незвичайний матеріал
У природі - чимало цікавих і незвичайних речовин, що володіють дивовижними властивостями. На виставці подібних матеріалів якось був представлений незвичайний матеріал, який за зовнішніми проявами нагадував гуму або навіть пластилін. Його можна було м'яти, тиснути, ліпити фігури. Матеріал мав великий пружністю і одночасно пластичністю. Але на превеликий подив, коли з нього зліпили кульку і кинули вниз, то він не прилип до підлоги, а відскочив майже на ту ж висоту, з якої був кинуть - як гумовий м'яч. Якщо цей матеріал розтягнути в довгий джгут, після чого різко потягнути за кінці, - джгут лопне зі значним тріском! Можна було знову зліпити з нього кульку і вдарити молотком - кулька розіб'ється на дрібні осколки. Але ці осколки можна легко зібрати і знову сліпить в цей же кулька. Цей незвичайний матеріал з'явився результатом або навіть помилкою синтезу спеціального полімеру, який намагалися отримати американські вчені з метою надання йому певних строго спрямованих специфічних властивостей! Але як вийшло отриманий матеріал - не те що хотіли отримати вчені. Результат такого синтезу був придатний лише для продажу в магазині іграшок.
З цього експерименту випливає висновок, що не завжди можна з точністю говорити, чи є представлений матеріал твердим тілом або рідиною. У 19 столітті навіть було висловлено припущення про те, що рідкі та тверді тіла не мають чіткої межі. Якщо подумати, тут немає нічого особливо дивного. Якщо, наприклад, по воді сильно вдарити долонею, то вода буде себе вести, як тверде тіло (при бажанні це можна відчути!). Якщо вдарити молотком по струменю густої рідини, то за допомогою малої витримки фотоапарата можна зафіксувати, що від удару струмінь розлетиться на безліч крейда гострих осколків (крапель), що говорить про деякі властивості твердого крихкого тіла.
Куля пробиває банку з напоєм, бризки розлітаються подібно дрібним осколках скла
Або якщо взяти шматок смоли, скла - це аморфні тіла. Вони на стільки в'язкі, що властивості плинності цих матеріалів не видно. На сомом ж - вони течуть, і це можна легко визначити, приклавши до них навантаження! (звичайно, Скло - більш в'язке речовина і при прояві властивостей плинності вимагає більш індивідуальні умови, наприклад, нагрівання або тривалого часу прикладання навантаження).
Чому так відбувається?! виявляється вся справа в часі впливу на матеріал. Існує поняття час релаксації молекул речовини, іншими словами - це час, який необхідно молекулі, щоб переміститися (зреагувати) на вплив. Якщо час релаксації молекул даної речовини значно більше часу впливу на речовину, то молекули не встигають перебудуватися (переміститися) під навантаженням, що призводить до розриву хімічних зв'язків в речовині. Для різних речовин час релаксації по-різному і може змінюватися в дуже широких межах: від тисячних часток секунди до декількох тисячоліть.
Найбільший інтерес викликають речовини, молекули яких мають не такий великий час релаксації, наприклад, як у застиглої смоли, але і не таке мале, як у води. Якраз до таких речовин відноситься наш полімерний незвичайний матеріал. При цьому його еластичні властивості проявляються при підвищеній температурі (наприклад, як у металів), а інші властивості - при кімнатній температурі: якщо навантаження прикладати повільно - веде, як в'язка рідина, при швидко прикладеному навантаженню - як гума, при дуже швидкому - проявляє тендітні властивості!
Розглянемо незвичайний матеріал з боку хімічного складу. Він може складатися з 0,5 - 7,5% бору, що входить в борсодержащего групу - OBO-. Вхідні в нього структурні ланцюжка (- (CH3) 2Si-О-) n роблять його приписаними до силіконових каучуків. Містять бор групи є сполучними ланками для силіконовим ланцюжків. Як у багатьох полімерів, молекулярна маса такого матеріалу може змінюватися від сотень до десятків тисяч масових одиниць, в зв'язку з чим і агрегатний стан змінюється від рідкого до твердого. Помічено, що якщо матеріал має не дуже велику молекулярну масу (складається з не дуже великого числа ланцюжків), то вже при кімнатній температурі здатний розтікатися. Зі збільшенням молекулярної маси - набуває твердість, пружність і стрибучість. При падінні на тверду поверхню здатний підскакувати майже на таку ж висоту.
Властивість пружності деяких рідин можна також спостерігати, якщо, наприклад, нахилити склянку з цією рідиною на бік. Рідина поступово буде перетікати на край склянки. Але якщо стакан різко нахилити в іншу сторону, то протягом рідини продовжиться! З водою, звичайно ж, такий досвід не пройде, тому що вода не володіє достатньою пружністю.
Для проведення подібних дослідів в домашніх умовах зовсім не обов'язково виготовляти або купувати, або синтезувати незвичайний матеріал. Можна використовувати звичайне згущене молоко. Забавно, але можна використовувати і мед, і окремі шампуні - ці речовини мають незвичайним часом релаксації. Якщо струмінь розрізати ножицями, то нижня частина впаде вниз, а верхня - повернеться в ємність, звідки витікала.
Ось ще досвід: якщо шампунь достатньої густоти наливати, наприклад на блюдце цівкою, то незабаром можна буде помітити, що струмінь, що впала вниз, почне витися, як мотузка (поверх вже налитої шампуні), звиватися і навіть сповзати вниз. Це говорить про те, що шампунь володіє властивістю гуми !
Кумедний досвід з силікатним клеєм (водний розчин силікату натрію) і етиловим спить:
У невелику ємність наливаємо трохи (10 мл клею), після чого додаємо, при цьому безперервно розмішуючи, етиловий спирт в такому ж обсязі. Після того, як рідина перетвориться в холодець, витягаємо його і ліпимо кульку, промиваємо його водою (не забудьте відмити посуд від клею!). Ми отримали еластичний силікагель (хімічна формула SiO2 • nН2О). Він має всі властивості незвичайного матеріалу: якщо навантаження прикладати повільно - то це дуже в'язка рідина (або навіть пластилін, можна м'яти руками), якщо залишити кульку на твердій поверхні - розтечеться, в той же час при ударі об тверду поверхню - відскакує, як гумовий і розсипається при більш сильному ударі. Але все ж, з часом силікагель висихає, ставати крихким і, звичайно ж, втрачає майже всі свої властивості.
Чому так відбувається?