Из чего всё сделано? Рассказы о веществе

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

Печём кирпичи

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.

Почему цемент надо держать сухим

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

Сияющий камень в метро

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.

И высочайший гений не прибавит Единой мысли к тем, что мрамор сам Таит в избытке, — и лишь это нам Рука, послушная рассудку, явит.

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 мы топчем?

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.