Вернер Гильде - Зеркальный мир

• Название: Зеркальный мир
• Автор: Вернер Гильде
• Издательство: МИР
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1982

Крупный ученый из ГДР в живой и увлекательной форме знакомит читателей с одним из фундаментальных понятий современного естествознания - симметрией. Рассматриваются ее основные виды, проявления в природе и использование в науке, технике и повседневной жизни. Для широкого круга читателей.

---

Венеция была первой страной (в те времена она имела статус самостоятельного государства), которая стала выдавать патенты на изобретения. В 1507 г. братья Данзало дель Галло получили патент на изготовление хрустальных зеркал. Сегодня на рынке антиквариата венецианские зеркала являются драгоценностью. В те времена под стеклянную пластинку подкладывалась тонкая оловянная фольга (олово легко прокатывается на валках). На фольгу выливалась ртуть, которая образовывала с оловом амальгаму. Так как пары ртути очень ядовиты, этот способ давным-давно запрещен и заменен серебрением.

В прямоугольном угловом зеркале (при угле между зеркалами 90°) положения 'правое' и 'левое' сохраняются

С давних пор сохранился прием защиты тонкого металлического слоя лаковым покрытием. Сегодня листовое стекло движется по конвейру, где на его поверхность последовательно наносится из пульверизаторов раствор соли серебра и восстановитель, который осаждает из раствора чистое серебро в тонкодисперсной (коллоидальной) форме; после этого на тонкий слой серебра наносится слой меди, защищающий пленку серебра, и в заключение оба металла покрываются лаком. Конвейерная лента движется со скоростью около 2,5 м/мин. Месячная продукция такого агрегата около 40 000 м2 зеркала. Если какой-нибудь слишком «сообразительный» читатель вознамерится соскоблить серебро с большого настенного зеркала на украшение жене или приятельнице, то ему нелишне знать, что слой серебра на зеркале столь тонок, что «овчинка выделки не стоит». На 1 м2 поверхности зеркала осаждается меньше 1 г серебра.

Изготовление стекла считалось прежде большим искусством. Дошел рассказ, что во времена римского императора Тиберия (42 г. до н. э.) некто открыл небьющееся стекло. Тиберий приказал казнить этого человека, чтобы его открытие не привело к обесцениванию стекла. Сегодня изобретатели, работающие в области стеклянной индустрии, могут не опасаться подобной участи. Напротив, все усилия сводятся к тому, чтобы сделать стекло возможно дешевле.

Среди твердых веществ неорганического происхождения (камень, металл) стекло занимает особое место. Строго говоря, отдельные свойства стекла сближают его с жидкостью. Большинство веществ в твердом и жидком состоянии ведут себя по-разному. Проще всего понаблюдать за водой и льдом. Вода находится в капельно-жидком виде. Ровно при 0°С чистая вода начинает кристаллизоваться. Температура затвердения сохраняется нулевой, пока вся вода не превратится в лед. Даже в Заполярье при морозе - 50° С вода подо льдом сохраняет температуру 0°С. Только когда исчезнет вся вода, лед можно охлаждать дальше. Лед как твердое тело имеет кристаллическую структуру. Внутри его маленьких участков, кристаллов, мы обнаруживаем отчетливую симметрию. Эта симметрия распознается на рентгеновских снимках (рентгенограммах).

Угловое зеркало, в котором угол в 90° между зеркалами меняет местами верх и низ

Другое дело стекло. В нем не найти кристаллов. Не существует в нем и резкого перехода при какой-то определенной температуре от жидкого состояния к твердому (или обратно). Расплавленное стекло (стекломасса) в большом интервале температур остается твердым. Если мы примем вязкость воды за 1, то вязкость расплавленного стекла при 1400°С составляет 13 500. Если охладить стекло до 1000°С, оно станет тягучим и в 2 млн. раз более вязким, чем вода. (Например, нагруженная стеклянная трубка или лист со временем прогибаются.) При еще более низкой температуре стекло превращается в жидкость с бесконечно высокой вязкостью.

Главная составляющая стекол - диоксид кремния, или кремнезем, - SiO2. В наиболее чистом виде он представлен в природе белым кварцевым песком. Диоксид кремния кристаллизуется при переходе от расплава к твердому состоянию сравнительно постепенно. Кварцевый расплав можно охладить ниже его температуры затвердения, и он при этом не станет твердым. Существует немало и других жидкостей и растворов, которые также можно переохладить. Но только кварц поддается переохлаждению настолько, что теряет способность к образованию кристаллов. Диоксид кремния остается тогда «свободным от кристаллов», то есть «жидкообразным».

