Из чего всё сделано? Рассказы о веществе

Глава 4. Красивая жизнь вещества

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?

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.

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 елочную игрушку — это и вовсе искусство

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

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.

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.

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!

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.

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.

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

Итак, на примере песка мы убедились, что у земли можно взять готовое вещество, немного поколдовать с ним и получить материалы, которые сильно облегчат и украсят нашу жизнь. «Но ведь есть материалы и вещества, которых нет в природе в чистом виде?» — скажете вы. Спасибо за умное и своевременное замечание. Действительно, железо, алюминий, медь можно найти в земле только в виде соединений с другими элементами. Справедливости ради надо сказать, что самородки чистого железа и меди, порой даже очень крупные, встречаются, но крайне редко. А мы-то без этих металлов жить не можем. Иначе из чего делать сковородки, провода, велосипеды, самолёты и многое другое?

Вам нужно железо? Да, я прекрасно вас понимаю, ведь железо — самый востребованный человечеством металл, на нём держится 95% мирового металлургического производства. Ну что ж, пожалуйста! Берём железную руду, которая состоит из оксидов железа. Откуда берём? Да из месторождений этих минералов, благо геологи точно знают, где они находятся. В нашей стране — в основном на Урале, здесь уже открыто около 50 средних и крупных месторождений и более 200 мелких. Специальные машины снимают верхний слой земли и обнажают пласты с рудой. А дальше к делу подключаются экскаваторы. Они черпают эту руду гигантскими горстями, и она отправляется в переделку — в доменную печь. Кстати, первая доменная печь появилась в России почти 400 лет назад.

Домна — это огромное сооружение высотой с двенадцатиэтажный дом, в чреве которого царит чудовищная жара, температура достигает 2000 градусов. Сюда и загружают измельчённую руду в смеси с измельчённым коксом (углем), то есть углеродом, и другие добавки. А дальше в печи происходит цепочка волшебных превращений, углерод отнимает кислород у железной руды, в результате чего образуется расплавленный металл. Его горячие ручьи стекают вниз печи и выливаются из печки раскалённым, светящимся потоком. Он такой яркий, что может ослепить, поэтому сталевары смотрят на него через специальные затемнённые стекла.

Полученный металл — это ещё не чистое железо. Жидкий расплавленный металл растворяет в себе небольшое количество углерода, как вода растворяет соль. Такой материал называют чугуном. Тем самым, из которого сделана любимая бабушкина сковородка — только на ней получаются самые лучшие блины и самая вкусная жареная картошка. Поэтому бабушка её так бережёт.

Чтобы получить чистое железо, из чугуна надо «выгнать» углерод. Химики умеют это делать, как и многое другое. Они — великие мастера извлекать из природных материалов то, что нам нужно. А нужно нам всего так много!

Всё, хватит теории. Давайте-ка прогуляемся по городу и внимательно посмотрим по сторонам — где ещё используются природные вещества и продукты их переработки. Ну что, готовы? Оделись по погоде?

Тогда — вперед.

Чтобы сделать лучшую в мире сковородку, на которой получается самая вкусная жареная картошка, блины и яичница, надо сначала изготовить чугун — железо, в котором растворено немного углерода. Кстати, чугун при высокой температуре становится жидким и льется, как тесто для блинов. Затем его заливают в форму, чтобы он застыл и превратился в сковородку. Получается, что сковородки пекут, как блины

Только мы вышли из подъезда, как наш взгляд упёрся в соседний дом — высокий, кирпичный, с большими окнами. Про стёкла в окнах мы же знаем, на их изготовление пошёл песок. А что же кирпичи? Из чего их делают? Из глины, которой полным-полно в земле.

По своей химической природе глина — это соединение трёх элементов (алюминия, кремния и кислорода), но в ней много разных примесей. Поэтому глины различаются по цвету и пластичности. Вы не знаете, что такое пластичность? Но пластилин-то вы знаете! Очень похожие слова, не так ли? Из одного сорта глины удобно лепить разные фигурки, тарелки, кирпичи, из другого не очень, в этом суть.

Те, кто делают кирпичи, знают, какая глина подойдёт лучше всего — она должна содержать песок, не меньше четверти по весу. Глину выкапывают в карьерах, привозят на кирпичный завод и замачивают в воде, а на современном производстве — увлажняют паром. Так получают сплошную густую массу, из неё делают длинную глиняную ленту, которую режут на кирпичи, как тесто на буханки хлеба, и отправляют на сушку в печь. Здесь, при температуре до тысячи градусов, глиняная заготовка затвердевает, краснеет и превращается в камень.

Для многих глина — это просто грязь, особенно если она на ногах. И правильно, у каждого вещества — своё место, где оно нужно и полезно

Место глины — в карьерах, где её добывают, чтобы изготовить кирпичи, горшки, кувшины и много других полезных вещей

Одна из любимых профессий глины — кирпич, материал на века. В прежние времена было принято ставить на каждый кирпич клеймо с именем владельца завода. Кто о нём вспомнил бы сейчас, если бы не кирпич? А ещё глина любит гончарный круг. Здесь она в руках опытного гончара может превратиться в изящный кувшин или вазу

Вообще, красный кирпич — гениальный строительный материал. Он почти что вечный — не меняет форму со временем, не растрескивается, не гниёт, не пропускает влагу и не горит. Из него можно построить едва ли не вечный дом! В следующий раз, когда вы окажетесь на Манежной площади в центре Москвы, присмотритесь к зданию Исторического музея возле Красной площади — стоит, как новенькое, хотя ему больше ста лет. И кирпичи там какие-то особенные, уж больно красивые. На каждом из них, уверяю вас, стоит клеймо того кирпичного завода, который изготовил его ещё в девятнадцатом веке.

Какое счастье, что человечество в семнадцатом веке надумало строить в городах поменьше деревянных домов, а побольше каменных. И не случайно надумало. Второго сентября 1666 года вспыхнул Великий лондонский пожар, который полыхал четыре дня и полностью уничтожил английскую столицу. А сколько раз сгорала дотла деревянная Москва! Точное число не могут назвать даже историки, потому что счёт идёт на многие десятки.

Один из наиболее сильных пожаров случился в мае 1737 года, когда выгорел и Кремль. По преданию, первым загорелся дом Милославских за Боровицким мостом, от свечки, которую поставила перед иконой солдатская вдова. Отсюда и пошло выражение: «Москва сгорела от копеечной свечки». Именно во время этого пожара раскололся только что отлитый Царь-колокол, ещё находившийся в земляной яме. Над ним загорелась кровля, её начали тушить водой, кровля обрушилась, и от колокола откололся кусок весом 11 тонн. Последний раз Москва выгорела дотла в 1812 году после вступления в неё войск Наполеона. Пожар продолжался неделю и уничтожил 6,5 тысяч домов из 9 тысяч. Лишь после этого городские власти решили застраивать центральную часть Москвы только каменными зданиями.

Из кирпича строили многочисленные здания заводов, фабрик и вокзалов, появившиеся в девятнадцатом веке. Владельцы хотели обеспечить безопасность оборудования и множества людей, которые находились в этих помещениях. Теперь эти красивые сооружения, если они уже не используются по первоначальному назначению, стали шикарным прибежищем для музеев, галерей и выставочных залов, таких как Тейт Модерн в Лондоне или Д'Орсэ в Париже.

Благодаря чудо-кирпичу до наших дней дожили в целости удивительные творения архитекторов разных эпох, настоящие сокровища — Кремль в Москве, собор Парижской Богоматери в Париже, Домский собор в Риге, знаменитая Мескита в Кордобе и София в Стамбуле, Великая Китайская стена... Всего перечислить невозможно.

Смотрите-ка, на той стороне улицы стоит дом из кирпича, но кирпич почему-то белый. Да, есть и такой. Это так называемый силикатный кирпич, сравнительно недавнее изобретение. Его делают не из глины, а из песка. В песок добавляют немного извести и воды, а затем прессуют под высоким давлением и при повышенной температуре. Это хороший выход для тех мест, где нет глины под рукой, а только песок. Силикатный кирпич в целом совсем не плох, вот только выкладывать им камины и печи нельзя — при температуре выше 600 градусов он растрескивается и рассыпается.

Уж коль мы заговорили о домах, то давайте обратим внимание на этот семнадцатиэтажный дом, где никакие кирпичи не просматриваются. И правильно, потому что этот дом сделан из бетонных панелей, его так и называют панельным. А из чего сделан бетон? Тоже из природных материалов, которые мы заимствуем у земли: щебёнки, цемента, песка и воды. Их перемешивают в определённой пропорции в бетономешалке. Потом то, что получилось, заливают в большие формы с профилем панели дома и ждут, когда бетон застынет. Застывая, он превращается в каменный монолит. Сделать отверстие в бетонной стене, чтобы повесить любимую фотографию, — мука мученическая, ничто её не берёт, ни гвозди с молотком, ни обычная дрель.

Но вернёмся к составу. Если щебёнку (то есть камни), песок и воду мы берём у природы и напрямую пускаем в дело, то вещество под названием «цемент» надо приготовить. Во всех странах строят цементные заводы. И хотя вокруг этих заводов всё покрыто слоем белой пыли, состоящей из мельчайших частичек цемента, без них, заводов, никак нельзя.

