и совершенством камнерезного мастерства: камины во дворцах, колонны, вазы, канделябры и т.д. Нельзя не вспомнить при этом вазу из ленточной ревневской яшмы. Диаметр чаши составляет 6 м, общая масса 20 т. Великолепна ваза из серой калканской яшмы, высотой 1,3 м (Государственный Эрмитаж, Санкт-Петербург).
Яшма поистине уникальный камень. Как, писал А.Е. Ферсман: «Русская яшма заняла первое место во всем мире по богатству и размерам её месторождений».
5. Базальт Название происходит от эфиопского basal - железосодержащий камень. Магматическая горная порода, в составе которой преобладает плагиоклаз (лабрадор); присутствуют пироксены, оливин, магнетит, титанит, апатит и др. Химический состав близок к габбро, которое является глубинным его аналогом. Почти полностью кристаллические базальты называются долеритами.
 |
За пределами России добыча базальта ведется на Кавказе, Украине (окрестности Ровно).
Базальт - хороший строительный материал; используется для производства щебня и штучного камня, для облицовки сооружений. Базальт прочен, хорошо поддается шлифовке. Поэтому его издавна применяют для скульптуры (Др. Египет, Ассирия, поздний Рим, Византия, современная Армения). Базальт легко плавится. В плавленом виде он используется при изготовлении кислотоупорной химической аппаратуры, труб, электроизоляторов сильного тока.
6. Кварцит метаморфическая горная порода, которая в основном состоит из зёрен кварца, скреплённые кремнезёмом. В качестве минералов-примесей присутствует мелкочешуйчатый мусковит, биотит или хлорит, роговая обманка, гематит или магнетит, графит, мелкие кристаллы граната, иногда полевой шпат. Присутствие этих минералов в заметном количестве определяет видовую характеристику кварцитов. Цвет светло-серый и серый. Яркую темно-малиновую, розовую окраску кварциту придаёт примесь гематита или лимонита, тонкие плёнки которых обволакивают зёрна кварца. Кварцит обладает большой твёрдостью: на свежей поверхности слабую царапину может оставить кварц или ещё более
 |
Кварцит является продуктом перекристаллизации кремнистых или песчанистых пород в результате регионального метаморфизма. Железистые кварциты, в которых, кроме кварца, присутствуют гематит или магнетит, образуются в результате перекристаллизации железистых песчаников или кремнистых сланцев. Особенно широко распространены кварциты в отложениях протерозоя. Многие разновидности кварцитов - важнейшая железная руда (например, месторождения Кривого Рога и Курской магнитной аномалии, оз. Верхнего в США, Лабрадора в Канаде).
Среди горных пород кварциту нет равных по долговечности. Он не боится огня, горячих щелочей, едких газов, кислот и даже «царской водки». Он идет на изготовление динаса и используется в качестве флюса в цветной металлургии; в химической промышленности они применяются как кислотоупорный материал, в строительстве - как материал для изготовления облицовочных плит, брусков, щебня. Красный кварцито-песчаник Шокшинского м-ния (Карелия) ценится как высокосортный облицовочный и декоративный камень. Им облицован Мавзолей Ленина и ряд станций Московского метрополитена. В Музее землеведения есть кварциты из месторождений Урала, Украины и Алтая.
7. Гранит - интрузивная магматическая горная порода. В основном состоит из полевого шпата - 65-70 % (плагиоклаз количественно преобладает над ортоклазом или микроклином, кварца - 25-30 %, а также небольшого количества слюды, реже роговой обманки. Причем темноцветных минералов (роговая обманка, биотит) гранит содержит очень мало (около 5-10 %).
 |
Гранит является продуктом кристаллизации кислой магмы в глубинных зонах земной коры. Некоторые граниты образуются за счет перекристаллизации осадочных и других пород под воздействием высокой температуры, высокого давления и химически активных веществ (процесс гранитизации). Гранит широко используется как строительный и облицовочный материал. Из гранита изготовляют блоки, плиты, карнизы, бордюры, а также детали различных машин и агрегатов для целлюлозно-бумажной, пищевой (крахмально-паточной), станкостроительной, металлургической и фарфоро-фаянсовой промышленности, так как они, в отличие от металла, не поддаются воздействию солей и кислот, не боятся влаги. Из него изготовляют жернова и вальцы для мельниц. Гранитные плитки - материал для изготовления железобетонных изделий и конструкций, гранитные блоки - для декоративного оформления зданий.
