Weird Science

Płynny metal - stop Wooda

W zgłębia­niu nauki i praw rządzących naszym świa­tem piękne jest to, że inspi­ra­cję do tego można zna­leźć w nawet najm­niej spo­dzie­wa­nych oko­licz­no­ściach. Spora część wiel­kich odkryć wzięła się z zain­te­re­so­wa­nia, zda­wa­łoby się, mało ważn­ymi spra­wami. Zasta­nówmy się dziś nad meta­lami.

Jeśli spoj­rzymy na układ okre­sowy pier­wiast­ków, to z pew­no­ścią zau­wa­żymy, że zde­cy­do­wana więk­szość pier­wiast­ków to metale. Metale są pow­szechne w natu­rze, ale sta­no­wią też w dal­szym ciągu pod­stawę naszej tech­niki i prze­my­słu. Znamy i wyko­rzy­stu­jemy wiele rodza­jów metali i ich sto­pów. Pier­wiastki te wyka­zują pewien zestaw wspól­nych cech, wśród których trzeba wspom­nieć choćby cha­rak­te­ry­styczny połysk, ciągli­wość, kowal­ność czy bar­dzo dobre prze­wod­nic­two cieplne i elek­tryczne.

Oka­zuje się, że w poszu­ki­wa­niu inspi­ra­cji na ten temat może być przy­datna nawet tak znie­na­wi­dzona przez wielu ucz­niów książka, jak "Lalka" Prusa. Znaj­du­jemy tam bar­dzo cie­kawy frag­ment:

W końcu [Geist] ode­zwał się:
- Przy­suń się tu do stołu… Spoj­rzyj, co to jest? […]
Wokul­ski oglądał po kolei ów metal cięższy od pla­tyny, drugi metal prze­źro­czy­sty, trzeci lżej­szy od puchu… Dopóki trzy­mał je w rękach, wyda­wały mu się rze­czami naj­na­tu­ral­niej­szymi pod słońcem: cóż jest bowiem natu­ral­niej­szego ani­żeli przed­miot, który oddzia­ływa na zmy­sły? Lecz gdy oddał próbki Gei­stowi, ogar­niało go zdzi­wie­nie i nie­do­wie­rza­nie, zdzi­wie­nie i obawa. Więc znowu oglądał je, kręcił głową, wie­rzył i wąt­pił na prze­mian.

Bole­sław Prus: Lalka

W przy­to­czo­nym wyżej cyta­cie boha­ter dziwi się wła­ści­wo­ściom metali otrzy­ma­nych przez genial­nego che­mika Gei­sta, którego umysł został opa­no­wany przez pro­jekt otrzy­ma­nia metalu lżej­szego od powie­trza. Od cza­sów, w których zostały napi­sane te słowa zostały rze­czy­wi­ście odkryto metale cięższe od pla­tyny (choćby uran czy plu­ton), ale reszta pozo­staje nie­spełn­ioną fan­ta­zją.

Ist­nieją jed­nak sub­stan­cje meta­liczne, których wła­ści­wo­ści dalece odbie­gają od tego, czego byśmy się spo­dzie­wali. Jed­nym z nich jest stop Wooda.

Przy­zwy­cza­i­li­śmy się, że więk­szość metali w nor­mal­nych warun­kach jest twar­dymi, wytrzy­ma­łymi cia­łami sta­łymi. Cie­kła jest tylko rtęć, jed­nak jej wysoka tok­sycz­ność nie zachęca do eks­pe­ry­men­to­wa­nia. Gal top­nieje co prawda już w 29,76°C, ale wadą jest jego wysoka cena.

Obok che­micz­nie czy­stych metali wyróżn­iamy też ich stopy. Bar­dzo inte­re­su­jącym ich rodza­jem jest stop Wooda; ma on tę zaska­ku­jącą cechę, że jego tem­pe­ra­tura top­nie­nia jest niższa niż tem­pe­ra­tura wrze­nia wody. Metal ten topi się więc już w gorącej wodzie zacho­wu­jąc się wtedy podob­nie do rtęci.

Ilustracja

Przy­go­to­wa­nie tego mate­riału w domo­wym labo­ra­to­rium nie jest trudne.

Otrzy­my­wa­nie i obser­wa­cje

By samo­dziel­nie otrzy­mać stop Wooda, musimy zgro­ma­dzić:

Ostrze­że­nie: Ołów i kadm są bar­dzo sil­nie tok­syczne! Należy ogra­ni­czyć kon­takt z tymi meta­lami do mini­mum, nie dopusz­czać do kon­taktu ze skórą. Obróbka cieplna tych metali lub ich sto­pów musi się odby­wać pod wyciągiem lub na zew­nątrz! Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Szcze­gól­nie inte­re­su­jącym skład­ni­kiem jest bizmut. Jest to naj­cięższy nie­ra­dio­ak­tywny pier­wia­stek. W rze­czy­wi­sto­ści żaden izo­top bizmutu nie jest trwały, lecz ich okresy półtr­wa­nia są tak wiel­kie, że praw­do­po­do­bieńs­two roz­padu pro­mie­nio­twór­czego jest naprawdę zni­kome. Przy­kła­dowo: okres półtr­wa­nia 209Bi wynosi 1,9*1019 lat, czyli przy­najm­niej miliard razy dłu­żej niż sza­co­wany wiek całego Wszech­świata - tyle zająłby roz­pad połowy ato­mów bizmutu w próbce. Bizmut wyróżnia się też barwą: ma piękny meta­liczny połysk z różo­wym odcie­niem:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Tem­pe­ra­tura top­nie­nia tego pier­wiastka wynosi 271°C. Bizmut ma tę cechę, że obniża tem­pe­ra­turę top­nie­nia sto­pów, w których występuje. Stopy Wooda mogą mieć różny skład pro­cen­towy, ale bizmut zaw­sze sta­nowi ich główny skład­nik.

Naj­niższą tem­pe­ra­turę top­nie­nia ma stop o skła­dzie, wyra­żo­nym w pro­cen­tach maso­wych:

Ten stop Wooda top­nieje w tem­pe­ra­tu­rze 65,5°C.

Jak przy­go­to­wać stop? Należy odwa­żyć potrzebne ilo­ści posz­cze­gól­nych metali, a następ­nie sto­pić je razem w tygielku cera­micz­nym; koniecz­nie pod przy­krywką, aby zapo­biec nad­mier­nemu utle­nia­niu. Jako pierw­szy sta­piamy ołów, następ­nie kolejno bizmut, cynę i kadm. Płynny stop trzeba zamie­szać jesz­cze gru­bym sta­lo­wym dru­tem, a potem pozo­sta­wić do osty­gnięcia.

Ze stopu z łatwo­ścią można odle­wać potrzebne ksz­tałty. Otrzy­many przeze mnie stop Wooda ufor­mo­wa­łem w poręczne pręciki (z których jeden jest widoczny niżej), odle­wa­jąc je w for­mie wyko­na­nej z… two­rzywa sztucz­nego.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Zacho­wa­nie się tego mate­riału można zoba­czyć na moim fil­mie:

Stop Wooda nie jest jedy­nie cie­ka­wostką, posiada liczne zasto­so­wa­nia:

Myślę, że sza­nowny czy­tel­nik przy­zna mi rację, jeśli stwier­dzę, że sam widok metalu zamie­nia­jącego się w ciecz w tem­pe­ra­tu­rze gorącej her­baty jest naprawdę intry­gu­jący.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa