Istota kryształów: Metale

Z Wikiźródeł, wolnej biblioteki
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
<<< Dane tekstu >>>
Autor William Bragg
Tytuł Istota kryształów: Metale
Pochodzenie Tajemnice atomu
(o istocie materji)
Wydawca Trzaska, Evert i Michalski S. A.
Data wydania 1933
Druk Drukarnia Narodowa w Krakowie
Miejsce wyd. Warszawa
Tłumacz Karol Szlenkier
Źródło Skany na Commons
Inne Pobierz jako: Pobierz jako ePub Pobierz jako PDF Pobierz jako MOBI
Cały tekst
Pobierz jako: Pobierz Cały tekst jako ePub Pobierz Cały tekst jako PDF Pobierz Cały tekst jako MOBI
Indeks stron


WYKŁAD SZÓSTY
ISTOTA KRYSZTAŁÓW: METALE

Zużytkowanie metali było jednym z wielkich czynników w rozwoju działalności rodzaju ludzkiego. Sięga ono czasów tak niezmiernie odległych, że tylko domyślać się możemy okoliczności, w jakich ludzie sporządzać zaczęli z metalów narzędzia i broń. Być może po raz pierwszy natknięto się na miedź w stanie rodzimym, a niezwykły ciężar tego metalu nasunął myśl, że może się on przydać w walce. Jednakże miedź jest zbyt miękka, aby można jej nadać ostrze, zdatne do cięcia, i zapewne nie minęło dużo czasu, gdy wynaleziony został stop z miedzi i cyny, znacznie twardszy i użyteczniejszy od czystej miedzi. Być może, że kamienie, z których budowano piece do wytapiania miedzi, zawierały cynę, lub też, że miedź i cyna znajdowały się w tej samej rudzie. I tak zaczęła się epoka bronzu. Żelazo pojawiło się, oczywiście, znacznie później. Od owych czasów aż po dzień dzisiejszy trwa praca kowali i hutników, ważnych zaiste członków społeczności ludzkiej. Wystarczy tylko wspomnieć, jak wielkim jest przemysł metalowy, aby zdać sobie sprawę z tej doniosłej roli, jaką odgrywają metale w życiu całego świata.
W ciągu tak wielu tysiącoleci zdobyty został olbrzymi zasób doświadczenia. Częściowo zawarty on jest w księgach, częściowo przekazują go z ust do ust wytrawni majstrowie swoim czeladnikom. Istnieje nawet pewne wyczucie istoty, stanów lub własności metali, które nie daje się ująć w słowach, a które przyswoić sobie mogą jedynie przez praktykę ludzie, w tym kierunku szczególnie uzdolnieni. I nie jest to bynajmniej rzecz błaha: zależeć może od tego rozwój całego handlu i dobrobyt narodu.
Skądinąd własności metali zależeć muszą przedewszystkiem od własności poszczególnych atomów, a następnie od układu atomów, powodującego stan krystalizacji. W ośrodkach przemysłu metalowego uświadomiono sobie w ciągu ostatnich lat, że badacz naukowy ze swoim mikroskopem uporządkować może bezładną masę nagromadzonych wiadomości, ulepszyć jakość wyrobów i zapewnić normalny bieg produkcji. Jak już jednak zaznaczyliśmy, mikroskopem posługiwać się możemy tylko do pewnej granicy. Od granicy tej jest jeszcze bardzo daleko do celu, który musimy osiągnąć, aby się przekonać, jak z zachowania się atomów w przeróżnych tworzywach wynikają szczególne własności tych ostatnich. Mikroskop może wykazać istnienie oddzielnych kryształów w metalu, nie zdoła jednak uwidocznić układu atomów w kryształach (Tablice XXII, XXIII). Natomiast żywimy nadzieję, że promienie Roentgena doprowadzą nas do owego celu. W istocie jest to więcej niż nadzieja. Możemy bowiem być pewni, że zdobyte dzięki promieniom Roentgena dokładne wiadomości pozwolą nam wkońcu wyjaśnić istotne znaczenie wszelkich najbardziej nawet zawiłych własności metali. Dużo czasu upłynie, zanim ten nowy rodzaj badań będzie powszechnie stosowany i uznany, jako nieodzowny dla dalszego postępu i rozwoju metalurgji. Wszak badania te muszą ogarnąć doświadczenie, nagromadzone w ciągu tysiącoleci, i wyjaśnić je z punktu widzenia naukowego. Całkiem inaczej rzecz się ma z takiemi gałęziami wiedzy praktycznej, jak elektrotechnika lub wchodząca w jej zakres radjofonja. Powstały one wyłącznie dzięki badaniom naukowym w pracowniach fizycznych, a rozwój ich odbywał się na podstawie zdobytych tą drogą wiadomości i umożliwionego przez nie przewidywania. Praca nad zużytkowaniem metali natomiast od niepamiętnych czasów posuwała się naprzód poprzez próby i błędy drogą doświadczeń, opartych na szczupłym tylko zasobie wiedzy. Był to proces nader powolny, rozwijał się jednak od dawien dawna, dając wyniki, godne szacunku. Wyniki te jak najstaranniej zbadane być winny w nowem świetle, jakiego użyczają nam promienie Roentgena.

Ryc. 53. Szczelny układ kul w jednej warstwie.
Zapoczątkowane w tym kierunku badania pozwalają nam już wytłumaczyć w pewnym stopniu niektóre własności metali. Uwarunkowane są one budową krystaliczną, jak tego należało się spodziewać. Kryształy widzieć możemy niekiedy gołem okiem; czasami stają się one widoczne pod mikroskopem po odpowiedniem przygotowaniu powierzchni metalu. Najłatwiej jednak i najskuteczniej zbadać je można zapomocą promieni Roentgena, które pozwalają nam wniknąć w najsubtelniejsze szczegóły budowy.

Zapomocą promieni Roentgena zbadana została budowa kryształów niemal wszystkich metali i okazało się, że jest ona zazwyczaj nader prosta. I tak naprzykład atomy złota, srebra, miedzi i glinu ułożone są w taki sam sposób, jak owe kule armatnie, które przed stu laty układano w stosy przy armatach. Warto przyjrzeć się nieco bliżej temu układowi, jakkolwiek będzie to w istocie przypomnieniem porównania, jakie przeprowadziliśmy pomiędzy budowami lodu a djamentu (p. str. 131). Przypuśćmy, że pewną ilość kul uszykujemy w układ trójkątny, jaki widzimy na ryc. 53, i umieścimy je w trójkątnej ramce tak, zupełnie, jak szykuje się kule bilardowe do gry w piramidkę. Na tak uszykowanych kulach układamy nową warstwę, tworzącą nieco mniejszy trójkąt, potem dalsze warstwy aż otrzymamy trójkątną piramidę (Tabl. XXIV B). Trudno wyobrazić sobie inny sposób bardziej szczelnego układania kul. Jeśli teraz przypatrzymy się w jaki sposób poszczególne warstwy ułożone są jedna
TABLICA XXIII
B[1]. Zdjęcie fotograficzne uwidacznia nieprawidłowe zarysy kryształów w próbce stali, poza tem wewnątrz przekrojów poszczególnych ziaren krystalicznych widzimy krzyżujące się linje, tworzące gęstą siatkę i znane pod nazwą „linji Widmannstätten’a“.
Linje te są śladami przeciętych przy polerowaniu „warstw atomów“, podobnie jak przy polerowaniu masy perłowej przecięte zostają jej warstwy (według „Krystalizacji Metali“ Bielajew’a).
TABLICA XXIV