Признаками гранита хорошего качества являются свежий облик полевого шпата, высокое содержание кварца и низкое - слюды, отсутствие пирита. Одним из сортов гранита, употребляемого для изготовления лестничных ступеней, колонн, памятников, для облицовки зданий, набережных является гранит-рапакиви. Разработка его месторождений ведется в Карелии, Киевской области и на Урале (Бердяушский массив в Башкирии).
Граниты развиты преимущественно в горных странах (Кавказ, Урал, Саяны, Тянь-Шань, Памир), где осадочные породы смяты в сложные складки и нарушены разломами. Особенно же они характерны для областей, где на поверхности обнажаются древние кристаллические сланцы и гнейсы (Карелия, Правобережная Украина и Приазовье, Енисейский кряж, Юго-Западное Прибайкалье, Ю.Якутия).
Музейная коллекция представлена гранитами из разных уголков земного шара. Только в уникальной геологической аллее представлены граниты из Италии (м-е Rosa Beta), Украины (м-е Покостовское, Капустинское), Африки (African Red), Башкирии (м-е Мансуровское), Бразилии.
8. Мрамор - метаморфическая горная порода, образовавшаяся путем перекристаллизации известняка на большой глубине под воздействием высоких температур и давления. Структура у мрамора кристаллически - зернистая.
Порода состоит главным образом из кальцита и (или) доломита. Их количественные соотношения определяют видовую принадлежность мрамора (кальцитовый мрамор, доломитовый мрамор, разновидности смешанного состава). Мрамор имеет различный цвет; нередко он пестро окрашен и имеет затейливый рисунок. Мрамор поражает неповторимыми рисунками, расцветками. Белый цвет встречается у чисто скульптурного мрамора, серый до темно-серого обусловлен примесью графита и битуминозных веществ, зеленоватый цвет мельчайшими включениями хлорита или амфиболов, розоватый, красный, желтый и кремовый цвета за счет включений гематита и лимонита.
 |
Мрамор - прекрасный облицовочный, декоративный и скульптурный материал. Мрамор используется при отделке зданий, вестибюлей, подземных залов метро, в качестве заполнителя в цветных бетонах, идет для изготовления плит, ванн, умывальников и памятников. Из мрамора делают изящные кубки, светильники, оригинальные настольные приборы. Мрамор применяется в черной металлургии при сооружении мартеновских печей, в стекольной, электротехнической промышленности, а также в качестве строительного материала в дорожном деле, как удобрение в сельском хозяйстве и для выжигания извести. Из мраморной крошки изготовляют красивые мозаичные панно и плитки.
Месторождения белого мрамора известны на Урале (Коелгинское и Прохорово-Баландинское), серый мрамор добывается на Урале (Шелеинское м-е), и в Грузии (Лопотское). Цветные мраморы распространены также на Урале (Нижнее -Тагильское, Саткинское, Фоминское м-я), в Грузии, Карелии, в Хакасии, на дальнем Востоке, в Саянах и др. За границей широкой известностью пользуются месторождения мрамора Италии (Каррара), и Греции (о. Парос).
В музее представлены мраморы из Урала (г. Н.Тагил), Алтая (Змеиногорский р-н), Ср. Азии (Газган), Казахстана, Узбекистана и Туркмении. Геологическую аллею украшает мрамор из Италии (Nero Portoro).
Таким образом, каждая из рассмотренных нами горных пород стала своеобразным толчком в поступательном развитии человечества, найдя свое место и целевое назначение. Человеку дана уникальная возможность пользоваться этими богатствами и наслаждаться их красотой и совершенством. Но главное не забывать, что и в мире камней есть свои законы, которым человек должен непременно следовать.
Еще 10-15 лет назад никто не предполагал, что человеку удастся создать такой искусственный материал, как, например, старлит или бесформенный металл.
