No kā viss ir izgatavots? Stāsti par vielu

скачать книгу бесплатно


Bet tas ir tas, ko mes jau zinam. Tas, ko mes vel nezinam, ir tas, cik daudz mineralu daba eksiste. Neviens mineralogs nevar atbildet uz ?o jautajumu. Vin? tikai pateiks, ka pirms divsimt gadiem bija zinami mazak neka simts mineralu, bet ?odien ir atklati vairak neka cetri tuksto?i. Un katru gadu zinatnieki atrod desmitiem jaunu, rupigi tos peta, nodod savu petijumu rezultatus zinatniskas sabiedribas tiesai un, ja iznakums ir labveligs, pie?kir tiem nosaukumu. Tad jauno mineralu ieklauj oficialaja kataloga.

No ?iem cetriem tuksto?iem tikai 20—30 mineralu, no kuriem vissvarigakie ir kvarcs, lauk?pats un raga blends, veido lielako dalu Zemes garozas, bet parejie ir samera reti. Ja uz lauku cela ar kurpes pirkstgalu pacelat peleku plakanu olu, visticamak, tas ir viens no trim iepriek? minetajiem mineraliem.

Starp citu, no kurienes nak mineralu nosaukumi? Ir zinams, ka nosaukumus dod vecaki. Un mineralu vecaki ir tie petnieki, kas tos atklaju?i un petiju?i. Senos laikos, pirms vairakiem simtiem gadu, mineralus nosauca pec vietas, kur tie tika atrasti. Piemeram, topazs pirmo reizi tika atklats Sarkanaja jura, Topaziona sala, bet haldedons – pie tada pa?a nosaukuma pilsetas Mazazija. Tomer ?o metodi izmanto ari musdienu geologi. Skaistais minerals caroits, kas tika atklats tikai nesen, apmeram pirms trisdesmit gadiem, tika nosaukts Caras upes varda Jakutijas dienvidos.

Biezi vien mineralu nosaukumos «iekodetas» to ipa?ibas, vispirms – krasa: rubins nozime «sarkans», akvamarins – «juras udens krasa». Tacu biezi vien par pamatu nosaukumam kalpoja akmenu struktura. ?eit, piemeram, ir lauk?pats. Ta kristaliskas strukturas ipatnibu del ?is akmens var sadalities planas plaksnites. Tapec to sauc par «lauk?patu» no sengrieku varda spate – plaksne. Vai ari nemsim hornblendi. Ja ?o akmentinu salauzsim, tas luzuma vieta izskatisies pec zvinveida raga. No ta ari celies nosaukums.

?odien ir cita mode. Gandriz 40% visu mineralu nosaukumu ir veidoti no dazadu cilveku uzvardiem vai vardiem. ?o modi 18. gadsimta ieviesa vacu geologs Abrahams Verners. Pirmais nosauktais minerals – prehnits – bija vina darbs. Vin? to nosauca par godu pulkvedim fon Prenam, kur? no Labas ceribas zemes raga nogadaja pirmos ?i minerala paraugus.

Sakotneji ?i mode ieviesas ar grutibam, un tika lietoti tikai nozimigu personu vardi. Piemeram, skaistais akmens aleksandrits tika nosaukts par godu caram Aleksandram II. Tacu tagad daudzos nosaukumos dzirdamas atbalsis no zinatnieku, rakstnieku, filozofu, dzejnieku, kolekcionaru, makslinieku, politiku vardiem… Jus nevarat tos visus saskaitit. Piemeram, minerals belovits nosaukts par godu kristalografam un geohemikim Nikolajam Vasiljevicam Belovam, bet biotits – par godu francu fizikim Zanam Baptistam Bio, kur? petija magnetismu un optiku. Akmenu nosaukumos iemuzinati slavena Pjera Kiri, kur? atklaja elementus poloniju un radiju, Antuana Anri Bekerela, kur? atklaja urana un ta salu radioaktivitates paradibu, un daudzu citu cilveku vardi.