A. Małe skupiny śrótu tworzą zwarte układy, pomiędzy skupinami dają się zauważyć nieprawidłowe przerwy.



B. Piramida, utworzona z warstw, odpowiadających ryc. 53.


na drugiej, przekonamy się, że kule w każdej warstwie leżą dokładnie ponad kulami warstwy, oddzielonej od danej warstwy dwiema innemi. W braku modelu zdać sobie możemy z tego sprawę zapomocą ryc. 54 A.
Ryc. 54A. Układ A odpowiada takiemu uszykowaniu warstw, jakie widoczne jest dla patrzącego wzdłuż przekątnej sześcianu z Tablicy XXV A.
Czarna kropka wyobraża kulę narożną. Kółka odpowiadają sześciu kulom warstwy sąsiedniej, a krzyżyki — piętnastu kulom warstwy następnej.
Środki kul danej warstwy oznaczone są krzyżykami, warstwy sąsiedniej — kółkami, a warstwy następnej czarnemi kropkami. Środki kul czwartej warstwy leżeć będą ponad krzyżykami, piątej — ponad kółkami, a szóstej — ponad kropkami i t. d.
Gdy kule ułożone są w powyższy sposób, z zespołu ich dają się wykrajać sześciany, jak to widzimy na Tablicy XXV A. Jest to zazwyczaj niespodzianką dla każdego, kto się po raz pierwszy spotka z tym faktem. Warto jest jednak zrozumieć jego przyczynę, ponieważ w wielu kryształach atomy ułożone są w sposób powyższy i ponieważ tak często kryształy powstają w kształcie sześcianów lub też wykazują w jakikolwiek sposób swój bliski związek z tym kształtem.
Gdy teraz na dwóch już ułożonych warstwach umieścimy trzecią w ten sposób, że każda kula tej warstwy znajdować się będzie dokładnie ponad jedną z kul pierwszej t. j. najniższej warstwy, otrzymamy wówczas inny rodzaj układu kul, równie szczelny, jak poprzedni. W tym wypadku kule w każdej warstwie leżą dokładnie ponad kulami warstwy najbliższej poza sąsiednią, a zamiast układu według ryc. 54 A i Tablicy XXV A mamy układ według ryc. 54 B i Tablicy XXV B. Układ ten nie będzie mógł utrzymać się samodzielnie w przestrzeni bez wspierających go ścian, o ile model nasz zawierać ma dostateczną liczbę kul; musimy zatem w jakikolwiek sposób łączyć ze sobą kule drutami. Gdy na model taki patrzyć się będziemy z góry, ujrzymy coś w rodzaju sześciokątnych szybów, przenikających model nawskróś; w żadnym innym kierunku nie spostrzeżemy nic podobnego. Model posiada jedną jedyną oś w kierunku pionowym, dookoła zaś tej osi mamy układ tego rodzaju, że powstające według niego kryształy z łatwością tworzą kolumny sześciograniaste.

Ryc. 54 B. Układ B odpowiada układowi warstw, jaki widzimy, patrząc się z góry na model z Tablicy XXV B.
Dziewiętnaście czarnych kropek odpowiada kulom wierzchniej warstwy, a dwanaście kółek — kulom warstwy następnej. Trzecia warstwa jest taka sama, jak pierwsza, a czwarta taka sama, jak druga, i t. d. W układzie tym powtórzenie następuje co dwie warstwy, podczas gdy w układzie według ryc. 54 A powtórzenie następuje co trzy warstwy.
W wypadku sześcianu w czworaki sposób wyobrażać sobie możemy uszykowanie warstw: zauważyć możemy szereg warstw, leżących pionowo do każdej przekątnej sześcianu, a ponieważ sześcian posiada cztery przekątne, mamy więc cztery szeregi warstw. Nie znaczy to bynajmniej, aby atomy, tworzące jedną z tych warstw, szczególnie mocno związane być miały w płaszczyźnie danej warstwy; wskazuje to jedynie na możność wyodrębnienia atomów kryształu w tego rodzaju warstwy czterema różnemi sposobami.
Otóż, okazuje się, że warstwy te mają doniosłe znaczenie ze względu na własności kryształów metali, zbudowanych na zasadzie szczelnie wypełnionego układu sześciennego. Ze złota, srebra, miedzi, glinu i z innych podobnych metali z łatwością możemy wyciągać druty, walcować blachy i kuć przedmioty o przeróżnych kształtach. Są one, jak mówimy, zarówno rozciągliwe, jak kowalne. Możemy je giąć i rozciągać, nadając im przeróżne odpowiednie kształty. Wydaje się nawet rzeczą możliwą wprowadzić metal w taki stan płynności, w jakim znajduje się melasa. Złoto daje się kuć w płatki tak cienkie, że metal, zawarty w złotej monecie jednego funta sterlingów, może pokryć duże pole. Właściwemu wykorzystaniu tych dwóch tak ważnych swoistych własności zawdzięczamy wyrób puharów i innych naczyń wszelkiego rodzaju, łańcuchów i ozdób, oraz niezliczonych użytecznych przedmiotów. To też pierwszem zagadnieniem, jakie chcielibyśmy, o ile to możliwe, wyjaśnić bliżej zapomocą promieni Roentgena, są te właściwości budowy metali, które nadają im owe tak nader cenne własności. Pragnęlibyśmy też zrozumieć istotę hartowania i innych zmian, zachodzących w metalach naskutek t. zw. „obróbki na zimno“, to znaczy naskutek kucia lub rozciągania metalu przy temperaturze zwykłej. A na czem właściwie polega wyżarzanie, odpuszczanie i usuwanie napięć wewnętrznych, powodowane działaniem ciepła? Dlaczego zjawiska te i własności tak są oczywiste w wypadku metali, a nie występują np. w djamencie, w soli kamiennej lub kwarcu?
Powoli zaczynamy przenikać te tak zawiłe zagadnienia, a w szczególności wiemy już coś nie coś, na czem polega poddawanie się metali działaniu sił zewnętrznych np. przy rozciąganiu, przekonaliśmy się mianowicie, że stoi ono w związku z omówionemi przez nas warstwami.
Metale rzadko kiedy występują w postaci pojedyńczych kryształów, zazwyczaj składają się one z mnóstwa kryształków, najrozmaiciej skierowanych. Kryształki te niekiedy z łatwością dojrzeć można gołem okiem; w innych wypadkach dają się one spostrzec tylko zapomocą mikroskopu. Bardzo często jednak są one tak znikome, że nawet przez mikroskop nie są widoczne, a jedynie promienie Roentgena są w stanie je ujawnić.
Gdy na tacę wysypiemy trochę śrótu i, nachylając odpowiednio tacę, skupimy śróciny w ten sposób, że ułożą się one w pojedynczą warstwę (p. Tablica XXIV A), zauważymy, że dążą one do układania się w podobny sposób, jak kule na ryc. 53. Nie często się zdarza, że wszystek śrót skupia się w jednym tylko układzie, zazwyczaj powstaje szereg oddzielnych skupin, z których każda tworzy układ prawidłowy, które jednak względem siebie położone są całkiem dowolnie. Zupełnie tak samo atomy w metalach tworzą szereg poszczególnych układów, czyli innemi słowy mamy do czynienia z krystalizacją w oddzielnych skupinach, mniejszych lub większych, przylegających do siebie w mniej lub więcej dowolny sposób. Winniśmy jednak odrazu zaznaczyć, że skupiny te niekoniecznie złączone są ze sobą słabiej aniżeli związane są pomiędzy sobą atomy w poszczególnej skupinie. Dlaczego tak jest istotnie, trudno orzec. Nie powinno to nas dziwić, ponieważ więź pomiędzy atomami jest zjawiskiem nader złożonem, mało nam dotychczas znanem, nie możemy też dokładnie przewidzieć, co może nastąpić w każdym poszczególnym wypadku. Jak twierdzą, przy wysokiej temperaturze kryształki złota przy złamaniu pozostają nietknięte, natomiast przy temperaturze zwykłej złamanie następuje poprzez kryształki; przykład ten dostatecznie uwydatnia zawiłość zjawiska.
Możemy tedy całkiem słusznie oczekiwać, że bryły każdego z tych metali składają się z mnóstwa większych lub mniejszych kryształów, co też w zupełności potwierdzają promienie Roentgena nawet w tych wypadkach, w których kryształki są zbyt małe, aby mikroskop mógł je wykazać.

