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

Около 10–14 тысяч лет назад производство керамических изделий переключилось с простых фигур к полезным в быту предметам, таким как кирпичи, плитки и кувшины[153]. Сама по себе обожженная глина недостаточно плотная, чтобы в течение долгого времени удерживать воду или масло. Чтобы керамическое изделие стало водонепроницаемым, гончару приходится плавить верхний слой. А может, первый глазурованный глиняный кувшин получился случайно, когда печь разогрелась слишком сильно? Позднее гончары научились глазуровать керамические изделия, покрывая поверхность обожженных предметов порошком, снижающим температуру плавления глинистых материалов, с которыми он вступает в контакт, а потому во время второго обжига поверхность глины плавится и становится глянцевой. В древности в подобных глиняных кувшинах хранили вино и масло. Сегодня в шкафу на моей кухне стоят керамические чашки и блюда с глазурованными поверхностями. Фарфоровые тарелки и плитка у меня в ванной тоже своего рода форма глазурованной керамики, и сделаны они из особого сорта глины, смешанной с порошком из таких минералов, как кварц и полевой шпат, во время процесса, который китайцы придумали еще в VII веке[154].

Хаос атомов в оконном стекле

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.