Читать книгу "Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд"

То же происходит и в электрохромных окнах – своеобразном очень тонком аналоге аккумуляторной батареи (между двумя листами стекла расположено три слоя активного химического вещества). Получается что-то вроде многослойного бутерброда. Два листа стекла выполняют функции положительного и отрицательного электродов. Три слоя в середине «бутерброда» устроены так: верхний – источник ионов лития, средний – электролит, который проводит ионы, а нижний – кристаллизованный оксид вольфрама, хорошо поглощающий ионы. Когда стекло работает в нормальном режиме, позволяя свету проходить сквозь него, ионы расположены в верхнем слое. Когда вы хотите затемнить окно и сделать его непрозрачным, вы поворачиваете выключатель. Под действием электрического поля ионы из первого слоя сквозь электролит начинают поступать в кристаллы оксида вольфрама и удерживаются ими. В результате стекло резко темнеет, свет сквозь него уже не проходит. Если пустить ток в обратном направлении, ионы начнут возвращаться в первый слой «бутерброда», и стекло снова станет прозрачным[116].

Черное и белое

Будучи подростками, я и мои ровесники мечтали об одной крутой штуке: фотохромных очках, стекла которых автоматически темнели при солнечном свете. Телереклама подобна гравитации: отрицать ее трудно, хотя и возможно. И вот когда я наконец купил такие очки на последние карманные деньги, то был весьма разочарован: они очень быстро темнели, но требовалось очень много времени на то, чтобы стекла опять посветлели. Хуже того, они не совсем нормально работали в закрытом пространстве (например, в машине) и по неведомой мне причине становились очень темными в холодные дни. К счастью, наука меня редко так разочаровывает, даже если практическое применение ее достижений оказывается неудачным.

Вы, видимо, знаете, что старомодная фотопленка (та, что продавалась в круглых черных коробочках и требовала проявки) работает на принципе использования галоидного серебра (простые химические соединения серебра), которое содержится в пластмассе. Когда свет попадает на пленку, галиды серебра превращаются в микроскопические кусочки серебра, затемняя участки, на которые падают лучи. Именно поэтому фотографический негатив «обратен» изображению. На нем светлые участки выглядят темными и наоборот. Опустите негатив в специальный химический состав, пропустите через него свет на специальную фотобумагу – и вы получите старомодную фотографию с использованием технологии, которую применял еще Уильям Талбот (известный английский физик и химик, 1800–1877) в XIX веке.

Кто изобрел фотохромное стекло?

Фотохромные очки работают по тому же принципу. В первых образцах использовалось настоящее стекло (не пластик), и изобретены они Уильямом Армистедом и Дональдом Стуки из компании Corning Glass в 1962 году[117]. Как и фотопленка, стекло содержало кристаллы галоидного серебра (примерно 0,1 % по массе), которые темнеют под воздействием света и светлеют в темноте. Почему так происходит? Ультрафиолет в солнечном свете вызывает химическую реакцию, которая превращает частички прозрачного галида серебра в непрозрачные кристаллы галоидного серебра, которые заставляют стекло темнеть (но не делают его непрозрачным) за минуту-другую. Если заглянуть в очках из такого стекла в темное помещение, где нет ультрафиолета, химическая реакция пойдет в обратном направлении и стекла очков посветлеют.

В современных фотохромных линзах (продающихся под названием Transitions) серебро и стекло не используются. Они изготавливаются на основе сложных пластмасс, называемых нафтопиранами (полиметилметакрилат), которые меняют структуру под воздействием ультрафиолета. В помещении их структура поглощает относительно мало света. На улице все иначе: ультрафиолет меняет их структуру так, что она поглощает значительно больше видимого света, затемняя линзы. На атомарном уровне множество молекул одновременно задерживает солнечный свет примерно так же, как ставни, закрывающие окна. Уберите ультрафиолетовое излучение – и молекулы пластика вернутся в первоначальную форму, открыв «ставни» перед вашими глазами.

Проблема фотохромных линз (стеклянных или пластиковых – не важно) в том, что работать их заставляет ультрафиолет. В солнечный день на улице его много, а через простое стекло в закрытое пространство его проникает мало. В автомашине или поезде оно почти отсутствует. И в помещениях фотохромные стекла очков почти не темнеют. Именно поэтому они почти бесполезны при вождении.

Глава 9. Продавленные диваны, скрипящие полы

Из этой главы вы узнаете…

Что объединяет старое нижнее белье и крем против морщин.

Почему иногда стакан не разбивается, падая на пол.

Почему начищенные ботинки служат дольше.

Какие вещества может предложить вам наука, чтобы легче было делить шоколад на кусочки.

У известной певицы Джанет Джексон во время суперконцерта на Суперкубке в 2004 году в Хьюстоне произошел инцидент с одеждой, и публика секунду созерцала ее грудь. Этот случай стал темой миллионов заголовков, но в конце концов был признан «неувязкой с гардеробом». Нас окружают вещи и материалы, которые могут неожиданно подвести. Сколько мужчин по утрам скребут щетину безопасной бритвой, проклиная сам факт, что нержавеющая сталь может так затупляться? Сколько полов в мире заскрипело, затрещало или застонало с того момента, как вы начали читать это предложение? А может, вы сами сейчас вертитесь в кресле, удивляясь тому, что оно стало продавленным и не пружинистым (а ведь когда-то было таким удобным!). Все это указывает на то, что совершенных материалов не существует и даже прочные вещи из металла не могут служить вечно.

Но и это не все. Материалы часто подводят нас в самый неподходящий момент. Неожиданные прокол шины или несработавшие тормоза не обязательно доведут до беды, но, когда происходит разрыв обшивки фюзеляжа самолета, летящего на высоте 10 000 м, у его пассажиров мало шансов выжить. В начале 1950-х много шума было из-за семи катастроф первых пассажирских коммерческих реактивных самолетов Havilland Comet. В итоге выяснилось, что причиной стала излишняя напряженность металла вокруг окон кабины и салона. Легко представить себе, как кусок бумаги – тонкий слой высушенных древесных волокон – рвется в ваших руках на две части. Гораздо труднее определить, почему такие прочные материалы, как сталь, разрушаются неожиданно и безо всякой видимой причины или почему ваши любимые домашние шорты со смешными рисунками из мультика про Симпсонов через год обвисают и теряют приличный вид.