Марк Медовник - Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

– Сейчас я перенес атомы карандашного грифеля на бумагу, – заметил учитель и произнес целую речь о замечательных свойствах графита как материала для художественного творчества. – Важно иметь в виду, – сказал он, – что, хотя алмаз считается высшей формой углерода, ему не дано выразить самую суть и, в отличие от графита, для настоящего искусства он не годится.

Остается лишь догадываться, что бы он подумал об инкрустированном бриллиантами черепе «За любовь Господа» стоимостью 50 миллионов фунтов стерлингов, произведении известного британского художника Дэмиена Херста.

Но, описывая отношения между двумя формами углерода, алмазом и графитом, как соперничество, он был совершенно прав. Борьба между темным, выразительным, практичным графитом и чистым, холодным, твердым, сверкающим алмазом идет с древнейших времен. Если говорить о культурной ценности, то алмаз давно победил, но все еще может измениться. Новое понимание структуры графита сделало из него сокровище.

Через тридцать лет после того, как я благодаря учителю рисования узнал, что такое графит, мы встретились с профессором Андреем Геймом, одним из крупнейших мировых специалистов по углероду, в его кабинете на третьем этаже на кафедре физики Манчестерского университета. Жаль, про него нельзя сказать, что он, подобно Баррингтону, выражал себя только с помощью графита. Когда он открыл ящик письменного стола, я увидел великое множество шариковых ручек и маркеров для белой лекторской доски. С сильным русским акцентом Андрей сказал:

– Идеального круга не существует, Марк.

Его слова привели меня в замешательство – понял ли он, о чем я только что рассказывал? Порывшись в ящике, он достал небольшой подарочный футляр из красной кожи и сказал:

– Взгляни на эту штуку, а я пока сварю кофе.

В футляре оказался диск из чистого золота размером с печенье, украшенный рельефным портретом какого-то мужчины. Взвесив тяжелый диск на ладони, я убедился, что он из металла. Металлический до безобразия. Ведь золото – это самый что ни на есть металл, всем металлам металл. Мужчиной, изображенным на медали, был Альфред Нобель; надпись гласила, что Андрей Гейм на пару с коллегой в 2010 году получил Нобелевскую премию в области физики за новаторскую работу о графене, двумерной версии графита, удивительном явлении в мире материалов. В ожидании Андрея и кофе я размышлял над его загадочным ответом. Возможно, он хотел сказать, что последние десять лет в своих исследованиях углерода ходил по кругу, но финиш все-таки не совпал со стартом.

Углерод – это легкий атом с шестью протонами и, как правило, шестью нейтронами в ядре. Иногда ядро содержит восемь нейтронов, но в такой форме, известной как углерод-14, атомное ядро нестабильно, и данный изотоп подвержен радиоактивному распаду. Поскольку скорость распада остается постоянной в течение долгого времени и эта форма углерода присутствует во многих материалах, измерение его относительного количества позволяет вычислить возраст материала. Метод, известный как радиоуглеродная датировка, осветил наше прошлое как никакой другой. С помощью этой формы углерода был определен настоящий возраст Стоунхенджа, Туринской плащаницы и свитков Мертвого моря.

Ядро в углероде играет второстепенную роль, если только речь не идет о радиоактивности. Что касается прочих свойств, то за них отвечают шесть электронов, защищающих ядро. Два из них спрятаны в глубине, рядом с ядром, и не участвуют в химической жизни атома – в его взаимодействиях с прочими элементами. Оставшиеся четыре образуют слой, максимально удаленный от центра, и являются активными. Именно эти четыре электрона отличают грифель в карандаше (графит) от бриллианта (алмаза) на обручальном кольце.

Самое простое, что делает атом углерода, – обменивается четырьмя активными электронами c другим атомом углерода. Образуются четыре химические связи, что решает проблему активных электронов: каждый из них находит пару в виде такого же электрона, но принадлежащего другому атому. Получившаяся кристаллическая структура обладает необычайной твердостью. Это и есть алмаз.

Кристаллическая структура алмаза

Самый крупный алмаз, известный на данный момент, находится в галактике Млечный Путь, в созвездии Змеи (в Хвосте Змеи), где он вращается вокруг пульсара PSR J1719–1438. Это целая планета в пять раз больше Земли. По сравнению с ней земные алмазы кажутся малюсенькими. Даже «Куллинан» – алмаз размером с футбольный мяч, самый крупный из когдалибо найденных. Он был добыт в Южной Африке и в 1907 году подарен королю Эдуарду VII ко дню его рождения. Ныне его части украшают королевские корону и скипетр. «Куллинан» созревал под землей на глубине примерно 300 км – миллиарды лет высокая температура и давление превращали большой кусок углеродной породы в огромный алмаз. Затем, вероятнее всего, извержением вулкана его вынесло к поверхности, там он спокойно лежал еще миллионы лет, пока его не нашли на глубине всего в милю под землей.