Электронный микроскоп - Клементьев Сергей Дмитриевич - Страница 10

Поверхность катализатора.

Попробуйте зажечь кусочек сахара спичкой. Сахар обуглится, оплавится, но гореть не будет. Ему не хватает катализатора. Но стоит вам посыпать этот же кусочек сахара катализатором — табачным пеплом, как сахар запылает ярким голубоватым пламенем.

Катализаторы очень распространены в технике и в живой природе. Многие жизненные процессы в организмах человека, животных и растений зависят от действия катализаторов. Катализаторы — очень интересные, но и крайне загадочные вещества.

Что же это за вещества? Почему катализаторы ускоряют ход химических реакций? Какие процессы происходят при взаимодействии катализаторов с химическими веществами?

Долгие годы химики мечтали о том, чтобы познать тайну катализаторов. Они хотели разглядеть их во всех подробностях.

Ученые догадывались, что на поверхности катализаторов находятся какие-то кристаллики, которые и ускоряют ход химических реакций. Но как рассмотреть эти ничтожные по своим размерам кристаллы, как изучить строение поверхности катализаторов? Сколько ни бились химики, пытаясь разглядывать эти странные вещества в обычные, оптические микроскопы, они не могли увидеть подробностей их строения.

Ведь размеры этих кристалликов меньше, чем длина световых волн.

В оптические микроскопы при самом сильном увеличении были видны только какие-то серые, мутные, расплывающиеся пятна.

Казалось, что никогда не удастся увидеть строение поверхности катализаторов.

Но электронный микроскоп разрешил и эту казавшуюся ранее совершенно неразрешимой задачу.

Советским ученым удалось в электронный микроскоп увидеть кристаллики на поверхности катализаторов. Они не только увидели эти кристаллики, но и проследили за тем, как они образуются и растут.

Устанавливая законы роста, взаимного расположения кристаллов, изучая, как влияет на них различная температура и давление, как сказывается на них присутствие других химических веществ, можно сознательно, а не ощупью, как раньше, создавать все новые и новые виды катализаторов.

Ведь главное — это понять принцип действия и детали строения, а поняв, можно разработать новые, еще более мощные, более надежные и дешевые виды катализаторов, имеющих столь большое значение в химической промышленности.

В обычных растворах, например кристаллов соли или сахара, кристаллы полностью смешиваются с молекулами воды.

Но, кроме обычных, существует другой тип растворов, называемых коллоидными растворами.

В этих растворах частички вещества гораздо более крупные и состоят из большого числа связанных между собой молекул. Поверхность этих частичек отделена от молекул жидкости, в которой они плавают или, как говорят, взвешены.

Частички имеют способность укрупняться, присоединяя другие, соседние с ними частицы. Когда частицы укрупнятся, они выпадают на дна в виде осадка (коагулируются).

Все мы видели студень из свиных или бараньих костей, столярный клей, желатин и другие подобные полутвердые вещества. Это коллоиды, твердые частички, взвешенные в жидкости.

Коллоиды обладают замечательными свойствами, и изучением их занимается целая отрасль науки — коллоидная химия.

Коллоидная химия — это новая, интересная и очень важная отрасль науки. Она широко применяется почти во всех отраслях промышленности и в сельском хозяйстве.

Изображение коллоидов в электронном микроскопе.

Очень многие вещества способны образовывать коллоидные растворы. Различные эмульсии, краски, лаки, сажа, органические соединения многих металлов дают коллоидные растворы. Железо, марганец, алюминий часто встречаются в природе в виде коллоидных растворов. Органические вещества почвы на 40 процентов состоят из коллоидов.

Для решения многих вопросов, интересующих биологию, геологию, промышленность и сельское хозяйство, необходимо видеть своими глазами коллоиды, эти мельчайшие частицы материи. Очень важно знать не только размеры коллоидных частиц, но и их форму и взаимное расположение.

Свойства коллоидов зависят не только от состава входящих в них элементов, но и от других причин.

Далеко не все равно, будут ли частички вещества в виде шариков или пластинок, ромбовидных или игольчатых длинных кристаллов.

Для свойств вещества небезразлично, как связаны между собой эти мельчайшие, невидимые в обычный оптический микроскоп частицы.

Коллоидные частицы (мицеллы) нельзя разглядеть в самый лучший оптический микроскоп, так они ничтожно малы. Делу может помочь только электронный микроскоп.

Проведите слегка пальцем по внутренней поверхности печной или самоварной трубы. Палец запачкается. Он станет черным от сажи. Для работы печи сажа вредна. Она засоряет отверстия труб, дым проходит плохо, тяга уменьшается. Иногда сажа загорается, вызывая пожары.

Кажется, ничего интересного в саже нет. Но это только так кажется. На самом деле сажа — чрезвычайно ценный продукт для резиновой промышленности. Она входит в состав как натуральной, так и искусственной (синтетической) резины.

Прочность многих резиновых изделий и их долговечность зависят от этого невзрачного продукта — сажи.

Тонкая сажа.

Размер отдельных мельчайших частичек сажи и их взаимная связь сильно влияют на механическую прочность и износ резиновых изделий.

Но частицы сажи настолько малы по своим размерам, что разглядеть подробности их строения в обычный оптический микроскоп невозможно.

Не зная размеров частиц сажи, получают резину самого различного качества, а потом удивляются: почему полученная резина малоэластична и рвется, вместо того чтобы растягиваться? Делали ее всегда одним и тем же методом, но в одной партии получается хорошая резина, а в другой — брак. Одни и те же порции составных частей резины, одни и те же температура и длительность нагрева, того же качества каучук, словом все то же самое, а качество резины разное!

В чем тут дело?

Почему так получается?

Оказывается, причину надо искать в размерах частиц сажи и в их взаимном расположении.

Но как же определить размер этих еле видимых в оптический микроскоп частиц?

Тут-то и приходит на помощь электронный микроскоп. Он не только определяет размер и взаимное расположение частиц сажи, но и их внутреннее строение.

Электронный микроскоп не ошибется. Он своевременно уловит несоответствие сажи предъявляемым к ней требованиям и совершенно точно определит причины брака резины. Брак будет своевременно обнаружен, а партия недоброкачественной сажи будет изъята и заменена другой.

Внутреннее строение (структуру) самого каучука, резины и пластмасс также изучают в электронном микроскопе, изготовляя из них очень тонкие пленки.

Структура каучука в электронном микроскопе.

Электронный микроскоп, проникая в глубину строения веществ, помогает находить правильные способы обработки и получать высокое качество продукции.

Резиновая обувь, купленная вами в магазине, будет служить долго, и рваные калоши станут редкостью. Приготовленные из материалов высокого качества, ваши калоши долго будут выглядеть, как новые.

Краски имеют большое значение в технике, производстве и быту. Почти все вещи, окружающие нас, покрыты слоем краски. Стены, пол, мебель в комнате, предметы, стоящие на вашем письменном столе, кровать — все это выкрашено в ту или иную краску. Железнодорожные и трамвайные вагоны, автобусы, крыши жилых домов и многое другое, что нам попадается на каждом шагу, покрыто краской. Она придает предметам красивый, изящный вид и имеет большое практическое значение — предохраняет многие изделия от разрушающего действия водяных паров, воздуха и температурных колебаний. Во влажном воздухе не так быстро гниет дерево, покрытое тонким слоем краски, не окисляются металлы.