Сделать стены дома гладкими и красивыми можно с помощью штукатурки, для изготовления которой используют цемент. Эту технологию используют с давних времён. А чтобы дома отличались друг от друга, в штукатурку подмешивают пигменты, приготовленные из природных минералов. Поэтому дома в Венеции выглядят так нарядно, стены защищены от постоянной сырости

Человечеству для строительства нужны сотни тысяч тонн цемента в год. А для этого цементные заводы перерабатывают горы известняка

Ведь цемент — главный материал в строительстве. С его помощью скрепляют кирпичи и прочие камни, чтобы стена не развалилась, делают бетон и выравнивают пол и стены, когда ремонтируют квартиру.

Чтобы изготовить цемент, сначала на карьерах добывают глыбы известняка. Этот природный минерал имеет тот же состав, что и мел, но другую кристаллическую структуру, поэтому он намного твёрже. Затем в специальных грохочущих дробилках известняк перемалывают до крошечных размеров и перемешивают с глиной в соотношении три к одному. Эту смесь обжигают в печах при 1500 градусах и получают тот самый серый порошок, который лежит в мешках в коридоре возле квартиры вашего соседа, затеявшего ремонт. Кстати, первый патент на изготовление цемента был получен в Англии менее чем 200 лет назад. Изделия из него по цвету походили на камни с английского острова Портланд поэтому этот цемент по сей день называется портландцементом.

Цемент, так же как и порох, надо держать сухим. Стоит попасть воде, как рыхлый порошок схватывается и превращается в камень — вода навеки скрепляет компоненты цемента между собой, помогая выстраиваться прочным химическим связям. Именно для этого и добавляют цемент в будущий бетон: немного воды — и камни схватываются намертво.

А вот ещё какой симпатичный домик, явно давней постройки: стены ровные, гладкие, тёплого жёлтого цвета, а колонны и портик над входом — белые. Ни кирпичей, ни панелей не видать. Дело в том, что поверхность этого домика покрыта штукатуркой, поэтому она такая гладкая. Штукатурка — смесь того же цемента с водой. Главное — успеть ровненько растереть его по поверхности, пока он не схватился. А жёлтый цвет поверхности придаёт минеральный пигмент, например охра — тонко измельчённая глина с большим содержанием оксидов железа. Её добавляют в краску, которой покрывают штукатурку.

В давние времена, когда о цементе и слыхом не слыхивали, стены штукатурили известковым раствором, благо он белого цвета. Получали известь из того же известняка, прокаливая его при высокой температуре. Затем известь гасили водой, добавляли песок и образовавшейся смесью штукатурили стены.

Известковая штукатурка тех времен схватывалась не так быстро, как цемент. И это было на руку художникам, которые должны были украшать храмы фресками. Ведь настоящую фреску рисовали по сырой штукатурке, отсюда и название: по-итальянски fresco — свежий. Тогда художники использовали минеральные пигменты — краски, приготовленные из природных материалов. Их так и называли земляными красками. Минералы, обладающие ровным ярким цветом, измельчали в ступках до тончайшей пыли, набивая мозоли на ладонях, разбалтывали в воде и рисовали по сырой штукатурке. Годились только эти краски, потому что они не взаимодействовали с известью.

У художника было всего семь часов, чтобы нанести рисунок и ни разу не ошибиться — поправить его уже было нельзя. Но зато потом, когда штукатурка высыхала, намертво схватывая краску, художники были вознаграждены великолепным зрелищем. И это зрелище должно было сохраниться на века. Дело в том, что при высыхании штукатурки поверхность красочного рисунка покрывалась тонкой прозрачной плёнкой нерастворимого в воде карбоната кальция (все того же известняка), который защищал рисунок от воды и воздуха. Правда, со временем краска на фреске немного растворяется в штукатурке, и рисунок становится как будто бы прозрачным, отчего ещё более красивым. Вот и получается, что над фресками работают не только художники, но и сама природа со своими химическими агентами.

Когда вы подрастёте и начнёте путешествовать, то сможете увидеть удивительные по красоте и прозрачности фрески Дионисия в Ферапонтовом монастыре в Вологодской области, созданные более 500 лет назад, или фрески Андрея Рублёва в Успенском соборе во Владимире — этим фрескам и вовсе 600 лет. Ну а уж если вам доведётся попасть в Италию, то не упустите случая, чтобы познакомиться с творениями великих мастеров фрески эпохи Возрождения — Джотто, Мазаччо, Рафаэля и Микеланджело.

Сырая штукатурка —прекрасная основа для рисунка минеральными красками, который сохранится на века. Вот почему соборы и храмы с древних времен украшали фресками. Прошли сотни лет, а мы по-прежнему любуемся фресками Микеланджело («Сотворение человека», Сикстинская капелла Ватикана). Кстати, на изготовление красок шли удивительно красивые минералы, например — реальгар. Из него, как вы догадываетесь, делали красную краску

Этими же красками, полученными из природных минералов, писали иконы. Они тоже пережили века. Как эта знаменитая «Троица» Андрея Рублёва, которая теперь хранится в Третьяковской галерее

За разговорами мы не заметили, как дошли до станции метро Кропоткинская. Давайте спустимся под землю, я хочу вам кое-что показать. Здесь, на станции, стены облицованы красивым блестящим камнем с розовато-бурыми прожилками и переливами. Что это? Это — мрамор, один из прекраснейших природных минералов, в переводе с греческого означающий «сияющий камень».

По своему составу мрамор ничем не отличается от известняка и мела, те же атомы кальция, углерода и кислорода и в том же количестве Вот только сложены они внутри твёрдого камня немножко по-другому, поэтому и свойства камней различаются. Эта зависимость свойств твёрдого вещества от того, как уложены в нём атомы и молекулы, встречается очень часто. Она составляет одну из главных тайн природы. Химики разгадали её и научились использовать на благо всех людей.

Но вернёмся к мрамору. Он бывает снежно-белым, а бывает с красивыми цветными разводами, которые образуют содержащиеся в нем другиеминералы и примеси. С ним и делать-то ничего особенно не надо. Вырыл карьер, добыл большие глыбы мрамора, разрезал аккуратно на тонкие плиты, отполировал — и вот вам роскошный облицовочный материал. Не случайно мраморные лестницы, гладкие и блестящие, мраморные колонны, скульптуры, вазы всегда были и остаются приметами богатых усадеб, дворцов и замков.

Мрамор — довольно мягкий природный камень. Этим испокон веков пользуются камнерезы, создавая барельефы и резные панно для украшения домов. В частности, такими резными мраморными плитами украшен дворец Дожей в Венеции

Самый лучший мрамор вот уже более двух тысяч лет добывают в окрестностях итальянского города Каррара в Альпах. Именно из каррарского мрамора сделаны многие известные скульптуры, в частности «Давид» Микеланджело. Эта скульптура высотой 5,17 метра была высечена скульптором из одного куска мрамора. Впрочем, сам Микеланджело скромно говорил, что он лишь удалил лишние куски, которые мешали Давиду явиться во всей красе.

Так писал Микеланджело в одном из своих сонетов. Ведь он был не только великим скульптором, но и не менее великим живописцем, архитектором и поэтом.

У мрамора, которым отделана станция Кропоткинская, своя необычная судьба. Этим камнем были облицованы стены храма Христа Спасителя, стоявшего на том месте, где теперь возвышается новый храм с тем же названием. Тот первый храм строили в честь воинского подвига в победе над французами в войне 1812 года на деньги из царской казны и пожертвования людей. На убранство денег не жалели. Но в 1931 году рам взорвали.

Впрочем, эта грустная история не для нашей книжки. Скажем лишь, что уникальный мрамор все-таки сберегли. А когда построили первые станции метро, в числе которых была станция Кропоткинская, её-то и украсили тем самым мрамором. И получилось так хорошо и красиво, что с тех пор многие станции метро украшены этим изумительным камнем. Теперь уже искусственным.

Мрамор хорош тем, что он относительно мягкий камень, поэтому прекрасно полируется. Но есть в нашей стране одно уникальное и очень необычное здание, целиком построенное из нешлифованного байкальского мрамора — здание железнодорожного вокзала в городе Слюдянке на берегу Байкала. Если вам доведётся когда-нибудь побывать там, обязательно посмотрите на это необычное сооружение.

Эту знаменитую скульптуру «Давид» высотой более пяти метров Микеланджело высек из цельного куска мрамора

Что-то наша экскурсия затянулась, пора и домой. Но пока мы идем к дому, давайте посмотрим наконец под ноги. Что мы там топчем? Асфальт. Этот материал тоже сложен из природных компонентов, извлекаемых из земли, — щебёнки, песка и битумов, или асфальта. Вообще-то асфальт на греческом языке означает «горная смола», и он действительно присутствует в недрах нашей планеты. Природный асфальт образуется из тяжёлых фракций нефти, о которой у нас будет отдельный разговор. Ведь в нефти уйма всяких веществ. И если по каким-то природным причинам лёгкие вещества испарились или утекли куда-то, то остаются тяжёлые вещества, которые собираются в чёрную твёрдую массу.

