Читать книгу No kā viss ir izgatavots? Stāsti par vielu - - Страница 4

Tagad mēs zinām, no kā ir veidota Zeme un ko tā satur. Kā mums vajadzētu rīkoties ar šīm neizsakāmajām bagātībām? Ķīmiķi zina atbildi, jo jebkura viela viņiem ir kā bērns.

Visvienkāršākais veids ir paņemt gatavu vielu no dabas un izmantot to savām vajadzībām. Piemēram, parastās smiltis jeb silīcija dioksīds (SiO2) jeb silīcija dioksīds un kvarcs.

Cik daudz lietu var pagatavot no šīs neizskatīgās un visur sastopamās vielas! Un to ir viegli iegūt, jo smiltis nemaz nav dziļi vai pat zemes virspusē. Uzsākot darbu smilšu bedres ekskavatorā, viņš ar kausu paņēma smilšu kaudzi, izgāza to pašizgāzējā un palaida mašīnu ar smiltīm pie tiem, kam tās vajadzīgas.

Visvienkāršākais, ko var darīt ar smiltīm, ir iebērt tās zem topošo ēku pamatiem, uz celiņiem parkos un stadionos un smilšu bedrēs, lai bērni varētu būvēt smilšu pilis. Bet tas ir ļoti vienkārši. Un, strādājot ar smiltīm, var iegūt absolūti apbrīnojamu materiālu, kas savā laikā mainīja civilizācijas seju. Uzminiet, par ko es runāju? Tieši tā – stikls. Vāzes un krūzes, glāzes un pudeles, rotaslietas un spuldzes, lustras un glāzes, logi un dubultstikli – vai varat iedomāties mūsdienu dzīvi bez visa šī stikla krāšņuma?

Lai smiltis pārvērstu par stiklu, ir jāiegulda daudz pūļu un enerģijas burtiskā nozīmē. Smiltis ir jāizkausē, un tās kūst ļoti augstā temperatūrā – vairāk nekā 1700 grādu! Vēl vieglāk ir kausēt dzelzi. Lai izkausētu smiltis līdz šādai temperatūrai krāsnī, ir nepieciešams daudz degvielas (ja krāsns ir gāzes krāsns) vai elektrības (ja krāsns ir elektriskā krāsns). Taču šeit palīgā nāk neliels ķīmisks brīnums. Ja smiltīm pievieno nedaudz sodas (ķīmiķi šo vielu sauc par nātrija karbonātu) un krītu (kalcija karbonātu), kausēšanas temperatūra pazeminās par 700 grādiem. Ar šādu veiksmīgu sastāvdaļu kombināciju smiltis izkusīs, neatgriezeniski zaudēs savu stingro kristālisko struktūru un pārvērtīsies caurspīdīgā, šķidrā masā, kas sacietēs, bet nekad nekļūs kristāliska. Tā ir ķīmija darbībā!

Kā jūs domājat, cik sen cilvēki izdomāja, kā izgatavot stiklu? Nelielus priekšmetus no stikla – krelles, gredzenus, mazus burbuļus – iemācījās izgatavot Senajā Ēģiptē pirms vairākiem tūkstošiem gadu. Tātad viņi jau tolaik zināja tā recepti. Bet lokšņu gludu stiklu pirmo reizi sāka izgatavot 17. gadsimta beigās. Starp citu, pirmo stikla fabriku 1635. gadā netālu no Maskavas uzcēla zviedrs Elīzijs Kolts. Taču pirmās lokšņu glāzes bija nelielas – parastas grāmatas lieluma. Un tās nebija īpaši gludas, jo tolaik atdzisstošo stikla masu vienkārši izveltnēja ar labi noslīpētu baļķi.