Mineralu vecaki nav aizmirsu?i ari par kosmonautiem. Gagarinits paradijas par godu Jurijam Gagarinam, pirmajam cilvekam, kur? 1961. gada uzlidoja kosmosa. Savukart amerikanu astronauta Nila Aldena Armstronga, kur? pirmais kapa uz Meness virsmas, uzvards skan nosaukuma «Armstrongits». Varda «goetits» skan slavena vacu rakstnieka un filozofa Johana Volfganga Getes vards, kur?, starp citu, bija aizravies ar mineralogiju un vacis brini?kigas akmenu kolekcijas. Un uz ko atsaucas «ruzveltits» un «jeffersonits»? Jus nezinat? Pajautajiet savam tevam. Vin? jums pateiks, ka tie neparprotami ir divu Amerikas Savienoto Valstu prezidentu vardi.

Jauna minerala atkla?ana tomer ir zinatnisks notikums, jo tas lauj mums spert vel vienu soli cela uz izpratni par Zemes un citu planetu ra?anos un veido?anos. Nemaz nerunajot par to, ka jaunais minerals varetu but noderigs cilvecei – no ?i akmens nav daudz ko iespejams izgatavot. Lai gan mineralogijai ir simtiem gadu ilga vesture, ta joprojam ir zinatne, kas glaba noslepumus.

Iespejams, ka ari jus aizraus akmenos ietvertais skaistums un harmonija, klusiet par slavenu zinatnieku, atklasiet jaunu mineralu un nosauksiet to savas mates varda. Vina bus loti prieciga! Ne velti vina parliecinaja tevi citigi studet un iestaties geologijas fakultate. Un vispar, kura mamma nevel saviem berniem labu? Nav nevienas.

4. nodala. Substances skaista dzive

Tagad mes zinam, no ka ir veidota Zeme un ko ta satur. Ka mums vajadzetu rikoties ar ?im neizsakamajam bagatibam? Kimiki zina atbildi, jo jebkura viela viniem ir ka berns.

Visvienkar?akais veids ir panemt gatavu vielu no dabas un izmantot to savam vajadzibam. Piemeram, parastas smiltis jeb silicija dioksids (SiO2) jeb silicija dioksids un kvarcs.

Cik daudz lietu var pagatavot no ?is neizskatigas un visur sastopamas vielas! Un to ir viegli iegut, jo smiltis nemaz nav dzili vai pat zemes virspuse. Uzsakot darbu smil?u bedres ekskavatora, vin? ar kausu panema smil?u kaudzi, izgaza to pa?izgazeja un palaida ma?inu ar smiltim pie tiem, kam tas vajadzigas.

Visvienkar?akais, ko var darit ar smiltim, ir iebert tas zem topo?o eku pamatiem, uz celiniem parkos un stadionos un smil?u bedres, lai berni varetu buvet smil?u pilis. Bet tas ir loti vienkar?i. Un, stradajot ar smiltim, var iegut absoluti apbrinojamu materialu, kas sava laika mainija civilizacijas seju. Uzminiet, par ko es runaju? Tie?i ta – stikls. Vazes un kruzes, glazes un pudeles, rotaslietas un spuldzes, lustras un glazes, logi un dubultstikli – vai varat iedomaties musdienu dzivi bez visa ?i stikla kra?numa?

Lai smiltis parverstu par stiklu, ir jaiegulda daudz pulu un energijas burtiska nozime. Smiltis ir jaizkause, un tas kust loti augsta temperatura – vairak neka 1700 gradu! Vel vieglak ir kauset dzelzi. Lai izkausetu smiltis lidz ?adai temperaturai krasni, ir nepiecie?ams daudz degvielas (ja krasns ir gazes krasns) vai elektribas (ja krasns ir elektriska krasns). Tacu ?eit paliga nak neliels kimisks brinums. Ja smiltim pievieno nedaudz sodas (kimiki ?o vielu sauc par natrija karbonatu) un kritu (kalcija karbonatu), kause?anas temperatura pazeminas par 700 gradiem. Ar ?adu veiksmigu sastavdalu kombinaciju smiltis izkusis, neatgriezeniski zaudes savu stingro kristalisko strukturu un parvertisies caurspidiga, ?kidra masa, kas sacietes, bet nekad neklus kristaliska. Ta ir kimija darbiba!

