CRAMNIY (739720), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Человеческое ухо воспринимает звуковые волны с частотами в пределах примерно от 16 герц до 20 тыс. герц (колебаний в секунду). Звуки с частотами более низкими (инфразвуки) и более высокими (ультразвуки) нашему непосредственному восприятию недоступны. Наиболее слабые звуки воспринимаются нами в области около 3 тыс. Гц. Звуки выше известной силы не воспринимаются как таковые, а вызывают болевые ощущения. Обычный звуковой интервал человеческой речи составляет от 120 Гц до 400 Гц, а используемый в музыке — от 50 Гц до 8 тыс. Гц. Самый низкий певческий голос имеет частоту 80 Гц, а самый высокий — 1300 Гц.

Сила звука обычно оценивается по шкале децибелов (дб), в которой нулевая отметка соответствует самому слабому звуку, воспринимаемому нормальным ухом. Представление об этой (имеющей логарифмический характер) шкале дают следующие её средние оценки (в дб): нормальное дыхание (10), шёпот (25), разговорная речь (60), среднее уличное движение (70), поезд метро (95), реактивный самолёт на высоте 150 м (115), порог болевой чувствительности человека (125). Шум городского дома оценивается в 30 ÷ 55 дб. Считается, что постоянный шум с уровнем более 85 дб может привести к частичной потере слуха.

Некоторые животные только потому и кажутся нам “немыми”, что используемый ими интервал частот лежит вне пределов слышимости человека. Установлено, например, что рыбы оживлённо переговариваются друг с другом, причём отдельным видам соответствуют различные говоры. Благодаря тому, что вода мало поглощает звук, а скорость его распространения в ней велика (около 1500 м/с), эти “рыбьи разговоры” могут происходить на больших расстояниях. У дельфинов максимум интенсивности испускаемых звуков приходится на интервал 20 ÷ 60 кГц, но диапазон их возможного восприятия находится гораздо шире (18 Гц ÷ 280 кГц). Известно также, что ориентировка летучих мышей при полёте основана на испускании ими ультразвуков и восприятии их отражений от окружающих предметов. За секунду испускается до 60 звуковых импульсов с наиболее интенсивными частотами в пределах 35—70 тыс. Гц. Улавливание этих звуковых импульсов ночными бабочками помогает им спасаться от летучих мышей. Может быть сконструирован свисток, сигналы которого слышит собака (воспринимающая звуки до 100 тыс. Гц), но не слышит человек.

В настоящее время удаётся возбуждать ультразвуковые волны с частотами порядка десятков миллиардов герц. Подобно обычному звуку, ультразвуковые волны можно собирать и направлять на определённые объекты при помощи рефлекторов. Энергия звуковых колебаний растёт пропорционально квадрату их частоты. Имеется установка, способная создавать интенсивность ультразвука более 100 кВт/см³.

Короткие ультразвуковые волны обладают рядом интересных свойств. Они разрушают многие сложные молекулы, убивают мелких рыб, стимулируют прорастание семян, позволяют получать устойчивые эмульсии, вызывают протекание некоторых химических реакций. Основной причиной всех этих эффектов являются резкие местные колебания давления и температуры, обусловленные быстропеременным возникновением и исчезновением пустот (“кавитаций”) в подвергаемой действию ультразвука среде.

При помощи ультразвуковых волн можно легко и удобно контролировать однородность толстых механических блоков, производить разнообразную механическую обработку самых твёрдых материалов (вплоть до алмаза), пайку трудно спаиваемых металлов (например, алюминия), мойку шерсти, создавать эхолоты для измерения морских глубин, гидролокаторы для обнаружения косяков рыб и т. д. Был сконструирован ультразвуковой микроскоп, позволяющий получить изображение предметов, находящихся в непрозрачных средах, с увеличением до нескольких тысяч раз. Частота 19,5 кГц оказалась непереносимой для крыс, и генератор мощностью всего в 35 Вт надёжно освобождает от них площадь 225 м².

Хуже изучены инфразвуки, которые присутствуют во всех шумах (атмосферы, моря, леса, городского движения, работающих моторов и др.). Инфразвуки хорошо распространяются в воздухе на громадные расстояния. Так, улавливая возникающие при трении волн о воздух инфразвуки с частотами 8—13 Гц, морские животные заранее узнают о приближении шторма. Уже создан электронный прибор, работающий на том же принципе. Делаются также успешные попытки использовать инфразвуки для медицинского “прозвучивания” человеческого тела. Вместе с тем выяснилось, что инфразвуки повышенной мощности (особенно в области 6 ÷ 9 Гц) оказывают вредное влияние на организм. Обусловлено это их резонансным наложением на собственные колебания внутренних органов человека. Особенно опасна частота 7 Гц, так как она совпадает с частотой a-ритма биотоков мозга.

