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

В отличие от металлов, пластика или стекла, керамику нельзя расплавить и вновь отлить в форме. Вернее, у нас просто нет такого материала, который смог бы выдержать температуру, необходимую, чтобы удержать подобную жидкость – расплавленную глину. Керамика создана из той же материи, что и горы, скалы и камни, которые в жидком состоянии – в виде лавы и магмы – заполняют недра Земли. Однако даже если бы лаву можно было извлечь и залить в форму, она никогда бы не стала прочной керамикой – по крайней мере, мы бы ее не узнали и чашка из нее бы не вышла. Вулканическая порода, пористая, с массой дефектов – вот что получилось бы. Так называемые магматические породы формируются миллионы лет в земной коре в условиях постоянного жара и высокого давления. Создание искусственного аналога подразумевает либо химическую реакцию (как в случае с цементом и бетоном), либо, как в гончарном деле, нагревание глины в печи, но не чтобы расплавить ее, а, наоборот, чтобы использовать преимущества весьма необычного свойства кристаллов.

Глина – это смесь стертых в пыль минералов и воды. Подобно песку, минеральная пыль является результатом разрушительного воздействия ветра и воды на горную породу, фактически это крошечные кристаллики. Глина часто откладывается в руслах рек: минералы, смытые дождями со склонов гор, оседают на дне в виде мягкой густой массы. Типы глины различаются в зависимости от минерального состава. Кристаллы терракоты, например, состоят из смеси кварца, глинозема (оксида алюминия) и оксида железа, который придает ей кирпичный цвет.

При нагревании первым делом испаряется жидкость – остается подобие песчаного замка из миниатюрных кристалликов с дырками на месте воды. Но при высокой температуре происходит нечто особенное: атомы перепрыгивают на соседний кристалл и обратно. Впрочем, не все возвращаются в исходную позицию, и постепенно между кристаллами выстраиваются своеобразные мостики из атомов. Когда количество таких мостиков достигает нескольких миллиардов, скопление кристаллов принимает вид единой сплошной массы.

Происходит это по той же причине, по которой два химических вещества вступают в реакцию: хотя электроны каждого атома внутри кристалликов образуют устойчивую химическую связь с соседями – они, так сказать, заняты, – однако по краям и на поверхности кристалла имеются незанятые «бесхозные» электроны, у которых нет пары, – своего рода свободные концы. По этой причине атомы кристалла стремятся занять положение внутри, а не снаружи. Можно и по-другому сказать: атомы, которые оказались на поверхности, непостоянны, свободны и склонны к перемене мест, едва им представится такая возможность.

Во время обжига керамики масса мелких кристаллов преобразуется в физически однородный материал

В холодных кристаллах у атомов, как правило, не хватает энергии сменить позицию. Однако при достаточно высокой температуре они способны к передвижению и начинают перегруппировку таким образом, чтобы как можно меньше атомов оказалось на поверхности кристалла; вследствие этого сама поверхность уменьшается. Они меняют форму кристалла, стягивая пустоты, чтобы плотнее прижаться друг к другу и сэкономить место. Медленно, но верно скопление крошечных кристаллов становится единой массой. Это не чудо, но это чудесно.

Все это, разумеется, лишь теория, однако химический состав некоторых видов глин значительно облегчает этот процесс. Преимущество терракотовой глины заключается в том, что ее легко добыть, а процессы трансформации происходят при относительно низких температурах – например, при температуре горения в обычном костре или простой дровяной печи. Это означает, что для создания терракотовых изделий требуется совсем немного технических познаний и умений. Целые города и поселки построены из этого материала – обычный кирпич, по сути, является терракотой. Однако терракотовая керамика страдает серьезным недостатком: она никогда не избавится от дырок и не станет по-настоящему плотной. Кирпичам это не вредит, им достаточно обладать средней крепостью – ведь с того момента, как их скрепляют бетоном, они не подвергаются ни резким температурным перепадам, ни сильным ударам. Однако для чашек или мисок с тонкими стенками это катастрофа, поскольку от них ждут выносливости перед любыми кухонными невзгодами. Но однажды их терпению приходит предел: слабый удар – и поры дают трещины, которые неумолимо растут.