Страница 163 из 372
Довольно существенно поддержание температуры отжига. Работа будет бесполезной, если температура отжига опустится ниже 900 °C. Превышение рабочей температуры на 100 градусов приведет к расплавлению смеси. Тогда придется ее вновь растолочь и начать все сначала. Так что надо предварительно проверить термометр печи, обычно он показывает далекие от истинных значения.
Очень важно медленно охлаждать изготовленные таблетки: быстрое охлаждение ведет к потере кислорода. Таким образом, первоначально цикл отжиг-охлаждение будет занимать 20 часов. Необходимо организовать ночные дежурства.
При изготовлении понадобится также пресс. Оценка показывает, что нужно развивать усилие в 7 тысяч кгс на таблетку диаметром около 1 см, чтобы получить хороший образец. По-видимому, таблетки удастся спрессовать даже с помощью самодельного винтового пресса.
Стоит обратить внимание также на выбор тигля, в котором отжигается материал. Металлический тигель способен реагировать со сверхпроводником, иногда с нежелательными последствиями. К тем же последствиям приведут примеси в смеси исходных материалов. Например, 2–3 % примеси атомов железа вместо меди ведут к подавлению сверхпроводимости.
ЧТО ДЕЛАТЬ С ИЗГОТОВЛЕННЫМИ ТАБЛЕТКАМИ
Конечно, можно убедиться в резком падении сопротивления при сверхпроводящем переходе. Однако с помощью стандартных приборов школьной лаборатории вряд ли удастся по величине сопротивления отличить сверхпроводящий образец от медного. Гораздо нагляднее демонстрация эффекта Мейснера.
В любом случае для охлаждения понадобится жидкий азот. Попытайтесь попросить его в физических институтах. Сейчас он применяется довольно широко — ив медицине, и даже в кондитерской промышленности. Личный опыт одного из авторов показывает, что жидкий азот удается транспортировать (общественным транспортом) и хранить в обычном бытовом термосе со стеклянной колбой. (Ни в коем случае не закрывать термос крышкой!) Нельзя, однако, гарантировать, что такая колба не лопнет при наливании жидкого азота.
Непосредственно для опытов удобно наливать азот в неглубокие пенопластовые кюветы (можно использовать для этого пенопластовые крышки от упаковки приборов и некоторых бытовых изделий). В жидкий азот нельзя только совать пальцы, а в остальном он практически безопасен в работе.
Простейший опыт состоит в том, что неохлажденная в азоте таблетка спокойно лежит на магните, никак не реагируя на магнитное поле, а охлажденная висит над ним. Можно придумать различные варианты этого опыта, в том числе весьма впечатляющие.
Положение таблетки над одним полюсом магнита неустойчиво. Она как бы находится на вершине скользкой горки и довольно легко соскальзывает в бок. Из нескольких магнитов получается такая конфигурация магнитного поля, что таблетка находится как бы в "ложбинке". Тогда ее можно не только подвесить, но и закрутить в воздухе.
Поскольку трение о воздух мало, таблетка крутится до тех пор, пока повышающаяся температура не достигнет Тс (температуры перехода в нормальное состояние). Тогда таблетка просто упадет на магниты.
Еще более эффектные опыты можно провести при более сложной конфигурации магнитного поля. Если устроить "ложбинку" длинную, то таблетка сможет двигаться вдоль нее при малейшем толчке и совершать довольно длинные путешествия по извилистой дорожке. После охлаждения в жидком азоте таблетка сохраняет сверхпроводимость на воздухе при комнатной температуре около минуты. Более длительные опыты нужно проводить в парах жидкого азота. С точки зрения удобства охлаждения левитацию проще демонстрировать "наоборот": подвешивать кусочек магнита над лежащей в кювете с жидким азотом таблеткой сверхпроводника.
И в заключение остается только пожелать удачи, тем, кто заинтересуется этой заметкой, и попытается сделать таблетку сверхпроводника по описанному в ней рецепту.
НАЧИНАЮЩЕМУ ХИМИКУ
Электролиз
Саламатов Е.Д., Казаков Е.А.
Электролиз — это совокупность процессов, протекающих в растворе или расплаве электролита, при пропускании через него электрического тока. Электролиз является одним из важнейших направлений в электрохимии.
Электрохимия принадлежит к числу тех немногих наук, дата рождения которых может быть установлена с высокой точностью. Это рубеж XVIII и XIX веков, когда благодаря знаменитым опытам итальянского физиолога Л. Гальвани и созданию итальянским физиком А. Вольта в 1799 г. "вольтова столба" — первого в истории человечества химического источника тока — были сформулированы проблемы, решение которых определило основные задачи электрохимии. "Без химии путь к познанию истинной природы электричества закрыт" — сказал М.В. Ломоносов. И, действительно, как бы следуя, словам великого ученого, создавалась и развивается наука — электрохимия.
Еще в начале позапрошлого столетия было установлено, что при прохождении электрического тока через водные растворы солей происходят химические превращения, приводящие к образованию новых веществ. В результате этого, в начале прошлого века возникло научное направление по изучению электрохимических процессов в растворах и расплавах веществ — электрохимия. К концу семидесятых годов оно разделилось на два самостоятельных раздела — ионику, изучающую явления электропроводности и движения заряженных частиц под воздействием электрического поля, и электродику, изучающую явления происходящие непосредственно на поверхности электродов, когда через границу электрод-раствор (расплав) протекает электрический ток. Химические превращения, происходящие при воздействии электрического тока на вещества, называются электролитическими.
Электролиз представляет собой довольно сложную совокупность процессов, к которым относятся: миграция ионов (положительных к катоду, отрицательных к аноду), диффузия ионов, разряжающихся на электродах, электрохимические реакции разряда ионов, вторичные химические реакции продуктов электролиза между собой, с веществом электролита и электрода.
Технический или прикладной электролиз характеризуется сложностью протекающих в промышленных условиях электролитических процессов, различными видами электролиза, их зависимостью от природы электролита, типа электролитической ванны, оптимизации самих электролизных процессов.
Электролитические процессы классифицируются следующим образом:
• получение неорганических веществ (водорода, кислорода, хлора, щелочей и т. д.)
• получение металлов (литий, натрий, калий, бериллий, магний, цинк, алюминий, медь и т. д.)
• очистка металлов (медь, серебро….)
• получение металлических сплавов
• получение гальванических покрытий
• обработка поверхностей металлов (азотирование, борирование, электрополировка, очистка)
• получение органических веществ
• электродиализ и обессоливание воды
• нанесение пленок при помощи электрофореза
Актуальность электролиза объясняется тем, что многие вещества получают именно этим способом. Например, такие металлы как никель, натрий, чистый водород и другие, получают только с помощью этого метода. Кроме того, с его помощью электролиза относительно легко можно получить чистые металлы, массовая доля самого элемента, в которых стремиться к ста процентам. В промышленности алюминий и медь в большинстве случаев получают именно электролизом. Преимущество этого способа в относительной дешевизне и простоте. Однако чтобы производство было наиболее выгодным: с наименьшими затратами электроэнергии и с наибольшим выходом продукции, необходимо учитывать различные факторы, влияющие на количество и качество продуктов электролиза (сила тока, плотность тока, температура электролита, материал электродов и др.).