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.
