Петр Образцов - Удивительные истории о веществах самых разных

Еще один блестящий пример этой условности – фианит, или двуокись циркония, кристаллизованная в кубической сингонии. Это вещество уже в 1976 году научились (в отличие от алмаза) получать в ювелирном качестве. Слегка уступая алмазу по твердости (8,0 против 10 по шкале Мооса), фианит обладает практически таким же коэффициентом преломления (2,20 против 2,42), а по дисперсии даже превосходит алмаз (0,057 против 0,044). Кроме того, в отличие от большинства природных алмазов он совершенно бесцветен. Иными словами, ограненный кристалл кубической окиси циркония играет на солнце заметно лучше алмаза. Кроме того, его кристаллы куда больше размерами (не вообще, а на рынке ювелирных изделий). Однако попробуйте подарить какую‐нибудь фианитовую цацку своей невесте – и вам, скорее всего, придется искать новую кандидатку в спутницы жизни… (Известно, что у прекрасного пола имеется особый орган для распознавания фальшивых драгоценностей и позолоченных оловянных колечек.)

Графит, основа карандашного грифеля, в отличие от алмаза легко истирается и превращается на бумаге в буквы рукописей некоторых великих романов или писем с фронта. Широко известна байка о том, что специалисты американского космического агентства НАСА якобы потратили несколько миллионов долларов на разработку чернильной ручки для письма в невесомости. Оканчивается история ударной фразой: «А русские космонавты пользовались карандашом». Знай наших! Увы, в реальности астронавты НАСА, как и их советские коллеги, тоже пользовались карандашами. В 1965 году агентство заказало у одной техасской фирмы 34 механических карандаша для полетов в космос, уплатив около 130 долларов за каждый, что впоследствии вызвало вполне объяснимый скандал. Пришлось искать другой вариант. Тем более что карандаш (даже механический, то есть не требующий заточки) – вовсе не идеальный инструмент для письма в космосе. Кончик его легко может обломаться и, свободно летая в пространстве, повредить космонавту или оборудованию корабля. Карандаши горят – что после пожара на борту «Аполлона-1» стало неприемлемым.

Применяемую сегодня космическую авторучку в 1965 году запатентовал Пол Фишер, истратив на этот проект около 1 миллиона долларов собственных денег. Эта ручка может писать «вверх ногами», при температурах от –45 до +200 градусов (хотя второе, пожалуй, и лишнее, тем более что при большой жаре ее синие чернила превращаются в зеленые), а также под водой или в других жидкостях.

Тут нам почему‐то вспомнились классические стихи Владимира Уфлянда про водолаза. А что! Ведь он тоже с удовольствием написал бы подобной ручкой какое‐нибудь любовное письмо из Марианской впадины. Вот они:

Да, если кого‐то смущает, что в 1958 году писались такие политически незрелые и даже хулиганские стихи, можем успокоить. В том же году было сочинено множество стихов более правильных, более патриотических и идеологически выдержанных, вот, например, «Песня о тревожной молодости» Льва Ошанина:

Уже с 1967 года, после тщательных испытаний, НАСА взяло авторучку на вооружение. Паста из этого агрегата подается на вольфрамовый шарик не под воздействием силы тяжести, как в обычных шариковых ручках, а под давлением азота, достигающим 2,4 атмосферы.

Свойство графита истираться и оставлять следы на бумаге связано с тем, что он представляет собой стопку слоев из шестигранников, в вершинах которых находятся атомы углерода. Сами слои между собой связаны слабо, и графит легко расслаивается – это и есть следы на бумаге. В сущности, его полезно сравнить с тортом «Наполеон», где коржи не очень прочно склеены кремом.

Доказательство того, что алмаз – одна из форм углерода, принадлежит английскому химику Смитсону Теннанту. Решающий эксперимент был выполнен в 1797 году, когда Теннант сжег алмаз в закрытом золотом сосуде и установил, что вес образовавшейся двуокиси углерода точно такой, каким он и должен быть, если алмаз состоит из чистого углерода. С тех пор ученые постоянно мечтали превратить углерод в алмаз, что в конце концов удалось. При огромном давлении и определенной температуре сейчас алмазы получают из графита тоннами. Правда, бриллианты из таких алмазов получаются достаточно неказистые, зато ими утыканы рабочие поверхности всяких буровых инструментов и обычных сверл.

Аморфный же углерод – это просто мельчайшие частички графита, своей отдельной структурой он не обладает. Строго говоря, его даже и не стоило выделять в отдельную аллотропическую модификацию. Из этого углерода состоит бурый и каменный уголь, сажа и активированный уголь, который приходится принимать некоторым гражданам после неумеренного употребления народного напитка, авторство которого приписывают Дмитрию Менделееву.

В 1985 году было сделано потрясающее открытие принципиально новой модификации углерода – фуллерена. Исследователи изучали пары графита, испаренного лазерным лучом, и обнаружили в них молекулы, состоящие из 60 и 70 атомов углерода. После многочисленных экспериментов было установлено, что С 60представляет собой икосаэдр, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников – как сшитый из разных кусков кожи футбольный мяч. В более крупном С 70в середину «мяча» врезан пояс из 10 атомов углерода – такая молекула напоминает удлиненный мяч для регби. Эти молекулы первооткрыватели назвали бакминстерфуллеренами в честь архитектора Бакминстера Фуллера, который строил здания именно из таких структурных элементов, как шести– и пятиугольники. Вскоре, впрочем, название было сокращено до фуллеренов. Через одиннадцать лет после открытия ученые получили за это Нобелевскую премию по химии, и все эти годы открывались все новые и новые фуллерены. Рекордным является фуллерен с 400 атомами углерода, такие конструкции даже Фуллеру были не по плечу.

Если в вышеупомянутый футбольный мяч вставлять все новые углеродные «пояса», постепенно получится трубка, оканчивающаяся как бы половинками фуллерена. Можно и иначе описать мысленную операцию получения таких нанотрубок или тубулен – представьте себе, что мы ухватились за два противоположных края фуллерена и начали его растягивать. Если откуда‐то будут постоянно поступать атомы углерода, то и получим такую трубу, цилиндр с округлыми краями. Получены нанотрубки, чья длина превышает диаметр в 132 тысячи раз.