Ryc. 55. Oba kawałki szkła są spojone ze sobą, mogą jednak ślizgać się jeden po drugim. Przy rozciąganiu zmieniają wzajemne swe położenie (a) na położenie (b).
Gdy teraz weźmiemy kryształ pojedynczy i będziemy starali się go zgiąć lub skręcić, zawsze będziemy musieli przytem stwierdzić, że kryształ ulega wkońcu wywieranemu nań działaniu przez, osunięcie wzdłuż określonej płaszczyzny; część kryształu, leżąca po jednej stronie owej płaszczyzny przesuwa się względem części, leżącej po drugiej stronie. Są to właśnie te płaszczyzny, o których już mówiliśmy uprzednio, a w których atomy ułożone są, jak na ryc. 53. Kryształ pojedyńczy nie poddaje się dokładnie w tym kierunku, w jakim jest rozciągany. Dwa kawałki szkła, spojone ze sobą zapomocą np. tłuszczu, poddawać się będą rozciąganiu wzdłuż dzielącej je płaszczyzny spojenia (p. ryc. 55). Całkiem naturalnie przesuwać się one raczej będą względem siebie wzdłuż tej płaszczyzny, aniżeli miałyby one same ulec rozerwaniu. W wypadku metalu mamy nietylko jedną taką płaszczyznę, lecz cały ich szereg. Warstwy metalu przesuwają się albo jednocześnie wzdłuż wielu takich płaszczyzn, albo też po kolei wzdłuż szeregu różnych płaszczyzn. Możemy przedstawić kryształ zapomocą szeregu linij równoległych, odpowiadających poszczególnym warstwom, jak to widzimy na ryc. 56 (a). Gdy kryształ ulegnie rozciąganiu w kierunku strzałek, warstwy poddadzą się zmieniając swe położenie, w sposób, wskazany na ryc. 56 (b). Często zauważyć można na powierzchni pojedynczego kryształu metalu, który poddany był rozciąganiu, ślady linij, wzdłuż których nastąpiło przesunięcie się warstw.
Zjawisko to wykazane zostało niedawno przez profesora Carpentera i pannę Elam w sposób bardzo piękny na przykładzie kryształów glinu. Zwykły kawałek tego metalu składa się, jak już wiemy, z mnóstwa kryształków, bezładnie ułożonych we wszelkich możliwych kierunkach.
Ryc. 56. Rycina przedstawia w sposób schematyczny przesuwanie się po sobie warstw w krysztale glinu.
Zapomocą jednak pewnego, dosyć złożonego sposobu nagrzewania i rozciągania metalu osiągnąć można, że owe liczne kryształki uszykują się bardziej prawidłowo i skupią się wreszcie w niewielką liczbę dużych kryształów. Zupełnie tak samo wystawić sobie możemy, że gdy wyobrażoną na Tablicy XXIV tacę ze śrótem nachylać i potrząsać będziemy w odpowiedni sposób, wszystkie mniejsze układy prawidłowe śrócin połączą się w jeden duży.
Użyte do tych doświadczeń próbki metalu posiadały kształt, nadawany zwykle próbkom przy badaniach wytrzymałości na rozerwanie, a uwidoczniony na Tablicy XXVI. Początkowa długość każdej próbki wynosiła 20 cm. Szerokie końce służą do umocowania próbek w szczękach maszyny do rozrywania. Część węższa próbek ulega rozciąganiu. Odkształcenie, oraz wielkość zastosowanego rozciągu pozwalają określić wielkość oporu, jaki metal przeciwstawia siłom rozciągającym.
Gdy jedną z takich próbek, obrobioną w wyżej wspomniany sposób, umieścimy w maszynie do badania wytrzymałości i będziemy rozciągać, poddawać się ona będzie rozciągowi w bardzo ciekawy sposób, który bywa różny dla różnych próbek (Tablica XXVI, 1 do 4). W niektórych wypadkach szerokość próbki pozostaje bez zmiany, natomiast staje się ona coraz to cieńszą w miarę wydłużania naskutek rozciągania. Próbka wydłużyć się może o kilka centymetrów zanim ulegnie rozerwaniu. W innych wypadkach grubość próbki pozostaje ta sama, natomiast próbka ulega zwężeniu, boki jej stają się wklęsłe i w miejscu najwęższem następuje rozerwanie. Czasami zdarzają się jeszcze ciekawsze zmiany. Próbki te badane były zapomocą promieni Roentgena i okazuje się, że sposób, w jaki próbka poddaje się rozciągowi, zależy od położenia dużych kryształów względem kierunku rozciągu. Metal ulega rozerwaniu wzdłuż płaszczyzny poślizgu. Jeśli np. kryształ położony jest w ten sposób, — a nie można przewidzieć zgóry jak ułożą się kryształy naskutek obróbki przez nagrywanie i rozciąganie — że warstwy, o których mówiliśmy, skierowane będą tak, jak na ryc. 56, próbka przy rozciąganiu zwężać się będzie po bokach.
Czasami kierunek, w którym kryształ ulega rozerwaniu, w sposób bardziej zawiły zależny jest od następujących po sobie naprzemian przesunięć wzdłuż dwóch szeregów płaszczyzn poślizgu. Gdy warstwy kryształu przesuwać się mogą nietylko wzdłuż jednego szeregu płaszczyzn, przesunięcie nastąpi raczej wzdłuż tego szeregu płaszczyzn, którego położenie względem kierunku rozciągu bardziej zbliżone jest do pionowego. Stanie się to zrozumiałem, gdy zważymy że przesuwanie się warstw polega na przesuwaniu się jednego szeregu atomów ponad innym, ruch zaś ten następuje daleko łatwiej przy działaniu siły, dążącej do oderwania jednej warstwy od drugiej. Jeśliby ciało stałe składało się z szeregu kul tak, jak górna warstwa na ryc. 57, i spoczywało na podobnym szeregu kul, odpowiadającemu dolnej warstwie, wówczas łatwiej moglibyśmy przesunąć górną warstwę po dolnej, ciągnąc ją w kierunku P aniżeli w kierunku Q. Ponieważ, jak to widzimy na ryc. 55, płaszczyzna poślizgu zawsze zmienia swe położenie w kierunku ciągnienia, warstwy kryształu przesuwać się będą wzdłuż jednego szeregu płaszczyzn poślizgu aż do chwili, gdy płaszczyzny te znajdą się w położeniu niemal równoległem do kierunku ciągnienia, następnie warstwy przesuwać się będą wzdłuż innego szeregu płaszczyzn. Wkońcu kierunek ciągnienia przepoławia kąt pomiędzy obydwoma szeregami płaszczyzn. Osiągnięcie takiej równowagi pomiędzy dwoma szeregami płaszczyzn poślizgu daje się nieraz poznać po kształcie przełomu; na Tablicy XXVI, 3, np. daje się zauważyć w punkcie rozerwania jakby ostra grań. Tworzące je powierzchnie są równoległe do dwóch różnych szeregów płaszczyzn poślizgu i nachylone jednakowo względem kierunku ciągnienia, które wkońcu spowodowało rozerwanie metalu na dwie części.


