Верхом на бомбе. Судьба планеты Земля и ее обитателей

Да как такое может быть?..

И что вообще означают слова «растворить газ в металле»?..

Лично для меня это не вопрос. Потому что я окончил Московский институт стали и сплавов и знаю, что в металлургии при производстве стали ее продувают водородом, чтобы лишить вредных примесей (кислорода). Как происходит продувка? По-разному. Иногда водород продувают через жидкую сталь во время ее варки. Это всем понятно… Когда кому-то говоришь, что металлурги продувают сталь водородом, люди обычно именно так и представляют себе этот процесс: жидкая сталь, продуваемая снизу пузырьками газа. Потому что есть бытовой аналог – газировка с пузырьками.

Но иногда продувку ведут и другим способом: водород продувают через раскаленные слитки, то есть через твердое тело. И водород сквозит через твердую сталь так же легко, как вода через решето. Да, собственно, именно это и происходит – крохотный водород запросто пролетает сквозь сито кристаллической решетки металла.

При растворении водорода в металле водородный атом лишается электрона и остается один голый протон, который легко просеивается внутри слитка. А электрон уходит в зону проводимости металла, то есть присоединяется к общим, коллективным электронам металла, которые свободно в нем бегают. Именно эта «коллективная собственность» на электроны и делает металлы электропроводниками. При приложении к металлическому кабелю электрического поля коллективные электроны, не принадлежащие персонально никакому атому, но принадлежащие всем атомам на правах «равной долевой собственности», начинают по проводнику свой коллективный бег, который мы называем электрическим током.

Но водород может не только физически растворяться в металле, но и вступать с ним в химическую реакцию с образованием так называемых гидридов. В гидридах водород присутствует уже не в виде голого протона, а в виде аниона, то есть протона, вокруг которого крутятся два электрона. Запомним этот важный факт: он нам понадобится через пару-тройку абзацев.

А пока выясним, как на гидриды влияют температура и давление, ведь в центре планеты очень горячо и давление там – дай боже! Оказывается, это влияние разнонаправленное. Чем больше давление, тем больше растворимость водорода в металле. Чем сильнее давишь – тем больше водорода можно натолкать в металл. И с какого-то момента водорода в металле становится так много, что уже начинает идти химическая реакция между ним и металлом – образуются уже упомянутые металлогидриды.

Температура действует ровно наоборот. Если гидриды нагревать, они начинают разлагаться, потому как с ростом температуры растворимость водорода в металле падает, и образец начинает активно «газить» водородом. Получается, что ситуация в центре планеты очень неоднозначная: давление действует в одну сторону, температура в другую. И для того, чтобы в этой ситуации разобраться, нужно ответить на несколько вопросов.

Вопрос первый. Что будет, если начать обжимать металл? Может ли он уплотняться и за счет чего?.. Говорят, что вода несжимаема. Тогда металл, наверное, еще больше «несжимаемый», ведь он твердый? Оказывается, сжать металл (уплотнить его) все-таки можно. Если постараться, конечно.

Сначала уплотнение идет за счет того, что в металле начинают исчезать все дефекты кристаллической решетки – закрываются поры и микротрещинки, атомы утрамбовываются до так называемой плотнейшей упаковки. Если твердые шарики сложить в ящик максимально плотно, получится как раз то, что в кристаллографии и называют плотнейшей упаковкой. Больше резервов для уминания нет: все промежутки между шариками меньше самих шариков. Дальнейшее уплотнение материала может идти только за счет сминания самих шариков. Но можно ли смять атомы?

Можно, как ни странно. Ведь атом внутри практически пуст. Если ядро атома увеличить до размеров спичечной головки, то мы увидим, что размер всего атома увеличится до габаритов Большого театра. То есть орбита самого дальнего электрона как раз охватит здание театра. А все пространство внутри театра будет практически пустым.

Возьмем тот же углерод и раздуем его. Что видим? Видим в центре Большого театра спичечную головку, состоящую из шести протонов и шести нейтронов. А вокруг нее на расстояниях в десятки метров мельтешат шесть крохотных, не различимых глазом точек, масса каждой из которых в 24 000 раз (!) меньше массы нашей спичечной головки. Атом пуст!

И если давление растет, радиус атомов может уменьшаться: его внешние электронные орбиты стягиваются поближе к ядру, уменьшая габарит всей конструкции. При этом чем более рыхлый мы имеем атом, тем больше его податливость. Рыхлый атом – это атом, у которого во внешней электронной оболочке «совсем почти ничего нет», то есть болтается там всего один электрон, который «легко уговорить». А вот если электронов на внешней орбите восемь, их уже «уговорить» потесниться сложнее.