Природный асфальт хорош тем, что залегает в земле пластами, его удобно добывать. Таких месторождений много на острове Тринидад в Карибском море, в Канаде, Франции, Венесуэле. Асфальт добывают и направляют, в частности, на изготовление дорожных покрытий, потому что он идеально подходит для этой цели. Асфальт легко плавится, быстро застывает, прочно скрепляя в монолит камни и песок. Но при этом сохраняет пластичность дорожного покрытия, его шероховатость. Ехать по новой асфальтовой дороге на машине одно удовольствие — мягко, ровно, бесшумно.

До тех пор, пока люди не научились добывать и делать асфальт, они мостили дороги камнями

Чтобы приготовить белую краску для разметки дорог, нужно разжиться оксидами цинка или титана. Оксид титана встречается в природе. Это минерал рутил. Но иногда нити рутила прорастают в кристаллы кварца, что хорошо видно на фотографии

Трудно представить, сколько белой краски, содержащей титановые белила, идет на разметку дорог во всем мире. Известно, что каждый год человечество производит пять миллионов тонн диоксида титана. Из них почти три миллиона тонн идет на краску

Кстати, в прежние времена улицы городов мостили камнями, тоже позаимствованными у земли. На это благое дело шли гранитные булыжники — округлые камни, состоящие из гранита. А гранит, в свою очередь, — это смесь самых распространённых минералов — кварца и полевого шпата с небольшой добавкой других минералов. Геологи считают, что гранит есть только на Земле. Он ни разу не попался ни в одном метеорите, не нашли его и на Луне, и потому гранит называют визитной карточкой Земли.

Булыжная мостовая сохранилась на Красной площади в Москве. А во многих городах южных стран, например в Испании, люди до сих пор ходят по мостовым, выложенным плоскими серыми камешками небольшого размера, поставленными на ребро и утопленными в песок. Какой материал был под руками, тем и мостили.

Первые асфальтовые тротуары появились почти 200 лет назад в Париже, на Королевском мосту, а в России, в Санкт-Петербурге, — в 1839 году. Начиная с середины девятнадцатого века в США, Франции и Швейцарии дорожные покрытия делают из асфальта, или битумно-минеральных смесей, как называют его специалисты.

Сегодня весь земной шар опутан дорогами. Только в США протяжённость автодорог составляет более четырёх миллионов километров — это в десять раз больше, чем расстояние от Земли до Луны! А ещё есть Китай (2 млн. км), Россия (около 1 млн. км) и другие страны, где строительство дорог и их ремонт не останавливается ни на день. Какие же гигантские объёмы земного вещества мы перерабатываем только для того, чтобы покрыть эти дороги!

А вот здесь, на переходе, мы ступили на белую зебру. Почему эти полоски такие белые? Да потому что в краску добавлены титановые белила — природный минерал диоксид титана. Хотя, впрочем, это могут быть и рукотворные цинковые белила. Химики делают их, соединяя цинк, полученный из минералов, с кислородом.

Кругом машины — едут, стоят, сигналят. Вы заметили, что с каждым годом их становится всё больше? И ведь на изготовление каждой из них уходит куча металла, который мы тоже извлекаем из природных руд. Вот и получается, что весь наш город буквально слеплен из земли — из тех природных веществ, которые мы заимствуем у нашей планеты.

После прогулки ужасно хочется чаю. Мы, москвичи, известные водохлёбы. Кстати, из чего вы пьёте чай? Нет, не говорите. Давайте я догадаюсь. Вы пьёте из лёгкой керамической кружки жёлтого цвета с пингвином (кошкой, мышкой, цветком), нарисованным на боку. Папа — из такой же кружки, только чёрного цвета с какой-то надписью на английском языке. А мама и бабушка — из тонких фарфоровых чашек.

У меня тоже есть любимая фарфоровая чашка с волнистым краем и изогнутой ручкой и такое же блюдечко с золотой каймой. Её вес я чувствую, только когда она наполнена чаем. Ещё я люблю слушать, как она звенит, когда я слегка ударяю по ней чайной ложечкой или просто ногтем. А ещё я беспрестанно поражаюсь, что за плечами этой невесомой малышки почти полторы тысячи лет истории.

Фарфор придумали и впервые сделали в Китае в седьмом веке. Технология его изготовления похожа на выпекание булочек. Сначала делают тесто — фарфоровую массу. Для этого измельчают и смешивают три компонента, уже знакомых нам, — глину, полевой шпат и чистейший кварц, и все это месят, чтобы получилась однородная масса без комочков. А потом лепят из этого «теста» чашки, блюдца, вазы, тарелки и статуэтки и отправляют в печь, где, в отличие от булочек, фарфор спекается долго.

Но почему же его изобрели в Китае? Всё дело в том, что только в Китае есть месторождения так называемого фарфорового камня — готовая чистая природная смесь полевого шпата и кварца. Расплавляясь, эти минералы придают фарфору прозрачность и звонкость, а глина — пластичность. Кстати, абы какая глина для фарфора не подойдёт. Та, что липнет к лопате, когда вы копаете грядки на даче, даже близко не лежит. Здесь нужна особая глина, белая или голубоватая. Её называют «каолин», потому что впервые добыли в том же Китае в местности Гаолин, что означает «Высокие холмы».

Вас интересует, откуда взялось слово «фарфор»? Оно происходит от арабского слова «фахфури» — «императорский». Этим словом на Востоке называли лучшие образцы посуды Однако в Европе за ним закрепилось другое имя. Фарфоровые черепки формой и цветом напоминают ракушки, по-итальянски их называют «порчелло». От этого слова и произошло европейское название фарфора «порчеллан», или «порцеллан».

Я вижу, что к фарфору вы равнодушны. «Не всё ли равно, из чего пить чай?» — слышу ваш вопрос. Это кому как. Ведь у вас наверняка есть любимая кружка? Та самая, с пингвином? И вряд ли вы согласитесь пить чай из пластмассовой кружки, разве что на пикнике или в походе. Но я понимаю тех, кто из самых разных чашек выберет именно фарфоровую. Лёгкая и красивая, она как будто сама просится в руку, и так удобно её держать. А всё потому, что её форма и материал отрабатывались веками.

Фарфор не только вечный материал, но и находка для художников. На его белую поверхность можно наносить любые рисунки в соответствии с модой эпохи — как на эту японскую современную чашку с блюдцем.

До Европы фарфоровые изделия добрались из Китая спустя много веков и вызвали настоящий бум. Каждая знатная семья старалась заполучить себе хоть какую-нибудь фарфоровую штучку. А монархи готовы были платить бешеные деньги за китайские вазы и сервизы. В Средние века китайские мастера наладили производство знаменитых китайских фонариков. Сделанные из тончайшего фарфора, расписанные сказочными животными и цветами, они светились, если в них ставили свечу — такими тонкими были стенки. А ещё купцы привозили с Востока ажурные фарфоровые коробочки, куда сажали бабочек.

Однажды мне довелось пить чай из удивительной старинной китайской чашки. Когда я смотрела на неё на просвет, то были отчётливо видны дырочки по всей поверхности, как в решете. Но чай из неё не выливался. Мне объяснили, что такую посуду делали, используя рисовые зёрнышки. Прежде чем сырую фарфоровую чашку отправляли в печь, на её внутреннюю поверхность вдавливали зёрнышки риса. Это нужно было делать аккуратно, чтобы зёрнышко не порвало массу насквозь и чтобы тоненький слой фарфора всё-таки оставался. В печи зёрнышки сгорали, и на их месте оставались углубления, затянутые снаружи очень тонким и прозрачным слоем фарфора.

Все терялись в догадках, как же делают фарфор. Но китайцы хранили тайну пуще жизни. И лишь спустя почти тысячу лет со дня рождения фарфора его во второй раз открыли в Европе, в Германии.

Король Саксонии Август Второй Сильный заточил алхимика Иоганна Фридриха Бёттгера в замок и заставил его искать «философский камень» — мифическое вещество, способное превращать любой металл в золото. С золотом ничего не получилось, но по ходу дела Бёттгер раскрыл секрет производства фарфора. В 1710 году в городе Мейсене неподалеку от Дрездена открылся первый в Европе фарфоровый завод. Король щедро вознаградил Бёттгера, дал ему дворянский титул и назначил директором завода. Но алхимик попытался продать секрет производства королю Пруссии. Дело раскрылось, и пришлось алхимику отправиться в хорошо знакомый ему замок, за железную решетку, где он провёл остаток жизни.

Рабочих же мейсенского завода заставили давать специальную клятву, что они не разгласят секрета производства. А если у кого находили комок фарфорового теста, то били и сажали в подземелье. Технологов, которые знали, как делают фарфор, называли арканистами, что на латыни означает «владеющий тайной». Но тайну сохранить не удалось — уже через семь лет, в 1717 году, новый фарфоровый завод начал работать в Вене. Китайские мастера гораздо лучше умели хранить секреты.

