Представиться системе:

Разделы


О РЕДКИХ И РАССЕЯННЫХ РАССКАЗЫ О МЕТАЛЛАХ (часть 1)


С. И. Венецкий
 
                          О редких и рассеянных
 
                            Рассказы о металлах
 
 
  Рецензент проф. докт. техн. наук В. М. Розенберг
 
Оформление и рисунки художника А. В. КОЛЛИ
Редактор издательства М. Р. ЛАНОВСКАЯ
Художественный редактор А. И. ГОФШТЕЙН
Технический редактор В. А. ЛЫКОВА
Корректоры Ф. Б. ЦАЛКИНА, Л. М. ЗИНЧЕНКО
(c)Издательство "Металлургия", 1980
Отсканировал и вычитал Владимир Афанасьев
 
  В научно-популярной форме автор рассказывает об истории открытия,
свойствах и применении важнейших редких (в том числе и рассеянных)
металлов.
  Книга предназначена для самого широкого круга читателей: студентов,
преподавателей, учащихся, специалистов - всех интересующихся историей и
развитием металлургии, химии, материаловедения.
 
  ВЫ ПРОЧТЕТЕ:
 
- о кладах, рождающихся в наши дни, и о черной записной книжке -
свидетельнице великого научного подвига;
- об обещанной Наполеоном огромной премии, которую никто так и не получил,
и о том, как старые отвалы пустой породы оказались поистине бесценными;
- о странном газетном объявлении, сыгравшем роковую роль в судьбе
английского химика, и о тайне красных огней, тщательно скрываемой
бенгальскими жрецами;
- об элементе, исчезнувшем на нашей планете подобно динозаврам, и
неизвестных пока сплавах, предсказанных ЭВМ;
- о пропаже, которую вряд ли отыскал бы Шерлок Холмс, и о диагнозе,
поставленном Агатой Кристи;
- о том, как удалось определить возраст древних горных пород, и о
маленькой шведской деревушке, которой могут позавидовать крупные
государства;
- о металлах и сплавах, "командированных" в космос для проведения важных
экспериментов, и об "усах", вошедших в моду;
- о строгой ревизии, благодаря которой был открыт новый химический
элемент, и о металлическом облаке над Колумбией;
- о большой "обиде", нанесенной благородному металлу его "крестным отцом",
и красивых "визитных карточках" элементов;
- о помощи, которую оказывают некоторые металлы криминалистам, и о
многом-многом другом.
 
  ОБ ЭТОЙ КНИГЕ
 
  Мы живем в удивительное время: на наших глазах человек проложил первые
дороги в космос, овладел энергией атомного ядра, создал "мыслящие" машины,
проник в тайны живой клетки.
  Новые области науки и техники необычайно интересны. Но есть такая сфера
человеческой деятельности, которая хоть и стара, как мир, однако ничуть не
менее интересна, чем космонавтика или ядерная физика, кибернетика или
микробиология. Я имею в виду металлургию - производство и обработку
металлов, получение разнообразных сплавов.
  Когда-то, на заре цивилизации, люди были знакомы лишь с несколькими
металлами. Проходили столетия, становились известными все новые и новые
элементы. Постепенно расширялся и круг металлов, используемых человеком.
Одним металлам удалось довольно быстро завоевать признание ученых и
инженеров, другие - долгие годы не находили применения. Это "безделье"
объяснялось вполне уважительными причинами. Во-первых, содержание многих
металлов в земной коре весьма мало и добыть их чрезвычайно трудно;
некоторые из них вообще не имеют собственных минералов и встречаются в
природе только в виде примесей к другим металлам (такие "распыленные" по
свету элементы относятся к группе рассеянных). Во-вторых, наука до поры до
времени располагала скудной информацией о большинстве металлов. А
поскольку они были редкими гостями в промышленном мире, за ними и
закрепилось название редких.
  XX век ознаменовался бурным развитием техники. Приборостроению и
химической промышленности, авиации и ракетостроению, электронике и ядерной
энергетике потребовались совершенно новые материалы с уникальными
свойствами. Взоры ученых обратились к редким металлам. Тщательное изучение
этих "отшельников" показало, что многие из них обладают недюжинными
способностями. Тогда-то и началось наступление редких металлов "по всему
фронту".
  Сейчас уже, пожалуй, нет такой области новой техники, где бы в той или
иной степени не применялись редкие металлы, их сплавы или разнообразные
соединения. Так, из сплавов рения изготовляют торсионы - тончайшие и
вместе с тем необычайно прочные металлические нити, необходимые для
сверхточных навигационных приборов. Галлий используют для создания так
называемых жидких затворов в вакуумных аппаратах, для изготовления
высокотемпературных термометров и манометров. "Главное действующее лицо"
фотоэлементов дефектоскопов и других приборов - цезий. Гафний известен как
материал для регулирующих стержней ядерных реакторов: перспективно
применение этого металла в производстве жаропрочных сплавов для авиации и
ракетной техники. Тонкий слой индия, нанесенный на подшипники,
предохраняет их от эрозии и тем самым в несколько раз увеличивает срок
службы. Таких примеров можно привести множество.
  Некоторым редким металлам (в том числе и тем из них, которые относятся к
рассеянным элементам) посвящена эта книга. Ее можно рассматривать как
продолжение книги С. И. Венецкого "Рассказы о металлах" (3-е издание
выпущено издательством "Металлургия" в 1978 г.).
  Так же, как в своей предыдущей книге, автор не стремится сообщить читателю
сколько-нибудь систематические сведения о каждом из описываемых химических
элементов. Биографии редких металлов содержат немало любопытных фактов,
занимательных историй, курьезных событий. Познакомить читателя с ними,
рассказать о трудных путях, которыми шли ученые к важным открытиям,
поведать о тех нехоженых тропах, каких еще много в удивительном мире
металлов, - цель данной книги.
  Книга густо "заселена" реальными и вымышленными персонажами. На ее
страницах, наряду с видными учеными разных стран, упоминаются Наполеон и
Агата Кристи, Карел Чапек и Шерлок Холмс, старик Хоттабыч и Акакий
Акакиевич. Но занимательные сюжеты - это только фон, на котором автор
знакомит читателя с достижениями металлургии, физики, химии, с успехами
техники и технологии производства металлов, с новыми процессами,
материалами, приборами. Совсем недавно на борту научной орбитальной
станции "Салют-6" проводилась серия экспериментов по космическому
материаловедению, но и они уже отражены на страницах книги.
  Не один крупный ученый или инженер делал свои первые шаги к вершинам науки
и техники под впечатлением интересных научно-популярных книг. Убежден, что
и книга "О редких и рассеянных" поможет многим юношам и девушкам найти
ответ на едва ли не самый главный для них вопрос: "Кем быть?".
  Академик, лауреат Ленинской и Государственных премий, Герой
Социалистического Труда
 
