МЕХАНОХИ́МИЯ

МЕХАНОХИ́МИЯ, изу­ча­ет влия­ние ме­ха­нич. воз­дей­ст­вий на хи­мич. и фи­зи­ко-хи­мич. пре­вра­ще­ния ве­ществ. Кон­крет­ной за­да­чей этой нау­ки яв­ля­ет­ся ус­та­нов­ление свя­зи ме­ж­ду ме­ха­нич. со­стоя­ни­ем ве­ще­ст­ва и ско­ро­стью про­те­каю­щих в нём хи­мич. и фи­зи­ко-хи­мич. про­цес­сов. С тер­мо­ди­на­мич. точ­ки зре­ния ско­рость про­цес­са про­пор­цио­наль­на его хи­мич. срод­ст­ву, а по­то­му за­да­чей М. яв­ля­ет­ся ус­та­нов­ле­ние свя­зи ме­ж­ду ме­ха­нич. со­стоя­ни­ем сис­те­мы и хи­мич. срод­ст­вом лю­бо­го про­те­каю­ще­го в ней про­цес­са. Та­кая связь вы­ра­жа­ет­ся не толь­ко в том, что ме­ха­нич. воз­дей­ст­вия ус­ко­ря­ют или за­мед­ля­ют хи­мич. ре­ак­ции и фи­зи­ко-хи­мич. про­цес­сы ти­па аб­сорб­ции, ад­сорб­ции, ми­гра­ции ве­ще­ст­ва и т. п., но и в воз­ник­но­ве­нии об­рат­но­го эф­фек­та – влия­ния ука­зан­ных про­цес­сов на ме­ха­нич. со­стоя­ние об­раз­ца (напр., в ре­зуль­та­те ад­сорб­ции мо­жет на­блю­дать­ся де­фор­ма­ция ма­те­риа­ла). Со­во­куп­ность по­доб­ных про­яв­ле­ний ино­гда на­зы­ва­ют хе­мо­ме­ха­ни­кой. Хе­мо­ме­ха­ни­ка прак­ти­че­ски ли­ше­на при­ло­же­ний (ме­ха­нич. со­стоя­ние все­гда лег­че из­ме­нить пря­мым си­ло­вым воз­дей­ст­ви­ем, чем с по­мо­щью хи­мич. ре­ак­ций), но де­мон­ст­ри­ру­ет ин­те­рес­ные в на­уч. от­но­ше­нии эф­фек­ты. М. и хе­мо­ме­ха­ни­ка об­ра­зу­ют еди­ную нау­ку.

По сво­ему ста­ту­су М. – по­гра­нич­ная нау­ка ме­ж­ду ме­ха­ни­кой и хи­ми­ей. Её по­строе­ние сво­дит­ся к пе­ре­фор­му­ли­ро­ва­нию со­от­но­ше­ний ме­ха­ни­ки при­ме­ни­тель­но к хи­мич. сис­те­мам с ме­няю­щими­ся мас­сой и объ­ё­мом, пе­ре­фор­му­ли­ро­ва­нию по­ня­тия хи­мич. срод­ст­ва при­ме­ни­тель­но к сис­те­мам с про­из­воль­ным на­бо­ром на­пря­же­ний и де­фор­ма­ций и, на­ко­нец, к по­сле­дую­ще­му объ­е­ди­не­нию этих двух час­тей на ос­но­ве тер­мо­ди­на­ми­ки и ки­не­ти­ки. Вви­ду про­сто­ты ме­ха­нич. со­стоя­ния жид­ко­стей и га­зов М. на­прав­ле­на пре­им. на ис­сле­до­ва­ние про­цес­сов в твёр­дых те­лах. Хо­тя ме­ха­но­хи­мич. про­цес­сы мо­гут про­ис­хо­дить и в объ­ём­ной фа­зе твёр­до­го те­ла (под влия­ни­ем те­п­ла, све­та и др. про­ни­каю­щих внеш­них по­лей), в осн. твёр­дые те­ла реа­ги­ру­ют своей по­верх­но­стью. Со­стоя­ние ве­ще­ст­ва в по­верх­но­ст­ном слое из­ме­не­но, что при­да­ёт по­верх­но­ст­ным хи­мич. ре­ак­ци­ям свою спе­ци­фи­ку. По­это­му фор­му­ли­ров­ка за­дач М. не мо­жет быть пол­ной без учёта по­верх­но­ст­ных яв­ле­ний. Осо­бую роль они иг­ра­ют в на­но­раз­мер­ных сис­те­мах – мел­ко­раз­дроб­лен­ных и по­рис­тых те­лах, что по­зво­ля­ет го­во­рить о на­но­ме­ха­но­хи­мии с её спе­ци­фич. за­ко­но­мер­но­стя­ми.

