Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы - Анья Рёйне

Если стало доступно искусство изготавливать глазурованные керамические изделия, естественный шаг – расплавить керамический предмет целиком и получить чистое стекло. Однако проще сказать, чем сделать это. Для производства стекла нужны столь нестандартные условия, что с того момента, как люди начали глазуровать керамику, и до того, как они научились изготавливать чистое стекло, прошла не одна тысяча лет. Наиболее древним из найденных стеклянных предметов, созданных человеком, примерно четыре с половиной тысячи лет^[155].

Стекло существует и в природе. Оно образуется при извержении вулкана, когда расплавленная порода вырывается на воздух и застывает, до того как атомы успеют принять форму кристаллов. Когда литосферные плиты трутся друг о друга, вызывая землетрясения, трение иногда дает столько тепла, что тонкий слой породы плавится, а затем, когда трение прекращается, быстро твердеет. В результате в породе мы видим тонкие «пленочки» стекловидного материала. Когда с поверхностью нашей планеты сталкиваются огромные метеориты, температура увеличивается настолько, что порода плавится^[156]. Объединяет эти процессы то, что стекло образуется тогда, когда температура достаточно высока, чтобы расплавить все содержащиеся в породе минералы, а расплавленная масса охлаждается достаточно быстро – атомы не успевают вернуться к упорядоченной кристаллической структуре и располагаются случайным образом. Это и есть стекло: керамический материал, атомы которого расположены как попало.

Стекло в моих окнах сделано из чистого песка. Этот песок должен состоять только из таких минералов, как кварц (он содержит кремний и кислород) и полевой шпат (он также содержит алюминий и калий, натрий, кальций или барий). Смесь кварца и полевого шпата расплавится только тогда, когда температура достигнет примерно 2000 градусов, и построить печь, выдерживающую такую температуру, практически невозможно. Поэтому добавляют карбонат натрия – его добывают из соляных шахт, – чтобы снизить температуру плавления примерно до 1000 градусов. Кроме того, чтобы готовое стекло не растворилось в воде, добавляют раздробленный известняк. Когда смесь нагревают, и из карбоната натрия, и из известняка выделяется диоксид углерода – он улетучивается в атмосферу, а потому готовое стекло весит меньше, чем все, вместе взятые, исходные материалы, участвовавшие в его изготовлении^[157].

Смотреть на работу стеклодувов невероятно увлекательно. Раз за разом они помещают стекло в разогретую более чем до 1000 градусов печь, чтобы стекло сохранило гибкость и податливость. Однако большую часть стекла, используемого нами в повседневной жизни, изготавливают машины. Стоящие у меня на кухне в шкафу стаканы отлиты в формы. Большие стеклянные пластины окон сделаны следующим образом: расплавленное стекло выливают в сосуд с расплавленным оловом. Стекло растекается ровным слоем – тоньше, чем в любой форме^[158]. Ветровое стекло моей автомашины очень быстро охладили – так, чтобы атомы в получившемся материале остались в натянутом по отношению друг к другу положении^[159]. Благодаря этому их сложнее оторвать друг от друга, а стекло не треснет от первого же камушка.

Цвет и другие свойства стекла меняются в зависимости от добавления различных элементов в небольших количествах. Кобальт из шахт Модума сотни лет применяли для производства характерного синего стекла компании Blaafarveværket^[160], ^[161]. Многие пивные бутылки зеленого цвета из-за оксида железа. Лазанью я готовлю в жаропрочной стеклянной форме – в ней есть щепотка оксида бора, благодаря чему стекло выдерживает изменение температуры в духовке и не трескается^[162]. Стекло с добавлением свинца легко резать, а если постучать по нему ложкой, оно издаст ясный звук. Однако из лучшего хрусталя пить стоит с осторожностью: нельзя допустить избытка свинца в организме^[163].

Стекло – это не только окна, ветровые стекла и стаканы. Оно также используется в самых современных коммуникационных системах. Добавляя определенные химические элементы, производители контролируют количество света, проходящего сквозь стекло, а еще его можно вытянуть на тонкие волокна и использовать для передачи света на дальние расстояния. В последние годы вдоль дорог закапывают кабели с длинными связками таких оптических волокон, чтобы связать наши дома друг с другом и со всем остальным миром с помощью интернета. В будущем мелкие компоненты особого стекла будут использовать для передачи информации в форме света во всех тех ситуациях, где сегодня применяют электронику и металлы^[164].