Pirmie logu stikli bija neticami dārgi, tāpēc XVII gadsimta beigās un XVIII gadsimta sākumā celtās mājās logi bija mazi. Bagātīgajos namos šīs mazās stikla plāksnītes tika ievietotas šūnveidīgā koka rāmī. Tad logs šķita liels, taču to veidoja vairāki stikla logi koka rāmī. Tieši šādus logus var redzēt Kunstkammeres ēkā Vasiljevskas salā Sanktpēterburgā, kuras būvniecība pēc Pētera I rīkojuma tika sākta 1718. gadā. Stāsta, ka pirms 200 gadiem Francijā tika iekasēts nodoklis no tiem, kam bija stikla logi. Iespējams, tas bija luksusa nodoklis.

Šodien ir pavisam citādi. Milzīgas stikla vitrīnas, kuru izmēri vairs netiek mērīti centimetros, bet gan metros, ir ierasta parādība jebkurā modernā pilsētā. Lielu, perfekti gludu, plakanu stiklu izgatavo, izmantojot īpašu tehnoloģiju, ko 1959. gadā ierosināja britu tehnologi. Iedomājieties milzīgu taisnstūra formas vannu, kas piepildīta ar izkausētu metālu – alvu. Izkausētā metāla virsma ir pilnīgi gluda. Uz tās izlej izkausētā stikla masu. Tā viegli un vienmērīgi izplatās pa karsto metālu, veidojot vienmērīga biezuma slāni. Tā lēnām atdziest vannā kopā ar alvu. Tad pilnīgi gludo stikla loksni nodod darbam – sagriež un iesaiņo. Šādu stiklu mūsdienās izmanto dubultstiklu logos.

«Kaleidoskops» un Swarovski kristāli

Iespējams, jums ir bijusi vai pat ir vienkārša bērnu rotaļlieta Kaleidoskops. Vai man taisnība? Nezinu, kā jūs, bet es, godīgi sakot, joprojām reizēm skatos caur to. Tās ir tikai trīs spoguļplāksnītes un daži mazi daudzkrāsaini stikliņi, kas brīvi pārvietojas pa kaleidoskopa caurulītes apakšu, ja to pagriež. Un tagad mūsu acīm paveras dažādi, pārsteidzoši, spilgti raksti, kas veidoti no krāsainiem stikliem.

Kā jūs piešķirat stiklam krāsu apjomu? Jā, ar to pašu dabīgo minerālvielu un savienojumu palīdzību, kas tiek pievienoti stikla maisījumam pirms tā kausēšanas. Lai iegūtu zaļganu un dzeltenu krāsu, pievieno hroma savienojumus, oranžu – sudraba savienojumus, zilu – kobalta, pudelīšu vai smaragdzaļu – dzelzs, zilu un zilu – vara, bet asinssarkanu – kadmija.

Vai jūs zināt, no kā ir izgatavotas rubīna zvaigznes uz Maskavas Kremļa torņiem? No spilgti sarkana stikla ar selēna piedevām. Arī Maskavas Valsts universitātes augstceltnes zeltainā smaile ir stikla. Tā ir izgatavota no spilgti dzeltena stikla. Spīķa iekšpusē stikls ir pārklāts ar plānu alumīnija slāni, tāpēc saulainā dienā tas spīd tikpat labi kā zelta stikls un kalpos ilgāk.

Ja stikla masai pievieno svina un bārija savienojumus, iegūst zvana kristālu. Un kristālu var arī slīpēt, tā virsmā izgriež sarežģītus rakstus un pēc tam pulē. Aizejiet pie skapja, izņemiet kristāla flīģeli (tikai esiet uzmanīgi, vecmāmiņas ļoti uzjautrinās, kad viņu kristāls tiek salauzts) un paskatieties, kā gaisma spēlē uz to šķautnēm. Vai tas nav skaisti? No parasta stikla šādu lietu nevar izgatavot, tas ir pārāk mīksts un «plūst» pa malām un izciļņiem, tāpēc jūs nesaņemat nekādu gaismas spēli.

Kā jūs domājat, no kā tiek izgatavotas modernas rotaslietas – no Swarovski kristāliem, ko ražo Austrijas uzņēmums ar tādu pašu nosaukumu? No tā paša kristāla, kas patiesībā ir no stikla! Swarovski kristālu kristālam izmanto vienu trešdaļu svina oksīda, kas nozīmē, ka tas ir vēl cietāks nekā parastais kristāls.