Ka jus domajat, cik sen cilveki izdomaja, ka izgatavot stiklu? Nelielus priek?metus no stikla – krelles, gredzenus, mazus burbulus – iemacijas izgatavot Senaja Egipte pirms vairakiem tuksto?iem gadu. Tatad vini jau tolaik zinaja ta recepti. Bet lok?nu gludu stiklu pirmo reizi saka izgatavot 17. gadsimta beigas. Starp citu, pirmo stikla fabriku 1635. gada netalu no Maskavas uzcela zviedrs Elizijs Kolts. Tacu pirmas lok?nu glazes bija nelielas – parastas gramatas lieluma. Un tas nebija ipa?i gludas, jo tolaik atdzissto?o stikla masu vienkar?i izveltneja ar labi noslipetu balki.

Pirmie logu stikli bija neticami dargi, tapec XVII gadsimta beigas un XVIII gadsimta sakuma celtas majas logi bija mazi. Bagatigajos namos ?is mazas stikla plaksnites tika ievietotas ?unveidiga koka rami. Tad logs ?kita liels, tacu to veidoja vairaki stikla logi koka rami. Tie?i ?adus logus var redzet Kunstkammeres eka Vasiljevskas sala Sanktpeterburga, kuras buvnieciba pec Petera I rikojuma tika sakta 1718. gada. Stasta, ka pirms 200 gadiem Francija tika iekasets nodoklis no tiem, kam bija stikla logi. Iespejams, tas bija luksusa nodoklis.

?odien ir pavisam citadi. Milzigas stikla vitrinas, kuru izmeri vairs netiek meriti centimetros, bet gan metros, ir ierasta paradiba jebkura moderna pilseta. Lielu, perfekti gludu, plakanu stiklu izgatavo, izmantojot ipa?u tehnologiju, ko 1959. gada ierosinaja britu tehnologi. Iedomajieties milzigu taisnstura formas vannu, kas piepildita ar izkausetu metalu – alvu. Izkauseta metala virsma ir pilnigi gluda. Uz tas izlej izkauseta stikla masu. Ta viegli un vienmerigi izplatas pa karsto metalu, veidojot vienmeriga biezuma slani. Ta lenam atdziest vanna kopa ar alvu. Tad pilnigi gludo stikla loksni nodod darbam – sagriez un iesaino. ?adu stiklu musdienas izmanto dubultstiklu logos.

«Kaleidoskops» un Swarovski kristali

Iespejams, jums ir bijusi vai pat ir vienkar?a bernu rotallieta Kaleidoskops. Vai man taisniba? Nezinu, ka jus, bet es, godigi sakot, joprojam reizem skatos caur to. Tas ir tikai tris spogulplaksnites un dazi mazi daudzkrasaini stiklini, kas brivi parvietojas pa kaleidoskopa caurulites apak?u, ja to pagriez. Un tagad musu acim paveras dazadi, parsteidzo?i, spilgti raksti, kas veidoti no krasainiem stikliem.

Ka jus pie?kirat stiklam krasu apjomu? Ja, ar to pa?u dabigo mineralvielu un savienojumu palidzibu, kas tiek pievienoti stikla maisijumam pirms ta kause?anas. Lai iegutu zalganu un dzeltenu krasu, pievieno hroma savienojumus, oranzu – sudraba savienojumus, zilu – kobalta, pudeli?u vai smaragdzalu – dzelzs, zilu un zilu – vara, bet asinssarkanu – kadmija.

Vai jus zinat, no ka ir izgatavotas rubina zvaigznes uz Maskavas Kremla torniem? No spilgti sarkana stikla ar selena piedevam. Ari Maskavas Valsts universitates augstceltnes zeltaina smaile ir stikla. Ta ir izgatavota no spilgti dzeltena stikla. Spika iek?puse stikls ir parklats ar planu aluminija slani, tapec saulaina diena tas spid tikpat labi ka zelta stikls un kalpos ilgak.