Резонансное наложение инфразвуков на собственные колебания материальных объектов может привести к их разрушению. Так, сообщалось, что при включении генератора звука с частотой 3,5 Гц и мощностью 100 Вт стены лаборатории угрожающе затряслись, потолок покрылся трещинами, и опыт пришлось прекратить.

На основе SiO₂ готовится важный огнеупорный материал — динас. Его получают обжигом при 1300—1400 °С измельчённого кварца, к которому добавлено 2—2,5% извести. Динасовый кирпич размягчается лишь около 1700 °С и служит, в частности, для выкладки сводов мартеновских печей.

Известен также оксид кремния(II). В природе он не встречается, но может быть получен по реакции:

SiO₂ + Si = 2 SiO.

Под обычным давлением возгонка монооксида кремния начинается около 1200 °С (когда сами исходные вещества ещё практически не испаряются). В парах SiO является индивидуальным соединением. Энергия диссоциации на элементы 789 кДж/моль. Перевод его в твёрдое состояние может быть осуществлён только быстрым охлаждением (“закалкой”) газовой фазы. В противном случае успевает пройти дисмутация по уравнению:

2 SiO = SiO₂ + Si.

Получающаяся твёрдая фаза представляет собой чрезвычайно мелкий коричневый порошок. Монооксид кремния медленно окисляется кислородом воздуха и легко растворяется в щелочах с образованием солей кремневой кислоты и выделением водорода. Он легко электризуется от трения, приобретая сильный отрицательный заряд.

Нитрид кремния (Si₃N₄). Прямой синтез происходит лишь выше 1300 °С, но сопровождается значительным выделением тепла (748 кДж/моль). Нитрид кремния представляет собой лёгкий белый порошок, около 1900 °С возгоняющийся. Он известен в двух кристаллических формах [d(SiN) = 172—175 пм] и очень устойчив по отношению к различным химическим воздействиям. Так, расплавленные щёлочи медленно растворяют его по схеме:

Si₃N₄ + 12 NaOH = 3 Na₄SiO₄ + 4 NH₃,

но раствор NaOH не действует даже при кипячении. До 1000 °С нитрид кремния не реагирует ни с О₂, ни с Н₂, ни с водяным паром. Горячая концентрированная плавиковая кислота разлагает его по схеме:

Si₃N₄ + 16 HF = 2 (NH₄)₂SiF₆ + SiF₄

лишь крайне медленно, а концентрированная НСI вообще не действует. Под высоким давлением в атмосфере азота нитрид кремния хорошо прессуется и спекается (при 1500 °С). Около 1000 °С он приобретает полупроводниковые свойства.

Сообщалось о получении (довольно сложным косвенным путём) и другого нитрида кремния — Si₂N₂, который представляет собой белый рентгеноаморфный порошок, при нагревании выше 1200 °С переходящий в Si₃N₄. Взаимодействием SiCl₄ с жидким аммиаком был получен полимерный имид кремния — [Si(NH)₂]_n.

Нагреванием Si и SiO₂ в атмосфере азота при 1450 °С был получен оксонитрид Si₂N₂O, простейшей формуле которого отвечает строение O(SiN)₂.

Жёлто-коричневый фосфид кремния может быть получен взаимодействием элементов (выше 700 °С). Это игольчатые кристаллы с красным металлическим блеском, отвечающие формуле SiP. Синтезом из элементов был получен и чёрный SiP₂.

При прокаливании смеси SiO₂ c углём в электрической печи до 2000 °С образуется карбид кремния (SiC), называемый обычно карборундом. Реакция идёт по суммарному уравнению:

SiO₂ + 3 C + 527 кДж = 2 СО + SiC

и требует затраты около 8 тыс. кВт·ч на тонну SiC. Чистый карборунд представляет собой бесцветные кристаллы (выше 2200 °С разлагающиеся на элементы), а технический продукт обычно окрашен примесями в тёмный цвет. Ежегодная мировая выработка карборунда составляет около 100 тыс. т.

