Капля

Гегузин Яков Евсеевич

Следовательно, правильным было утверждение, что ре­альность всегда богаче схемы: капля не просто из жидкой становится твердой, а меняет свою форму и о конце кри­сталлизации сообщает фонтанчиком.

Вернемся теперь к обсуждению причины, из-за которой зародыш неохотно возникает на границе между каплей и камнем. Дело здесь вот в чем. Образование ледяной короч­ки на границе с камнем должно сопровождаться деформа­цией и корочки и камня'. Удельный объем льда больше объема воды, и поэтому образующаяся ледяная корочка должна как бы рвать камень, а он, сопротивляясь этому насилию, будет сжимать корочку. Оба эти процесса свя­заны с деформацией и кристаллизующейся капли и камня. А это невыгодно, и поэтому естественнее, чтобы зародыш возник вдали от камня,

где его появление не связано с возникновением дополнительной энергии. Лишь в край­нем случае, когда теплоотвод в камень велик и темпера­тура капли вблизи камня значительно ниже, чем у ма­кушки, зародыш может возникнуть на границе вода — камень.

Мы обсудили участь росинки, застывшей на камне, а теперь — о том, что происходит с камнем, на котором ро­синка застыла.

Где бы зародыш ни возник, в конце концов камню не избежать действия растягивающих напряжений, которые, как уже упоминалось, возникают вследствие скачка объе­ма при кристаллизации капли. Расчет показывает, что они могут достичь сотен килограммов на квадратный сан­тиметр. Этого вполне достаточно, чтобы под каплей в камне возникли трещинки, очаги разрушения.

Деформирующее влияние капли на твердую кристалли­ческую подложку отчетливо наблюдается с помощью не­сложного опыта. На гладкой поверхности кристаллика каменной соли располагается капля, которая закристаллизовывается, а затем оттаивается и стряхивается. После такой процедуры в кристаллике на том месте, где распола­галась кристаллизовавшаяся капля, обнаруживались очаги деформации, так называемые полосы скольжения. Капле, оказывается, под силу разрушать твердый кри­сталл, каменную породу.

 

Под жидкой каплей, закристаллизовавшейся па поверхности кристаллика каменной соли, легко обнаруживаются следы деформации кристалла — ли­нии скольжения и микротрещинки

У французского поэта Ремона Кепо есть строки, которые заставляют задуматься о манере мышления поэта. Вот они:

...В трещинах от дождей,

В трещинах от эрозий,

От росы, от цепких корней,

То на солнце, то на морозе

Продолжает свой путь скала...

Неужели поэт, далекий от физики жидкостей и кри­сталлов, понимает, что росинка может порвать скалу? Или это погоня за красивой курьезностью — поставить росинку вровень с цепкими, могучими корнями? А быть может, это изощренная интуиция, когда правда, минуя логическое осмысливание, просится в строку? Вот уж действительно путь поэтической мысли и истоки поэти­ческого образа трудно исповедимы!

Капли со шлейфом

Капля несколько раз «вторгалась» в творческую жизнь Георгия Глебовича Леммлейна. В первый раз в виде ро­синок, осевших на кристаллической поверхности, затем в виде капель раствора, движущихся и преобразующихся в объеме кристалла,— об этом рассказ впереди, а в 1957 году он изучил движущиеся по поверхности кри­сталла капли, за которыми стелется шлейф.

Незадолго перед войной польский физик Коварский обратил внимание на неожиданное и любопытное явление. Если кристалл растет вследствие притока вещества из па­ровой фазы и если он нагрет почти до температуры плавле­ния, то на его поверхности появляются жидкие капли. Они мечутся по поверхности кристалла, подобно тому как мечется капля воды на горячей сковородке, и, как капля воды, они вскоре исчезают, но исчезают не так, как вод­ная капля. Коварский впервые заметил это явление, а Леммлейн с сотрудниками его подробно изучили. Изу­чили и иное, родственное явление —

образование капель жидкости на поверхности не растущего, а испаряюще­гося кристалла.

Мысленно поставим опыт, некогда выполненный Леммлейном, и проследим за происходящим. Расположим под стеклянным колпаком кристалл, за которым будем вести наблюдение. Кристалл должен лежать на обогревае­мой пластинке, и его температура должна быть на 1—3° С ниже температуры плавления.

Для определенности предположим, что эксперименти­руем мы с кристаллом сложного органического вещества— паратолуидином, поскольку именно с таким кристаллом экспериментировали в лаборатории Леммлейна. Пла­вится он при температуое 44° С. В стороне от кристалла под колпаком расположим маленькую печку с тигель­ком, в котором плавится и испаряется паратолуидин. Вскоре пространство под кол­паком заполнится парами паратолуидина, которые долж­ны будут оседать на поверх­ности подогретого, но нерасплавленного кристаллика. Он при этом будет подрастать, увеличиваться в объеме. Стеклянный колпачок надо сконструировать так, чтобы сквозь него было удобно с помощью микроскопа наблюдать за поверхностью расту­щего кристалла.

 

Движение капли, оставляющей за со­бой шлейф в процессе кристаллизации

Посмотрев в микроскоп, мы увидим, что на поверхности кристалла имеется множество капель разных размеров — от 1 до 20, а иногда и до 30 микрон. Далее мы увидим, что какая-либо из капель, блуж­дая по поверхности, коснет­ся торца одной из ступенек, которых на поверхности кри­сталла множество. А после этого произойдет неожидан­ное: капля, пытаясь уйти от торца ступени, будет остав­лять за собой шлейф, высота которого вровень со сту­пенью. Шлейф окажется ча­стью ступени, ее продолже­нием. Движущаяся капля будет себя расходовать на образование шлейфа и в конце концов исчезнет.

Однако она исчезнет поз­же, чем ей надлежало бы ис­чезнуть, если полагать, что капля перестанет существо­вать в точности тогда, когда объем вещества в созданном ею шлейфе станет равным ее начальному объему. Любо­пытная деталь: шлейф, остаю­щийся за каплей, увеличи­вает свою площадь не толь­ко в направлении смещения капли, но и в перпендикуляр­ном направлении, и поэтому у своих истоков он оказы­вается значительно шире, чем начальный диаметр капли (истинному шлейфу так и по­ложено к концу расширять­ся).

Движение капель, в процессе испаре­ния оставляющих за собой следы, «отрицательные» шлейфы

Мы увидим еще много и иных подробностей: некото­рые капли, пристав к ступе­ни, будут двигаться по спи­рали, оставляя за собой фа­сонный шлейф. Некоторые, оставляя за собой шлейф, столкнутся с другой сту­пенью, оказавшейся на их пути, и, отразившись от нее, начнут образовывать два шлейфа.

Видоизменим опыт, обра­тив условия его проведения. Сделаем давление пара паратолуидина под колпаком до­статочно низким, чтобы кри­сталлик, за которым мы наб­людаем, смог испаряться. До­стичь этого можно, например, так: печку, в которой плавился паратолуидин, выклю­чить, а температуру исследуемого кристалла не изменять. Как и в первом опыте, на его поверхности мы обнаружим капли; как и в первом опыте, они будут «метаться» по по­верхности и прикрепляться к ступеням. Но после этого они не станут двигаться от ступени, а начнут вгрызаться в нее, творя «отрицательный» шлейф, т. е. все будет про­исходить наоборот: при росте кристалла из газовой фазы на его поверхности жидкие капли будут двигаться, обра­зуя слои, а при испарении — слизывая их.