Ja stikla masai pievieno svina un barija savienojumus, iegust zvana kristalu. Un kristalu var ari slipet, ta virsma izgriez sarezgitus rakstus un pec tam pule. Aizejiet pie skapja, iznemiet kristala fligeli (tikai esiet uzmanigi, vecmaminas loti uzjautrinas, kad vinu kristals tiek salauzts) un paskatieties, ka gaisma spele uz to ?kautnem. Vai tas nav skaisti? No parasta stikla ?adu lietu nevar izgatavot, tas ir parak miksts un «plust» pa malam un izcilniem, tapec jus nesanemat nekadu gaismas speli.

Ka jus domajat, no ka tiek izgatavotas modernas rotaslietas – no Swarovski kristaliem, ko razo Austrijas uznemums ar tadu pa?u nosaukumu? No ta pa?a kristala, kas patiesiba ir no stikla! Swarovski kristalu kristalam izmanto vienu tre?dalu svina oksida, kas nozime, ka tas ir vel cietaks neka parastais kristals.

Modes kristalu vesture aizsakas pirms vairak neka simts gadiem, 1891. gada. Toreiz Daniels Svarovskis izgudroja kristala grie?anas automatu, un tris gadus velak vin? nodibinaja savu uznemumu ar savu vardu. Swarovski interese par grie?anas biznesu ir saprotama. Galu gala vin? ir dzimis (1862. gada) neliela Georgentalas ciemata Ziemelbohemija, kas jau tolaik bija slavens ar saviem stikla maksliniekiem, kristala meistariem, slipetajiem un puletajiem. Daniels apguva amata pamatus sava teva darbnica, bet pec tam astonpadsmit gadu vecuma devas uz Parizi studet fiziku, kimiju, mehaniku un inzenierzinatnes. Vin? apmekleja ari Pasaules elektribas izstadi Vine (1883), pec kuras vinam radas ideja izgatavot elektrisko ma?inu akmenu un kristala grie?anai.

Tiesa, tajos laikos neviens nedomaja dimantus aizstat ar jebkada veida stiklu. Tas bija vienkar?i nepieklajigi. Slipe?anas un grie?anas materialu izgatavo?anai bija vajadzigi cieti kristali ar asam malam.

Par Swarovski kristaliem ka juvelierizstradajumu elementu saka runat tikai pedejos piecdesmit gados, kad pek?ni uzleca pieprasijums pec spidigam rotaslietam, lidzigam dimantiem. Musdienas bums ap Swarovski kristaliem ir tik liels, ka uznemuma veikals Vine, kura pardod rotaslietas, figurinas un vienkar?i kristalus, ir atverts visu diennakti. Ta vitrinas mirdz tik spozi, ka no ta sap acis. Un ta nav tikai gaismas spele uz kristalu ?kautnem. Daziem saviem izstradajumiem uznemums uzklaj ipa?us parklajumus. Popularakais no tiem ir «Aurora Nordic Aurora», pateicoties kuram uz kristala virsmas paradas mirdzo?i atspidumi.

Labaka panna

Tatad ar piemeru par smiltim mes redzam, ka varam nemt gatavu vielu no zemes, nedaudz ar to manipulet un iegut materialus, kas ieverojami atvieglo un izdailo musu dzivi. «Bet ir tacu materiali un vielas, kas daba neeksiste tira veida?» – jus teiksiet. Paldies par jusu gudro un savlaicigo piezimi. Patie?am, dzelzs, aluminijs, var? ir sastopami zeme tikai savienojumu veida ar citiem elementiem. Taisnibas labad gan jasaka, ka tiras dzelzs un vara gabalini, dazkart pat loti lieli, ir atrodami, tacu loti reti. Tacu bez ?iem metaliem mes nevaram dzivot. Citadi, kapec gan butu jagatavo pannas, vadi, velosipedi, lidma?inas un daudzas citas lietas?