Ryc. 57. Górna warstwa, jako całość, dałaby się łatwiej przesunąć z położenia A poprzez położenie B do położenia C, jeśli ciągnąć się ją będzie w kierunku P aniżeli w kierunku Q.
Glin poddaje się tak łatwo, że dosyć grubą blachę z łatwością zgiąć można pomiędzy palcami, gdy tworzy ją jeden kryształ pojedyńczy. Zwykła blacha aluminjowa jest jednak wcale sztywna. Różnica ta tłumaczy się tem, że, gdy kryształy w metalu znajdują się we wszelkich możliwych położeniach, zawsze znajdą się wśród nich takie, które
TABLICA XXV

A. Układ sześcienny. B. Układ sześciokątny.
(Według dzieła Pope’a „Nowoczesne poglądy teorji cząsteczkowej“).
A uwidocznia sposób ułożenia kul w sześcian. Jest to ten sam sposób, jaki zastosowany został w modelu wyobrażonym na Tablicy XXIVB. Szczelnie wypełnione warstwy, odpowiadające ryc. 53., leżą poziomo w modelu według Tablicy XXIVB, podczas gdy w modelu według Tablicy XXVA leżą one pionowo do jednej z przekątnych sześcianu.
B uwidocznia drugi sposób szczelnego ułożenia kul. Każda pozioma warstwa jest szczelnie wypełnioną warstwą według ryc. 53.

TABLICA XXVI
Powyższe zdjęcia[2] fotograficzne zapożyczone są z rozprawy Profesora Carpenter’a i panny Elam (Proceedings of the Royal Society. A., 100. str. 346).
Wykazują one poddawanie się glinu przy rozciąganiu. Ostateczne rozerwanie nastąpiło w tej najwęższej części próbki, którą tworzył duży kryształ pojedynczy. Na zdjęciach (1) i (2) płaszczyzny poślizgu położone są względem patrzącego w taki sam sposób, jak warstwy na ryc. 56. Próbka została zwężona i boki jej stały się wklęsłemi, jak to widzimy na tych zdjęciach. W kierunku od przodu do tyłu zwężenia niema. Na zdjęciach (3) i (4) widzimy zjawisko odwrotne: aż do chwili rozerwania szerokość próbki nie uległa zmianie, natomiast zmniejszyła się jej grubość (czego na zdjęciach zobaczyć nic możemy).