Не совсем так, но приблизительно в таком духе распорядилась императрица российская Елизавета Петровна. И знаете, её приказ был исполнен — секрет фарфора открыли (уже в третий раз) в России в 1747 году. В то время он был невероятно моден, потоки фарфоровой посуды текли в Россию с Востока и из Европы, на неё был немыслимый спрос. Но никто не собирался открывать нам секрет изготовления этого материала. И хотя в России к тому времени уже научились делать фаянсовые изразцы и посуду из глины и покрывать их прозрачной или глухой глазурью с затейливой росписью, фарфор оставался недоступной вершиной. Пришлось изобретать его заново. И сделал это замечательный русский химик Дмитрий Иванович Виноградов, друг Михаила Васильевича Ломоносова.

Если кто и умеет хранить тайны, так это китайские мастера. Целую тысячу лет они едва ли не единственные в мире производили фарфор. Его образцы вы видите на фотографии. Фарфор в Европе заново открыли лишь триста пет назад

Он только что вернулся из Европы, куда его с Ломоносовым отправила на обучение Академия наук. Посмотрите, чему они там учились. В Марбурге русские студенты изучали геометрию и тригонометрию, механику, гидравлику, гидростатику, металлургию, логику, немецкий и французский языки, а также учились рисовать, фехтовать и танцевать. Но главной целью их занятий были «упражнения в горном искусстве и систематической химии». В июле 1739 года Виноградов едет во Фрайбург — центр горнорудной промышленности Саксонии, чтобы усовершенствоваться в горном деле. Он изучает горные науки, посещает шахты и рудники, переводит на русский язык учебник, где рассказывается, как распознавать руды. Дмитрию Виноградову 25 лет. Он полон сил, знаний, он мечтает заниматься добычей руд и выплавкой металлов. Однако его судьбой распорядились иначе. Барон Черкасов, управляющий Кабинетом императрицы Елизаветы Петровны, приказал Д.И. Виноградову раскрыть тайну фарфора и наладить его производство в России. Это была невероятно сложная задача, ведь никаких книг об этом написано не было — рецептура держалась в строжайшей тайне по всему миру. Молодому химику предстояло найти природные материалы для изготовления фарфоровой массы, точно установить их количественные соотношения, придумать, как их измельчать, какие краски для росписи использовать и как их готовить, придумать конструкцию печи для обжига и так далее. И он всё это сделал! Так родился русский фарфор из природных минералов, которые есть на территории нашей страны.

Черкасов приказал химику всё подробнейшим образом описать, включая чертежи печей, и принести в царский кабинет, где это будет храниться вечно и недоступно для посторонних глаз. Д.И. Виноградов создавал свой труд несколько лет. А потом вскоре умер совсем молодым, в 38 лет. Историки считают, что тяжёлая работа, ответственность и секретность истощили его. Ведь за учёным был установлен круглосуточный надзор. Барон Черкасов приказал замечательного русского химика «во время обжига держать под караулом у печи, во всё то время, сколько тот обжиг продолжаться будет, чтобы он и спал там».

Сейчас никто и не вспоминает о трагических судьбах замечательных химиков Бёттгера и Виноградова, которые дали Европе и России вожделенный фарфор. А как расцвело прикладное искусство, когда художники получили в свои руки такой благодатный материал! Сегодня ни один художественный музей мира не обходится без богатой коллекции изделий из фарфора разных эпох. И кто из них более искусен — химики или художники, — сказать трудно. Впрочем, химия и искусство всегда идут рука об руку.

А что, это отличная идея провести ревизию материалов у себя дома. Давайте, поищите то, что, на ваш взгляд, имеет отношение к природным материалам. Так, что это за зелёная коробочка у вас в руках? Да это же настоящая малахитовая шкатулка! Отличная находка. И, судя по рисунку, это русский малахит, самый красивый малахит в мире, месторождения которого открыли на Урале больше двухсот лет назад.

Уральские легенды рассказывают о Хозяйке Медной горы — невероятной красавице с зелёными, цвета малахита, глазами. Она жила под землёй в комнатах, украшенных самоцветами и драгоценными камнями, и охраняла подземные богатства. Говорят, что если к ней, под гору, через шахты и штольни забирались плохие, злые люди, то она была беспощадна — обрушивала своды шахты или начинала водить непрошенных гостей по подземным лабиринтам до изнеможения, пока они окончательно не сбивались с пути и уже не могли выбраться из-под земли. Но когда ей встречался добрый, открытый, честный человек, как Данила-мастер из «Уральских сказов» Бажова, то она щедро вознаграждала его, открывая ему несметные богатства.

Наверное, такой Данила-мастер встретился Хозяйке Медной горы 250 лет назад. Именно тогда на Урале, на Гумешевском руднике, который расположен в 60 километрах от Екатеринбурга, рудокопам неожиданно открылись пласты малахита невероятной красоты. К тому времени на руднике уже много лет добывали руду для выплавки меди — породы, залегавшие здесь, содержали минералы, богатые медью. Правда, эти соединения меди были рассеяны по скальной породе в виде вкраплений. Поэтому чтобы получить килограмм чистого металла, приходилось перерабатывать сто килограммов породы. Тем не менее из руды этого месторождения каждый год выплавляли по 450-480 тонн чистейшей меди, которая шла на изготовление посуды, кровли для крыш, пушек, колоколов и много чего другого. Никто и не мечтал найти здесь малахит. И вот — царский подарок Хозяйки Медной горы.

Вообще, малахит известен с античных времен, и называют его от греческого «малахэ» — мальва. Это такое растение, чьи ярко-зелёные листья напоминают цветом малахит. Кто хоть раз видел русский малахит, тот никогда не забудет этот изумительный по красоте камень, который ни с чем не спутаешь. Тёмно-зелёные и светло-зелёные волны бегут по поверхности камня, складываясь в изысканные узоры. Малахит — мягкий камень, легко полируется и после шлифовки превращается в струящийся атлас. «Камень, а на глаз как шёлк, хоть рукой погладить», — писал о малахите сказочник Павел Петрович Бажов.

Два удивительно красивых минерала — азурит и малахит (внизу) — практически одинаковы по химическому составу. Но структура кристаллов у них разная, и потому они такие непохожие. Однако со временем азурит превращается в малахит, что прекрасно видно на фотографии

Лучшая коллекция изделий из русского малахита находится в Эрмитаже в Санкт-Петербурге

Из чего сделан малахит, спрашиваете вы? Как и залегающие поблизости руды, он содержит медь, благодаря которой окрашен в разные тона зеленого цвета. В природе он встречается в основном в виде сросшихся мелких кристаллов и включений в породы, в землю. Ювелирной ценности такой минерал не имеет. Из него только краски делать. Перетрёшь крупинки малахита в ступке и получишь «малахитовую зелень». Именно эту минеральную зелёную краску использовали Дионисий и Андрей Рублёв, когда писали свои знаменитые фрески. Впрочем, такой малахит был известен ещё в Древнем Египте. Здесь из него тоже делали краску, но чтобы подводить глаза. А вот монолитный малахит в виде пластов и глыб — явление чрезвычайно редкое.

Кто был тот Данила-мастер, которому Хозяйка Медной горы открыла подземные малахитовые сокровища, история умалчивает. Известно только, что в 1770 году на этом руднике добыли цельную малахитовую глыбу весом более двух с половиной тонн, а в 1775-м — «камешек» в полторы тонны. Спустя четырнадцать лет владельцы рудника подарили его императрице Екатерине Второй. Сегодня этот самый крупный образец минералогической коллекции хранится в Санкт-Петербургском горном институте.

После таких сенсационных находок Гумешевский рудник стал главным поставщиком малахита. А в начале девятнадцатого века под Нижним Тагилом нашли ещё одно крупное месторождение малахита, Меднорудянское. И начался настоящий малахитовый бум. Зелёным переливчатым камнем отделывали дворцы (дом Демидовых в Петербурге, малахитовый зал Эрмитажа и Версальский дворец), им украшали храмы (Исаакиевский собор в Санкт-Петербурге и не только), из него делали кольца, серёжки, бусы, браслеты, подвески, пасхальные яйца для императорской семьи и шкатулки. «Малахит... становится эмблемой русских богатств, вызывая зависть и изумление Европы», — писал знаменитый минералог Александр Евгеньевич Ферсман, автор замечательной книги «Занимательная минералогия», которую я очень советую вам прочитать. В его честь названы минералы ферсмит и ферсманит, а также Минералогический музей в Москве.

Слава русского малахита взлетела до небес. Но недолго малахитовое солнце висело в зените. Всё когда-то заканчивается. К концу девятнадцатого века закончился и малахит. Его месторождения были опустошены. Хотя, надо признать, малахит старались использовать экономно. Большие малахитовые вазы в Эрмитаже и колонны в Исаакиевском соборе сделаны ведь не из цельных кусков камня. Основу делали из металлического каркаса, мрамора или цемента, а поверхность оклеивали тонкими, меньше четырёх миллиметров в толщину, пластинками малахита. Здесь главное было подобрать и сохранить узор. Вот и эта шкатулка, которую вы мне показываете, сделана из мрамора, а уж потом оклеена тонкими малахитовыми пластинками.

«Но ведь изделия из малахита продают в магазинах и сегодня», — возразите вы. Верно, но это совсем другой малахит — как правило, из Африки, из Заира (Демократическая республика Конго), хотя его сегодня добывают ещё в Австралии и США. У него совсем другой рисунок, более грубый, что ли.

