Свойства растворов на примере стали
Есть такой чудный факт, как расслоение растворов при определенных условиях. Например, смесь никотин-вода при нагревании расслаивается, но при дальнейшем нагревании слои опять растворяются друг в друге. Это как масло бы растворилось вдруг в воде, а потом снова отслоилось. Однако эфир и никотин в смеси с водой именно так себя и ведут.
Это никак не вяжется с "химическим сродством", обусловливающим растворимость, которым нам забивали голову в университете. При одной температуре сродство есть, а при другой нет? Или дело не только в сродстве?
Обратимся к самым изученным вдоль и поперек растворам - стали и чугуну! Сталь - это раствор углерода в железе (бывают и другие добавки - сера, марганец, хром и пр., но главное - углерод). Нагретое железо умеет в прямом смысле слова "впитывать" углерод, растворяя его в себе. Атомы углерода при этом бодро занимают свободные места в кристаллической решетке, и то, что это твердое тело, хоть и нагретое докрасна, их нисколько не смущает. Что же ими двигает?
Альфа-железо и гамма-железо имеют разные кристаллические решетки. У альфа-железа атомы железа находятся в центре и в вершинах куба. В случае гамма-железа в центре куба атома нет, зато есть в центрах граней куба. И происходит такая перестройка при нагревании. Какие-то нагревательные силы не позволяют атому железа остаться в центре куба, и те же нагревательные силы создают новое удобное (устойчивое) местечко - в центрах граней. Просто меняем температуру - и один кусок пространства в кристалле становится недоступным, а другой - очень даже гостеприимным.
Гамма-железо плотнее, то есть, при нагревании мы наблюдаем сжатие тела вместо расширения, что само по себе уже странно. Любопытно и то, что альфа-железо обладает магнитными свойствами, а гамма-железо немагнитно.
На этой картинке из книги про металлургию мы видим, что в нагретом железе существуют некие кластеры, и размер этих кластеров зависит от температуры. При 900 С кластер гамма-железа вбирает в себя альфа-железо, а при 760 С (и содержании углерода 0,4%) кластер перестраивается и «выжимает» из себя более мелкие кристаллы альфа-железа.
На втором рисунке гамма-железо вбирает в себя углерод, а при охлаждении выделяет его избыток в виде кристаллов цементита.
Поскольку здесь мы впрямую обнаруживаем некие кластеры, впитывающие или выжимающие из себя примеси при изменении температуры, мы с полным правом можем подозревать, что в воздухе и в водных растворах происходит то же самое, только из воздуха выжимается роса, а из раствора - кристаллы соли, коллоиды и т.п. И что для впитывания/выжимания атомов никакое свободное беспорядочное движение частиц не требуется.
Начало в https://marta-inj.livejournal.com/115428.html
Устный рассказ о том, что происходит в стали:
Click to view