stawić będą mogły opór napięciu w jakimkolwiek kierunku. Cały łańcuch jest o tyle mocny, o ile mocne jest jego najsłabsze ogniwo, a najsłabszem miejscem w krysztale jest jego płaszczyzna poślizgu. Jest to okoliczność niezmiernie doniosła przy obróbce metali, jakkolwiek bywa ona nieraz połączona z tylu innemi, że trudno jest wyodrębnić jej wpływ wśród innych. Przy wyrobie stali o specjalnem przeznaczeniu uwzględnia się wiele czynników, lecz wśród nich bezwątpienia zawsze pierwszorzędną rolę odgrywać będzie drobnoziarnistość krystalicznej budowy stali. Im kryształy są drobniejsze i im bardziej jednostajne są ich rozmiary, tem większą stal posiada wytrzymałość i tem wyższą jest naogół jej jakość.
Gdy kryształ pojedyńczy glinu poddaje się wzdłuż jednej z warstw, przypuszczać możemy, że nastąpi moment, w którym szereg atomów przesuwa się po innym, poczem zatrzymuje się znowu w nowem położeniu, podobnem do początkowego. Z położenia A przechodzi poprzez położenie B do położenia C (ryc. 57). Gdy to ostatnie zostanie osiągnięte, atomy tworzą ponownie układ szczelnie wypełniony. Metal wciąż jest jeszcze kryształem. Jak wiemy prawidłowy układ krystaliczny jest układem naturalnym ciała stałego. Tak więc ciało to przechodzi z łatwością z jednego układu naturalnego w drugi, dostosowując się w ten sposób do działania sił zewnętrznych. Bezwątpienia jest to jedną z przyczyn, i to bardzo ważną, rozciągliwości.
Lecz dlaczego metal staje się nieraz twardszy naskutek kucia? Jakie zmiany zachodzą w metalu podczas wyżarzania? Być może, że odpowiedź na te pytania nasunie się nam po rozpatrzeniu zmian, jakim podlega złoto, gdy przekuwane jest w płatki i następnie rozgrzewane do wysokiej temperatury. Jak już widzieliśmy płatki złota są nadzwyczaj cienkie. Są one nawet przezroczyste, pochłaniają jednakże część widma przechodzącego przez nie światła tak że przepuszczają światło zielonkawe. W świetle odbitem, jak wiemy, są one koloru żółtego. Jest rzeczą nader ciekawą, że po rozżarzeniu do koloru ciemno-czerwonego płatki złota stają się na stałe przezroczyste i białe w świetle odbitem. Faraday interesował się bardzo tem zjawiskiem; aby je wyjaśnić choć częściowo, przypuszczał on, że cienka warstwa złota pod wpływem gorąca rozrywa się i przekształca się w siatkę bardziej rzadką, w której węzłach skupia się metal, a przez której otwory światło przechodzi swobodnie. Sir George Beilby na podstawie dokonanych przez siebie licznych doświadczeń znacznie powiększył posiadany przez nas zasób wiadomości odnośnie zachowania się złota i innych metali, poddanych w taki sam sposób działaniu ciepła. Jeśli w płatkach metalu podczas rozgrzewania pojawiają się otwory, muszą one być, jego zdaniem, znikomo małe, niewidzialne nawet pod mikroskopem. I tu znowu pomocne nam być mogą promienie Roentgena. Gdy zapomocą tych promieni zbadamy płatki złota, przekonamy się, że składają się one z mnóstwa kryształów złota w kształcie sześcianów, ułożonych ściankami równoległe do powierzchni płatka. Oczywiście, nie są to koniecznie prawidłowe sześciany. Tak samo, jak w soli kamiennej, która posiada układ sześcienny, są to czworograniaste bryły różnej wielkości. Bryły te posiadać muszą postać niezmiernie cienkich tafelek, których grubość jest bezwątpienia znacznie mniejsza aniżeli szerokość i długość. Gdy płatek poddany został działaniu gorąca, tafelki te układają się w sposób całkiem bezładny; bardzo być może, że jak to już przypuszczał Faraday, częściowo gromadzą się one w skupiny, które atoli są zbyt małe, aby były widoczne pod mikroskopem. I to tłumaczyłoby, dlaczego płatki złota i srebra stają się przezroczystemi naskutek nagrzania. Dlaczego przytem złoto, widziane pod światło, jest zielone, to pozostało dotychczas tajemnicą. Widzimy jednak, że, naskutek przekuwania złota na płatki, tafelki krystaliczne układają się w ten sposób, że u wszystkich jedna ścianka leży w płaszczyźnie płatka, podczas gdy gorąco niweczy tę osiągniętą dzięki przekuwaniu prawidłowość układu. Gdy nagrzany płatek złota przyciśniemy do przedmiotu o gładkiej i twardej powierzchni, jakim jest agat, wówczas kryształki, tworzące płatek, powracają do poprzedniego prawidłowego układu, co mogliśmy przewidywać, ponieważ pod wpływem ciśnienia tafelki układać się muszą znowu na płask. W obydwu wypadkach metal posiada budowę krystaliczną, lecz w zwykłej swej postaci płatek złota ma układ bardziej prawidłowy aniżeli, gdy zostanie wyżarzony. To samo zjawisko występuje w wypadku srebra. Aby móc je wykazać w wypadku miedzi, musielibyśmy wykonać doświadczenie w warunkach, niedopuszczających działania powietrza na metal. Gdy miedź nagrzewamy w zetknięciu z powietrzem, rychło pokrywa się ona całkowicie warstwą tlenku, co również daje się stwierdzić zapomocą promieni Roentgena. Często zauważyć możemy powstawanie tego nalotu na miedzi nawet przy zwykłej temperaturze. Z łatwością jednak wykazać można zapomocą promieni Roentgena, że w płatkach miedzi mamy taki sam układ tafelek krystalicznych, jak w płatkach złota. W bryle zwykłej miedzi natomiast nie znajdujemy takiego układu, kryształy rozrzucone są bezładnie.
Tak więc przyczyna tego, że wspomniane metale stają się twardszemi naskutek obróbki na zimno, pozostaje w pewnym związku z faktem, że metale te przechodzą przytem w stan napięcia, spowodowany zmianą układu kryształów, jaką wykazują promienie Roentgena. Wyżarzanie usuwa ten stan napięcia, niwecząc układ bardziej prawidłowy. Jaka jest istotna tego przyczyna, dotychczas orzec nie możemy; wystarczyć nam narazie winno, że posunęliśmy się o krok naprzód na drodze do rozwiązania tego zagadnienia.
Warto zaznaczyć, że, gdy metal w powyższy sposób wprowadzony zostanie w stan napięcia, naogół łatwiej ulega on działaniu odczynników chemicznych, co można było przewidywać. Ten stan napięcia, w jakim znajduje się metal, jest poniekąd stanem anormalnym.
Zkolei winniśmy przejść do rozpatrzenia innych szczególnych właściwości metali; skoro przypuszczać możemy, że wynikają one wszystkie z tych samych przyczyn, należy je rozpatrywać łącznie. Dwie z najwybitniejszych własności metali polegają na łatwości, z jaką przewodzą one ciepło i elektryczność. Wiemy wszyscy, jak szybko ciepło rozchodzi się w metalu: skłonni bylibyśmy nawet twierdzić, że własność ta jest cechą znamienną metali. Wiemy też wszyscy, że metale, zwłaszcza zaś miedź, używane są, jako przewodniki prądu elektrycznego.