Наверняка и в России можно ещё найти залежи малахита. Но так ведь это искать надо. Может быть, вы отправитесь на поиски, когда станете дипломированным минералогом, или геохимиком, или геологом? И может быть, к вам Хозяйка Медной горы будет благосклонна? И тогда благодаря вам мир снова заговорит о неповторимом русском малахите.

Ну что, откроем шкатулку? Впрочем, и так ясно, что в ней маленькое женское богатство: колечки, серебряные и золотые, несколько подвесок из камней драгоценных металлов, золотые швейцарские часы с откидной крышкой, которые в прежние времена носили на длинной цепочке, пара бриллиантовых серёжек и колечко с бриллиантом. Наверно, это колечко подарил ваш дедушка вашей бабушке на свадьбу. Угадала?

Традиция дарить кольцо с бриллиантом или другим драгоценным камнем в честь помолвки и на свадьбу жива в Европе до сих пор. Хотя появилась она в Средние века, несколько сот лет назад, когда в Европе периодически вспыхивали эпидемии чумы. Эта страшная болезнь убивала тысячи и миллионы людей, спасения от неё не было. Но бедные люди, которых было большинство, подметили, что чума почему-то обходит стороной богатые семьи, укрывавшиеся за каменными стенами и заборами своих замков и усадеб. Богачи носили кольца с драгоценными камнями, чаще с бриллиантами. Вот люди и решили, что этот камень защищает от чумы.

Конечно, причина была совсем в другом. Чуму разносили крысы. И бедные люди, жившие в хижинах с земляными полами, рядом с крысами, становились лёгкими жертвами инфекции. В господские же замки крысы доступа не имели. Может быть, всё было и не так, но версия красивая и правдоподобная. Молодой человек, дарящий своей возлюбленной кольцо с бриллиантом, хочет уберечь и защитить её от напастей и болезней. Хотя понятно, что никакой камень не может справиться с такой задачей. В том числе и бриллиант.

Бриллиант — это огранённый алмаз. «Это свет солнца, сгустившийся в земле и охлаждённый временем, он играет всеми цветами радуги, но сам остаётся прозрачным, словно капля» — так писал об этом природном минерале русский писатель Александр Иванович Куприн. Но похоже, он не видел алмазов, которые извлекают из земли. А они совсем даже невзрачны на вид, матовые, шероховатые, покрытые какой-то корочкой из другого вещества. Только зоркий глаз знатока распознает в таком камне будущий бриллиант. Хотя, конечно, попадаются и прозрачные кристаллы, но это случается редко.

Сколько помнит себя человечество, столько оно помнит и алмазы. Кажется, они действительно были всегда. Но понять, как устроен этот минерал, удалось лишь двести лет назад. В 1649 году флорентийские академики поставили знаменитый опыт. Они взяли большое вогнутое зеркало, с его помощью сфокусировали солнечные лучи и этого горячего солнечного зайчика направили на камень. Алмаз взял и испарился без следа. Объяснить, почему так произошло, никто не смог. Затем, спустя десятилетия, великий французский химик Антуан Лоран Лавуазье занялся экспериментами с алмазами и выяснил, что при сильном нагревании на воздухе алмаз не испаряется, как вода из блюдечка, а сгорает, без остатка, переходя в газ. Наконец в 1814 году Гемфри Дэви со своим ассистентом Майклом Фарадеем повторили опыт флорентийцев и доказали, что алмаз состоит из чистого углерода.

Углерод — это ещё одно химическое чудо природы, потому вся жизнь на Земле крутится вокруг именно этого элемента. Казалось бы, ну что особенного в простом веществе, которое состоит только из атомов углерода? А дело в том, что в природе существует несколько веществ, причём очень разных, состоящих из атомов углерода. Чёрная сажа в печке, налипшая на стенках и пачкающая руки, — это чистый углерод. Грифель в простом карандаше, которым мы рисуем и пишем, — тоже чистый углерод, который мы называем «графит». А тут ещё прозрачные кристаллы чистого углерода — алмазы! Почему же они такие разные?

Всё дело в структуре. В чёрной саже атомы углерода располагаются хаотично, потому она такая мягкая и вялая. В графите атомы углерода соединяются в ажурные плоские сетки. Эти сетки уложены в стопку, как листы бумаги. Связи между слоями слабые, поэтому, когда мы рисуем карандашом, верхние слои графита легко отделяются и оставляют на бумаге след.

А вот алмаз — это уже 3D, выражаясь современным языком. Здесь каждый атом углерода соединён с четырьмя другими атомами углерода, которые располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга в вершинах крошечных пирамидок — вроде египетских, только очень маленьких. Каждая такая вершина становится центром новой пирамиды и так далее. В результате этого образуется идеальная ажурная 3D структура. Атомы в ней держатся друг за друга изо всех сил, просто так их не оторвать, поэтому алмаз — самое твёрдое вещество на Земле. Недаром древние греки назвали этот камень «адамас» — несокрушимый.

Алмаз — дитя земной мантии, в отличие от других минералов, самоцветов, руд и пород, которые рождаются в земной коре. В мантии, на глубине 100 километров, очень жарко и тесно — вещество невероятно сдавлено всей толщей земли, расположенной сверху. Это как раз те условия, которые нужны для рождения алмазов.

Иногда, с помощью таинственных взрывов, мантия прорывает твердь земной коры и выбрасывает из себя разные вещества, в том числе и алмазы. И тогда, на радость алмазоискателям, образуются так называемые кимберлитовые трубки, в которых можно откапывать и собирать прозрачные кристаллы. Как правило, они небольшие, доли одного карата (один карат равен пятой части грамма, 0,2 г, что соответствует шарику диаметром около 6 мм). Но изредка встречаются и крупные, а то и вовсе королевские экземпляры.

Только не думайте, что добывать алмазы просто — пошёл в нужное место и накопал сколько надо. В среднем из одной тонны породы добывают около одного карата алмазов из коренных месторождений и три-пять карат — из россыпных месторождений, когда алмазоносная порода выносится водой в реки и оседает в её руслах. Не говоря уже о том, что эти месторождения надо найти.

Высмотреть алмаз в горной породе может только опытный глаз старателя. Обычно эта «капля света» покрыта невзрачной оболочкой. Пройдёшь и не заметишь

Долгое время алмазы добывали только в Индии — здесь открыли едва ли не первые алмазные месторождения на Земле. Именно алмазы Голконды — одного из древних государств на территории Индии — воспеты в сказках «Тысяча и одна ночь». Но, как мы уже знаем, месторождения рано или поздно исчерпываются. Случилось это и в Индии. Правда, к этому времени, к середине восемнадцатого века, алмазные месторождения уже были открыты в Бразилии, и почти на сто лет центр добычи этих минералов сместился в Южную Америку.

Однако и в Бразилии алмазы стремительно шли на убыль. Но тут подоспели огромные месторождения, открытые в Южной Африке в 1867 году. В то время Южная Африка входила в состав Британской империи, поэтому африканские алмазы текли в Европу рекой. В 1881 году англичанин Сесил Родс начал скупать участки алмазоносной земли в районе разорившейся фермы Де Бирс близ посёлка Кимберли (от него произошло название «кимберлитовая трубка») и основал маленькую компанию «Де Бирс». Она упорно и последовательно скупала драгоценные земли и шахты и через двадцать лет превратилась в крупную международную компанию, которая владела всеми основными алмазными копями и контролировала 90% мировой добычи алмазов. И сегодня «Де Бирс» держит в своих руках мировой рынок этих кристаллов.

Так выглядит с вертолёта кимберлитовая трубка «Удачная» на севере Якутии. Её разрабатывают больше пятидесяти лет. За это время алмазодобытчики углубились в землю более чем на полкилометра

Но алмаз — это ещё не бриллиант. Чтобы превратиться в "каплю света", невзрачному, покрытому коростой алмазу предстоит пройти долгий путь огранки, которая придаст ему идеальную форму с плоскими заполированными гранями. Большинство бриллиантов имеет 57 таких граней. Почему именно 57? Какое-то странное число. Но именно такое число граней необходимо, чтобы получить симметричный многогранник, наилучшим образом отражающий свет. Это и порождает неповторимый блеск бриллианта.

Но как можно огранить и отполировать алмаз, если он — самое твёрдое вещество на Земле? Для этого мастера-гранильщики используют инструменты и полировальные пасты, сделанные всё из тех же алмазов, только более мелких. Процесс этот трудный и долгий, огранка крупного алмаза может занимать годы. Но красота бриллианта стоит таких усилий

Классическая огранка бриллианта — пятьдесят семь граней. Благодаря именно такой огранке получается симметричный многогранник, который лучше всего играет светом. Кстати, догадались, почему рядом с бриллиантом расположен простой карандаш? Если нет — ищите ответ в книге

Мода на бриллианты была всегда. Русская императрица Екатерина Вторая любила играть в карты на бриллианты и приговаривать: «Как весело играть в бриллианты, это похоже на «Тысячу и одну ночь...» Дамы при её дворе увешивали себя бриллиантовыми украшениями с головы до ног, чем изумляли, если не пугали иностранцев. Больше всего их удивляло, что дамы носят бриллианты не только вечером, но и утром, и днём, в обыденной жизни, хотя бриллиант — это вечерний камень. Именно при вечернем освещении он начинает играть светом так, как это может только бриллиант.

