Расширение воды при замерзании является одной из причин и другого, важного в жизни Земли явления — разрушения горных пород. Представим себе, что в трещине камня находится вода (рис. 452). Во время мороза сначала замерзает верхний слой; при этом
более глубокие слои будут «заперты». Когда же и эти слои начнут замерзать, то они, увеличиваясь при этом в объеме, будут расширять трещину. В конце концов это поведет к разрушению камня.
Рис. 452. Растрескивание камня. Во время мороза сверху образовалась пробка из льда, закупорившая воду в нижней части трещины
505
Простой опыт может дать представление о силах, развивающихся при расширении воды, сопровождающем замерзание. Нальем воду в бутылку до самого горлышка и выставим бутылку на мороз. Вода замерзнет и расширится. Ледяная пробка в горлышке бутылки препятствует свободному выходу расширяющегося льда, и бутылка будет разорвана давлением льда. Подобный опыт удается даже с чугунной толстостенной бутылкой.
Чем же объясняется указанная особенность воды? Почему у воды увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул связано не с увеличением объема, как у других веществ, а с уменьшением? Это объясняется особой структурой кристаллической решетки льда. Обратимся к рис. 445, показывающему внутреннюю структуру кристаллов льда. Видно, что в кристалле льда молекулы расположены очень неравномерно: в одних местах молекулы сближены, зато в других местах имеются большие пустоты между слоями. При переходе от кристаллического состояния к жидкому расположение молекул меняется и делается более равномерным; при этом расстояние между молекулами, которые в кристалле расположены близко друг к другу, увеличивается, а расстояние между отдаленными молекулами уменьшается. Потенциальная энергия взаимодействия первых увеличивается, а вторых — уменьшается. Но увеличение потенциальной энергии близких молекул больше уменьшения потенциальной энергии отдаленных молекул. В конечном счете внутренняя энергия воды все же больше внутренней энергии льда, из которого она образовалась.
§ 272. Полимеры. Мы рассмотрели внутреннее строение кристаллических тел, примерами которых являются каменная соль, кварц, металлы, и таких аморфных тел, как стекло. Эти вещества состоят либо из атомов, либо из молекул, содержащих небольшое число атомов. Рассмотрим теперь особую группу веществ, играющих в природе и в технике исключительно важную роль. Мы имеем в виду такие природные вещества, как хлопок, дерево, кожа, шерсть, естественный шелк, естественный каучук, и многочисленные вырабатываемые промышленностью материалы, как искусственный каучук, вискозный шелк, целлофан, органическое стекло, всевозможные пластмассы. Эти вещества имеют малую по сравнению с металлами плотность, малые теплопроводность и электропроводность и своеобразные механические свойства, резко отличающие их от других веществ. Особенно замечательны механические свойства ре-вины, о которых речь будет далее и которые делают ее совершенно незаменимой в ряде отраслей техники (автомобильные шины, трубки, галоши и т. п.).
Химическая природа всех этих веществ почти одна и та же. Все они являются полимерами (от греческих слов: «поли» — много, «ме'рос» — часть, «моно» — один). Этот далее