Gdy przypomnimy sobie nasze poprzednie rozważania, dotyczące istoty atomów i różnic, zachodzących pomiędzy poszczególnemi rodzajami atomów, odrazu uderzy nas pewna cecha, która wyjaśnić nam może w zadowalający sposób, dlaczego metale są naogół dobremi przewodnikami ciepła i elektryczności. Niewątpliwie też cecha ta stoi w bliskim związku z budową krystaliczną metali i ich rozciągliwością. Atomy metali zawierają zawsze jeden lub więcej elektronów, luźno związanych z układem. I tak np. atom sodu posiada naogół jedenaście elektronów, z których dwa znajdują się najbliżej jądra, a ośm dalszych tworzy nader odporną powłokę dookoła dwóch pierwszych. Pozostały t. j. jedenasty elektron należy już do innej, dalej nazewnątrz położonej powłoki, która zostaje stopniowo uzupełnioną, gdy przejdziemy od atomu sodu do atomu magnezu, w którym powłoka ta składa się z dwóch elektronów, a następnie do atomu glinu, w którym składa się ona z trzech elektronów i t. d. Ów nadliczbowy elektron nie jest mocno związany z układem atomu. Gdy zostanie od niego oderwany, atom przybiera nazewnątrz postać nietowarzyskiego atomu „neonu“, z tą różnicą, że posiada dodatni ładunek elektryczny naskutek utraty jednego elektronu, przez co naruszoną została równowaga ładunków elektrycznych układu. Kryształ glinu przedstawiać sobie możemy jako nagromadzenie kul, podobnych do atomów neonu; kule te, jak widzieliśmy, tworzą szczelnie wypełniony układ, wśród którego poruszać się mogą mniej lub więcej swobodnie elektrony nadliczbowe. Musimy atoli zaznaczyć, że obraz ten jest niewątpliwie zbyt uproszczony, aby mógł on w całości oddawać istotny stan rzeczy; rozpatrywana przez nas budowa w rzeczywistości musi być daleko bardziej złożona i zawierać daleko więcej szczegółów, których dotychczas nie znamy. W pewnym stopniu jednak obraz nasz odpowiadać musi prawdzie. Pojmujemy teraz odrazu, dlaczego metale są dobremi przewodnikami elektryczności: przyczyna leży w tem, że elektrony, owe podstawowe jednostki elektryczności ujemnej, z taką łatwością mogą się poruszać. Prąd elektryczny, przechodzący przez drut metalowy, jest niczem innem, jak ruchem elektronów, dążących w pewnym kierunku. Ciekawem jest, że elektrony, będąc naładowane elektrycznością ujemną, poruszają się w kierunku odwrotnym do tego, jaki zazwyczaj przypisujemy t. zw. prądowi elektrycznemu. To opowiadanie o przepływającym prądzie elektrycznym polegało tylko na słowach, poza któremi nie wyobrażano sobie żadnej istotnej treści. Jest to całkiem niespodziewanem odkryciem, że w danym wypadku rzeczywiście coś znajduje się w ruchu, nie możemy się też dziwić, że kierunek tego ruchu w rzeczywistości jest odwrotnym do tego, jaki przypuszczaliśmy.
To też nie możemy przedstawiać sobie działania baterji elektrycznej lub dynamomaszyny w ten sposób, że wytwarzają one elektryczność, lecz uważać musimy, że wprawiają one w ruch wzdłuż zamkniętego obwodu elektrony, które znajdowały się już tam uprzednio i mogą się poruszać mniej lub więcej swobodnie. Tak samo zupełnie, gdy maszyna parowa wprawia w ruch skórzany pas napędny dookoła pędni, nie wytwarza ona skóry.
Podczas nagrzewania metalu bezładny ruch zawartych w nim elektronów staje się coraz szybszy tak, że wydostać się one mogą nawet nazewnątrz. W lampie radjowej elektrony nieprzerwanym strumieniem wydostają się z rozżarzonego drutu i jest to podstawą działania lampy.
Elektrony poruszają się mniej swobodnie w metalu rozgrzanym aniżeli w metalu chłodnym. I w tym wypadku łatwo domyślić się możemy przyczyny. Jest bowiem zrozumiałem, że elektrony tem trudniej przedostawać się będą poprzez atomy, im szybciej te ostatnie poruszać się będą naskutek ciepła, zagradzając tem częściej drogę elektronom. Daleko trudniej wytłumaczyć jest dziwne zjawisko, odkryte przez Kamerlingh Onnes’a w Lejden, polegające na tem, że niektóre metale przy pewnych bardzo niskich temperaturach — różnych dla różnych metali — nie przeciwstawiają żadnego oporu ruchowi elektronów tak, że puszczony przez nie prąd utrzymywać się będzie całemi dniami, zanim zacznie zanikać, gdy metal utrzymywany jest stale w tej niezmiernie niskiej temperaturze.
Podobnie, jak elektrony powodują przewodnictwo elektryczności, muszą się one przyczyniać w pewnej mierze do przewodnictwa ciepła w metalach, gdyż elektrony, znajdujące się u gorącego końca metalowej sztaby przekazywać muszą część nadmiernej swej energji elektronom, znajdującym się u zimnego końca.
Tak więc obecność w metalach elektronów, mogących poruszać się swobodnie wśród atomów w układzie krystalicznym, bardzo dobrze tłumaczy, dlaczego metale przewodzą zarówno ciepło, jak i elektryczność. Oczywiście, naszkicowaliśmy jedynie obraz w grubych zarysach. Wiele szczegółów musi go jeszcze dopełnić, zapewne też nie uwzględniliśmy w nim wielu istotnie ważnych a nieznanych nam jeszcze faktów.
Powróćmy jeszcze do zagadnienia rozciągliwości metali i zbadajmy, czy i pod tym względem obecność elektronów może odgrywać pewną rolę. Przedstawiamy sobie obecnie atomy jako kule, naładowane wszystkie elektrycznością dodatnią i szczelnie ułożone; nie bez słuszności przypuszczać zapewne możemy, że spoidłem, które je ze sobą wiąże, są właśnie elektrony. Najważniejszem jest jednak to, że w metalach atomy nie są związane ze sobą zapomocą wspólnych elektronów, jak to ma miejsce w budowie djamentu, przeciwnie — muszą się one raczej odpychać nawzajem, skoro wszystkie naładowane są elektrycznością dodatnią. Mogą one toczyć się lub ślizgać jedne po drugich nie będąc ze sobą związane w określonych punktach, jak to często ma miejsce w innych kryształach. Powinno nam to ułatwić wytłumaczenie, w jaki sposób odbywa się przesuwanie jednej warstwy ponad drugą wzdłuż płaszczyzny poślizgu.
Rozpatrywaliśmy dotychczas budowę krystaliczną oraz własności szeregu metali w stanie czystym. W praktyce jednak spotykamy się daleko częściej ze stopami aniżeli z czystemi metalami, a to z tego powodu, że stopy posiadają nader cenne swoiste własności. Stopy stanowią w samej rzeczy niezmiernie interesujący przedmiot badań zarówno ze względu na ich olbrzymią rozmaitość, jak tez ze względu na szeroki zakres ich użyteczności. Wynajdywane są wciąż coraz to nowe rodzaje stopów. Jakakolwiek byłaby szczególna zaleta, wymagana dla pewnego, całkiem określonego celu, zawsze pojawi się pewien rodzaj stopu, mogący w większym lub mniejszym stopniu sprostać temu wymaganiu. Spróbujmy wyjaśnić sobie te właściwości stopów, o ile to będzie możliwe, na podstawie zdobytych przez nas ostatnio wiadomości. Oczywiście, wiemy dotychczas tak mało i tyle pozostaje się jeszcze do wyjaśnienia, ze po niewielu latach zapewne z pewnem politowaniem patrzyć się będziemy na obecne nasze próby, musimy jednak zrobić początek.
Zdarza się często, że bardzo mała domieszka innego metalu łub nawet innej jakiejś substancji powoduje w danym metalu znaczne zwiększenie twardości. Czyste metale są naogół bardzo miękkie, ponieważ płaszczyzny poślizgu tak łatwo się w nich poddają. Jako pierwszy z najbardziej znanych stopów pojawił się bronz, mieszanina miedzi i cyny, znacznie twardsza od każdego z tych dwóch metali, wziętych oddzielnie. Mieszanina miedzi z cynkiem daje tak użyteczny mosiądz, którego różne odmiany zależne są od stosunku, w jakim mieszanina zawiera obydwa metale. Stal powstaje naskutek nieznacznej domieszki węgla do czystego żelaza. Istnieją stopy miedzi z glinem, bardzo odporne i nie ulegające wyżarciu, lecz których obróbka na strugarce jest nader trudna. Istnieje też stop miedzi z niklem, który nie podlega korozji i daje się łatwo formować, używa się zaś do wyrobu płaszczyków kul karabinowych. Najzylber (nowe srebro) jest to stop koloru białego, rozciągliwy, nie ulegający wyżarciu, używany do wyrobu nakrycia stołowego, jak łyżki i widelce platerowane, które następnie posrebrza się zapomocą galwanoplastyki. Stop niklu z chromem jest nader wytrzymały w wysokich temperaturach, używa się przeto do uzwojeń w piecach elektrycznych. Mieszanina, zawierająca określone ilości chromu, kobaltu i wolframu daje stop, zwany stellitem, nadzwyczaj twardy i niepodlegający korozji; sporządzone są z niego niektóre odważniki wzorcowe w National Physical Laboratory. Istnieją stopy do odlewania dzwonów, stopy bardzo miękkie do odlewania czcionek, jak również wielka rozmaitość stopów do spawania metali. Bronz aluminjowy, z którego wyrabia się tanią biżuterję, jest stopem glinu z niewielką domieszką miedzi. Gdybyśmy chcieli tak dalej wymieniać różne rodzaje stopów, otrzymalibyśmy spis bardzo długi.