Однако крупные алмазы и бриллианты, невероятно дорогие и ценные, были не столько украшением, сколько символом власти, причиной исторических преступлений и предметом, с помощью которого улаживали международные конфликты. В 1829 году в Тегеране, столице Персии, убили русского дипломата и поэта Александра Сергеевича Грибоедова. Персидские властители, напуганные гневом русского царя Николая Первого, постарались загладить вину своеобразным способом — прислали в дар царю бриллиант «Шах», один из самых крупных бриллиантов весом почти 90 карат, или 18 граммов. Теперь он хранится в Алмазном фонде в Москве, и вы можете его увидеть.

У каждого крупного бриллианта есть собственное имя, и у каждого из них, будь то «Кохинор», «Орлов», «Куллинан» и другие, своя захватывающая, а порой драматическая история.

Я чувствую, что у вас на языке вертится вопрос: а есть ли месторождения алмазов в нашей стране? В России такие месторождения открыли совсем недавно, в 1954 году, хотя вам наверняка это представляется глубокой древностью, едва ли не каменным веком. Честь их открытия принадлежит ленинградскому геологу Ларисе Попугаевой. Летом того далёкого года она работала в глухой якутской тайге в составе экспедиции, которая искала алмазы, и нашла кимберлитовую трубку, названную «Зарницей». А затем, всего за сорок лет геологических исследований, в Якутии обнаружили более 800 кимберлитовых трубок! И сегодня Россия — в первой тройке лидеров по добыче алмазов в мире.

Вы расстроены, что Якутия очень далеко и там очень холодно зимой, как нигде на Земле. Что ж, крупные месторождения алмазов открыты и в европейской части России — в Пермском крае и в Архангельской области.

Только не думайте, что все добытые алмазы идут на изготовление бриллиантов. Список профессий алмаза, этого самого прочного из всех минералов, что рождает Земля, невероятно большой. Мельчайшие алмазы наносят на свёрла и резцы, с помощью которых обрабатывают детали из очень твёрдых сплавов. Алмазные буры незаменимы при бурении самых твёрдых горных пород — они и служат дольше, и скорость бурения повышают в два-три раза. Алмазные детали, которые почти не снашиваются, работают в часовых механизмах и во многих других приборах, установленных на самолетах и кораблях.

В общем, ни дня, ни часу не обойтись без алмазов — ни в горном деле, ни в приборостроении, ни в микроэлектронике, ни в оптике, ни в медицине. А всё потому, что хорош этот камень во всех отношениях, просто он самый-самый — самый древний, самый твёрдый, самый стойкий, самый блестящий и потому самый дорогой.

Конечно, на все эти нужды идут очень мелкие и грязные, технические алмазы. Как вы думаете, а сколько их нужно человечеству? Очень много. Вот почему идея научиться самим выращивать алмазы не давала покоя учёным. Если природа умеет превращать в своих недрах обычный графит в алмаз, то неужели мы, люди, не сможем сделать того же?!

Но повторить природу невероятно трудно. Ведь для того чтобы атомы углерода в слоистой структуре графита перестроились в очень компактную 3D-решетку алмаза, нужно давить на каждый квадратный сантиметр поверхности графита силой около сотни тонн. А чтобы в таких чудовищных тисках «растрясти» решётку графита и заставить атомы углерода покинуть свои места, нужны температуры в тысячи градусов.

Надо отдать должное учёным — они справились с этой задачей. В 1954 году американская фирма «Дженерал электрик» сообщила, что её сотрудники получили алмазы искусственным путем при давлении 100 000 атмосфер и температуре 2600°С, то есть имитируя природные условия. Алмазы были мелкие, менее одного миллиметра (то есть весом менее 0,01 карат), и чёрные, но вполне пригодные для технических нужд. Технология была строго засекречена. Однако было уже ясно, что джин вырвался из бутылки. Через семь лет в России, в Институте физики высоких давлений, в лаборатории академика Леонида Федоровича Верещагина синтезировали первые русские алмазы.

Сегодня искусственные алмазы получают самыми разными способами. Например, сильно сдавливают и одновременно разогревают графит в специальных реакторах. Или воздействуют на графит взрывом, в момент которого давление и температура невероятно высоки. Или заставляют пары углерода кристаллизоваться на плоской поверхности в виде микроскопических кристалликов алмаза. Их твёрдость — важнейшая для технических применений характеристика — не уступает, а порой и превосходит твёрдость природных алмазов. Есть даже технологии, позволяющие делать чистые, прозрачные кристаллы, но они, естественно, обходятся намного дороже.

И хотя сегодня мы умеем делать алмазы, споры о том, как же они образуются в природе, продолжаются. Чтобы понять это, геохимики и минералоги исследуют метеориты, периодически прилетающие к нам из космоса. Оказывается, в своих каменных телах они содержат крупинки алмазов. Значит, механизм их образования работает не только в недрах земли, но и в недрах Вселенной. Возможно, вам предстоит поставить точку в этом споре, если вы посвятите себя химии или минералогии. А я расскажу вам историю про одного из таких пришельцев с алмазами.

Искусственные алмазы есть в каждом доме, или почти в каждом — например, алмазная пилка для ногтей. Если вы рассмотрите её под лупой, то вам удастся разглядеть отдельные кристаллы, как это показано на фотографии. Прекрасный абразивный инструмент!

Почти 130 лет назад, в сентябре 1886 года, возле деревни Новый Урей Пензенской губернии упал метеорит. Ну и шуму он наделал! Вот как рассказывает об этом учитель П.И. Барышников, выпускник Лесного института (Санкт-Петербург), который оказался в этих краях. Он не только описал сами события, но и прислал осколки метеорита в Санкт-Петербург для изучения.

Вот такие небесные гости прилетают к нам из космоса. Имя им — метеориты

Небесные пришельцы оставляют следы не только в небе, но и на Земле. Один из таких кратеров расположен на острове Саарема в Эстонии. Метеорита нет, а яма осталась

«Рано поутру несколько новоурейских крестьян верстах в трёх от деревни пахали свое поле... Вдруг совершенно неожиданно сильный свет озарил всю окрестность; затем через несколько секунд раздался страшный треск, подобный пушечному выстрелу или взрыву, за ним второй, более сильный. Вместе с шумом в нескольких саженях от крестьян упал на землю огненный шар; вслед за этим шаром невдалеке над лесом опустился другой, значительно больше первого. Всё явление продолжалось не более минуты.

Обезумевшие от страха крестьяне не знали, что делать, они попадали на землю и долго не решались сдвинуться с места... Наконец, один из них, несколько ободрившись, отправился к тому месту... и, к удивлению своему, нашёл неглубокую яму; в середине её, углубившись до половины в землю, лежал очень горячий камень чёрного цвета. Тяжесть камня поразила крестьян...

Затем они отправились к лесу разыскать второй, больший камень но все усилия их были напрасны. Лес в этом месте представляет много болот и топей, и найти аэролита им не удалось: по всей вероятности он упал в воду. На следующий день один из крестьян того же Урейского выселка отправился на своё поле посмотреть копны гречихи. Здесь совершенно случайно он нашёл такой же точно камень, какой принесли накануне его соседи. Камень тоже образовал вокруг себя ямку; часть камня была в земле...

Дальнейшие поиски крестьян в окрестностях Нового Урея не привели ни к чему. Следовательно, выпало всего три куска. Самый большой из них упал, без сомнения, в лесу в болото; второй по величине, упавший при крестьянах на пашне, приобретен мною и отослан вам для минералогического кабинета института, и, наконец, третий, найденный крестьянином в гречихе, съеден...

Крупинки аэролита считались положительно универсальным лекарством. Распространились нелепые слухи о «чудесном исцелении», требования на «Христов камень» усилились. Счастливый владелец метеорита пользовался случаем и продавал камешек чуть не на вес золота, выказывая при этом сноровку настоящего завзятого аптекаря. Приём «Христова камня» производился таким образом: пациент, купивши ничтожный кусочек метеорита, толок и растирал его в порошок и затем, смешав с водой, благоговейно выпивал, творя молитву и крестное знамение...»

Наверное, этот юный следопыт думает, что нашёл метеорит, и сторожит его. Увы, это всего лишь каменный валун, который притащил с собой надвигающийся ледник десятки тысяч лет назад. Их у нас в России много

Я смотрю, поиски природных материалов в квартире вас захватили. И вы просто молодец, что нашли градусник. Этот удивительный маленький прибор, который учёные называют термометром, сделан из стекла, о котором мы уже кое-что знаем, и самого необычного металла в природе, ртути. Именно серебристый ртутный столбик легко бежит за вашей температурой, потому что расширяется при нагревании. Ртуть тоже добывают из природных минералов.

Между прочим, учёные долго спорили, считать ли эту блестящую жидкость металлом. Но, поразмыслив, согласились, что она конечно же металл: блеск у неё самый что ни на есть металлический и она хорошо проводит тепло и электрический ток, как настоящий металл. А уж если охладить её до минус 39 градусов, то она станет твёрдой и её можно ковать. Поэтому, кстати, с помощью ртутного термометра вам не удастся зимой определить температуру воздуха в Якутии, ведь там бывает еще холоднее.

