Що спільного у скла, металу і рідини? Як не дивно, ці дуже різні типи речовин об'єднує... хаотичність структури. Так, де у нормальних твердих речовин - сувора кристалічна решітка, у скла і металу суцільний безлад і анархія. Власне, безлад і надає їм тих властивостей, за які ми їх цінуємо.

Як влаштована типова тверда речовина, наприклад, камінь? Ясна річ, що будь-яка речовина складається з молекул і атомів. Але важливо не тільки те, з яких атомів складається речовина, а й як ці атоми розташовані. У більшості каменів вони знаходяться на строго відміряній відстані один від одного, займають чітко визначене місце і міцно пов'язані один з одним електронними зв'язками. Така міцна, непохитна конструкція називається кристалічною решіткою: у ній усе строго, стабільно й упорядковано. Подібна будова робить і саму речовину твердою і міцною - ніякої аморфності, нечіткості та інших вольностей. 

Але що, якщо атоми в твердій речовині не планують збиратися в кристалічну решітку і опиняються наодинці із собою? Тоді можливі два варіанти: скло або метал. Що таке скло, ми всі знаємо. Але це не тільки конкретний матеріал, з якого робляться склянки і вікна, це ціла категорія твердих речовин, які відмовилися від кристалічного порядку і віддали перевагу атомному хаосу. Атоми в склі з'єднуються один з одним без будь-якого чіткого порядку і схеми, утворюючи випадкові групи з 3-4 атомів, кільця, «гілки»... одним словом, що завгодно, але тільки не решітку.

Дещо спрощуючи, можна сказати, що якщо структура мінералів - це решітка, то структура скла більше схожа на мереживо. Це надає склу багато цікавих властивостей. Наприклад, плавкість: скло можна розплавити і з легкістю надати йому найхитромудрішої форми, при цьому воно саме анітрохи не постраждає. Тіла з кристалічною решіткою всім хороші, проте вони вкрай погано переносять найменше пошкодження структури цієї решітки. Будь-який зовнішній вплив, здатний порушити порядок і гармонію серед атомів, призводить до руйнівних наслідків: занадто висока або низька температура, тиск, їдка речовина і навіть просто сильний удар. Зв'язки порушилися - і наше тверде тіло починає кришитися, тріскатися і ламатися, втрачає чітку форму, одним словом, занепадає. Так, наприклад, варто тільки вдарити по шматку кристалічного льоду - і він трісне, а при високій температурі взагалі розтане і перетвориться на рідку, хаотичну воду.

Кристалічні решітки можуть бути дуже різними

Але скло - зовсім інша справа. Якщо немає решітки, то і руйнуватися нічому; у разі порушень вихідної мережевоподібної структури скла атоми миттєво перебудовуються в іншу, більш підходящу за обставинами. Підвищилася температура? Не біда: можна послабити електронні зв'язки. Майстер-склодув намагається надати іншої форми? Чудово, потрібно швидко перезібратися під неї!

Аморфна структура скла і його здатність легко змінювати форму нагадувала багатьом фізикам минулого рідину; з'явилася навіть теорія, що скло... тече! Так, будь-яке скло, навіть віконне, просто дуже повільно. Решітки-то немає, атоми рухаються як хочуть, логічно ж? Теорія підкріплювалася спостереженнями за старим віконним склом: скло, виготовлене в XIX столітті й раніше, внизу було дещо товщим, ніж угорі. Лише нещодавно цю теорію розвінчали, довівши, що у твердому стані скло все-таки нікуди не рухається. А різна товщина віконного скла спричинена тим, що його просто не дуже якісно робили: технологія виготовлення ідеально рівних і тонких скляних полотен з'явилася тільки в 60-х рр. минулого століття.

Уже було сказано, що скло - це не конкретна речовина, а тип речовин. У цей тип часом потрапляє щось дуже несподіване. Наприклад, з фізичної точки зору склом є багато порід вулканічного походження, наприклад, базальт, пемза (так, та сама, з дірочками) і... обсидіан. Їхні атоми теж перебувають у хаотичному стані й не утворюють решіток. До речі, з цієї причини обсидіан не тріскається, як годиться камінню, а розшаровується на тонкі, бритвенево гострі відщепи, з яких свого часу робили зброю, інструменти і навіть хірургічні скальпелі (але не потрібно перевіряти це на ваших прикрасах з обсидіаном! Сталеві інструменти нітрохи не гірші, чесне слово).

На фото: сережки «Вірга» з обсидіаном

Якщо атоми в склі групуються як хочуть, то атоми в металі йдуть ще далі - вони утворюють свого роду «атомну комуну». Як відомо, типовий атом складається з важкого ядра і безлічі дрібних, рухливих електронів. Електрони «прикріплені» до ядра і в нормальному стані у нормальних речовин нікуди від нього не діваються. Хто розуміється на хімії, звісно, знає, що атоми можуть обмінюватися електронами або періодично їх втрачати, але навіть у таких випадках вони прагнуть якось відновити баланс - добрати належну кількість електронів або позбутися зайвих. Коротше, кожному атому кожної речовини електронів належить стандартна кількість. 

Це у нормальних, кристалічних речовин так. А у металів усі електрони загальні, і ніхто ні до кого не прив'язаний! Уявіть собі безліч важких ядер, між якими, немов вода між островами, вільно тече електронний «потік». Якісь електрони затримуються, якісь рухаються далі, «потік» завихрюється і часом утворює «течії» (ми називаємо такі «течії» електричним струмом). Електрони абсолютно вільні й нічим не пов'язані. Повна анархія! Завдяки такій будові метали вміють багато цікавого: плавитися і куватися, змінювати форму, проводити тепло і струм і, до речі, блищати. Вони не бояться тиску й ударів: як і у випадку зі склом, якщо немає решітки, то й руйнуватися нічому. Потік електронів і ядра, що плавають у ньому, легко «перезбираються» за будь-яких умов, не втрачаючи взаємних зв'язків.

Так, наприклад, із золота і срібла можна тягнути найтонший дріт, і він не буде рватися і ламатися. Щоправда, не всі метали однаково добре адаптуються до обставин: наприклад, із цинку тонкий дріт тягнути не вийде - він зламається. А в різноманітних сплавах (наприклад, сталевих) «потік» електронів навмисно «сповільнюється» домішками інших речовин: свобода і плинність - це добре, звісно, але надто «плинний» метал зазвичай і надто м'який. Що чистіше, наприклад, залізо, то гірше з нього виходять гайки і ножі. А чисте, бездомішкове срібло виявляється занадто крихким і швидко втрачає блиск, тож у ньому свободу електронів теж доводиться обмежувати домішками. 

На фото: моносережка «Знак.1»

Чи може тверда речовина бути схожою на рідину? Виходить що може, і часто схожа. Істинний устрій світу взагалі рідко відповідає людському «здоровому глузду». Нам ще є, чому дивуватися, і можна почати, наприклад, з каблучки на пальці. 

Женя Орінго