Weźmy, jako przykład, jeden z prostszych wypadków, w którym niewielka domieszka glinu do miedzi powoduje zwiększenie twardości. Promienie Roentgena wykazują, że budowa kryształów miedzi naogół pozostaje ta sama, a tylko tu i owdzie atomy miedzi zastąpione zostały przez atomy glinu. Jak widzieliśmy, słaba budowa kryształu polega na łatwości, z jaką jedne jego części przesuwać się mogą po innych wzdłuż pewnych określonych płaszczyzn. W wypadku rozpatrywanego przez nas obecnie stopu, nie
TABLICA XXVII
Klingi damasceńskie[1].
(z dzieła Bielaiewa „Krystalizacja metali“).

TABLICA XXVIII
Kryształki cementytu[1], tkwiące w masie stali, widoczne są w postaci długich igieł.
(Według dzieła Bielaiewa „Krystalizacja Metali“).


mamy już do czynienia z płaszczyznami gładkiemi, rozsiane są na nich atomy glinu, przypuszczać więc słusznie możemy, że owo przesuwanie się jednych części po drugich zostało utrudnione i że to właśnie jest przyczyną większej twardości.[3] Słuszność naszego przypuszczenia zdaje się potwierdzać pewne ciekawe zjawisko. Atomy glinu wprowadzać muszą zapewne w stan napięcia budowę krystaliczną miedzi, gdyż miedź nie jest w stanie wchłonąć ich więcej ponad pewną określoną ilość. Gdy sporządzimy stop zawierający więcej niż około 10% glinu, promienie Roentgena wykazują, że kryształy miedzi rozpadają się i zastąpione zostają przez całkiem odmienną budowę krystaliczną.[4] Atomy glinu w miarę zwiększania ich ilości zniekształcać muszą kryształy miedzi, co zgadza się w zupełności z tem, że dzięki nim miedź staje się twardszą. Gdy natomiast do miedzi dodamy niklu, atomy tego ostatniego zastąpić mogą atomy miedzi w dowolnej ilości; widocznie mogą one zająć miejsca atomów miedzi, nie wywołując znaczniejszych napięć wewnątrz kryształów.[3] W tym wypadku twardość zwiększa się względnie nieznacznie, co właśnie mogliśmy przewidywać. Zwiększenie twardości nastąpić może tylko wówczas, gdy do budowy wewnętrznej metalu wprowadzimy atomy, które wywołują w kryształach istotne napięcia i dzięki którym płaszczyzny poślizgu przestają być gładkiemi. Płaszczyzny te zostają niejako zaklinowane.
W wypadku stali mamy do czynienia z podobnym stanem rzeczy z tą jednak różnicą, że atomy węgla dzięki którym zwiększa się twardość, nie zastępują atomów żelaza, lecz umieszczone zostają w przerwach pomiędzy temi ostatniemi. Łatwo możemy pojąć, że to również zniekształcić może kryształy żelaza, uniemożliwiając tak, jak w poprzednim wypadku, ruch wzdłuż płaszczyzny poślizgu. I tu również istnieje pewna maksymalna ilość domieszki. Normalna prosta budowa żelaza ostać się może bowiem tylko przy bardzo nieznacznej domieszce węgla.

Zagadnienia, dotyczące żelaza i stali, są jednak powikłane pod niejednym jeszcze względem. Wystarczy, że zapytamy, co się stanie, gdy dodamy węgla więcej, aniżeli wchłonąć w siebie może budowa krystaliczna żelaza; staniemy wówczas przed nowem zagadnieniem. Okazuje się, że pomiędzy innemi pojawia się nowy kryształ, składający się z cząsteczek, zawierających trzy atomy żelaza i jeden węgla; nazywamy go cementytem. Te nowe kryształy są bardzo twarde i odporne, występują one w postaci igieł (Tablica XXVII). Obecność ich czyni stal bardzo twardą i trudną do obróbki. Bardzo pięknym przykładem wpływu ich na zalety stali są dawne miecze i szable, które przed wiekami przedostały się z Indyj przez Damaszek do Europy. Stal damasceńska ceniona była wysoko ze względu na swe niezrównane zalety. Piękne jej okazy zobaczyć można w zbiorach Wallace’a. Posiadają one ów charakterystyczny deseń z linij falistych (Tablica XXVII), który uchodził zawsze za dowód autentyczności. Pod mikroskopem linje te rozpadają się na mnóstwo oddzielnych punktów, tworzących jakby drogę mleczną na tle stali. Punkty te są to kryształki cementytu. Według pułkownika Bielajewa pierwotny sposób wyrobu stali damasceńskiej był niezmiernie żmudny. W niewielkim piecu kowal rozżarzał stal do czerwoności i przystępował do jej kucia, lecz już po niewielu uderzeniach młota zmiękczona stal stawała się znów twardą. Rozżarzanie usuwało tylko przejściowo twardość, spowodowaną kryształkami cementytu. Znowu trzeba było stal rozżarzać, wykonać parę uderzeń młotem i czynności te powtarzano kolejno po wiele razy aż powoli stal stawała się mniej sztywną. Wynik ten osiągano dzięki temu, że w ciągu długotrwałej obróbki kryształki cementytu stopniowo zmieniają swą postać. Pierwotne igły wyginają się
TABLICA XXIX
A[1]. Przekrój, powiększony tysiąckrotnie, wykazujący rozłamywanie i skręcanie się igiełek cementytu.
(Według dzieła Bielaiewa „Krystalizacja Metali“.)



B. Ciemna wstęga jest znacznie powiększona rysą, wykonaną ze pomocą cienkiej igły na kawałku metalu zwierciadłowego.
Cienkie rysy pionowe powstały na skutek polerowania proszkiem szmerglowym. Wiele drobnych cząstek zostało przy tym oderwanych i osiadło w wyżłobieniu, zrobionym przez igłę.
(Według dzieła Beilby’ego „Stany skupienia i płynności ciał stałych“.)

TABLICA XXX

A jest powiększeniem kawałka metalu zwierciadłowego, który po natarciu delikatnym szmerglem, polerowany był skórką z różem polerskim.
Metal, wprowadzony w stan płynności, pokrywa rysy, pozostałe po szmerglu; przypomina to nieco smarowanie bułki masłem. W B widzimy skutki dłuższego polerowania różem. Rysy od szmerglu zniknęły całkowicie, natomiast stają się widoczne zarysy ziaren krystalicznych metalu. (Według dzieła Beilby’ego „Stany skupienia i płynności ciał stałych“ za zgodą autora.)


