The dependence of the strength of hardening of oxide systems on the serial number of the element in D. I. Mendeleev'.pdf Введение 1 марта 2019 г. исполняется 150 лет со дня открытия Периодического закона и Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Многие выдающиеся ученые того времени (А.Э. Шанкуртуа, Д.А. Ньюлендс, Ю.Л. Майер и др. [1]) были очень близки к пониманию и формулировке явления периодичности, но только Д.И. Менделеев сформулировал периодический закон, оказавшийся не только основой научной систематики химических элементов и их соединений, но и ключом к познанию тайн атомов [2, 3]. Знания принципов периодичности открывает совершенно новые перспективы во всех областях человеческой деятельности: от создания уникальных материалов до понимания процессов организации живых структур, и находят все более широкое применение, как в органической, так и неорганической химии и химической технологии. 20 Зависимость прочности тверДения оксиДных систем от порядкового номера Однако до сих пор применению периодического закона в строительном материаловедении и в строительных технологиях не уделялось достаточного внимания. Это существенно ограничивало возможности экспериментаторов в выборе методов создания строительных и композиционных материалов с заданными свойствами и прогнозировании эксплуатационных характеристик изделий на их основе. К настоящему времени накопилось достаточно много теоретических и экспериментальных данных о закономерностях проявления свойств в силикатных и оксидсодержащих системах различного ского назначения. Так, в работах школы Д.И. Чемоданова [2-9] возможность получения высокопрочных материалов в двух-, многокомпонентных композициях, а также в системах типа ЭО-вода, ЭхОу-вода, где ЭО - оксид, обладающий основными или амфотерными свойствами, а ЭхОу - кислотными или амфотерными свойствами. Все изученные зависимости носят периодический характер, причем в полном соответствии с гипотезой Ньюлендса через каждые 7 или 17 элементов максимумы (экстремумы прочности) периодически повторяются. Этот факт, очевидно, может служить основой для прогнозирования максимальной прочности исследуемых систем, что имеет важное значение в строительном материаловедении и способно стать основой для создания эффективных строительных материалов и композиций новых поколений с повышенными прочностными характеристиками. вяжущих техниче-показана трех- и Методика эксперимента Твердотельные структуры на основе оксидов элементов различных групп Периодической системы Д.И. Менделеева готовили путем смешивания соответствующих оксидов марки ЧДА с дистиллированной водой в оптимальных соотношениях оксид-вода, перемешивания смеси в течение 2 мин и ее последующего прессования при нагрузке 45 МПа. Полученные образцы - цилиндры диаметром 1,5 × 10-2 м и высотой 1,5 × 10-2 м выдерживали в воздушно-влажных условиях в эксикаторе в течение 28 сут. По истечении срока твердения образцы испытывали на прочность при сжатии. Результаты и их обсуждение На основании проведенных исследований построены зависимости прочности структур твердения от порядкового номера оксидобразующего элемента и в сравнении с фундаментальными параметрами атомов, таких как потенциал ионизации, сродство к электрону, электротрицательность, радиусы атомов и ионов, энергии кристаллических решеток оксидов, стандартные значения термодинамических величин и др. Отдельные данные представлены на рис. 1-7. 21 Рис. 1. Зависимость прочности структур твердения в системе Са(ОН)2-ЭхОу-Н2О от порядкового номера элементов (Э) в периодической системе Д.И. Менделеева [4] Рис. 2. Зависимость прочности структур твердения систем 3^Oj,-V2θ5-H2O от положения элементов (Э) оксидов в периодической системе Д.И. Менделеева [5] 22 Зависимость прочности твердения оксидных систем от порядкового номера Рис. 3. Зависимость прочности структур твердения систем ЭχОy-WО3-Н2О (1) и электроотрицательности элементов (2) от порядковых номеров элементов в периодической системе Д.И. Менделеева [6] Рис. 4. Зависимость прочности структур твердения систем ЭхОу-МоО3-Н2О (1), энергия Гиббса оксидов состава ЭхОу (-) и электроотрицательности элементов (3) от порядкового номера элементов в периодической системе Д.И. Менделеева [7] 23 Рис. 5. Зависимость прочности структур твердения в системах типа Эд.О^.-СгОз-ПтО от положения элемента в таблице Д.И. Менделеева [2] Рис. 6. Зависимость прочности структур твердения (1) и первых потенциалов ионизации (2) в системе карбонат-Н3ВО3-Н2О от положения элементов в периодической системе Д.И. Менделеева [8] 24 Зависимость прочности тверДения оксиДных систем от порядкового номера Рис. 7. Зависимость прочности при сжатии (R) структур твердения в системе ЭхОу-РЬО2-Н2О (1) и энергией кристаллических решеток оксидов состава ЭхОу (2) от порядковых номеров в периодической системе Д.И. Менделеева [9] Как видно из приведенных рисунков, такой макропараметр элемента, как прочность, также подчиняется периодической зависимости с возрастанием заряда ядра атома. Эти закономерности носят не случайный, а фундаментальный характер. Прочность является отражением периодических зависимостей, установленных ранее как отечественными, так и зарубежными учеными, основных характеристик атомов, молекул, кластеров и разнообразных структур, таких как потенциалы ионизации, значения сродства к электрону, электроотрицательности, радиусов атомов и ионов, а также термодинамических, электрохимических и других свойств их простых и сложных соединений, в том числе оксидов. Заключение Представляет значительный интерес, на наш взгляд, то, что в сложных двух-, трех- и многокомпонентных композициях проявляется периодичность экстремумов их прочностных свойств материалов и изделий на их основе. Это имеет существенное значение в техническом материаловедении, так как позволяет не только прогнозировать прочность (да и другие эксплуатационные характеристики материалов), но и осуществить выбор наиболее оптимальных методов обработки и модифицирования минерального оксидсодержащего сырья и строительных и композиционных материалов различного технического назначения.

Скачать электронную версию публикации