Марк Медовник - Жидкости

Но кровь может быть заражена инфекциями, такими как ВИЧ или гепатит, так что она способна не только исцелить, но и нанести вред. Значит, мы должны всегда учитывать ее двойственный характер (это верно и для всех других жидкостей). Важный вопрос не в том, можем ли мы доверять какой-то конкретной жидкости, хороша она или дурна, полезна или ядовита, вкусна или отвратительна; скорее в том, достаточно ли хорошо мы понимаем ее, чтобы использовать ее в своих интересах.

Нет лучшего способа проиллюстрировать мощь и радость от управления жидкостями, чем рассмотреть подробно те из них, с которыми мы имеем дело во время полета на самолете. Поэтому в книге речь пойдет о трансатлантическом перелете и всех тех странных и чудесных жидкостях, которые были в нем задействованы. Сам я летел потому, что умудрился не взорвать себя во время работы над диссертацией, но продолжил заниматься материаловедением и со временем стал директором Производственного института (Institute of Making) при Университетском колледже в Лондоне. Наши исследования посвящены, в частности, тому, как жидкости могут притворяться твердыми телами. Например, битумная основа, из которой делаются дороги, как и арахисовая паста, жидкость, хотя и твердая на вид. В связи с нашими исследованиями мы получаем немало приглашений на конференции по всему миру, куда приходится путешествовать на самолетах, и эта книга — рассказ об одном таком перелете из Лондона в Сан-Франциско.

Полет наш описан в книге языком молекул, сердечного ритма и океанских волн. Моя цель — раскрыть загадочные свойства жидкостей и показать, как мы научились полагаться на них. Маршрут наш пройдет над вулканами Исландии, замерзшими просторами Гренландии, россыпью озер вокруг Гудзонова залива, а затем повернет на юг вдоль побережья Тихого океана. Это достаточно разнообразный фон, чтобы поговорить о жидкостях в разных масштабах — от океанов до капелек в облаках, — рассмотрев параллельно занятные жидкие кристаллы в бортовой мультимедийной аппаратуре, напитки, предлагаемые стюардами авиалинии, и, конечно, авиационное топливо, которое позволяет удерживать самолет в стратосфере.

В каждой главе я рассматриваю отдельную часть полета и свойства жидкостей, которые сделали его возможным: в частности, их способности воспламеняться, растворяться или бродить и т. п. Я показываю, как капиллярное впитывание (поднятие), каплеобразование, вязкость, растворимость, давление, поверхностное натяжение и многие другие странные свойства жидкостей позволяют нам летать вокруг земного шара. Параллельно я рассказываю, почему жидкости текут вверх по стволу дерева, но вниз по склону холма; почему нефть липкая, как волны умудряются проходить такие расстояния, почему одежда сохнет, как жидкости могут быть кристаллами, как не отравиться при изготовлении самогона… и, возможно, главное: как приготовить чашку идеального чая. Так что приглашаю вас в этот перелет вместе со мной и обещаю необычное и чудесное путешествие.

Как только двери самолета закрылись и мы отъехали от зоны посадки аэропорта Хитроу, голос в динамиках объявил о начале предполетного инструктажа по безопасности.

— Добрый день, дамы и господа, мы приветствуем вас на борту нашего лайнера British Airlines, отправляющегося рейсом в Сан-Франциско. Перед отправлением просим вашего внимания. Наш экипаж в салоне расскажет о том, что важно знать о безопасности на борту нашего воздушного судна.

Меня всегда смущает такое начало полета. Я убежден, что это фальшивка и предполетный инструктаж не имеет на самом деле никакого отношения к безопасности. Во-первых, в нем никогда не упоминаются десятки тысяч литров авиационного топлива на борту. Именно громадное количество энергии, заключенное в этой жидкости, позволяет нам летать; именно ее пламенная природа придает реактивным двигателям лайнера мощь и способность (в нашем случае) взять четыреста пассажиров в 250-тонном самолете, стоящем на полосе, и за несколько минут разогнать всё это до крейсерской скорости 900 км/ч и поднять на высоту 12 000 м. Потрясающая мощь этой жидкости питает самые безумные наши мечты. Она позволяет нам взмывать над облаками и достигать любой точки земного шара за несколько часов. Именно это вещество доставило первого космонавта планеты Юрия Гагарина на ракете в космос, и именно на нем работают ракеты последнего поколения компании SpaceX, которые выбрасывают спутники за пределы атмосферы. Это вещество называется керосин.

Керосин — прозрачная бесцветная жидкость, которая выглядит в точности как вода, и это сбивает с толку. Где же в ней вся эта скрытая энергия и мощь? Почему присутствие в этой жидкости громадного количества нерастраченной энергии не делает ее на вид, скажем, более густой и опасной? И почему ее никогда не упоминают во время предполетного инструктажа по безопасности?

Структура углеводородной молекулы керосина

Если включить увеличение и взглянуть на керосин на атомном уровне, то можно увидеть, что по структуре его молекула напоминает спагетти. Основа, «хребет» каждой нити состоит из атомов углерода, соединенных в цепочку, где каждый атом связан со следующим. К каждому атому углерода прикреплены два атома водорода (только на концах молекулы — по три). В таком масштабе отличить керосин от воды нетрудно. Вода не имеет нитевидной структуры, это скорее хаотичное скопление маленьких V-образных молекул (один атом кислорода связан с двумя атомами водорода, H 2O). В таком масштабе керосин больше похож на оливковое масло, которое тоже состоит из спутанных нитевидных молекул на основе углерода. Но если в керосине нити больше напоминают спагетти, то в оливковом масле они ветвистые и перекрученные.

Поскольку молекулы оливкового масла имеют более сложную форму, чем молекулы керосина, им сложнее протискиваться друг мимо друга, поэтому и течь этой жидкости труднее — иными словами, оливковое масло отличается большей вязкостью, чем керосин. То и другое — масло, и на атомном уровне они выглядят похоже, но из-за структурных различий оливковое масло густое, а керосин льется совсем как вода. Это различие определяет не только вязкость этих масел, но и степень их воспламеняемости.

Персидский врач и алхимик ар-Рази в IX в. написал об открытии керосина в своей «Книге тайн». Он заинтересовался естественными источниками в своем регионе, из которых текла не вода, а густая черная едкая жидкость. В те времена это похожее на гудрон вещество брали из источников и использовали на дорогах, преимущественно как покрытие. Чтобы проанализировать черное земляное масло, ар-Рази разработал особые химические процедуры, которые мы сегодня называем перегонкой. Он нагревал масло и собирал газы, которые из него выделялись. Затем он вновь охлаждал их, после чего они превращались обратно в жидкость. Первые жидкости, которые он выделил таким образом, были желтыми и маслянистыми, но после многократной перегонки они становились светлым, прозрачным и свободнотекущим веществом. Так ар-Рази открыл керосин.