Ртуть легко испаряется, особенно при нагревании. Это свойство используют, чтобы добыть её из соответствующей руды. Ведь под землей нет чистых ртутных озёр. А есть, например, киноварь, соединение ртути с серой, красивейший минерал ярко-красного цвета с названием под стать: киноварь в переводе с арабского означает «кровь дракона». Итак, берут эту руду и — в печь. При температуре 700-750 градусов сера, можно сказать, выжигается из руды, а чистая ртуть испаряется. Горячие пары загоняют в специальные холодные аппараты, где пары превращаются (или конденсируются, как скажут химики) в жидкий серебристый металл.

От ртути очень много пользы и в технике, и в промышленности. Но нам и одного термометра достаточно. Если в каждой семье есть термометр, то сколько же этой ртути надо добыть!

Однако здесь есть проблема. Термометры частенько бьются. Какой же бывает в доме переполох, когда кто-то разбил градусник! Мама начинает обзванивать своих знакомых: что делать?! Папа залезает в Интернет в поисках советов, а бабушка требует вызвать МЧС. Переполох, конечно избыточный, но имеет основания. Ртуть — ядовитый металл. Опасность усугубляется ещё и тем, что ртуть испаряется и её незаметные пары могут причинять вред. Другое дело, что в градусниках её мало.

Правда, сейчас бытовые ртутные термометры почти не выпускают, а в европейских странах они и вовсе запрещены. Но в прежние времена со ртутью обращались более чем легкомысленно, потому что не знали о её губительных свойствах. А если и догадывались, то не знали, как защититься.

Когда в Санкт-Петербурге возводили Исаакиевский собор, то потребовалось позолотить его большие купола. Покрывали их листами из меди. А вот как нанести золото тонким слоем на медь, да чтобы ещё держалось крепко, тогда не знали. Точнее, знали единственный, но чудовищный, с точки зрения современного химика, способ. И связан он был со ртутью.

Вот он, старый добрый градусник. Настоящий, со столбиком жидкой ртути. Сейчас такой уже и не найти. Опасную ртуть в этом полезном устройстве теперь заменяют на менее ядовитый металлический сплав галлия с индием — он тоже жидкий при комнатной температуре

Ртуть получают из очень красивого минерала по имени киноварь. Кстати, вот вам еще один древний источник красного пигмента

Дело в том, что ртуть легко растворяет в себе золото и многие другие металлы, образуя так называемые амальгамы. Если на золотое колечко попадёт капелька ртути, то она мгновенно «впитается» в драгоценный металл. И ничем её не отодрать — ни щетками, ни мылом, ни шкуркой. Есть единственный способ — нагреть кольцо, чтобы ртуть просто испарилась. Вот это свойство ртути и взяли на вооружение мастера прошлого. Слитки золота растворяли в чанах со ртутью, затем эту жидкую амальгаму разливали тонким слоем по медному листу, а потом на открытых кострах медные листы нагревали. Ртуть испарялась, а на меди оставался намертво приросший тонкий слой золота. Надо ли говорить, что люди, которые занимались этим опасным делом, дышали ядовитыми парами ртути, заболевали и быстро умирали от отравления организма.

Конечно, сейчас такие варварские технологии не используют. Но потребовалось много времени, пока не была обучена и подготовлена армия химиков, которые занялись изучением веществ, накопили знания и создали технологии с минимальными рисками для человека.

Интересно, если ртуть растворяет разные металлы и образует амальгамы, то в чём же её хранят и перевозят? Отличный вопрос, вопрос будущего технолога. Дело в том, что некоторые металлы, в частности железо, кобальт и никель, не поддаются ртути. Поэтому её перевозят в ёмкостях из простой стали. А особо чистую ртуть — в стеклянных, керамических или пластмассовых банках.

На вашем месте, я бы припрятала подальше этот градусник. Кто знает, может, лет через двадцать-тридцать он будет настоящей ценностью, раритетом, место которому — в музее.

Кажется, охота за веществами в своем доме у нас получается удачная, потому что вы держите в руках зеркало. Да, этот предмет тоже сделан с использованием природных материалов, почерпнутых из земли.

Понятно, что зеркала в привычном для нас виде появились тогда, когда люди научились изготавливать плоское стекло. Отражающий слой у первых таких зеркал делали из амальгамы олова, то есть металла олова, растворённого в ртути. Тонкий слой этой амальгамы, нанесённый на стекло, застывал и становился твердым.

Только очень гладкое зеркало с хорошим отражающим слоем может точно передать эту красоту. Такие зеркала, которые теперь есть в каждом доме, научились делать всего-то 150 лет назад

Самые первые зеркала, как и все новинки, стоили очень дорого. В царских дворцах, скажем, в летнем дворце Петра Первого в Летнем саду в Санкт-Петербурге, небольшие по размеру зеркала в дорогих рамах и с бантами вешали на стенах высоко, выше человеческого роста, так что увидеть своё отражение было невозможно. Но эти зеркала были просто очень дорогим украшением, символом достатка и роскоши. К тому же у них была ещё одна функция — они отражали свет свечей, и в помещении становилось намного светлее. А смотреться в них, пожалуй, даже и не стоило. Тогда ещё не умели идеально полировать стекла. А малейшие неровности и бугорки на поверхности искажали изображение, и чаще всего не в лучшую сторону. Зеркала получались по-настоящему кривыми.

Полировать стекла до почти идеальной ровности научились довольно быстро, и даже изобрели специальную полировальную машину. А вот с опасной ртутью были проблемы — надо было чем-то её заменить. Но чем?

Этим чем-то стало серебро. Сто семьдесят пять лет назад немецкий химик Юстус фон Либих изобрел серебрильный раствор, то есть способ, позволяющий высаживать серебро из водного раствора его соединений тонким сплошным слоем на стекло. Важнейшим компонентом раствора помимо соединения серебра был... обыкновенный сахар. Ещё через двадцать лет французский химик Ш. Птижан сделал технологию получения зеркал более совершенной, и она практически без изменений дожила до наших дней. Когда вы будете изучать химию в старших классах, то вместе с учительницей сможете сами провести эту знаменитую реакцию «серебряного зеркала».

Даже и представить себе невозможно, как же люди жили без зеркал пока не было ни стекла, ни амальгам, ни серебрильных растворов. Но если оглядеться и подумать, всегда что-нибудь найдётся. Поначалу они изучали своё отражение в воде. А потом, когда появилось золото, стали до зеркального блеска полировать его пластинки и смотреть на своё отражение. Плохое, конечно, жёлтое и мутное, но хоть что-то. Потом люди изобрели бронзу — сплав меди и олова. Бронза тоже отлично полировалась, но изображение по-прежнему было жёлтым, не очень четким, а сама бронза, в отличие от золота, быстро темнела — окислялась на воздухе, как скажут химики. Так что ничего не оставалось, как изобрести стеклянные зеркала с серебром.

Более того, технологи научились делать зеркала, которые обманывают вас (а может, радуют?), потому что делают вас красивее в отражении. А хитрость проста. Стекло для зеркала должно иметь неуловимый розовый оттенок. Оно дает столь же четкое изображение, как и обычное зеркало, но скрадывает мелкие недостатки кожи. Лицо в этом зеркале кажется свежим и молодым.

Но зеркала созданы не только для того, чтобы в них любоваться или ужасаться. Со временем у зеркал нашлось много другой важной работы. Они отражают свет в фарах автомобилей, установлены в маяках, в тех самых машинах времени — телескопах, о которых мы с вами уже говорили, и во многих других приборах. Одним словом, очень полезная вещь.

А это что за игрушка? Игровая приставка «Плейстейшн»? Спасибо, что показали, я теперь хоть знаю, как она выглядит, во времена моего детства таких игрушек не было. Как и любимой папиной «игрушки» — персонального компьютера. И маминой — мобильного телефона, с которым она не расстаётся ни на минуту. А из чего сделана начинка всех этих электронных устройств, процессоры и чипы, флешки и сим-карты? Я уже слышу, как вы кричите: «Из вещества!» Правильно. Всё сделано из вещества. Только вот из какого в данном случае?

Имя этому веществу — кремний. Именно этот элемент, который вместе с кислородом образует песок (тот, что на пляже), лежит в основе всей современной электроники и даже всей нашей цивилизации. Кремний — символ высоких технологий, и неслучайно место в Калифорнии, где сосредоточены главные американские фирмы в области хай-тека, называется Силиконовой, или Кремниевой, Долиной. Можно сказать, что мы живём в каменном веке.

Для того чтобы получить кремний, который удовлетворит электронщиков, химикам пришлось крепко потрудиться. Мало того что он должен быть суперчистым, то есть содержать строго определённые примеси в количестве не более одного атома примеси на миллион атомов кремния. Но кроме этого, всё электронное устройство должно быть собрано на одном цельном кристалле кремния.