Это было что-то из области фантастики, такое только показывали в научных фильмах. Однако технологии и наука не стоят на месте, и появляются различные идеи и проекты.
Не совсем новый материал, но названию соответствует. По сути, это щелочной материал, который состоит из воды и имеет частицы силиката калия и натрия. Процедура создания имеет различные варианты. Его могут создавать, как и обычное твёрдое стекло, используя температуру плавления, для того чтобы расплавить песок и питьевую соду. Второй способ основывается на воздействии лития на материал с кремнезем.
Жидкое стекло обладает высокой клеящей способностью, поскольку молекулы находятся на поверхности. Они соприкасаются с другими молекулами и отдают свою влагу, при этом повышая плотность и вязкость. Изоляция у такого стекла потрясающая: оно способно выдерживать температуру 1200-1300 градусов по Цельсию.
Почему же его добавляют в цементные растворы? Все потому что в сочетании с низкой ценой стекла и его способностями цементный раствор улучшает свои качества. Также из-за стойкости к влаге такое стекло рекомендуется использовать при строительстве домов и хозяйственных помещений. Также оно применяется как изолятор в электрике, в укладке линолеума и даже в садоводстве все из-за тех же клеящих свойств.
Бесформенный металл
Данный металл позволяет сильнее бить по мячу игрокам гольфа, увеличивает дальность и мощность поражения пули, скальпели делает устойчивее к износу. Это новшество в основном используется в создании оружия и клюшек для гольфа.
Старлит
Это вид пластика, способный выдержать большую температуру. При этом тепловой порог настолько большой, что сначала создателям вообще не поверили. И только после того, как они показали его свойство на камеру, их изобретение признали. Этот материал облучали несколько раз, но он оставался невредимым. Главная особенность старлита: он никогда не становится токсичным при высокой температуре. Также он лёгкий, его можно использовать в аэрокосмических технологиях, летательных аппаратах и огнезащитных костюмах.
Обычный лист углерода, который имеет толщину одного атома и свернут в цилиндр. Хоть он и лёгкий, все же крепче стали в 100 раз. К тому же, проводит электричество не хуже, чем медь. Трубки небольшие и не видны невооруженным глазом. Имеют форму сажи в необработанном состоянии. Применяются при производстве кабеля для «лифта в космос», ведь такой лист углерода может выдержать большой вес и при этом не согнуться.
Это далеко не все искусственно созданные материалы. Каждый год учёные разных стран делают открытия в синтезе новых. Ведь наука это – «неизведанный» мир, в котором каждый раз можно найти и открыть что-то новое.
Мир современных материалов велик и многообразен. Без этих материалов невозможно представить себе целые отрасли промышленности, но также и быт современного человека.Шаровой кран, расходомер, сковородка на кухне, велосипед объединяет одно общее - использование высокопрочных, термостойких, искусственных, пластических материалов. Среди этого разнообразия выделяется 3 основные группы: термопласты, дуропласты, эластомеры.
Термопласты: искусственные материалы, состоящие из
длинных, линейных построений из молекул. В процессе нагревания они плавятся и приобретают необходимую форму. Большинство современных материалов попадают именно в эту группу. Упаковка для продуктов, детали для автомобильной промышленности и строительства - все это термопласты.
Дуропласты: искусственные материалы, которые посредством нагревания в результате соединения молекул приобретают трехмерную, сетчатую структуру. В результате этих изменений молекулярной структуры они приобретают новые физико-химические свойства: твердость и прочность. В основном эти материалы используются для электротехники. Эта группа включает в себя такие известные материалы как бакелит, полиэстеры, полиуретан, эпоксидные смолы и т.д.
Эластомеры : к эластомерам принадлежат все виды сетчатого каучука. Сетчатая структура приобретается в результате химического процесса, например, вулканизации. С помощью пероксидов или металлоксидов. Все каучуки обладают пластичностью, однако в результате нагревания они не становятся более мягкими, сохраняют свою форму и не растворяются в большинстве растворителей. Наиболее известными примерами каучуков являются - натуральный каучук (NR), стиролбутадиенкаучук (SBR), этилен-пропилен-диен-каучук. Именно эти материалы наиболее чаще используются в качестве уплотнений в шаровых кранах, расходомерах, втулок агрегатов и машин.