Modes kristālu vēsture aizsākās pirms vairāk nekā simts gadiem, 1891. gadā. Toreiz Daniels Svarovskis izgudroja kristāla griešanas automātu, un trīs gadus vēlāk viņš nodibināja savu uzņēmumu ar savu vārdu. Swarovski interese par griešanas biznesu ir saprotama. Galu galā viņš ir dzimis (1862. gadā) nelielā Georgentalas ciematā Ziemeļbohēmijā, kas jau tolaik bija slavens ar saviem stikla māksliniekiem, kristāla meistariem, slīpētājiem un pulētājiem. Daniels apguva amata pamatus sava tēva darbnīcā, bet pēc tam astoņpadsmit gadu vecumā devās uz Parīzi studēt fiziku, ķīmiju, mehāniku un inženierzinātnes. Viņš apmeklēja arī Pasaules elektrības izstādi Vīnē (1883), pēc kuras viņam radās ideja izgatavot elektrisko mašīnu akmeņu un kristāla griešanai.

Tiesa, tajos laikos neviens nedomāja dimantus aizstāt ar jebkāda veida stiklu. Tas bija vienkārši nepieklājīgi. Slīpēšanas un griešanas materiālu izgatavošanai bija vajadzīgi cieti kristāli ar asām malām.

Par Swarovski kristāliem kā juvelierizstrādājumu elementu sāka runāt tikai pēdējos piecdesmit gados, kad pēkšņi uzlēca pieprasījums pēc spīdīgām rotaslietām, līdzīgām dimantiem. Mūsdienās bums ap Swarovski kristāliem ir tik liels, ka uzņēmuma veikals Vīnē, kurā pārdod rotaslietas, figūriņas un vienkārši kristālus, ir atvērts visu diennakti. Tā vitrīnas mirdz tik spoži, ka no tā sāp acis. Un tā nav tikai gaismas spēle uz kristālu šķautnēm. Dažiem saviem izstrādājumiem uzņēmums uzklāj īpašus pārklājumus. Populārākais no tiem ir «Aurora Nordic Aurora», pateicoties kuram uz kristāla virsmas parādās mirdzoši atspīdumi.

Labākā panna

Tātad ar piemēru par smiltīm mēs redzam, ka varam ņemt gatavu vielu no zemes, nedaudz ar to manipulēt un iegūt materiālus, kas ievērojami atvieglo un izdaiļo mūsu dzīvi. «Bet ir taču materiāli un vielas, kas dabā neeksistē tīrā veidā?» – jūs teiksiet. Paldies par jūsu gudro un savlaicīgo piezīmi. Patiešām, dzelzs, alumīnijs, varš ir sastopami zemē tikai savienojumu veidā ar citiem elementiem. Taisnības labad gan jāsaka, ka tīras dzelzs un vara gabaliņi, dažkārt pat ļoti lieli, ir atrodami, taču ļoti reti. Taču bez šiem metāliem mēs nevaram dzīvot. Citādi, kāpēc gan būtu jāgatavo pannas, vadi, velosipēdi, lidmašīnas un daudzas citas lietas?

Vai vēlaties dzelzi? Jā, es jūs lieliski saprotu, jo dzelzs ir vispieprasītākais metāls cilvēcei, 95% pasaules metalurģijas ražošanas pamatā ir dzelzs. Lūk, sākam! Ņemsim dzelzs rūdu, kas sastāv no dzelzs oksīdiem. No kurienes mēs to iegūstam? No šo minerālu atradnēm, ģeologi precīzi zina, kur tās atrodas. Mūsu valstī – galvenokārt Urālos – jau ir atklātas aptuveni 50 vidēji lielas un lielas atradnes un vairāk nekā 200 mazu atradņu. Speciālas mašīnas noņem virsējo zemes slāni un atklāj rūdas slāņus. Un tad iesaistās ekskavatori. Viņi milzu saujās uzber rūdu, un tā tiek nosūtīta pārstrādei – uz domnu. Starp citu, pirmā domnu krāsns Krievijā parādījās gandrīz pirms 400 gadiem.

