XI.3. Стекло, которое не боится огня

Вот уже пятьдесят веков, как люди делают стеклянные вещи. Подумать только, сколько их было сделано за это время! А до нас дошло очень немного старинных кубков, кувшинов, чаш. Стекло не гниет, как дерево. Не ржавеет, как железо. Не рассыпается от времени в пыль, как камень. Так куда же девалось старинное стекло, что стало с ним? Оно погибло. Стекло могло бы быть необычайно долголетним, почти вечным, если бы у него не было двух недостатков. Первый недостаток — хрупкость. Второй недостаток — «огнебоязнь», если можно так выразиться. О том, как стекло избавляется от своего первого порока, мы уже говорили. Теперь мы скажем о том, как изобрели стекло, не боящееся огня. О стекле Ломоносов когда-то сказал: огонь его родитель. Это верно. Но к этому можно добавить: огонь может быть и убийцей стекла. Стоит, например, стакан поднести близко к огню или поставить его на раскаленную плиту, и он сразу треснет, разрушится. Почему стекло не выносит резкой смены температур? Потому, что оно, как и все другие вещества, расширяется от нагревания. Но происходит это не сразу. Жар плиты прогреет сначала донышко стакана, а его стенки еще не успеют нагреться. Донышко, расширившись, нажмет на стенки, и они не выдержат этого напора и треснут. Такая «огнебоязнь» — большой недостаток. Со стаканами, блюдцами, графинами приходится обращаться очень осторожно, оберегать их от резкой смены лоры и холода. Еще в древнем Риме появилась стеклянная посуда. Она сразу вытеснила всякую иную посуду, стала необходимой принадлежностью столовой. Но перешагнуть порог кухни она тогда не посмела: там она встретилась бы с огнем. С отсутствием стеклянных сковородок можно примириться. Но ведь стеклянная посуда нужна еще химическим лабораториям. А химикам никак не обойтись без огня. Нельзя ли всё же сделать такое стекло, которое не боялось бы огня? Для этого нужно, чтобы стекло очень мало расширялось от нагревания. Тогда оно и не будет трескаться. Как всегда, стеклоделы начали с того, что стали искать виновника — на этот раз виновника расширения. Оказалось, что виновна в этом сода: именно из-за нее стекло при нагревании сильно расширяется. Борная же кислота дает в сто раз меньшее расширение, чем сода. Как только это стало известно, составить новый рецепт стекла — с большой примесью борной кислоты и с очень малой примесью соды — оказалось нетрудным. Такое стекло назвали «пирекс». На вид это стекло трудно отличить от обыкновенного. А расширяется оно в восемь раз меньше, чем обыкновенное стекло. И этого оказалось достаточно, чтобы сделать его прямо-таки волшебным стеклом. Раскаленная лампочка из пирекса не лопнет, если на нее брызнуть холодной водой. Лабораторную колбу с кипятком можно смело опустить в холодную воду, — она это выдержит. Теперь можно кипятить суп в стеклянном котле и жарить бифштекс на стеклянной сковородке. Но не только в кухне и в лаборатории нашло себе место стекло пирекс. Пирекс идет на изоляторы для авиасвечей, которые дают электрическую вспышку, зажигающую горючее в моторе. Своим нижним концом этот изолятор погружен в цилиндр, где происходят вспышки, дающие жар свыше 1000 градусов, а верхняя его часть находится на крышке цилиндра, охлаждаемой водой. В таких невероятно трудных условиях маленький стеклянный изолятор работает сотни часов. После всего сказанного станет понятным, почему именно в пирексовую оболочку заключили американцы небольшую посылку, адресованную... людям 6939 года. История этой «посылки» любопытна. Как известно, от древнего Вавилона, Египта, Рима дошло до нас сравнительно мало вещей, большая часть была разрушена временем. И вот, чтобы сохранить для потомков самые ценные достижения нашего времени, американские ученые решили положить образцы различных полезных предметов в особый цилиндр и зарыть этот цилиндр в землю. Но из чего сделать этот цилиндр? Ведь он должен быть очень прочным. Чтобы сохраниться пять тысячелетий, он должен не бояться ни воды, ни огня. Ученые решили сделать цилиндр двойным: внешний цилиндр сделали из нержавеющего металла, а внутренний — из стекла пирекс. И в этом стеклянном цилиндре находится целый крошечный музей: энциклопедия, карты и книги, напечатанные на кинопленке, которую можно прочесть под микроскопом (он также сюда вложен), крошечное звуковое кино, патефон с пластинками, электрическая лампочка, бритва и много-много других вещей. Двадцать второго сентября 1939 года цилиндр торжественно зарыли в землю на глубину пятнадцати метров. Во всех больших музеях и библиотеках будет находиться вырезанный на металле точный план местонахождения этой посылки. Предполагается, что через пять тысяч лет