i skręcają w przeróżny sposób i stal staje się przez to bardziej giętką (Tablica XXIX A). Otrzymywano wkońcu doskonałą stal damasceńską, tak wytrzymałą a jednocześnie tak elastyczną. Bardzo możliwe, że ostrość tych kling w znacznej mierze zawdzięczać należy obecności owych bardzo twardych kryształków, tkwiących w masie miększego żelaza. Możemy wyobrażać sobie ostrze takiej klingi jako piłę o niezmiernie drobnych zębach. Podczas prób zręczności, w których, jak to opisuje Walter Scott w swoim „Talizmanie“, współzawodniczyli ze sobą Saladyn i król Ryszard, pierwszy, rzuciwszy w górę szal, cienki jak pajęczyna, przeciął go swą szablą, co było wspaniałym dowodem ostrości klingi i zarazem zręczności. Ryszard Lwie Serce zaś użył swego miecza, jak topora, rozcinając na dwoje sztabę żelaza, mianowicie maczugę jednego ze swych rycerzy. Wyczyn ten wymagał również wielkich zalet stali, wykazana jednak przez wykonawcę zręczność polegała raczej na straszliwej sile uderzenia niż na subtelności dotknięcia.
Nader ciekawemi czynnościami są szlifowanie, ostrzenie i polerowanie. Podczas ostrzenia noża na kamieniu do szlifowania, twarde kryształy tegoż wyżłabiają drobne rysy, usuwając przytem część tworzywa. Jest to jedną z faz ostrzenia. Polerowanie atoli na kamieniu naoliwionym lub na pasku do ostrzenia jest czemś zupełnie odmiennem. W tym wypadku istotnie wprowadzamy stal w stan płynności, dzięki czemu rysy zostają wygładzone i, jak to wykazał sir George Beilby, większe nieraz zagłębienia pokrywają się warstwą metalu. Jak się zdaje, metal przez cały czas zachowuje przytem swą budowę krystaliczną, zapomocą promieni Roentgena z łatwością stwierdzić możemy obecność kryształów w ostrzu brzytwy. Polerowanie polega prawdopodobnie na tem samem zjawisku, jak to, któreśmy zauważyli przy wyżarzaniu płatków złota. Użycie oliwy przyśpiesza wygładzanie. Przejściowy stan płynności wprowadza metal w stan napięcia, który stopniowo zanika; szczególnie nagrzanie przyśpieszyć może to zanikanie napięć wewnętrznych, a tem samem stępić ostrze (Tablice XXIX B, XXX, XXXI).
Stopy są naogół znacznie gorszemi przewodnikami elektryczności od czystych metali. Bardzo być może, że, gdy obce atomy przenikną do budowy krystalicznej czystego metalu, a co za tem idzie płaszczyzny, wzdłuż których uszykowane są jego atomy, przestają być gładkiemi, ruch elektronów poprzez metal zostaje utrudniony. Utrzymanie tego ruchu zużywa więcej energji, naskutek czego stop więcej się nagrzewa od prądu elektrycznego, aniżeli czysty metal. Jak już zaznaczyliśmy, opór, jaki metal czysty przeciwstawia ruchowi elektronów, wzrasta z temperaturą. Możemy sobie wystawić, że elektrony z większą trudnością przedostają się poprzez atomy, gdy te ostatnie są bardziej ruchliwe; wiemy zaś, że im wyższa jest temperatura, tem szybsze są drgania atomów. W stopach podwyższenie temperatury nie odgrywa takiej roli, ponieważ ruch elektronów jest w nich już tak utrudniony, że ciepło nie może wywołać większych zmian. Możemy to wykazać zapomocą prostego doświadczenia:
Prąd elektryczny z baterji przechodzi przez obwód, posiadający dwa rozgałęzienia, jak to widzimy na rycinie (Tablica XXXII A). W jednem rozgałęzieniu znajduje się zwój drutu miedzianego M i żarówka L1, w drugiem zwój z jakiegoś stopu np. drutu najzylbrowego oraz żarówka L2. Opory elektryczne obydwu zwojów tak są dopasowane, że, gdy przechodzi przez nie prąd, obydwie żarówki zaledwie się żarzą. Gdy zwój M umieścimy w naczyniu z płynnem powietrzem, żarówka L1 świecić będzie jasno. Oziębienie drutu miedzianego obniżyło opór, stawiany przezeń ruchowi elektronów, naskutek czego wzmocnił się prąd, przechodzący przez żarówkę. Gdy jednak umieścimy w płynnem powietrzu zwój ze stopu, nie wywoła to żadnej zmiany.

Niekiedy metale występują w paru odmianach,
TABLICA XXXI

W A metal trawiony był kwasem.
Te jego części, które uprzednio wprowadzone byty w stan płynności, z łatwością uległy działaniu kwasu i zostały usunięte, dzięki czemu ziarna krystaliczne występują bardzo wyraźnie.
W B uwidocznione są skutki dalszego polerowania.
(Według dzieła Beilby’ego „Stany skupienia i płynności ciał stałych“ za zgodą autora.)

TABLICA XXXII

A. Opór zwoju drutu z metalu czystego został zmniejszony naskutek umieszczenia zwoju w mieszaninie oziębiającej.



B. Drut żelazny naciągnięty jest zapomocą zwieszającego się ciężarka.
Wydłużenie i kurczenie się drutu powoduje dający się łatwiej zauważyć ruch strzałki, połączonej z drutem zapomocą dźwigni. Drut nagrzewa się przechodzącym przezeń prądem elektrycznym.


różniących się pomiędzy sobą budową krystaliczną. Jednym z najprostszych i najbardziej uderzających przykładów jest żelazo. W zwykłej temperaturze atomy żelaza układają się w ten sposób, że każdy z nich sąsiaduje z ośmiu innemi, tworzącemi wierzchołki maleńkiego sześcianu. Nie jest to najszczelniejszy rodzaj układu, o czem niebawem przekonamy się z doświadczenia. Omówiony przez nas poprzednio układ, jaki tworzą uszykowane w stos kule armatnie, jest najszczelniejszym, każda kula sąsiaduje w nim z dwunastoma innemi, z których sześć leży wzdłuż równika a po trzy z pozostałych wzdłuż równoleżnika w każdej z półkul; albo też, innemi słowami, sześć leży w tej samej warstwie, co kula, którą otaczają, a po trzy w warstwach sąsiednich. Ten rodzaj układu spotykamy u złota, srebra, miedzi i glinu. Otóż jest rzeczą nader ciekawą, że, gdy żelazo rozżarzone zostanie do czerwoności o odcieniu wiśniowym, następuje zmiana układu atomów, a mianowicie wspomniany powyżej układ mniej szczelny zastąpiony zostaje przez układ najszczelniejszy, t. j. taki, jaki tworzy stos kul armatnich. Zjawisko to najłatwiej daje się zauważyć, gdy rozgrzejemy drut żelazny do temperatury wyższej niż wskazana i następnie pozwolimy mu się ochłodzić. Gdy dojdzie on do temperatury krytycznej, atomy nagle przechodzą do układu mniej szczelnego i drut nieco się wydłuża. Wydłużenie to łatwo daje się stwierdzić zapomocą odpowiedniej uwydatniającej je przekładni. Ciekawem też jest, że przy przejściu od układu szczelniejszego do luźniejszego wyzwolona zostaje pewna ilość energji, naskutek czego drut nagle się znowu rozżarza. To wydłużanie się i ponowne rozżarzanie znane już było oddawna, dopiero jednak w ostatnich czasach udało nam się ustalić, że przyczyna ich tkwi w istnieniu dwóch różnych układów krystalicznych, jakie tworzyć mogą atomy żelaza (Tablica XXXII B).
Tych parę przykładów związku pomiędzy własnościami metali a ich budową krystaliczną zaczerpniętych zostało z olbrzymiej dziedziny zjawisk, których większość czeka jeszcze na zbadanie zapomocą naszego nowego tak skutecznego narzędzia pracy, jakiem są promienie Roentgena. Nie możemy zgóry przewidzieć wyników, jakie mogą być osiągnięte. Możemy być jednak zupełnie pewni, że, im lepiej poznamy nasze tworzywa, tem lepiej potrafimy je zużytkować.




Przypisy

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Przypis własny Wikiźródeł zdjęcie nie znajduje się jeszcze w domenie publicznej (N. T. Belaiew (1878-1955)).
  2. Przypis własny Wikiźródeł zdjęcia nie znajdują się jeszcze w domenie publicznej (C. F. Elam (1894–1995)).
  3. 3,0 3,1 Rosenhain, „Wewnętrzna budowa stopów“, Institute ot Metals, Maj 2, 1923.
  4. Jette, Phragmen i Westgren, Institute ot Metals, Marzec 1921.


Tekst jest własnością publiczną (public domain). Szczegóły licencji na stronach autora: William Bragg i tłumacza: Karol Szlenkier.