Materiály, na kterých záleží

Věděli jste, že rané celuloidové kulečníkové koule byly tak chemicky nestabilní, že při nárazu občas doslova explodovaly? A že se do vývoje čokolády, která se dokonale rozpouští v ústech, investovalo podobné množství inženýrského umu jako do stavby některých našich nejkomplexnějších budov? Vítejte ve fascinujícím a trochu bláznivém světě materiálů, kde se za tím, co vidíme pouhým okem, vždy skrývá příběh a hlubší význam.

Tyto kapitoly vám nabídnou pohled do magicky složité říše molekul, kultur a věcí, z nichž je utvořen náš svět. Po přečtení této knihy budete vědět, proč se kancelářské sponky dají ohýbat, proč nemáme toalety z nerezové oceli a co přesně vás odlišuje od obyčejné tužky.

Od tužek, kterými píšeme, až po ocelové příbory, jimiž jíme, se každý den setkáváme s nesčetným množstvím umělých předmětů. Z čeho ale tyto věci vlastně jsou? Odpověď závisí na tom, v jakém měřítku daný předmět zkoumáme.

Na první pohled mohou působit jako jednolité, kompaktní celky. Když se však podíváte blíž, zjistíte, že materiál je obvykle složen z komplikovaného uspořádání menších částí, které do sebe přesně zapadají. Svetr je například vytvořen z těsně propletených vláken. A když se zaměříte ještě na tato vlákna, zjistíte, že i ta se skládají z ještě menších částí – jako v ruských matrjoškách.

Pouhé lidské oko vám o struktuře vašeho svetru víc neprozradí, ale výkonný mikroskop by odhalil jednotlivá vlákénka, která tato vlákna tvoří. A kdybyste zašli ještě hlouběji, uviděli byste, že vlákna se skládají z mnoha set tisíc molekul a nakonec z atomů.

Tato molekulární a atomární úroveň detailu je důležitá, protože změny právě na těchto škálách mohou mít zásadní dopad na vlastnosti materiálu. Vezměme si například diamant a grafit v tužce. Na pohled jsou naprosto odlišné, ale oba jsou tvořeny uhlíkem. Rozdíl ve vzhledu i vlastnostech vyplývá z toho, že na molekulární úrovni jsou atomy uhlíku v každém z těchto materiálů uspořádány jinak: v grafitu jsou atomy seřazeny do vrstev, zatímco v diamantu vytvářejí prostorovou, kubickou mřížku.

U materiálů tedy vždy platí: je v nich mnohem víc, než se zdá na první pohled.

Už víte, že všechny materiály – včetně těch, které na první pohled působí jako dokonale pevné a kompaktní – jsou složeny z nepředstavitelně malých částic. Kovy jsou například ve skutečnosti tvořeny miliardami drobných krystalů. Může to znít překvapivě, protože krystaly si obvykle spojujeme s průhlednými drahokamy v prstenech, ale výkonný mikroskop ukáže, že i obyčejný kov je krystalický.

To, jak hustě jsou tyto menší struktury v materiálu „napěchované“, určuje, nakolik se mohou vůči sobě pohybovat – a tím i to, jak se materiál chová, když na něj působíme silou. U kovového předmětu, jako je kancelářská sponka, jsou kovové krystaly uspořádány dostatečně volně, aby se mohly mírně posouvat. Proto lze sponku ohýbat: krystaly jen mění svou vzájemnou polohu.

Kdyby byl kov kancelářské sponky složen z mnohem těsněji uspořádaných krystalů, jako je tomu například u některých druhů oceli, sponka by se neohnula – místo toho by se zlomila, protože krystaly by neměly prostor k manévrování.

Zjednodušeně řečeno: měkké materiály jsou měkké proto, že jejich vnitřní struktury jsou uspořádány volněji a mohou se vůči sobě snáze posouvat.