1
Человеку свойственно заблуждаться. И одним из самых распространенных его заблуждений, похоже, является уверенность в том, что сегодня, в начале XXI века, мы значительно умнее тех, кто жил во втором, а тем более в первом тысячелетии нашей эры, не говоря уже о дохристианских временах. Однако некоторые факты истории свидетельствуют об обратном. Стоит упомянуть хотя бы о стоящей вот уже полтора тысячелетия на одной из площадей Дели колонне высотой 8 метров, диаметром 65 сантиметров и весом шесть с половиной тонн, сделанной из чистого железа! Несмотря на жаркий и влажный климат Индии, за все это время на ней не появилось ни единого пятнышка ржавчины. Потому что чистое железо не ржавеет, мгновенно покрываясь на воздухе тончайшей защитной пленкой. Даже в наше высокотехнологичное время мы не можем получить железа такой чистоты. А между тем чистый металл своими качествами, как правило, превосходит любой свой сплав на порядок.
Но что значит «совершенно чистый металл»? Это металл, совсем не имеющий никаких примесей. Сейчас по степени чистоты все металлы делятся на три основные группы. Если сплав содержит 99,9 процента основного металла – это считается технической чистотой, а если 99,99 процента – химической. Сплав же, содержащий 99,999 процента основного металла, считается уже особо чистым металлом. Например, ученым удалось получить алюминий с содержанием 99,9995 процента. Но, чтобы эта «мелочность» никого не ввела в заблуждение, поясним ее значение на одном простом примере. Если даже только один атом примеси приходится на 100 миллиардов атомов основного металла, то в каждом грамме этого основного металла будет содержаться 100 миллиардов атомов примеси. Так что эта «ложка дегтя», на самом деле, весьма серьезно портит всю «бочку меда». Например, достаточно всего лишь 0,0001 процента примеси водорода, чтобы железо стало хрупким.
И вот колонна из чистого железа стоит уже столько лет, а мы при всем колоссальном объеме накопленных на сегодняшний день знаний все еще не можем исчерпывающе ответить на такой вроде бы простой вопрос: а что же такое металл? Вместо действительного ответа обычно предлагается лишь внешнее описание свойств, в большинстве своем известное и самым древним ученым. Но последние знали только семь металлов, а сейчас их насчитывается более восьмидесяти. И многообразие свойств, которыми обладает такое большое количество химических элементов, часто даже не позволяет отнести их к одному и тому же классу веществ – для этого нужно обладать определенными знаниями. Например, целых пятнадцать металлов, названных сегодня лантаноидами, древние алхимики называли редкими землями, то есть относили их к трудновосстановимым окислам, не предполагая, что они являются самыми настоящими металлами. Теперь, в память об этой «ошибке» алхимиков, лантаноиды так и называют редкоземельными металлами.
Словом, на сегодняшний день единственным, пожалуй, действительным дополнением к ковкости, металлическому блеску, электропроводности и остальным внешним признакам металлов является представление об их кристаллической структуре. В этом смысле металлы можно представить в виде ионного кристаллического остова, погруженного в своеобразный электронный газ, который уравновешивает внутренние связи, доводя их до «металлической» прочности. Но что может заставить эту жесткую кристаллическую решетку, намертво связанную силами электричества, неожиданно взять и перестроиться в совершенно другом порядке? Ведь металлы являются химическими элементами, а одним из замечательнейших свойств всякого химического элемента является то, что после различных манипуляций, включающих нагревание, охлаждение, химическое растворение и так далее, он способен вновь восстанавливаться в первоначальном виде. Что это? Внутренняя память? Или заданная извне программа?
Существует несколько позиций, по которым мы не можем сегодня отмести представление алхимиков о возможности превращения металлов друг в друга и признать его полностью несостоятельным. Прежде всего это, конечно же, некоторые факты, объяснение которым еще до сих пор не найдено, как, например, уже упоминавшаяся делийская колонна из чистого железа. Или, например, до сих пор не разгаданная способность металлов «болеть», открывшаяся совершенно случайно. В XIX веке на одном из усиленно охраняемых военных складов обнаружилась пропажа оловянных пуговиц. Вместо пуговиц в ящиках оказался какой-то непонятный серый порошок, что было расценено как издевательство. В военном ведомстве разразился большой скандал. А вскоре мир узнал о загадочной гибели антарктической экспедиции Скотта, на первый взгляд не имевшей с историей о пуговицах ничего общего. Вскоре произошла и еще одна история. В конце XIX века у американцев участились катастрофы на железных дорогах, и тогда впервые обратили внимание на то, что рельсы трескались неожиданно, вне всякой связи с морозом или какими-либо другими известными воздействиями. Инженеры, призванные исследовать явление, совершенно не понимали, в чем дело: металл был достаточно новым, рельсы тоже, и тем не менее происходили катастрофы, когда рельсы неожиданно расходились и трескались.
Решая эти загадки, ученые открыли удивительное явление полиморфизма. Оказывается, все дело заключается в кристаллической решетке. Удалось выяснить, что постоянного строения она не имеет. Например,