Аморфные вещества использовались человечеством с незапамятных времен. Стекла, смолы и высыхающие масла были известны уже в глубокой .древности. Но особенно широкое распространение аморфных веществ началось в наше время. Они прочно вошли в обиход и сделались неотъемлемой частью технического производства. Существование современного города нельзя себе представить не только без остекленных окон и окрашенных стен, но и без электрического освещения, автомашин и радио и даже автоматических ручек, причем появление соответствующих производств стало возможным только благодаря использованию специфических свойств аморфных тел. Так, например, развитие автомобильной и авиационной промышленности было бы невозможно без резиновых шин; для электрической изоляции проводов, подземных кабелей, радиоаппаратуры и т. п. служат натуральные и искусственные каучуки, пластмассы и т. д. Трудно перечислить все области промышленности, в которых простые и полимерные аморфные вещества не играли бы существенной роли. Это объясняется их особыми физическими свойствами, позволяющими удовлетворить высоким требованиям, предъявляемым современной техникой (прозрачность, высокая эластичность, прочность и т. п. при большой простоте технологии получения и обработки).
Внедрение в технику этих новых материалов произошло, конечно, не сразу. Оно потребовало большой работы по изучению механизма образования и исследованию их физи- '
ческой природы. При этом были достигнуты новые результаты, выдвинуты совершенно новые представления в ряде научных областей, как это всегда бывает при развитии живой науки, тесно связанной с насущными вопросами производства.
Изучение механизма полимеризации показало, что она является особым типом цепной химической реакции, приводящей к получению гигантских макромолекул. Удалось установить законы, управляющие подобными процессами, и сознательно регулировать их течение так, чтобы получить материалы с заранее заданными свойствами, даже превосходящие по своему качеству природные продукты.
Вместе с тем оказалось, что синтезированные высокомолекулярные соединения очень близки по своему строению к основным структурным единицам, из которых построены живые организмы. Это в свою очередь позволило заглянуть вглубь, казалось до того, таинственной кухни производящих сил природы, создавшей органические вещества и жизнь на Земле.
В области химических и физико-химических исследований полимеров огромная заслуга принадлежит трудам русских ученых — Лебедева, Остромысленского, Медведева, Каргина, Коршака, Бреслера, Догадкина и др.
Изучение физических свойств полимеров показало, что замечательная эластичность резин и каучуков проявляется в определенной температурной области у всех высокомолекулярных соединений и обусловлена свертыванием полимерных цепей в силу дезориентирующего действия теплового движения.
Вместе с тем дальнейшее изучение свойств простых и высокомолекулярных аморфных веществ установило, что они имеют общие закономерности. Подобные исследования перебросили мост между жидким и твердым состояниями и раскрыли новый тип релаксационного механизма реакции веществ этого класса на внешние воздействия. В зависимости от скорости приложения внешнего напряжения
одно и то же вещество проявляет себя или как твердое, или как жидкое тело. Это позволило ввести новые представления в учение об агрегатных состояниях.
Вплоть до настоящего времени широко распространено положение о том, что твердыми телами могут считаться только кристаллы, так как лишь они находятся в термодинамически устойчивом состоянии. Стекла же следует причислять к переохлажденным жидкостям, к тому же не обладающим якобы пределом упругости. Не говоря даже о том, что простой эксперимент может каждому доказать ошибочность подобного утверждения, термодинамическое равновесие никак не определяет ни принадлежности к тому или иному агрегатному состоянию, ни устойчивости данной системы. Так, вряд ли кому придет в голову усомниться в том, что обычное олово является твердым телом при нуле градусов, хотя при этой температуре термодинамически равновесна другая, серая модификация олова.
Переохлаждение ниже температуры плавления Т8 далеко не всегда приводит к кристаллизации. Жидкость часто проходит эту температуру, совершенно „не замечая" ее. Более того, значительное количество веществ не поддается кристаллизации ни при каких условиях и может считаться полностью стабильным. В качестве примера можно указать на ископаемые смолы, сохранившие аморфное строение со времен эоцена, т. е. в течение десятков миллионов лет (янтарь).
Переход из одного равновесного состояния в другое всегда ограничивается потенциальным барьером, препятствующим подобному превращению.
