Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

Черное и белое

Будучи подростками, я и мои ровесники мечтали об одной крутой штуке: фотохромных очках, стекла которых автоматически темнели при солнечном свете. Телереклама подобна гравитации: отрицать ее трудно, хотя и возможно. И вот когда я наконец купил такие очки на последние карманные деньги, то был весьма разочарован: они очень быстро темнели, но требовалось очень много времени на то, чтобы стекла опять посветлели. Хуже того, они не совсем нормально работали в закрытом пространстве (например, в машине) и по неведомой мне причине становились очень темными в холодные дни. К счастью, наука меня редко так разочаровывает, даже если практическое применение ее достижений оказывается неудачным.

Вы, видимо, знаете, что старомодная фотопленка (та, что продавалась в круглых черных коробочках и требовала проявки) работает на принципе использования галоидного серебра (простые химические соединения серебра), которое содержится в пластмассе. Когда свет попадает на пленку, галиды серебра превращаются в микроскопические кусочки серебра, затемняя участки, на которые падают лучи. Именно поэтому фотографический негатив «обратен» изображению. На нем светлые участки выглядят темными и наоборот. Опустите негатив в специальный химический состав, пропустите через него свет на специальную фотобумагу – и вы получите старомодную фотографию с использованием технологии, которую применял еще Уильям Талбот (известный английский физик и химик, 1800–1877) в XIX веке.

Кто изобрел фотохромное стекло?

Фотохромные очки работают по тому же принципу. В первых образцах использовалось настоящее стекло (не пластик), и изобретены они Уильямом Армистедом и Дональдом Стуки из компании Corning Glass в 1962 году[117]. Как и фотопленка, стекло содержало кристаллы галоидного серебра (примерно 0,1 % по массе), которые темнеют под воздействием света и светлеют в темноте. Почему так происходит? Ультрафиолет в солнечном свете вызывает химическую реакцию, которая превращает частички прозрачного галида серебра в непрозрачные кристаллы галоидного серебра, которые заставляют стекло темнеть (но не делают его непрозрачным) за минуту-другую. Если заглянуть в очках из такого стекла в темное помещение, где нет ультрафиолета, химическая реакция пойдет в обратном направлении и стекла очков посветлеют.

В современных фотохромных линзах (продающихся под названием Transitions) серебро и стекло не используются. Они изготавливаются на основе сложных пластмасс, называемых нафтопиранами (полиметилметакрилат), которые меняют структуру под воздействием ультрафиолета. В помещении их структура поглощает относительно мало света. На улице все иначе: ультрафиолет меняет их структуру так, что она поглощает значительно больше видимого света, затемняя линзы. На атомарном уровне множество молекул одновременно задерживает солнечный свет примерно так же, как ставни, закрывающие окна. Уберите ультрафиолетовое излучение – и молекулы пластика вернутся в первоначальную форму, открыв «ставни» перед вашими глазами.

Проблема фотохромных линз (стеклянных или пластиковых – не важно) в том, что работать их заставляет ультрафиолет. В солнечный день на улице его много, а через простое стекло в закрытое пространство его проникает мало. В автомашине или поезде оно почти отсутствует. И в помещениях фотохромные стекла очков почти не темнеют. Именно поэтому они почти бесполезны при вождении.