Из свойств карборунда наиболее важна его твёрдость, уступающая лишь твёрдости алмаза. Он широко применяется для выработки твёрдых материалов. В частности, из него обычно изготовляют круги точильных станков. Карборунд обладает хорошей теплопроводностью и полупроводниковыми свойствами (n-типа), которые сохраняются до 1000 °С (тогда как у элементарного кремния они теряются уже выше 250 °С). Он находит использование для изготовления электропечей, однако для этих целей чаще применяют силит, получаемый обжигом при 1500 °С (в атмосфере СО или N₂) массы, сформированной из смеси карборунда, кремния и глицерина. Силит обладает механической прочностью, химической стойкостью и хорошей электропроводностью.

С химической стороны карборунд характеризуется своей индифферентностью по отношению ко всем обычным кислотам (кроме смеси концентрированных HF и HNO₃). Напротив, при сплавлении со щелочами в присутствии воздуха он легко разлагается с образованием солей кремневой и угольной кислот. Выше 800 °С карборунд начинает заметно окисляться кислородом воздуха, а выше 1300 °С реагирует с водяным паром по схеме:

SiC + 2H₂O = SiO₂ + CH₄.

Хлорирование SiC (при температурах выше 600 °С) ведёт к образованию SiCI₄ и свободного углерода.

В воде SiO₂ практически нерастворим. Не действуют на него и кислоты, за исключением HF, которая реагирует по схеме:

SiO₂ + 4 HF = SiF₄­ + 2H₂O.

Щёлочи постепенно переводят SiO₂ в раствор, образуя соответствующие соли кремневой кислоты (силикаты), например, по реакции:

SiO₂ + 2 NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O.

Очень мелко раздробленный диоксид кремния быстро растворяется при кипячении с растворами щелочей, обычно же реакцию получения кремнекислых солей проводят путём сплавления SiO₂ со щелочами или соответствующими карбонатами, из которых при высокой температуре выделяется СО₂, например, по схеме:

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂­.

В результате реакция сводится к выделению угольной кислоты кремневой кислотой.

Кристаллы Na₂SiO₃ (т. пл. 1027 °С) слагаются из цепей типа [–OSi(O₂)–]_n, в промежутках между которыми располагаются ионы натрия.

Гидролиз метасиликата натрия идёт с образованием двуметасиликата по схеме:

2 Na₂SiO₃ + H₂O = Na₂Si₂O₅ + 2 NaOH,

причём в нормальном растворе гидролизовано 14, в 0,1 н. — 28 и в 0,01 н.— 32%. Гидролиз двуметасиликата идёт уже значительно слабее. Так, в нормальном растворе гидролизуется его 2,4, в 0,1 н. — 6%.

Наряду с Na₂SiO₃ в растворимом стекле содержатся и более сложные силикаты натрия. Их обычный состав может быть выражен формулой Na₂O·nSiO₂, где n = 2 ¸ 4. Постепенным отщеплением части SiO₂ обусловлены те изменения в жидком стекле (помутнение, а иногда и застывание нацело в студнеобразную массу), которые часто наблюдаются при долгом его хранении. Жидкое стекло следует держать в сосудах с резиновыми пробками (так как стеклянные и корковые сильно приклеиваются к горлышку).

Производство жидкого стекла достигает значительных размеров (порядка сотен тысяч тонн ежегодно), так как оно используется для укрепления грунтов при строительных работах и в ряде различных отраслей промышленности. Пропитка им бетонных автомобильных дорог значительно увеличивает их сопротивление истиранию. Ввиду того, что пропитанные жидким стеклом изделия из дерева и тканей очень трудно загораются, подобной пропитке часто подвергают, например, материалы, идущие для изготовления театральных декораций. Силикат натрия входит в состав некоторых стиральных порошков. Опущенные в его разбавленный раствор свежие яйца могут длительное время сохраняться при обычной температуре.

Жидкое стекло непосредственно используется в качестве конторского клея и часто служит основой огнеупорных замазок. Простая по составу замазка, пригодная для склеивания стекла и фарфора, может быть получена замешиванием отмученного мела с жидким стеклом до консистенции теста. Последнее довольно быстро затвердевает в очень прочную массу белого цвета. Быстро твердеющая замазка из замешанного на жидком стекле цемента пригодна для склеивания камней.

Как правило, силикаты (кремнекислые соли) бесцветны, тугоплавки и практически нерастворимы в воде. К числу немногих растворимых относится Na₂SiO₃ — “растворимое стекло”.

Характеристики

Список файлов реферата