«Из чего все сделано». Глава из книги
Глава 4. Красивая жизнь вещества
Как песок изменил облик цивилизации
Ну вот, теперь мы знаем, из чего сделана Земля и что в ней припасено. Как же этими несметными богатствами распорядиться? Ответ знают химики, потому что любое вещество для них — что дитя родное.
Проще всего взять у природы готовое вещество и пустить его на свои нужды. Вот, к примеру, обычный песок, он же диоксид кремния (SiO2), он же кремнезём и кварц.
Сколько всего можно сделать из этого невзрачного и вездесущего вещества! И добывать его просто, ведь песок лежит совсем не глубоко, а то и вовсе на поверхности земли. Запустил в песчаный карьер экскаватор, он своим ковшом подцепил кучу песка, высыпал его в самосвал, и побежала машина с песком к тем, кому он нужен.
Самое простое, что можно сделать с песком, это сыпать его под фундаменты будущих зданий, на дорожки в парках и стадионах и в песочницы, чтобы детишки могли возводить свои песчаные замки. Но это действительно просто. А если с песком поработать, то можно получить совершенно удивительный материал, который в своё время изменил облик всей цивилизации. Догадались, о чём я говорю? Правильно — о стекле. Вазочки и кувшины, стаканы и бутылки, украшения и лампочки, люстры и очки, окна и стеклопакеты — разве можно сегодня представить себе жизнь без всего этого стеклянного великолепия?
Рис. 25. Обычный песок может обернуться красивейшим горным хрусталем, если в земле сложатся подходящие условия. Химический состав у песка и горного хрусталя (кварца) одинаковый. Но внешний вид зависит от структуры минерала. Согласитесь, что этот кристалл длиной семь сантиметров, найденный на Приполярном Урале, действительно очень похож на хрусталь, а не на песок
Чтобы превратить песок в стекло, приходится тратить много сил и энергии в прямом смысле этого слова. Песок надо расплавить, а плавится он при очень высокой температуре — более 1700 градусов! Железо и то легче расплавить. Чтобы раскалить в печи песок до такой температуры, нужно очень много топлива (если печь газовая) или электричества (если печь электрическая). Но здесь на помощь приходит маленькое химическое чудо. Если к песку добавить немного соды (химики называют это вещество карбонатом натрия) и мела (карбонат кальция), то температура плавления снизится на 700 градусов. При таком удачном сочетании компонентов песок расплавится, навсегда потеряет свою жёсткую кристаллическую структуру и превратится в прозрачную, жидкую, массу, которая застынет, но так и не станет кристаллической. Вот она, химия в действии!
Как вы думаете, давно ли люди догадались, как делать стекло? Мелкие изделия из стекла — бусинки, колечки, маленькие пузырьки — научились изготавливать ещё в Древнем Египте несколько тысяч лет назад. Значит, уже тогда знали его рецепт. А вот листовое гладкое стекло впервые начали делать в конце семнадцатого века. Кстати, первый стекольный завод был построен шведом Елисеем Колтом в 1635 году недалеко от Москвы. Но первые листовые стёкла были маленькие, размером с обычную книжку. Да и гладкостью особой не отличались, ведь тогда остывающую стекольную массу просто раскатывали хорошо ошкуренным бревном.
Первые оконные стёкла были невероятно дороги, поэтому в домах, возводимых в конце семнадцатого и начале восемнадцатого века, окошки были маленькие. В богатых домах эти небольшие стеклянные пластинки вставляли в ячеистую деревянную раму. Тогда окно получалось вроде бы и большим, но состояло из нескольких стеклянных окошек в деревянном обрамлении. Именно такие окна вы можете увидеть в здании Кунсткамеры на Васильевском острове в Санкт-Петербурге, строительство которого началось по указанию Петра Первого в 1718 году. Говорят, что ещё 200 лет назад во Франции взимали налог с тех, у кого были стеклянные окна. Наверное, это был налог на роскошь.
Сегодня совсем другое дело. Огромные стеклянные витрины, размеры которых измеряются уже не сантиметрами, а метрами, — обычная примета любого современного города. Большие, идеально гладкие плоские стёкла делают по особой технологии, предложенной в 1959 году английскими технологами. Представьте себе огромную прямоугольную ванну, заполненную расплавленным металлом — оловом. Поверхность расплавленного металла идеально гладкая. Вот на неё-то и выливают расплавленную стекольную массу. Она легко и равномерно растекается по горячему металлу, образуя слой постоянной толщины. Так потихонечку и остывает в ванне вместе с оловом. А потом идеально гладкий лист стекла отправляют в работу — режут и упаковывают. Именно такие стёкла сегодня вставляют в стеклопакеты.