будущие историки достанут адресованную им посылку и по ней узнают о нашем времени. Как ни замечательны свойства пирекса, но его ближайший родственник — кварцевое стекло — еще удивительнее. Мы уже знаем, что это стекло прозрачно для ультрафиолетовых лучей. Но это совсем не самое важное его свойство. Кварцевое стекло замечательно, например, тем, что оно от нагревания расширяется меньше, чем любое другое вещество. Медный телефонный провод между Ленинградом и Москвой в жаркое лето становится длиннее почти на 700 метров. А если бы он был сделан из кварцевого стекла, то он растянулся бы всего на 5 метров. Раскаленную докрасна кварцевую колбу можно бросить в ледяную воду: она не лопнет. Можно один ее конец держать на огне, а другой конец опустить в лед: раздастся шипенье, взметнутся клубы пара, но на колбе не появится ни одной трещины. Такого испытания даже пирекс не выдержал бы. Надо прибавить еще, что кварцевое стекло необычайно прочно. Это стекло помогло людям заглянуть в таинственные глубины океана. Дно Марианской впадины — более 11 км — наибольшая глубина, на которую опускался человек под воду. В иллюминаторы подводного аппарата были вставлены кварцевые стекла. На такой глубине вода давит с чудовищной силой. Малейшая трещинка — и вода как снаряд из пушки ворвалась бы в аппарат. Этого не случилось: стекло выдержало огромное давление воды. Через кварцевое стекло ученые увидели то, чего никогда не видел до него ни один человек: необычайные краски подводного царства, причудливых рыб с собственными «электрическими фонариками», бесконечно разнообразные существа — не то цветы, не то животные. Стекло из кварца обладает многими действительно замечательными свойствами, но оно имеет один серьезный недостаток: изделия из кварца очень трудно изготовлять. Высокая температура плавления (даже при 2000° Цельсия кварцевые стекла еще очень густые) не позволяет получать кварцевое стекло обычными способами. Если бы кварц плавили в обычных стекловаренных печах и горшках, то и горшок и сама печь начали бы размягчаться и расплавляться раньше, чем кварц. Поэтому для плавления кварца применяются совсем особые, электрические печи. В этих печах через середину проходит стержень из графита. Когда через графитовый стержень пропускают электрический ток, он накаляется до 2000° Цельсия. Кварцевый песок, который насыпают в печь, плавится только около графитового стержня, а около стенок остается совсем твердым и служит как бы горшком для стекла. После того как кварц расплавился, графитовый стержень вынимают и из кварцевого стекла уже потом выдувают нужные изделия, обрабатывая их на специальных горелках. Всё же из такого кварца изделия получаются мутные, а иногда и совсем непрозрачные, похожие больше на фарфор, чем на стекло. Там, где не нужна прозрачность, а только стойкость и прочность, пользуются изделиями из непрозрачного кварца. Но преимущества прозрачного кварцевого стекла настолько очевидны, что, конечно, нельзя было отказаться от мысли научиться получать изделия из кварца такими же совершенными, как и из обычных сортов стекол. Прозрачные изделия из плавленого кварца также научились делать, но это еще труднее, и потому стоят они очень дорого. Поэтому такое кварцевое стекло не может получить сейчас широкого распространения. Вопросом производства изделий из кварцевого стекла заинтересовался академик Илья Васильевич Гребенщиков и его ученики. После многолетнего труда, в результате глубокого, всестороннего изучения химических свойств целого ряда стекол, они научились приготовлять кварцевое стекло очень остроумным способом. Если к кварцевому песку добавить 20% борной кислоты и процентов 5—6 соды, то температура варки такого стекла будет 1500°. Такое стекло варится и формуется, как обычное, и не представляет трудностей. Но, кроме того, оказалось, что оно имеет одно очень важное свойство. Если пластинку из этого стекла положить в соляную кислоту, то довольно быстро борная кислота и сода из стекла перейдут в раствор, и в нем почти ничего, кроме кварца, не останется: вместо стекла получится, так сказать, кварцевый скелет. Это, конечно, уже не совсем стекло, так как в нем имеются поры. Для того чтобы получить совершенно однородное и непроницаемое стекло, обработанное кислотой, изделие нагревают до температуры, при которой оно начинает размягчаться, но еще не меняет своей формы. Тогда кварцевая сетка уплотняется, все поры заполняются и изделие становится совершенно однородным, плотным и прозрачным, только размеры его уменьшаются процентов на двадцать. Таким образом получают сейчас самые замысловатые изделия из почти чистого кварца и совсем не мучаются над их изготовлением.