Domnu krāsns ir milzīga būve divpadsmitstāvu mājas augstumā, kuras vēderā valda briesmīgs karstums, temperatūra sasniedz 2000 grādu pēc Celsija. Šeit iepilda sasmalcinātu rūdu, kas sajaukta ar sasmalcinātu koksu (oglēm), t. i., ogli, un citām piedevām. Un tad krāsnī notiek maģisku pārvērtību ķēde, ogle no dzelzs rūdas atņem skābekli, kā rezultātā veidojas izkausēts metāls. Tā karstās straumes plūst pa krāsni un izplūst no tās kvēlojošā, kvēlojošā straumē. Tā ir tik spilgta, ka var apžilbināt, tāpēc tēraudstrādnieki to aplūko caur īpašām aptumšotām brillēm.

Iegūtais metāls vēl nav tīra dzelzs. Šķidrais izkausētais metāls sevī izšķīdina nelielu daudzumu oglekļa, līdzīgi kā ūdens izšķīdina sāli. Šo materiālu sauc par čugunu. Tas ir tas pats materiāls, no kura izgatavota manas vecmāmiņas iecienītākā panna – tikai uz tās top vislabākās pankūkas un visgaršīgākie ceptie kartupeļi. Tāpēc vecmāmiņa to tik ļoti sargā.

Lai iegūtu tīru dzelzi, no čuguna ir «jāizdzēš» ogleklis. Ķīmiķi zina, kā to izdarīt, kā arī daudzas citas lietas. Viņi lieliski prot no dabas materiāliem iegūt to, kas mums nepieciešams. Un ir tik daudz lietu, kas mums ir vajadzīgas!

Labi, pietiek teorijas. Pastaigāsimies pa pilsētu un kārtīgi apskatīsimies, kur vēl tiek izmantotas dabas vielas un to produkti. Vai esat gatavi? Vai esat ģērbušies atbilstoši laikapstākļiem?

Tad ejam.

Kāpēc ķieģeļi?

Tiklīdz izgājām no ieejas, mūsu skatiens pievērsās blakus esošajai mājai – augsta, ķieģeļu, ar lieliem logiem. Mēs zinām par logu stiklojumu – tie bija izgatavoti no smiltīm. Bet kā ir ar ķieģeļiem? No kā tie ir darināti? No māla, kura zemē ir daudz.

Pēc savas ķīmiskās būtības māls ir trīs elementu (alumīnija, silīcija un skābekļa) savienojums, taču tajā ir daudz dažādu piemaisījumu. Tāpēc māli atšķiras pēc krāsas un plastiskuma. Jūs nezināt, kas ir plastiskums? Bet jūs zināt, kas ir plastilīns! Ļoti līdzīgi vārdi, vai ne? No viena veida māla ir ērti veidot dažādas figūras, plāksnes, ķieģeļus, no cita – ne tik daudz, tāda ir būtība.

Tie, kas taisa ķieģeļus, zina, kāds māls ir vislabākais – tajā jābūt smiltīm, ne mazāk kā ceturtdaļai no svara. Mālu izrok karjeros, atved uz ķieģeļu ražotni un iemērc ūdenī vai, mūsdienu ražošanā, samitrina ar tvaiku. Šādā veidā iegūst cietu, biezu masu, no tās izveido garu māla lenti, ko sagriež ķieģeļos, līdzīgi kā mīklu maizes klaipiem, un nosūta žāvēšanai uz krāsni. Šeit līdz pat tūkstoš grādu temperatūrā māla sagataves sacietē, kļūst sarkanas un pārvēršas akmenī.