Силиконовая долина — это всего лишь точка на географической карте штата Калифорния в США. Это городок, в котором живут и работают ученые, придумывая нам на радость всякие электронные штучки. Здесь ничего не добывают. Здесь производят знания и технологии

Микрочипы и сейчас очень маленькие, размером с муравья. Но они будут еще меньше по мере того, как химики создадут новые необычные материалы

Как вырастить такой кристалл? Сначала получают чистый кремний. В принципе получить кремний просто, достаточно смешать песок с углем — два природных, широко распространённых вещества — и нагреть до 1800°С. Углерод оторвет кислород от кремния и улетит с ним в виде углекислого газа. Но в таком кремнии будет множество примесей, поэтому химики придумали другую технологию. Кремний в результате получался чистым, но это был порошок, состоящий из мелких кристалликов.

Чтобы превратить их в один кристалл, порошок загружают в большую ёмкость, сделанную из кварца, расплавляют, затем в расплав опускают в качестве затравки небольшой кристаллик кремния и при небольшом охлаждении начинают медленно вытягивать его из расплава. Кремний из расплава постепенно осаждается на поверхности растущего кристалла и в конце процесса превращается в один, практически идеальный кристалл. Диаметр этого кристалла доходит до 40 сантиметров, а длина — до полутора метров

Но это только полдела. Ведь кристалл ещё нужно разрезать на пластины толщиной менее одного миллиметра. Это делают с помощью, например, стальной проволоки, покрытой алмазной крошкой, а потом пластины тщательно полируют.

Затем на этой пластине начинают собирать транзисторы — вы, несомненно, слышали это слово. Транзистор — это такое устройство, которое способно запомнить букву или цифру, складывать эти буквы в слова, а цифры в числа, делать с ними разные вычисления или превращать их в звук или картинку. Так сейчас и говорят: цифровые плееры, цифровые фотографии, цифровое телевидение.

Как вы думаете, сколько транзисторов размещается на одном квадратном сантиметре современных чипов? Более ста миллионов! А размер самого транзистора настолько маленький, что его невозможно разглядеть в самый лучший оптический микроскоп. Как же технологи ухитряются собирать такие маленькие устройства? Это очень интересно, но об этом вы прочитаете в других книгах, когда немного подрастёте.

Кстати, а как устроен кристалл кремния? Точно так же, как кристалл алмаза. Эх, жаль, что большие алмазы нельзя делать, вытягивая маленький кристаллик алмаза из расплава графита. Одна из причин заключается в том, что графит не плавится. Такая вот сложная наука химия! У каждого вещества — свой характер.

И тогда обычные компьютеры мы все дружно понесём на свалку. Впрочем, она уже давно заполняется

Что-то засиделись мы с вами за разговорами. За окном уже стемнело, поздно, пора спать. Надо выключать свет. Стоп — лампочка! Как же мы забыли про неё? Из чего она сделана? Это зависит от того, какая лампочка светится в вашем торшере или ночнике. Скорее всего — лампа накаливания. Она сделана из круглой стеклянной колбы, а внутри у неё находится тонкая спираль из металла по имени вольфрам. Включая лампочку, мы пускаем по спирали ток. Он разогревает металл, металл раскаляется добела и испускает свет. Вот почему эти источники света называют лампочками накаливания. Правда, большая часть электричества уходит на разогрев спирали, поэтому лампочка такая горячая, если она долго была включена. (Только не надо проверять мои слова, можно обжечься!) И лишь малая часть энергии превращается в свет. Поэтому про такие лампочки специалисты говорят, что они неэкономичные: энергии едят много, а света дают мало.

Но с недавних пор всё переменилось, потому что учёные подарили людям светодиоды. По сути, это минералы, которые начинают светиться, как вольфрам, если через них пропускать ток. Только они совсем не разогреваются и почти всю электрическую энергию преобразуют в свет.

О том, что минерал можно превратить в источник света, впервые сообщил миру русский физик Олег Владимирович Лосев. В 1923 году он заметил, что если через кристалл карборунда, или карбида кремния, состоящего из атомов кремния и углерода, пропускать электрический ток, то в местах контактов появляется слабое зеленоватое свечение. Так оказалось, что минералы, обладающие свойствами полупроводника, могут светиться. Их и назвали светодиодами.

Спустя сорок лет светодиоды уже вовсю мигали красными и жёлтыми огоньками на разных пультах управления и в световых индикаторах. Одно плохо — не было светодиодов синего, зелёного и белого света. И ждать их создания, по меркам нашего времени бурного технического прогресса, пришлось довольно долго.

Лишь в 1990 году профессор Сюдзи Накамура придумал, как выращивать тончайшие и безупречные по качеству плёнки из вещества под названием нитрид галлия (состоит из атомов галлия и азота). Чем тоньше такая плёнка, чем меньше в ней дефектов, тем ярче и чище свет она дает.

А потом из таких плёнок, начинённых добавками индия, С. Накамура сумел приготовить слоёный пирог, который физики называют гетероструктурой. Кстати, одним из первых такие структуры получил российский физик Жорес Иванович Алфёров, за что в 2000 году ему присудили Нобелевскую премию по физике. И оказалось, что в зависимости от чередования слоёв, такой «пирог» при прохождении тока дает яркий синий или зелёный свет. А когда С. Накамура нанёс на синий светодиод тонкий слой фосфора, диод засветился ярким белым светом. С тех пор вся светодиодная «радуга» была в сборе.

Синий светодиод сравним по размеру со спичечной головкой

Профессор Сюдзи Накамура в 2006 году получил премию «Миллениум» (миллион евро) за создание синих и белых светодиодов. В руках он держит указку, работающую на синем светодиоде

Светодиоды всех цветов уже несут свет человечеству в панелях автомобилей, самолётов и бытовых приборов, в светофорах и уличных фонарях, в больших рекламных уличных экранах и ёлочных гирляндах, во вспышках камер и мобильных телефонов. Вот и мой ноутбук подмигивает мне ярко-синими и зелёными светодиодами, напоминая о профессоре Накамуре и нашей с ним встрече.

Случилась она в 2006 году, когда С. Накамуре вручали премию «Миллениум» размером в миллион евро. Эту международную премию присуждают каждые два года. Предыдущим лауреатом был англичанин Тим Берненс-Ли, создатель Всемирной паутины — Интернета. Вообще, эта премия предназначена тем учёным, кто создал технологии, изменившие жизнь человечества к лучшему. На церемонии награждения, которая проходила в Хельсинки, мы познакомились, и у меня была возможность поговорить с профессором.

Прежде всего я поинтересовалась, знает ли он, что идея светодиодов родилась в России, в лаборатории Лосева. Оказалось, что профессор ничего не знает об этом. Он с интересом выслушал мой рассказ и поблагодарил за это «открытие». А потом, в конце разговора, я поинтересовалась, почему он выбрал профессию учёного. И выяснилось, что все дело в комиксах! «Когда мне было десять-двенадцать лет, я читал комиксы, которые назывались «Астробой», — рассказал С.Накамура. — Астробой — это такой робот, которого сконструировал учёный, доктор Отяномицу для борьбы с плохими мальчишками и тёмными силами. И вот тогда я очень захотел стать таким же учёным, как Отяномицу, чтобы делать таких же роботов для борьбы со злом».

Не знаю, сколь успешна борьба профессора Накамуры со злом, но вот его белые светодиоды побеждают сегодня лампы накаливания по всем статьям. Они работают в сто раз дольше обычной лампы накаливания, которая быстро перегорает. Они не содержат никаких подвижных частей, стекла, нитей накаливания. Они маленькие — стандартный размер пять миллиметров, и для работы им требуется всего лишь батарейка в три вольта (значит, они могут питаться от солнечных батарей). Они не греются и не содержат никаких токсичных компонентов вроде ртути. А главное, они преобразуют электричество в свет с 90%-ной эффективностью в отличие от ламп накаливания, у которых коэффициент полезного действия, как у паровоза, — пять процентов.

В США планируют к 2020 году полностью заменить обычные лампы накаливания на светодиоды. Это должно принести колоссальную экономию электроэнергии. Значит, уменьшатся потребление нефти, компоненты которой сжигают на тепловых электростанциях, чтобы получить электричество, и выбросы диоксида углерода в атмосферу, который образуется при сжигании топлива. А в основе всего лежат относительно простые вещества, получаемые из минералов, взятых в земле.

Ну что ж, давайте подведём итог. Веществ, которые человек заимствует у земли, конечно, гораздо больше, чем мы описали в этой главе. Но и этих примеров достаточно, чтобы лишний раз убедиться в величии природы. Какой же она всё-таки фантастический, виртуозный химик! Как она умеет, растворяя и смешивая, сдавливая и разогревая, испаряя и кристаллизуя, комбинировать разные атомы и молекулы и создавать невероятный по богатству набор веществ. Даже одно вещество она умеет приготовить в разных видах. Углерод является нам в облике графита, сажи и алмаза, карбонат кальция — в облике известняка, мела и мрамора, оксид алюминия — в виде глины и россыпи драгоценных камней, рубинов и сапфиров, диоксид кремния — в виде обычного песка, кварца, горного хрусталя, опала, халцедона, агата, яшмы... А мы берём все это беззастенчиво, перерабатываем и украшаем свою жизнь, делаем её комфортной и удобной.