Перерастая бога. Пособие для начинающих

Кристаллы обладают приятной на вид, геометрически точной формой, непосредственно обусловленной расположением атомов. Так, вода, когда достаточно охладится, кристаллизуется, превращаясь в лед. При этом ее молекулы располагаются строго упорядоченно по отношению друг к другу. Подобно солдатам на параде, с той лишь разницей, что таких «солдат» даже в небольшом кристалле насчитываются многие миллиарды: одна шеренга за другой тянутся вдаль во всех направлениях. И, в отличие от солдат, ко «всем направлениям» здесь относятся также направления вверх и вниз. Этот трехмерный парад молекул называется кристаллической решеткой. Алмазы и прочие драгоценные камни также представляют собой кристаллы, и кристаллическая решетка каждого из них имеет свою особую структуру. Скалы, камни и песок тоже образованы кристаллами, но зачастую такими маленькими и столь плотно упакованными, что разглядеть их по отдельности не так-то просто.

Формируются кристаллы и иным путем: из растворенного вещества — чаще всего в воде, которая затем испаряется. Вы легко можете провести опыт с обычной столовой солью, хлоридом натрия. Вскипятите в воде полную чашку соли и оставьте получившийся раствор выпариваться в большой неглубокой тарелке. Через несколько дней вы увидите, как в воде образуются новые кристаллы соли. Они могут иметь кубическую форму, как у железного колчедана, или же образовывать из кубиков более сложные структуры, выглядящие наподобие четырехугольных пирамид (зиккуратов). Происходит это потому, что атомы натрия и хлора распознают друг друга и берутся за руки. Правильное название такого «сцепления рук» — химическая связь. (Строго говоря, в данном случае речь идет не об атомах, а об ионах — хлорид-ионах и ионах натрия, но сейчас для нас эта разница несущественна.) Итак, кристаллы растут следующим образом. Ионы натрия и хлора, плавающие в воде поблизости от уже имеющегося кристалла, случайно натыкаются на него. Они узнают ионы натрия и хлорид-ионы, расположенные на внешней поверхности кристалла, и связываются с ними, в результате чего кристалл увеличивается. Причина, почему грани кристаллов обыкновенной соли квадратные, состоит в том, что «руки», которыми ионы хватаются друг за друга, располагаются под прямым углом. Кристалл приобретает свою форму благодаря прямоугольному построению «солдат на параде». Не у всех кристаллов квадратные грани, и вы, вероятно, уже догадываетесь, по какой причине. Их «руки» торчат под другими углами, которые и определяют угол выстраивания «солдат». Вот почему, например, кристаллы флюорита имеют форму октаэдра — восьмигранника.

Кристалл может представлять собой цельный камень, имеющий изящную геометрическую форму куба или октаэдра. Но иногда мелкие кристаллы объединяются в более замысловатые структуры. По внутреннему строению каждого из «кирпичиков», составляющих такие «здания», можно судить о способе построения «солдат» на «плацу». Однако сами «здания» организованы сложнее. Возьмем, к примеру, снежинки. Вам, возможно, уже приходилось где-нибудь читать о том, что двух одинаковых снежинок не бывает. У образующих лед молекул воды число «рук», которыми они сцепляются друг с другом, — шесть, и потому естественная форма каждого крошечного кристалла льда шестиугольная. Но снежинка образована не одним таким кристалликом. Она — «строение», состоящее из множества миниатюрных шестисторонних «кирпичиков». Можно заметить, что шестиугольная схема лежит в основе конструкции не только самих этих «кирпичиков», но и здания как такового. Каждая снежинка обладает шестилучевой симметрией (на прилежащей иллюстрации представлено несколько образцов). Но все они различны, и некоторые очень красивы.

Стоит задаться вопросом, почему каждая снежинка уникальна. Дело в том, что у каждой своя особая история. В отличие от кристаллов соли, нарастающих снаружи из жидкого водного раствора, снежинки растут, падая сквозь облака водяного пара — присоединяя крошечные кристаллики льда также к наружной стороне своего «здания». Растут они двумя способами. Какой именно будет преобладать, зависит от «микроклимата» на каждом мельчайшем участке пути сквозь облако. Изменения этого микроклимата касаются как температуры, так и влажности. Проходя через облако, снежинка встречается с множеством различных сочетаний обоих параметров — с уникальной последовательностью ежесекундных колебаний влажности и температуры. Таким образом, «здание» строится по индивидуальному проекту, и каждая отдельная снежинка приобретает в конце концов свою неповторимую форму. Она — своеобразный отпечаток пальца подробной истории[42].