На­но­ча­сти­цы мож­но по­лу­чить дроб­ле­ни­ем (де­зин­те­гра­ци­ей) мак­ро­ско­пич. фа­зы ве­ще­ст­ва или аг­ре­га­ци­ей сво­бод­ных мо­ле­кул или ио­нов в кла­сте­ры. В ос­но­ве вто­ро­го пу­ти ле­жит са­мо­про­из­воль­ный ме­ха­низм, в ре­зуль­та­те ко­то­ро­го об­ра­зу­ют­ся рав­но­вес­ные и ус­той­чи­вые струк­ту­ры, ино­гда не­дос­ти­жи­мые пер­вым пу­тём. Од­на­ко имен­но рав­но­вес­ные и ус­той­чи­вые со­стоя­ния наи­ме­нее ре­ак­ци­он­но­спо­соб­ны. Ес­ли го­во­рить о твёр­дых те­лах, пер­вый путь прин­ци­пи­аль­но от­ли­ча­ет­ся от вто­ро­го тем, что при раз­ры­ве свя­зей об­ра­зу­ют­ся хи­ми­че­ски ак­тив­ные со­стоя­ния. По­это­му пер­вый путь соз­да­ния на­но­ча­стиц на­зы­ва­ют ме­ха­но­хи­мич. ак­ти­ва­ци­ей. В про­цес­се дроб­ле­ния важ­ные из­ме­не­ния мо­гут про­ис­хо­дить и внут­ри са­мих на­но­ча­стиц (напр., об­ра­зо­ва­ние кри­стал­лич. мо­ди­фи­ка­ций, ко­то­рых не бы­ло в ис­ход­ном ве­ще­ст­ве). Изу­че­ние ме­то­дов и ме­ха­низ­мов ме­ха­но­хи­мич. ак­ти­ва­ции твёр­дых тел со­став­ля­ет б. ч. ме­ха­но­хи­мии.

Воз­ник­нув на ру­бе­же 19–20 вв., на про­тя­же­нии ве­ка сво­его су­ще­ст­во­ва­ния М. кон­цен­три­ро­ва­лась во­круг про­блем, свя­зан­ных с ме­ха­но­хи­мич. ак­ти­ва­ци­ей твёр­дых тел. По­сколь­ку наи­боль­шая хи­мич. ак­тив­ность дос­ти­га­ет­ся для со­стоя­ний, да­лё­ких от рав­но­ве­сия, для ана­ли­за этих про­блем ис­поль­зо­ва­лась в осн. ки­не­тич. тео­рия. Ме­то­ди­че­ская же часть сво­ди­лась к раз­ра­бот­ке де­зин­тег­ри­рую­щих уст­ройств (мель­ниц) и их ре­жи­мов. Па­рал­лель­но шло ис­сле­до­ва­ние ква­зи­ста­тич. эф­фек­тов (напр., в пла­стин­ках и про­во­ло­ках под на­груз­кой), при­вед­шее в по­след­ней четв. 20 в. к двум от­кры­тиям: ани­зо­тро­пии сма­чи­ва­ния де­фор­ми­ро­ван­ных по­ли­ме­ров (крае­вой угол жид­ко­сти за­ви­сит от на­прав­ле­ния на сма­чи­вае­мой по­верх­но­сти в ус­ло­ви­ях од­ноос­ной де­фор­ма­ции) и ме­ха­но­хи­мич. эф­фек­та зна­ка де­фор­ма­ции (напр., раз­ни­ца в ско­ро­сти хи­мич. ре­ак­ции на вы­пук­лой и во­гну­той сто­ро­нах изо­гну­той пла­стин­ки). Со­от­вет­ст­вен­но раз­ви­лась твер­до­тель­ная ме­ха­но­хи­мич. тер­мо­ди­на­ми­ка. Оба этих на­прав­ле­ния име­ют и боль­шое прак­тич. зна­че­ние. Ме­ха­но­хи­мич. ак­ти­ва­ция пре­вра­ти­лась в один из ме­то­дов хи­мич. син­те­за. Ис­сле­до­ва­ние же ква­зи­ста­тич. про­цес­сов важ­но для экс­плуа­та­ции кон­ст­рук­ци­он­ных ма­те­риа­лов, обыч­но ра­бо­таю­щих под боль­ши­ми на­груз­ка­ми. Сре­ди та­ких про­цес­сов ис­клю­чи­тель­ное зна­че­ние име­ет кор­ро­зия ма­те­риа­лов, ко­то­рая ис­сле­ду­ет­ся в ла­бо­ра­то­ри­ях на изо­гну­тых пла­стин­ках и для ко­то­рой так­же от­крыт ме­ха­но­хи­мич. эф­фект зна­ка де­фор­ма­ции.