Vai velaties dzelzi? Ja, es jus lieliski saprotu, jo dzelzs ir vispieprasitakais metals cilvecei, 95% pasaules metalurgijas razo?anas pamata ir dzelzs. Luk, sakam! Nemsim dzelzs rudu, kas sastav no dzelzs oksidiem. No kurienes mes to iegustam? No ?o mineralu atradnem, geologi precizi zina, kur tas atrodas. Musu valsti – galvenokart Uralos – jau ir atklatas aptuveni 50 videji lielas un lielas atradnes un vairak neka 200 mazu atradnu. Specialas ma?inas nonem virsejo zemes slani un atklaj rudas slanus. Un tad iesaistas ekskavatori. Vini milzu saujas uzber rudu, un ta tiek nosutita parstradei – uz domnu. Starp citu, pirma domnu krasns Krievija paradijas gandriz pirms 400 gadiem.

Domnu krasns ir milziga buve divpadsmitstavu majas augstuma, kuras vedera valda briesmigs karstums, temperatura sasniedz 2000 gradu pec Celsija. ?eit iepilda sasmalcinatu rudu, kas sajaukta ar sasmalcinatu koksu (oglem), t. i., ogli, un citam piedevam. Un tad krasni notiek magisku parvertibu kede, ogle no dzelzs rudas atnem skabekli, ka rezultata veidojas izkausets metals. Ta karstas straumes plust pa krasni un izplust no tas kvelojo?a, kvelojo?a straume. Ta ir tik spilgta, ka var apzilbinat, tapec teraudstradnieki to apluko caur ipa?am aptum?otam brillem.

Iegutais metals vel nav tira dzelzs. ?kidrais izkausetais metals sevi iz?kidina nelielu daudzumu oglekla, lidzigi ka udens iz?kidina sali. ?o materialu sauc par cugunu. Tas ir tas pats materials, no kura izgatavota manas vecmaminas iecienitaka panna – tikai uz tas top vislabakas pankukas un visgar?igakie ceptie kartupeli. Tapec vecmamina to tik loti sarga.

Lai iegutu tiru dzelzi, no cuguna ir «jaizdze?» ogleklis. Kimiki zina, ka to izdarit, ka ari daudzas citas lietas. Vini lieliski prot no dabas materialiem iegut to, kas mums nepiecie?ams. Un ir tik daudz lietu, kas mums ir vajadzigas!

Labi, pietiek teorijas. Pastaigasimies pa pilsetu un kartigi apskatisimies, kur vel tiek izmantotas dabas vielas un to produkti. Vai esat gatavi? Vai esat gerbu?ies atbilsto?i laikapstakliem?

Tad ejam.

Kapec kiegeli?

Tiklidz izgajam no ieejas, musu skatiens pieversas blakus eso?ajai majai – augsta, kiegelu, ar lieliem logiem. Mes zinam par logu stiklojumu – tie bija izgatavoti no smiltim. Bet ka ir ar kiegeliem? No ka tie ir darinati? No mala, kura zeme ir daudz.

Pec savas kimiskas butibas mals ir tris elementu (aluminija, silicija un skabekla) savienojums, tacu taja ir daudz dazadu piemaisijumu. Tapec mali at?kiras pec krasas un plastiskuma. Jus nezinat, kas ir plastiskums? Bet jus zinat, kas ir plastilins! Loti lidzigi vardi, vai ne? No viena veida mala ir erti veidot dazadas figuras, plaksnes, kiegelus, no cita – ne tik daudz, tada ir butiba.

Tie, kas taisa kiegelus, zina, kads mals ir vislabakais – taja jabut smiltim, ne mazak ka ceturtdalai no svara. Malu izrok karjeros, atved uz kiegelu razotni un iemerc udeni vai, musdienu razo?ana, samitrina ar tvaiku. ?ada veida iegust cietu, biezu masu, no tas izveido garu mala lenti, ko sagriez kiegelos, lidzigi ka miklu maizes klaipiem, un nosuta zave?anai uz krasni. ?eit lidz pat tuksto? gradu temperatura mala sagataves saciete, klust sarkanas un parver?as akmeni.

