Нгуэн-Ким Май Тхи - Комично, как все химично! [Почему не стоит бояться фтора в зубной пасте, тефлона на сковороде, и думать о том, что телефон на зарядке взорвется]

Если вы читаете эту книгу с электронного ридера или планшета, в этот момент сталкиваетесь с неорганической химией. Приставка «не-» дает понять, что этот раздел химии занимается всем, что не является углеродом. Казалось бы, всего этого много, если смотреть на периодическую систему, но в природе, на первый взгляд, – не так чтобы очень; прежде всего это соли, минералы и металлы. Кто-то из органиков может пренебрежительно заметить, что неорганик только камнями и занимается. Но камни – это, во-первых, не так уж и скучно, а во-вторых, неорганическая химия – это намного больше, чем камни, и вообще это классная вещь. На ней, в частности, основаны все технические гаджеты. Смартфон, например, – это вообще шедевр неорганической химии. И если немного разбираться в неорганике, можно, например, узнать, как продлить жизнь аккумулятора мобильника, и уже ради одного этого стоит ближе познакомиться с химией мобильников, не правда ли?

Смартфон состоит более чем из 70 различных элементов. Углерод там тоже присутствует, но мобильник столь примечателен главным образом благодаря металлам. Так, в его микроэлектронике используется пара сотен миллиграмм серебра и около 30 мг золота. Экран пронизан тончайшей сеткой из нитей оксида индия-олова – именно эти нити регистрируют проводящую способность наших пальцев, обеспечивая тот самый touch – прикосновение пальцев к экрану.

Но что делает смартфоны действительно smart (умными) приборами, так это особая группа благородных металлов, которые называют редкоземельными, или, как еще говорят, редкие земли. В периодической системе вы найдете их в побочных группах. К ним относятся скандий (Sc), иттрий (Y) и еще целый ряд, который объединен под общим названием лантаноиды. Как правило, они вместе с актиноидами указываются под таблицей периодической системы, иначе она разрослась бы в ширину.

Редкие земли сразу обращают на себя внимание эффектными названиями. Тербий (Tb), празеодим (Pr), иттрий (Y), гадолиний (Gd), европий (Eu)… Именно благодаря им светящиеся краски дисплея позволяют выставлять вам свои фото в «Инстаграм» в лучшем свете. Неодим (Nd) и диспрозий (Dy) из обычных магнитов делают супермагниты, используемые в динамиках и микрофонах. Эти два редкоземельных металла применяются и в устройствах виброзвонков в мобильных телефонах.

В энергосберегающих лампах редкие земли обеспечивают естественный свет; они применяются также в зеленых технологиях – например, в солнечных батареях и ветрогенераторах. Для результата достаточно уже самого малого количества этих благородных металлов, поэтому их прозвали металлами-специями. (Что, конечно же, обидно для натрия, поскольку он, будучи металлом и одновременно составной частью поваренной соли, больше заслуживает право зваться металлом-специей!)

Несмотря на некоторые экологически восполняемые области применения, добыча редкоземельных металлов далеко не экологична, хотя они вовсе не так редки, как можно предположить по их названию. Они довольно часто встречаются в земной коре, но в составе горных пород, поэтому добывать их дорого и энергозатратно, к тому же нередко добыча происходит при несправедливых условиях труда. Самые крупные запасы редкоземельных металлов залегают в Китае, на некоторые из них имеется даже что-то вроде монополии, а это огромное конкурентное преимущество во времена высоких технологий. Во времена, когда я вынуждена покидать собственную квартиру, если у меня отрубился Wi-Fi.

Чем больше мобильных устройств мы покупаем, тем дороже становятся редкоземельные металлы. При этом реклама и мобильные операторы соблазняют нас, пользователей, как можно чаще заменять свой смартфон новой моделью. Если мы не начнем использовать наши приборы дольше и не будем разумнее их утилизировать, скоро столкнемся с проблемой. Да, пластиковые отходы – не единственная экологическая проблема современного общества. И, разумеется, большинство мобильников и планшетов делают так, что их очень трудно починить самостоятельно. Состарившийся аккумулятор или трещина на экране – и вот уже многие пользователи считают это поводом побаловать себя новым гаджетом. (Конечно, прибор можно отдать куда-нибудь в ремонт, но как же обойтись без смартфона дольше одного дня?)

Впрочем, экраны мобильников так легко выходят из строя не по коварному замыслу производителей. На самом деле они очень даже прочные и вообще представляют собой маленькое химическое чудо. Ведь здесь мы имеем дело не с обычным стеклом, а с Gorilla Glass® – технологией, используемой в большинстве гаджетов. Для производства стекла, носящего столь впечатляющее название, берут алюмосиликатное стекло, состоящее из атомов кремния, алюминия и кислорода, которые вместе составляют трехмерный каркас. Он заряжен отрицательно, что уравновешивается положительно заряженными ионами натрия, сидящими в зазорах структурной сетки – каркаса. Но пока что это не Gorilla Glass; еще нужно опустить это алюмосиликатное стекло в горячий солевой раствор, содержащий положительно заряженные ионы калия.

С калием мы знакомы по калийным солям, используемым при производстве мыла. Сверимся с периодической системой: калий (К) идет сразу за натрием (Na), точнее, он располагается ниже по группе. Это тоже так называемый щелочнойметалл. Как и у натрия, у калия положительно заряженный ион (вспомните правило октета), только он куда больше иона натрия.

Что это значит для нашего Gorilla Glass? Когда алюмосиликатное стекло опускают в горячий раствор калийной соли, ионы калия, которые намного крупнее ионов натрия, вытесняют последние из зазоров силикатного каркаса и протискиваются на их место. Высокая температура и вообще более быстрое движение всех частиц облегчают этот обмен, больше похожий на рейдерский захват. Когда потом все это охлаждают, остается стекло с несколько измененной химической структурой. В этой структуре засели ионы чуть толще (ионы калия), и зазоры там чуть поменьше. В результате получается усиленная компрессия и более прочный материал – Gorilla Glass.

Но почему же все-таки дисплеи мобильников часто разбиваются? Вообще-то обычное стекло билось бы еще чаще. Выдержит ли дисплей мобильника падение, зависит от того, насколько сильную встряску получило стекло. Если смартфон упал на пол плашмя или близко к тому, вполне возможно, ничего особенного не произойдет, потому что удар придется на большую поверхность. Из главы 5, где речь шла о давлении воздуха, мы знаем: давление – это сила, действующая на поверхность, и чем меньше поверхность удара, тем больше давление. Когда мобильник падает лишь уголком дисплея, получается особенно громкий «бумс!», и в таких случаях экран разбит практически всегда.