Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд Страница 37

Износ и выгорание

Изношенность – понятие растяжимое. Например, изношенными можно назвать туфли, подошвы которых разрушились от трения. Каждый раз, когда вы поскальзываетесь в них, вы стираете несколько слоев атомов, и в какой-то момент у вас ничего не остается. Изгибание кожаного верха туфель похоже на сгибание и разгибание скрепки для бумаги, хотя благодаря наличию коллагенов (протеинов) кожа более упруга и может выдержать тысячи сморщиваний, прежде чем разрушится. Разумеется, живая кожа животного еще эластичнее, но выделанная гораздо более долговечна, поскольку в процессе дубления из нее удаляется вода и создаются прочные взаимосвязи между молекулами протеина – вроде тех перекрестных связей, которые мы видим в вулканизированной резине [134]. Мы чистим обувь, чтобы смазать волокна коллагена и придать им эластичность и мягкость (разумеется, при этом мы не забываем и о блеске обуви, а также защите от влаги). Но к обуви мы еще вернемся в главе 18.

Выгорание

Когда кожаные ботинки полностью изнашиваются, это означает, что мы довели составляющие их материалы до точки разрушения. Но, чтобы расстаться с любимым платьем или рубашкой, не обязательно дожидаться появления дыр. Возможно, вас начнут раздражать их потрепанный вид или выгоревшие краски. Почему же выгорает текстиль? Обычно причина в том, что текстиль в большинстве случаев окрашен (путем добавления химических веществ в волокна ткани). Солнечный свет обесцвечивает вещи прежде всего потому, что он содержит ультрафиолет (тот самый высокочастотный свет, который дарит нам загар). Когда ультрафиолет попадает на молекулы красителей, он вызывает процесс фотодеградации: молекулы перестраиваются в другую структуру, которая уже не отражает свет так же, как раньше. Вы наверняка замечали, что чеки из магазинов (и факсы) быстро бледнеют на солнечном свете. Они печатаются не чернилами, а термочувствительными химикатами (лейкосоединениями), которые бывают двух типов: бесцветными и цветными. Когда термопринтер проводит нагретой печатной головкой по термочувствительной бумаге, возникают значки и буквы, потому что лейкосоединения трансформируются из бесцветной формы в черную. Ультрафиолет вновь заставляет лейкомолекулы перестраивать порядок, обесцвечивая напечатанный текст [135].

Пластмассы тоже фотодеградируют, причем быстро и сильно. Когда лондонский стадион Уэмбли реконструировали за очень большие деньги, там было установлено около 27 000 ярко-красных кресел. Но очень скоро 17 000 из них вылиняли до розового цвета [136]. Вы, наверное, уже замечали, что белый пластик со временем мутнеет или даже приобретает отвратительный желтоватый оттенок. В этом опять-таки виновата фотодеградация. Через прозрачный пластик (вроде того, что используется в бутылках для питьевой воды) световые волны проходят практически без изменений. Когда молекулы пластика желтеют, они могут пропускать только часть видимого спектра, поглощая остальное. При этом пропускаемый ими свет в основном относится к красному и зеленому спектрам, поэтому старая пластмасса приобретает желтый оттенок. Вдобавок такая пластмасса становится очень хрупкой и легко разрушается. Процесс разложения пластика неприятен, но это один из лучших способов его уничтожения в природных условиях. Если бы не было естественных явлений, таких как фотодеградация, пластмассы окружали бы нас всегда и всюду.

Не все материалы разрушаются под действием физических законов. С некоторыми это происходит в результате химических или биологических процессов. Когда ваша машина начинает ржаветь, а со временем и разваливается на куски, то это происходит под влиянием химических явлений. Там, где содрана краска, происходит контакт стального корпуса с атмосферным кислородом и водой. В результате появляется окись железа, более известная как ржавчина. В отличие от крепкого и прочного железа, его диоксид – порошкообразное вещество. Так что ржавчина ослабляет металлические изделия, изготовленные из железа и стали. Как мы видели в главе 7, добавление хрома в железо создает на нем защитную «пленку» из оксида хрома, которая защищает атомы железа от атак кислорода и воды, оберегая их (хотя и не полностью) от ржавления. Краска выполняет ту же функцию. В детстве я думал, что люди красят машины для того, чтобы они красивее выглядели. Но это достоинство автокрасок случайно. Главное их предназначение – предохранять корпус и другие металлические детали от коррозии. Алюминиевые корпуса машин и судов не нуждаются в покраске. Вокруг этого металла сам собой образуется защитный слой оксида алюминия, придавая ему блеск.

Гниение сродни ржавлению. Но его вызывают микроорганизмы, которые поражают прежде всего дерево, а не металл. Решение здесь такое же, как и для металлических поверхностей: создать барьер между деревом и наполненным этими микроорганизмами воздухом. Но здесь нас подстерегает другая проблема. Покрасьте оконные рамы, и вскоре вам придется беспокоиться не о целостности дерева, а о целостности красочного покрытия. Оно «дышит», расширяется и сужается в зависимости от температуры воздуха. В результате в нем возникают трещины, оно отслаивается и отсоединяется от дерева, снова делая его беззащитным. Для защиты деревянных сооружений применяется креозот – угольная смола, включающая в себя около 100 различных элементов и работающая по иному принципу. Он защищает дерево изнутри, а не снаружи. Креозот крайне токсичен для любых микроорганизмов (бактерий, грибков) и насекомых, живущих в дереве. Именно поэтому им покрывают деревянные заборы и телеграфные столбы. Проблема креозота в том, что он опасен для окружающей среды. Он не только токсичен, но и канцерогенен [137]. Так что, решая с его помощью одну проблему, вы можете заполучить другую.

Деревья могут раскачиваться на ветру сотни лет, а оконные рамы служат несколько десятилетий. Почему живое дерево не гниет гораздо дольше, чем изделия из «мертвого» дерева, вроде дверей и оконных рам? Дело в том, что живое дерево защищает кора, которая богата смолами и воздействует на жучков и насекомых подобно креозоту. Поэтому, например, в Лапландии кора березы традиционно используется при изготовлении водоотталкивающей одежды и обуви [138]. Целлюлоза в дереве (базовый материал, из которого оно состоит) и лигнин (сложный полимер в стенках клеток растений) вместе создают очень плотную субстанцию, которая предотвращает проникновение в дерево воды и живущих в ней микроорганизмов. Незащищенная древесина в деревянных сооружениях обычно более влажная и теплая – это-то и нужно различным грибкам для буйного пиршества.