Рис. 26. Самые обычные цветные стеклышки, если они спрятаны внутри детской игрушки «Калейдоскоп», могут складываться в такие вот поразительные по красоте узоры, похожие на витражи и мозаику. На самом деле, никакого такого узора на донышке калейдоскопа нет. Просто свет, проходящий через прозрачные стеклышки, многократно отражается в зеркальных пластинках, встроенных в трубку калейдоскопа. И мы видим размноженное сочетание стеклышек, что случайно сложилось на донышке. Всего лишь игра цвета и света. Но сколько удовольствия!
«Калейдоскоп» и кристаллы Сваровски
Наверняка у вас была или даже есть простенькая детская игрушка под названием «Калейдоскоп». Я права? Не знаю, как вы, но я, честно говоря, и сейчас иногда в него смотрю. Всего лишь три зеркальные пластинки и несколько маленьких разноцветных стёклышек, которые свободно перемещаются по донышку трубки калейдоскопа, если её вращать. И вот уже нашему взору предстают самые разные, удивительные, яркие узоры, сложенные из цветных стёклышек.
Как стеклу придают цвет в объёме? Да с помощью тех же самых природных минералов и соединений, которые добавляют в стекольную смесь перед её плавлением. Чтобы получить зеленоватый и жёлтый цвета, добавляют соединения хрома, оранжевый — соединения серебра, синий — кобальта, бутылочный или изумрудно-зелёный — железа, голубой и синий — меди, а кроваво-красный — кадмия.
А знаете, из чего сделаны рубиновые звезды на башнях Московского Кремля? Из ярко-красного стекла с добавками селена. И золотой шпиль на высотном здании МГУ тоже стеклянный. Он изготовлен из ярко-жёлтого стекла. Изнутри шпиля стекло покрыто тонким слоем алюминия, поэтому в солнечный день он блестит не хуже золотого, а служить будет дольше.
Если же в стекольную массу добавить соединения свинца и бария, то получится звонкий хрусталь. А еще хрусталь поддаётся огранке, на его поверхности вырезают замысловатые рисунки, а потом полируют грани. Подойдите к буфету, достаньте хрустальный фужер (только осторожно, бабушки очень расстраиваются, когда разбивают их хрусталь) и посмотрите, как играет свет на их гранях. Правда, красиво? Из обычного стекла такого сделать нельзя, оно слишком мягкое и «течёт» на гранях и ребрах, так что никакой игры света не получается.
А как вы думаете, из чего делают модные украшения — кристаллы Сваровски, которые выпускает австрийская компания с тем же названием? Из того же хрусталя, то есть, по сути, из стекла! Хрусталь для кристаллов Сваровски на треть состоит из оксида свинца, то есть он ещё твёрже обычного хрусталя.
Рис. 27. Так выглядит вход в музей «Хрустальные миры Сваровски», который находится в Австрии. Кстати, лицо этого великана отделано кристаллами Сваровски. В этом музее много хрустальных чудес, и все они — из стекла. Как, например, вот это голубое хрустальное сердечко, очень похожее на бриллиант
История с модными кристаллами началась больше ста лет назад, в 1891 году. Тогда Даниэль Сваровски изобрёл автоматическую машину для огранки хрусталя, а через три года основал собственную компанию со своим именем. Интерес Сваровски к гранильному делу вполне объясним. Ведь он родился (1862) в маленькой деревне Георгенталь в Северной Богемии, которая уже тогда славилась своими стекольщиками, хрустальщиками, огранщиками и шлифовальщиками. Азы ремесла Даниэль освоил в мастерской отца, а затем восемнадцатилетним юношей отправился учиться в Париж, где изучил физику, химию, механику и инженерное дело. Побывал он и на Всемирной выставке электричества в Вене (1883), после чего и задумал сделать электрический станок для огранки камней и хрусталя.
Правда, в те времена никто и не думал заменять бриллианты каким-то стеклом. Это было просто неприлично. Твёрдые кристаллы с острыми гранями нужны были для изготовления шлифовальных и режущих материалов.
О кристаллах Сваровски как элементе ювелирных украшений заговорили лишь в последние пятьдесят лет, когда вдруг подскочил спрос на блестящие украшения, похожие на бриллиантовые. Сегодня бум вокруг кристаллов Сваровски настолько велик, что фирменный магазин в Вене, где продают украшения, статуэтки и просто кристаллы, работает круглые сутки. Витрины в нём сверкают так, что глазам больно. И дело здесь не только в игре света на гранях кристаллов. На некоторые свои изделия компания наносит специальные покрытия. Самое популярное — «Северное сияние Авроры», благодаря ему на поверхности кристалла появляются радужные отблески.
Рис. 23. 24. Легко построить замок из песка. Намного труднее расплавить песок и получить из него тягучую стеклянную массу. А уж выдуть из нее, например, химическую колбу или красивую ёлочную игрушку — это и вовсе искусство