верхностей при шлифовании и полировании, создать более совершенные смазки, облегчившие приработку деталей машин.

Прочность реальных материалов из-за дефектов их кристаллической структуры значительно ниже прочности идеальных монокристаллов. Если диспергировать материал до частиц, размеры которых соизмеримы с расстояниями между дефектами структуры, то прочность таких высокодисперсных частиц будет близка к прочности идеальных твердых тел. Отсюда возникла идея о повышении прочности материалов путем их измельчения с последующим свариванием, спеканием уплотненных дисперсных порошков. На основе этой идеи разработано производство новых материалов н изделий из них — порошковая металлургия, металлокерамика (см. § 229).

Широкие возможности создания новых материалов открываются на основе композиций из неорганических веществ и полимеров органических соединений. Примером их являются резины, состоящие из вулканизованных каучуков ,й-сажи, масса которой достигает 50 % массы резины. В зависимости от соотно-

шения компонентов и от распределения серы н сажн в каучуке можно получать резины с разнообразными свойствами. На этом примере полезно подчеркнуть различие понятий о веществах и материалах. Каучук, сажа, сера —это вещества, из которых создается матернал определенной структуры — резина.

Глава

ВОДОРОД

Водород (Hydrogeniumy был открыт в первой половине XVI века немецким врачом и естествоиспытателем Парацельсом. В 1776 г. Г. Кавендиш (Англия) установил его свойства и указал отличия от других газов. Лавуазье первый получил водород из воды и доказал, что вода есть химическое соединение водорода с кислородом (1783 г.).

Водород имеет три изотопа: протий 1Н, дейтерий 2Н или D и тритий 3Н или Т. Их массовые числа равны 1, 2 и 3. Протий и дейтерий стабильны, тритий — радиоактивен (период полураспада 12,5 лет). В природных соединениях дейтерий и протий в среднем содержатся в отношении 1 : 6800 (по числу атомов). Тритий находится в природе в ничтожно малых количествах.

Ядро атома водорода 4Н содержит один протон. Ядра дейтерия и трития включают кроме протона соответственно один и два нейтрона.

Молекула водорода состоит из двух атомов. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу водорода;

Энергия ионизации атома, эВ Сродство атома к электрону, эВ Относительная электроотрицательиость Радиус атома, им

Межъядериое расстояние в молекуле, им Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25 °С, кДж/моль

13,60 0,75 2,1 0,046 0,0741 436,1

* Такое большое различие между величинами, выражающими содержание водорода в процентах от общего числа атомов и в процентах по массе, объясняется тем, что атомы водорода намного легче атомов других элементов, в частт ности наиболее распространенных в земной коре кислорода и кремния.

115. ВОДОРОД В ПРИРОДЕ. ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА. Водород в свободном состоянии встречается на Земле лишь в незначительных количествах. Иногда он выделяется вместе с другими газами при вулканических извержениях, а также из буровых скважин при добывании нефти. Но в виде соединений водород весьма распространен. Это видно уже из того, что он составляет девятую часть массы воды. Водород входит в состав всех растительных и животных организмов, нефти, каменного и бурого углей, природных газов и ряда минералов. На долю водорода из всей массы земной коры, считая воду и воздух, приходится около 1 %. Однако при пересчете на проценты от общего числа атомов содержание водорода в земной коре равно 17 % *.

116. Свойства и применение водорода

331

Рис. 105. Аппарат Киппа.

Водород—самый распространенный элемент космоса. На его долю приходится около половины массы Солнца и большинства других звезд. Он содержится в газовых туманностях, в межзвездном газе, входит в состав звезд. В недрах звезд происходит превращение ядер атомов водорода в ядра атомов гелия. Этот процесс протекает с выделением энергии, для многих звезд, в том числе для Солнца, он служит главным источником энергии. Скорость процесса, т. е. количество ядер водорода, превращающихся в ядра гелия в одном кубическом метре за одну секунду, мала. Поэтому и количество энергии, выделяющейся за единицу времени в единице объема, мало. Однако, вследствие огромности массы Солнца, об* щее количество энергии, генерируемой и излучаемой Солнцем, очень велико. Оно соответствует уменьшению массы Солнца приблизительно на 4 млн. т в секунду.

В промышленности водород получают главным образом из при« родного газа. Этот газ, состоящий в основном из метана, смен|и* вают с водяным паром н с кислородом. При нагревании смеси га« зов до 800—900 °С в присутствии катализатора происходит реакция, которую схематически можно изобразить уравнением*

2СН4 + 02 + 2Н20 =» 2С02 + 6Н2

Полученную смесь газов разделяют. Водород очищают и либо используют на месте получения, либо транспортируют в стальные баллонах под повышенным давлением.

Важным промышленным способом получения водорода служит также его выделение из коксового газа или из газов переработки нефти. Оно осуществля