Физико-химические и технические свойства наиболее распространенных искусственных материалов, применяемых при производстве расходомеров.
1. PVC (Polyvinylchlorid) - термопласт. Цвет - темно-серый (0 + 60С). PVC, благодаря своим великолепным химическим и механическим свойствам, является наиболее распространенным и долговечным искусственным материалом. Он трудно воспламеним, обладает отличной устойчивостью против многих кислот, щелочей, алкоголей, минеральных масел, бензина. При применении под открытым небом ведет себя лучше, чем полипропилен,но при низких температурах PVC становится более хрупким и менее прочным. В отличие от других термопластов, PVC легко склеивается. Максимальная температура применения до +60 С.
2. PVDF (Polyvinilidenfluorid) - термопласт. Цвет - молочный (-50 +140С). PVDF обладает почти всеми свойствами РР, PE и PVC. Этот искусственный материал на основе фтора успешно противостоит всем химическим средам и обладает высокой термосопротивляемостью до + 140 С. Значительными плюсами этого материала являются также: высокая устойчивость против климатических условий, физиологическая совместимость и низкая воспламеняемость. Большим минусом является высокая стоимость материала. Область применения: емкости для агрессивных сред, корпуса, втулки, шестеренки для расходомеров, трубы и системы вентиляции.
3. PP, PPs (Polypropylen) - термопласт. Цвет - светло-серый или серый (0 +80С). PP и PPs являются легкими, универсальными термопластами, которые обладают идеальными свойствами. Полипропилен незаменим в химической промышленности и в производствах, где используются соли, щелочи, кислоты, растворителя и бензолы. Температурная выносливость до + 80 С - тоже не проблема, однако при низких температурах полипропилен становится более хрупким. Полипропилен является безопасным искусственным материалом и, поэтому, широко применяется в пищевой промышленности. Слабым местом полипропилена является его низкая сопротивляемость ультрафиолетовому излучению, поэтому его применение под открытым небом ограничено. Стандартное применение полипропилена - корпуса и внутренние механизмы расходомеров, оборудования, приборов, трубы инструменты, вентиляторы.
4. PE (Polyethylen) - термопласт. Цвет - черный (-40 +60С).. PE является близким "родственником" PP и обладает схожими свойствами. В отличие от полипропилена, РЕ обладает высокой устойчивостью против ультрафиолетового излучения и, на основании этого, является идеальным материалом для наружного применения. Полиэтилен не боится низких температур и не теряет своих свойств до - 40 С. При температурах выше+ 60 С, как правило, использование полиэтилена не допускается. Область применения: трубы, корпуса приборов, втулки, шаровые краны.
5. РЕЕК (Polyeetheretherketon) - термопласт. Т - 40 + 260 С. Один из самых современных искусственных материалов, обладающий удивительными, универсальными свойствами. Обладает самой высокой сопротивляемостью против концентрированных щелочей, кислот, солей, кетонов, ароматических углеводородов и горячей воды. Легко переносит высокие температуры, не теряя своих свойств, однако способность противостоять ультрафиолетовому излучению не является самым сильным свойством РЕЕК. Применение: в агрегатах машин, втулки, оси, уплотнения. Чаще всего в расходомерах применяются в виде внутреннего слоя и деталей внутренних механизмов.
6. PTFE (Polytetrafluorethylen - тефлон) - термопласт. Т - 200 + 260 С. Современный термопластический материал, обладающий великолепными производственными и потребительскими свойствами. Обладает самой высокой температурной и химической сопротивляемостью, низким коэффициентом трения. Широко применяется в химической, пищевой и электротехнической промышленности в качестве уплотнений внутренних и наружных слоем, осей, втулок, шлангов.
7. EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) - эластомер. Т -55 + 140 С. Обладает высокой эластичностью. Высокая сопротивляемость к тепловым, погодным воздействиям и озону. Применяется для холодной воды, горячей воды, пара, горячего воздуха, алкоголей и кислот. Низкая сопротивляемость против алифатических, ароматических и хлорированных углеводородов (масел и топлива). Чаще всего в расходомерах применяются в виде уплотнений.