Комично, как все химично! Почему не стоит бояться фтора в зубной пасте, тефлона на сковороде, и думать о том, что телефон на зарядке взорвется - Нгуэн-Ким Май Тхи

Редкие земли сразу обращают на себя внимание эффектными названиями. Тербий (Tb), празеодим (Pr), иттрий (Y), гадолиний (Gd), европий (Eu)… Именно благодаря им светящиеся краски дисплея позволяют выставлять вам свои фото в «Инстаграм» в лучшем свете. Неодим (Nd) и диспрозий (Dy) из обычных магнитов делают супермагниты, используемые в динамиках и микрофонах. Эти два редкоземельных металла применяются и в устройствах виброзвонков в мобильных телефонах.

В энергосберегающих лампах редкие земли обеспечивают естественный свет; они применяются также в зеленых технологиях – например, в солнечных батареях и ветрогенераторах. Для результата достаточно уже самого малого количества этих благородных металлов, поэтому их прозвали металлами-специями. (Что, конечно же, обидно для натрия, поскольку он, будучи металлом и одновременно составной частью поваренной соли, больше заслуживает право зваться металлом-специей!)

Несмотря на некоторые экологически восполняемые области применения, добыча редкоземельных металлов далеко не экологична, хотя они вовсе не так редки, как можно предположить по их названию. Они довольно часто встречаются в земной коре, но в составе горных пород, поэтому добывать их дорого и энергозатратно, к тому же нередко добыча происходит при несправедливых условиях труда. Самые крупные запасы редкоземельных металлов залегают в Китае, на некоторые из них имеется даже что-то вроде монополии, а это огромное конкурентное преимущество во времена высоких технологий. Во времена, когда я вынуждена покидать собственную квартиру, если у меня отрубился Wi-Fi.

Чем больше мобильных устройств мы покупаем, тем дороже становятся редкоземельные металлы. При этом реклама и мобильные операторы соблазняют нас, пользователей, как можно чаще заменять свой смартфон новой моделью. Если мы не начнем использовать наши приборы дольше и не будем разумнее их утилизировать, скоро столкнемся с проблемой. Да, пластиковые отходы – не единственная экологическая проблема современного общества. И, разумеется, большинство мобильников и планшетов делают так, что их очень трудно починить самостоятельно. Состарившийся аккумулятор или трещина на экране – и вот уже многие пользователи считают это поводом побаловать себя новым гаджетом. (Конечно, прибор можно отдать куда-нибудь в ремонт, но как же обойтись без смартфона дольше одного дня?)

Впрочем, экраны мобильников так легко выходят из строя не по коварному замыслу производителей. На самом деле они очень даже прочные и вообще представляют собой маленькое химическое чудо. Ведь здесь мы имеем дело не с обычным стеклом, а с Gorilla Glass ® – технологией, используемой в большинстве гаджетов. Для производства стекла, носящего столь впечатляющее название, берут алюмосиликатное стекло, состоящее из атомов кремния, алюминия и кислорода, которые вместе составляют трехмерный каркас. Он заряжен отрицательно, что уравновешивается положительно заряженными ионами натрия, сидящими в зазорах структурной сетки – каркаса. Но пока что это не Gorilla Glass; еще нужно опустить это алюмосиликатное стекло в горячий солевой раствор, содержащий положительно заряженные ионы калия.

С калием мы знакомы по калийным солям, используемым при производстве мыла. Сверимся с периодической системой: калий (К) идет сразу за натрием (Na), точнее, он располагается ниже по группе. Это тоже так называемый щелочной металл. Как и у натрия, у калия положительно заряженный ион (вспомните правило октета), только он куда больше иона натрия.

Что это значит для нашего Gorilla Glass? Когда алюмосиликатное стекло опускают в горячий раствор калийной соли, ионы калия, которые намного крупнее ионов натрия, вытесняют последние из зазоров силикатного каркаса и протискиваются на их место. Высокая температура и вообще более быстрое движение всех частиц облегчают этот обмен, больше похожий на рейдерский захват. Когда потом все это охлаждают, остается стекло с несколько измененной химической структурой. В этой структуре засели ионы чуть толще (ионы калия), и зазоры там чуть поменьше. В результате получается усиленная компрессия и более прочный материал – Gorilla Glass.

Но почему же все-таки дисплеи мобильников часто разбиваются? Вообще-то обычное стекло билось бы еще чаще. Выдержит ли дисплей мобильника падение, зависит от того, насколько сильную встряску получило стекло. Если смартфон упал на пол плашмя или близко к тому, вполне возможно, ничего особенного не произойдет, потому что удар придется на большую поверхность. Из главы 5, где речь шла о давлении воздуха, мы знаем: давление – это сила, действующая на поверхность, и чем меньше поверхность удара, тем больше давление. Когда мобильник падает лишь уголком дисплея, получается особенно громкий «бумс!», и в таких случаях экран разбит практически всегда.

Кстати, по той же причине в случае падения лифта следует по возможности лечь плашмя на пол, тогда сила при ударе распределится по большей поверхности. Но когда падаешь, лечь очень трудно, потому что находишься как бы в состоянии невесомости. Для подстраховки следовало бы с самого начала ехать в лифте лежа, что, однако, чревато всякими казусами с попутчиками по лифту. Но это так, к слову, лифты сейчас надежны, так что не упадут.

Вернемся к дисплеям. На всякий случай лучше подстраховаться и купить защитную пленку, пусть даже ваш прекрасный смартфон потеряет свою изящность. У меня вот дисплей еще ни разу не разбивался. Но сейчас, пока еду в автобусе к Кристине, обнаруживаю, что скоро сядет батарейка, и мобильник выключаю.

Время работы батареи – больная тема, верно? А помните, на сколько хватало заряда в мобильниках лет 15 назад? Их можно было заряжать каждые три-шесть дней, в зависимости от того, как долго на них играли в «Змейку». Сегодня я довольна, если мобильник хотя бы день прожил без подзарядки. Но, разобравшись, как такая батарейка устроена с точки зрения химии, вы поймете, как с ней лучше обращаться, чтобы она дольше держала заряд. И здесь мы подходим к другой стороне вопроса «Что мне это дает?». Я периодически слышу высказывания, что нечего в школе корпеть над естественными науками – в жизни они, мол, не понадобятся. Надеюсь, сейчас вы посмотрите на этот вопрос иначе.

Итак. Существуют разные типы батареек и аккумуляторов. Для ежедневного использования в наше время лучше всего подходит литий-ионная батарейка (или аккумулятор). Apple их тоже использует, и на сайте написано: «По сравнению с традиционными батареями литий-ионные быстрее заряжаются, дольше держат заряд, и удельная мощность у них выше – они более долговечны при том, что весят меньше». Вероятно, есть веские причины, почему мобильные телефоны, планшеты, лэптопы (и электромобили «Тесла», кстати, тоже) работают на литий-ионных батареях.

Краткое лексическое отступление: в этой главе я буду говорить только о перезаряжаемых батареях, как бы я их ни называла – аккумулятор или батарея. Вообще-то различие есть: батареи (их еще называют первичными батарейками) после использования перезарядке не подлежат. Аккумуляторы, или вторичные батареи, можно снова заряжать. Но поскольку аккумуляторы – это многократно подзаряжаемые батареи, по сути, они все же батарейки, так и будем их называть.