Изучаем науку с помощью бумаги - Лоренс Уайт

Рис. 2. Ищем волокна

Требуется: лист газетной бумаги; лупа.

Разорвите газетный лист и внимательно рассмотрите зубчатый край разрыва. Вы увидите множество мельчайших целлюлозных волокон.

Рис. 3. Насколько малы волокна

Требуется: бумажное полотенце; прозрачная клейкая лента.

Сколько волокон нужно, чтобы получить лист бумаги? Конечно, это зависит от его величины, вы после проведенного выше опыта, наверное, решите, что понадобится немыслимое их количество. На самом деле 20 крошечных волоконец, помещенных кончик к кончику, составят около 2,5 см. Чтобы занять те же 2,5 см, размещая их рядом друг с другом, потребуется около 200 волокон. И наконец, самое интересное: взгляните на страницу этой книги… в ней около шести миллионов отдельных волоконец!

Приложите клейкую ленту к бумажному полотенцу или салфетке. Слегка прижмите ее к бумаге. Теперь аккуратно отделите ленту. Рассмотрите ее на свет, и вы увидите приставшие к ней волокна. Хотя бумага выглядит одним целым листом, этот опыт доказывает, что она состоит из множества отдельных волокон. Вы даже можете осторожно снять несколько штук с ее поверхности и увидеть, как они тонки и коротки.

Поэкспериментировав с другими видами бумаги, вы обнаружите, что все они тоже состоят из волокон, которые выглядят примерно одинаково.

Хотите сохранить ваши волокна для других опытов? Просто приклейте эту ленту к кусочку черной бумаги. На черном фоне волокна будут хорошо видны даже через ленту. А главное, вы сможете их сохранить!

А как получить волокна, чтобы сделать кусочек бумаги самому? Не удивляйтесь, если это займет у вас некоторое время, – ведь вам потребуется несколько миллионов волокон!

Бумагу делают из самых разных растительных волокон. Чаще всего это древесина. Можно использовать солому, бамбук, другие растения. Но оказывается, самую лучшую и дорогую писчую бумагу делают из льна и хлопка. Собственное производство бумаги вы можете начать с любого из подручных материалов!

Ваша первая задача – отделить целлюлозные волокна от носового платка. Отрежьте от него полоску приблизительно 2,5x20 см. Затем по одной вытаскивайте нитки из узкого конца полоски. Получившуюся бахрому обрежьте ножницами. Все нитки, и длинные, и короткие, собирайте в миску. Продолжайте выдергивать отдельные нитки и состригать бахрому до тех пор, пока не превратите всю полоску ткани в ворох маленьких ниточек. Это займет у вас не меньше часа. Чем терпеливее и аккуратнее вы будете сейчас, тем лучше и качественнее получится ваша бумага.

Рис. 4. В поисках волокон (первый шаг к получению бумаги)

Требуется: старый льняной или хлопчатобумажный носовой платок; ножницы; миска.

Наконец вся полоска ткани превратилась в маленькие ниточки, но ваша работа еще не закончена. Эти ниточки состоят из множества волокон, которые вам и нужны. Теперь осторожно собирайте по нескольку ниточек в пучок и обстригайте ножницами. Эту процедуру продолжайте до тех пор, пока не превратите нитки в однородную волокнистую массу. Чем дольше и тщательнее вы будете трудиться, тем больше вас удовлетворит конечный результат.

Набрав целую миску крошечных целлюлозных волокон, вы наконец сможете отдохнуть. Самый трудоемкий процесс теперь позади, и сделать из этих волосков бумагу не так сложно.

ОТБЕЛИВАНИЕ И КИПЯЧЕНИЕ

Конечно, в промышленности волокна разделяют с помощью машин, которые за то же время, которое вы потратили на свой маленький кусочек ткани, могут приготовить многие тонны волокон. Но это – первый шаг в производстве бумаги, и независимо от того, делаете ли вы его дома или используете гигантские машины на фабрике, он всегда одинаков.

Рис. 5. Научно–волшебное исчезновение пятен

Требуется: кусочек бумажной салфетки, примерно 7,5x15 см; красный пищевой краситель; стакан; жидкий отбеливатель.

Следующий очень важный процесс – отбеливание. Оно устранит пятна, и волокна станут чистыми и белыми. Любое различие цвета волокон будет заметно в бумаге, поэтому отбеливание – необходимая процедура, если вы хотите получить красивый бумажный лист.

Наполовину наполните стакан водой. На полоску бумаги капните красным пищевым красителем. Окуните полоску в воду и затем вытащите ее. Красный цвет частично остался на бумаге, частично перешел в воду. Но вода – не отбеливатель, и, если вы сполоснете полоску в воде даже несколько раз, она все еще останется красной. А теперь налейте немного отбеливателя в воду и размешайте его. (Будьте очень осторожны при этом и всех других исследованиях, не накапайте отбеливателем на вашу одежду: она может изменить цвет. Лучше всего – надеть что–нибудь старое.) Правда, волшебный фокус – красный цвет загадочно исчез! Когда вода станет бесцветной, опустите в нее полоску, и вы увидите, как она снова станет абсолютно белой.