Kopuma sarkanais kiegelis ir genials celtniecibas materials. Tas ir gandriz muzigs – laika gaita tas nemaina formu, negrauzas, nepust, nepust, nelaiz mitrumu un nedeg. No ta var uzbuvet gandriz muzigu maju! Nakamreiz, kad busiet Maneznaja laukuma Maskavas centra, aplukojiet tuvak Vesturiska muzeja eku netalu no Sarkana laukuma – ta ir ka jauna, lai gan tai ir vairak neka simts gadu. Un kiegeli tur ir kadi ipa?i, loti skaisti. Uz katra no tiem, es jums apliecinu, ir tas kiegelu fabrikas zimogs, kas to izgatavoja devinpadsmitaja gadsimta.

Kada laime, ka cilvece septinpadsmitaja gadsimta izdomaja pilsetas buvet mazak koka maju un vairak mura maju. Un ne jau nejau?i. 1666. gada 2. septembri izcelas Lielais Londonas ugunsgreks, kas dega cetras dienas un pilniba nopostija Anglijas galvaspilsetu. Un cik reizes koka Maskava nodega lidz pamatiem! Pat vesturnieki nespej nosaukt precizu skaitu, jo skaitli sniedzas daudzos desmitos.

Viens no specigakajiem ugunsgrekiem notika 1737. gada maija, kad nodega Kremlis. Legenda vesta, ka Miloslavsku maja aiz Borovicas tilta bija pirma, kas aizdegas no sveces, ko kada karavira atraitne bija novietojusi pie ikonas. No ta ari celies teiciens: «Maskava nodega no kopejas sveces». ?i ugunsgreka laika saplaisaja tikko nolietais cara zvans, kas joprojam atradas mala bedre. Jumts virs ta aizdegas, to nodzesa ar udeni, jumts sabruka, un no zvana atluza 11 tonnas smags gabals. Pedejo reizi Maskava nodega lidz pamatiem 1812. gada pec Napoleona karaspeka ienak?anas taja. Ugunsgreks ilga nedelu un iznicinaja 6,5 tuksto?us maju no 9 tuksto?iem. Tikai pec tam pilsetas vadiba nolema Maskavas centralo dalu apbuvet tikai ar mura ekam.

Daudzas fabriku, rupnicu un dzelzcela staciju ekas, kas paradijas 19. gadsimta, tika celtas no kiegeliem. Ipa?nieki velejas nodro?inat iekartu un daudzo cilveku, kas atradas ?ajas telpas, dro?ibu. Tagad ?is skaistas buves, ja tas vairs netiek izmantotas sakotnejam merkim, ir kluvu?as par ?iks patverumu muzejiem, galerijam un izstazu zalem, piemeram, Tate Modern Londona vai D’Orsay Parize.

Pateicoties brinumainajam kiegelim, dazadu laikmetu arhitektu apbrinojamiem darbiem, lidz musdienam neskarti ir saglabaju?ies isti dargumi – Kremlis Maskava, Parizes Dievmates katedrale Parize, Doma katedrale Riga, slavena Meskita Kordova un Hagia Sophia Stambula, Lielais Kinas muris… -. Nav iespejams tas visas uzskaitit.

Paskaties, ielas otra puse ir kiegelu maja, bet kiegeli nezinamu iemeslu del ir balti. Ja, ta tas ir. To sauc par silikata kiegeliem, kas ir salidzino?i nesens izgudrojums. Tas nav izgatavots no mala, bet gan no smiltim. Smiltim pievieno nedaudz kalku un udens, un tad tas prese augsta spiediena un temperatura. Tas ir labs risinajums vietas, kur nav pieejams mals, bet tikai smiltis. Silikata kiegeli kopuma nemaz nav slikti, bet tikai likt tos kaminiem un plitim nevar – temperatura virs 600 gradiem tas plaisa un sadalas.