Когда говорят о термодинамических переходах, то совершенно упускают из виду, что мы всегда имеем дело только с состояниями, далекими от полного равновесия. Так, например, насыщение двойной связи органического соединения переводит систему на более низкий энергетический уровень. Однако этим не заканчиваются возможные реакции. Кислород воздуха может окислить водород и углерод до Н2О и С(Х. Неорганические радикалы могут прореагировать с обч
разованием солей и т. п. Продолжая аналогию, мы пришли бы к полному нивелированию органической природы. Только наличие потенциальных барьеров допускает стационарное существование различных форм окружающего нас мира. Если барьер достаточно высок, то система может быть очень устойчивой и вероятность перехода становится значительно меньше вероятности разрушения вследствие совершенно посторонних и случайных причин. Примером могут служить любое стеклянное изделие, уже упоминавшаяся ископаемая смола (янтарь) и вообще все применяемые в технике аморфные вещества.
В развитии этих идей и установлении основных закономерностей большое значение имели работы советских физиков, особенно исследования, проведенные в Физико-техническом институте АН СССР, в Физико-химическом институте имени Карпова и в лабораториях академиков И. В. Гребенщикова и А. А. Лебедева.
Как следует из всего сказанного, наука об аморфных веществах охватывает ряд областей молекулярной физики и органической и физической химии. Поэтому исследования по данному вопросу разбросаны по различным журналам разного направления, что сильно затрудняет возможность представить полностью картину явлений. Однако это необходимо для ясного понимания предмета ввиду особенностей строения и поведения данного класса веществ. Подобное положение ярко чувствуется при изложении курсов, связанных с вопросами твердого тела, молекулярной физики, физики и химии диэлектриков и т. п. Это заставило меня попытаться в одной работе рассмотреть химические процессы образования и дать описание физических свойств простых и полимерных аморфных веществ и управляющих ими закономерностей. Вместе с тем мной проводится сравнение физических свойств одних и тех же соединений в их кристаллической и аморфной модификациях.
При изложении материала большое внимание уделено релаксационному характеру реакции вещества на внешние
воздействия — основному свойству всех простых и полимерных аморфных тел. В связи с этим главным методом исследования физических свойств и наблюдаемых закономерностей служит изучение влияния на них температуры и частоты или скорости внешнего воздействия.
Для того чтобы не загромождать текста подробностями и вместе с тем облегчить понимание смежных областей, мне пришлось выделить ряд вопросов в виде приложений в конец книги. Это оказалось тем более необходимым, что монография в значительной степени рассчитана на инженеров и студентов разных специальностей (промышленности пластмасс, резины, изоляционных материалов), равно как и на физиков
и физико-химиков.
Я старался несколько подробнее изложить вопросы, которые мало освещены в других работах.
В заключение выражаю сердечную благодарность С.Е. Брес-леру, С. Н. Ж'уркову и Е. В. Кувшинскому, которые помогли мне советами и указаниями при составлении этой книги, а также моему верному другу и помощнику — жене моей " " v^K^vn
С. В. Кобеко.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение..................... . . ;......... . 3
Глава первая. Общие свойства аморфных тел.......... 8
Результаты рентгенографического исследования ...... 12
Глава вторая. Получение простых аморфных веществ ..... 29
Условия кристаллизации . .'............... 29
Переохлаждение и строение аморфных тел........ 50
Глава третья. Получение полимеров............. 59
Поликонденсация..................... 59
Полимеризация..................... 69
Глава четвертая. Переохлаждение и кристаллизация полимеров 97
Глава пятая. Упругие свойства простых аморфных тел..... 120
Глава шестая. Высокая эластичность полимеров........ 135
Глава седьмая. Релаксация объема при застекловании..... 169
Глава восьмая. Теплоемкость.................. 182
Глава девятая. Механическая прочность твердых тел...... 212
Глава десятая. Ионная электропроводность твердых тел .... 250
Глава одиннадцатая. Вязкость................ 271
Глава двенадцатая. Электропроводность жидкостей....... 2"*U
Глава тринадцатая. Диэлектрическая проницаемость и диэле -
трические потери ..................... 301
Дополнение 1. Методы расшифровки рентгенограмм....... 357
Дополнение 2. Значение кинетических констант........ . 363
Дополнение 3. Природа ненасыщенных связей ......... 372
Дополнение 4. Определение молекулярных весов......... 384
Литература........................... 424
Цена: 500руб.