Как же это происходит? Бытовой отбеливатель – это химическое вещество, которое называется гипохлорит натрия. Он содержит кислород, газ, который очень легко освобождается. Соединяясь с ним, многие красители образуют новые, как правило, бесцветные химические соединения. Помещая краситель в отбеливатель, вы не заставляете его исчезнуть совсем, а просто превращаете его в другое химическое вещество, невидимое.

Красный пищевой краситель охотно соединяется с кислородом. А вот зеленый и синий – нет! Попробуйте отбелить их. Отбеливается большинство чернил; некоторым пятнам или красителям требуется для этого долгое время, некоторым нужны специальные отбеливатели. Но для вашей бумаги недолгого отбеливания в гипохлорите натрия будет вполне достаточно.

Поместите волокна в стакан. Залейте их отбеливателем, заполнив стакан примерно на четверть. Перемешайте волокна, убедитесь, что все они полностью намокли, и выдержите их в отбеливателе в течение одной минуты. Затем осторожно слейте отбеливатель в отверстие раковины. Лучше процедить смесь через чайное ситечко, чтобы выловить все волокна.

Рис. 6. Отбеливание волокон

Требуется: ранее подготовленные волокна; стакан; бытовой отбеливатель; чайное ситечко или вилка.

Затем снова наполните стакан наполовину водой, размешайте в ней волокна и осторожно слейте воду, так же как вы сливали отбеливатель. Повторите эту процедуру несколько раз, чтобы волокна полностью очистились.

Прополоскав несколько раз, снова наполните стакан водой. Теперь вы готовы к следующему шагу – варке.

Вылейте всю смесь в кастрюльку. Если волокна покрыты водой не полностью, долейте еще, пока они не покроются целиком. Не бойтесь переборщить с водой. Включите плиту и прокипятите волокна в течение 10–15 мин.

В промышленности для варки бумажной массы используют котлы – большие металлические емкости. Масса постоянно перемешивается, чтобы волокна не склеивались. С той же целью иногда помешивайте вашу смесь ложкой или вилкой. Если вы заметите маленькие комочки, вытащите их и, дав остыть, потрите между пальцами, разделяя волокна, а потом аккуратно, чтобы не обжечься, опустите их обратно в кастрюлю.

Рис. 7. Кипячение волокон

Требуется: стакан воды с подготовленными волокнами из предыдущего опыта; кастрюля; плита; ложка или вилка.

Зачем волокна варят? Их предстоит склеивать. И чем лучше волокна разварятся, тем лучше потом прилипнут друг к другу. Во время кипячения они размягчаются, разбухают и становятся клейкими, а это очень важно для того, чтобы бумага получилась качественной. Но ваши волокна еще не прошли обработку; это пока волокна, и не больше того. Следующий шаг – соединить их со специальными добавками, необходимыми для получения бумаги.

БУМАЖНЫЙ «СУП»

Если бы вашу бумагу делали на целлюлозно–бумажном комбинате, то теперь ее поместили бы в большой чан. В нем «каша» из волокон была бы растворена, перемешана и проклеена. Чтобы лучше представить себе этот процесс, давайте попробуем проделать то же самое.

Обычно растворение и проклейка происходят одновременно.

Проклейка – это вовсе не последний шаг в производстве бумаги, как можно подумать. На самом деле это означает добавление в нее веществ, придающих ей жесткость. Удивительно, но это происходит задолго до того, как волокна превратятся в бумагу. Возможно, ваша мама «проклеивала» рубашки или другую одежду с помощью крахмала. Мы будем использовать его же.

Налейте в миску полчашки жидкого крахмального клейстера. Добавьте четыре чашки воды и перемешайте все ложкой. Влейте этот раствор в кастрюлю с водой и прокипяченными волокнами и перемешайте ложкой. Следите, чтобы волокна не слипались.

В настоящем производстве бумаги волокна растворяют водой, превращая их в жидкий бумажный «суп». Только один процент этого супа – волокна, а девяносто девять – вода. Очень важно как можно лучше разбавить волокна водой. Чем больше воды и чем равномернее волокна распространены в ней, тем лучше будет бумага. Не бойтесь использовать слишком много воды. Настоящие бумагоделательные машины расходуют ее столько, что, если бы они использовали лишь свежую воду, очень быстро все водные запасы вокруг были бы исчерпаны. Поэтому в промышленности вода используется повторно. Производство бумаги – одна из немногих отраслей, которые требуют такое огромное количество воды!