Kopumā sarkanais ķieģelis ir ģeniāls celtniecības materiāls. Tas ir gandrīz mūžīgs – laika gaitā tas nemaina formu, negraužas, nepūst, nepūst, nelaiž mitrumu un nedeg. No tā var uzbūvēt gandrīz mūžīgu māju! Nākamreiz, kad būsiet Manežņaja laukumā Maskavas centrā, aplūkojiet tuvāk Vēsturiskā muzeja ēku netālu no Sarkanā laukuma – tā ir kā jauna, lai gan tai ir vairāk nekā simts gadu. Un ķieģeļi tur ir kādi īpaši, ļoti skaisti. Uz katra no tiem, es jums apliecinu, ir tās ķieģeļu fabrikas zīmogs, kas to izgatavoja deviņpadsmitajā gadsimtā.

Kāda laime, ka cilvēce septiņpadsmitajā gadsimtā izdomāja pilsētās būvēt mazāk koka māju un vairāk mūra māju. Un ne jau nejauši. 1666. gada 2. septembrī izcēlās Lielais Londonas ugunsgrēks, kas dega četras dienas un pilnībā nopostīja Anglijas galvaspilsētu. Un cik reizes koka Maskava nodega līdz pamatiem! Pat vēsturnieki nespēj nosaukt precīzu skaitu, jo skaitļi sniedzas daudzos desmitos.

Viens no spēcīgākajiem ugunsgrēkiem notika 1737. gada maijā, kad nodega Kremlis. Leģenda vēsta, ka Miloslavsku māja aiz Borovicas tilta bija pirmā, kas aizdegās no sveces, ko kāda karavīra atraitne bija novietojusi pie ikonas. No tā arī cēlies teiciens: «Maskava nodega no kopējas sveces». Šī ugunsgrēka laikā saplaisāja tikko nolietais cara zvans, kas joprojām atradās māla bedrē. Jumts virs tā aizdegās, to nodzēsa ar ūdeni, jumts sabruka, un no zvana atlūza 11 tonnas smags gabals. Pēdējo reizi Maskava nodega līdz pamatiem 1812. gadā pēc Napoleona karaspēka ienākšanas tajā. Ugunsgrēks ilga nedēļu un iznīcināja 6,5 tūkstošus māju no 9 tūkstošiem. Tikai pēc tam pilsētas vadība nolēma Maskavas centrālo daļu apbūvēt tikai ar mūra ēkām.

Daudzas fabriku, rūpnīcu un dzelzceļa staciju ēkas, kas parādījās 19. gadsimtā, tika celtas no ķieģeļiem. Īpašnieki vēlējās nodrošināt iekārtu un daudzo cilvēku, kas atradās šajās telpās, drošību. Tagad šīs skaistās būves, ja tās vairs netiek izmantotas sākotnējam mērķim, ir kļuvušas par šiks patvērumu muzejiem, galerijām un izstāžu zālēm, piemēram, Tate Modern Londonā vai D’Orsay Parīzē.

Pateicoties brīnumainajam ķieģelim, dažādu laikmetu arhitektu apbrīnojamiem darbiem, līdz mūsdienām neskarti ir saglabājušies īsti dārgumi – Kremlis Maskavā, Parīzes Dievmātes katedrāle Parīzē, Doma katedrāle Rīgā, slavenā Meskita Kordovā un Hagia Sophia Stambulā, Lielais Ķīnas mūris… -. Nav iespējams tās visas uzskaitīt.

Paskaties, ielas otrā pusē ir ķieģeļu māja, bet ķieģeļi nezināmu iemeslu dēļ ir balti. Jā, tā tas ir. To sauc par silikāta ķieģeļiem, kas ir salīdzinoši nesens izgudrojums. Tas nav izgatavots no māla, bet gan no smiltīm. Smiltīm pievieno nedaudz kaļķu un ūdens, un tad tās presē augstā spiedienā un temperatūrā. Tas ir labs risinājums vietās, kur nav pieejams māls, bet tikai smiltis. Silikāta ķieģeļi kopumā nemaz nav slikti, bet tikai likt tos kamīniem un plītīm nevar – temperatūrā virs 600 grādiem tas plaisā un sadalās.