Простой карандаш оставляет на бумаге серую линию без чернил, краски и нагрева. При этом привычное название «свинцовый грифель» вводит в заблуждение: в современных обычных карандашах свинца нет. След возникает благодаря графиту — одной из форм углерода.
Графит состоит из слоёв атомов углерода, прочно связанных внутри каждого слоя. Между соседними слоями взаимодействие гораздо слабее, поэтому они сравнительно легко смещаются. Когда кончик карандаша трётся о бумагу, мельчайшие частицы графита отделяются и остаются на поверхности листа.
Бумага кажется гладкой на ощупь, но под увеличением видна сеть переплетённых волокон и микроскопических неровностей. Частицы графита задерживаются между ними, образуя видимую линию. Поэтому карандаш обычно пишет по бумаге лучше, чем по идеально гладкому стеклу.
Грифель делают не из чистого графита. В его состав входит глина, а в зависимости от технологии могут добавляться и другие компоненты. Американское химическое общество объясняет, что соотношение графита и глины определяет твёрдость и насыщенность следа.
Чем больше глины в смеси, тем твёрже обычно получается стержень. Он медленнее стирается, но оставляет более светлую и тонкую линию при одинаковом нажиме. Мягкие грифели с большей долей графита легче передают частицы бумаге и подходят для выразительных тёмных штрихов.
Именно это различие отражено в маркировке карандашей. Буква H обозначает твёрдые разновидности, B — мягкие и более тёмные, а HB занимает промежуточное положение. Цифра перед буквой указывает степень свойства внутри соответствующей группы: например, 4B обычно мягче и темнее, чем 2B.
От силы нажима тоже многое зависит. При сильном давлении на лист переносится больше материала, но кончик быстрее стачивается и может продавить бумагу. Для ровного письма часто удобнее умеренное усилие, а для рисунка художники меняют нажим и угол наклона карандаша.
Почему такую линию можно стереть? Обычный ластик при трении захватывает частицы графита и удаляет их с поверхности листа. Но если грифель глубоко вдавлен в волокна или бумага повреждена сильным нажимом, после стирания могут остаться серые следы и бороздки.
Важна и структура самой бумаги. На шероховатом листе карандаш оставляет больше частиц и штрих выглядит плотнее. На гладкой мелованной поверхности сцепление может быть слабее, поэтому некоторые карандаши пишут по ней хуже или дают неравномерную линию.
У графита есть ещё одно интересное свойство: он проводит электрический ток. Исследователи используют карандашные следы как доступный способ наносить тонкие проводящие дорожки на бумагу. Однако обычный рисунок не заменяет полноценную электропроводку, а его сопротивление сильно зависит от толщины и состава штрихов.
Слово «грифель» сохранилось исторически, хотя состав современных стержней давно известен. По сведениям Музея изящных искусств Бостона, смешивание графита с глиной стало важным этапом развития карандашей в конце XVIII века. Такая технология позволила выпускать стержни с разной твёрдостью и предсказуемыми свойствами.
Получается, простой карандаш работает благодаря сочетанию свойств графита, глины и бумажных волокон. Его линия — это тонкий слой частиц углерода, оставшихся после трения, а не высохшие чернила. Именно поэтому карандашом можно писать, рисовать, менять тон штриха и стирать ошибки.