Перерабатывать чистый кварц было бы слишком дорого, прежде всего из-за его сравнительно высокой температуры плавления. Потому технические стекла содержат лишь от 50 до 80% диоксида кремния. Для понижения точки плавления в состав таких стекол вводятся добавки оксида натрия, глинозема и извести. Получения определенных свойств достигают добавками еще некоторых химических веществ. Знаменитое свинцовое стекло, которое тщательно шлифуется при изготовлении чаш или ваз, обязано своим блеском присутствию в нем около 18% свинца.

Стекло для зеркал содержит преимущественно дешевые компоненты, снижающие температуру плавления. В больших ваннах (как называют их стекловары), вмещающих более 1000 т стекла, сначала расплавляют легкоплавкие вещества. Расплавленная сода и другие химические вещества растворяют кварц (как вода поваренную соль). Таким простым средством удается перевести диоксид кремния в жидкое состояние уже при температуре около 1000° С (хотя в чистом виде он начинает плавиться лишь при гораздо более высоких температурах). К большой досаде стекловаров из стекломассы выделяются газы. При 1000°С расплав еще слишком вязок для свободного выхода газовых пузырьков. Для дегазации его следует довести до температуры 1400-1600°С. Столь высоких температур достигают в так называемых регенеративных стекловаренных печах, изобретенных в 1856 г. Фридрихом Сименсом. В них отработанные газы подогревают камеры предварительного нагрева, облицованные огнеупорными материалами. Как только эти камеры достаточно раскалятся, в них подают горючие газы и необходимый для их сгорания воздух. Возникающие при горении газы равномерно перемешивают расплавленное стекло, иначе перемешать тысячу тонн вязкого расплава было бы далеко не просто.

Современная стекловаренная печь - это печь непрерывного действия. С одной стороны в нее подаются исходные вещества, которые благодаря легкому наклону пода движутся, постепенно превращаясь в расплавленное стекло, к противоположной стороне (расстояние между стенками печи около 50 м). Там точно отмеренная порция готового стекла поступает на охлаждаемые валки. На всю длину стометрового участка охлаждения тянется стеклянная лента шириной в несколько метров. В конце этого участка машины режут ее на листы нужного формата и размера для зеркал или оконного стекла.

Известна твердость стекла (в немецком языке существует даже выражение «твердый как стекло»). В поэме Пушкина «Евгений Онегин» влюбленная Татьяна вырезает на оконном стекле дорогое имя алмазиком кольца (По-видимому, автор знаком с произведением Пушкина по переводу. В оригинале Татьяна «прелестным пальчиком писала на затуманенном стекле». - Прим, перев). Сегодня «алмазы» для резки стекла делаются из синтетических камней или твердых сплавов. Стекло отличает и изрядная прочность на сжатие. Это его свойство используется при создании витражей, декоративных перегородок. В противоположность этому прочность стекла на растяжение ничтожна. Новинкой являются сегодня стекла повышенной прочности. Наряду с другими областями применения их используют для трубопроводов в химической промышленности. Для зеркала важна и прозрачность. Нормальное стекло пропускает от 70 до 90% видимого света. Прозрачность стекла остается непременным условием при изготовлении хороших зеркал. Для ультрафиолетового света (≈ 1015-1016 Гц) стекло не прозрачно. В первые весенние дни, когда еще холодно, но солнце начинает пригревать, находятся фанатичные любители загара, которые усаживаются у окон, подставив лицо солнечным лучам. Но все их старания тщетны, если в рамы не вставлены специальные стекла, прозрачные для ультрафиолетовых лучей.

Тем, у кого в квартире несколько зеркал, наверное, приходилось замечать, что качество у них различное. Прежде всего, хорошее зеркало не должно иметь свилей, искажающих изображение. Подобные свили возникают вследствие неполного расплавления стекла или неравномерного остывания.

Блеск зеркала можно улучшить как за счет состава стекла, так и путем тщательной обработки поверхности (шлифовки и полировки).

И все-таки это удивительно: как Нарцисс в древности, лежа на берегу озера, любовался своим отражением в воде, так и мы, современные люди, глядимся в зеркала, которые по существу представляют собой «жидкость»!