  А. Ф. БЕЛОВ
 
 
 
  ТРИУМФ ВЕЛИКОГО ЗАКОНА (ГАЛЛИЙ)
 
  Не торопитесь с выводами! - Первая ласточка. - Ирония судьбы. - Фиолетовая
незнакомка. - Франция или петух? - Спор ученых. - Разные судьбы. -
"Дискриминации" не место. - Бедный родственник. - Богатства хранятся в...
отходах. - Галлий на ладони. - Пожар не состоится. - Лампы становятся
лучше. - Большой оригинал. - Вне всякой конкуренции. - "Не
по-товарищески". - Незаурядные способности. - "Не лыком шиты". - По
законам невесомости. - Почему светит Солнце?
 
  Когда в марте 1869 года Д. И. Менделеев поведал миру о том, что им открыт
периодический закон, которому неукоснительно подчиняются все химические
элементы, кое-кто из ученых встретил это сообщение в штыки. Даже
признанный корифей науки, каким по праву считался один из создателей
спектрального анализа немецкий химик Роберт Бунзен, поспешил язвительно
заметить: "Такого рода обобщений можно составить сколько угодно из
цифровых данных, помещенных в биржевом листке".
  Впоследствии Бунзен не раз, видимо, жалел о своем скором суждении, но в то
время Менделееву еще предстояло доказать свою правоту, и ученый с триумфом
сумел это сделать. Величие периодического закона заключалось в том, что он
не только обобщал уже известные науке сведения о химических элементах и
устанавливал для них строгий порядок, но и служил своеобразным компасом
для многотысячной армии экспериментаторов, пытавшихся отыскать в
безбрежном море химии неизвестные острова - новые элементы, новые кирпичи
мироздания. Гений Менделеева сумел предвидеть открытие более чем десятка
элементов.
  Первой ласточкой, принесшей весть о правоте великого химика, суждено было
стать галлию.
  В конце 1870 года, выступая на заседании Русского физико-химического
общества, Д. И. Менделеев сказал, в частности, что в пятом ряду третьей
группы должен находиться пока еще не открытый, но безусловно существующий
в природе элемент. При этом Менделеев очень подробно описал свойства
"эка-алюминия" (так ученый условно назвал этот элемент, поскольку в
таблице ему отводилось место под алюминием) и даже высказал уверенность,
"что он будет открыт спектральным исследованием". (Ирония судьбы: мог ли
Бунзен предположить, что разработанный им спектральный анализ сыграет с
ним горькую шутку - неопровержимо докажет ошибочность его скоропалительной
оценки периодического закона?)
Ждать пришлось сравнительно недолго. В 1875 году французский химик Поль
Эмиль Лекок де Буабодран. исследуя спектроскопическим путем цинковую
обманку - хорошо известный минерал, привезенный из местечка Пьерфитт в
Пиренеях, обнаружил фиолетовую незнакомку - новую спектральную линию,
свидетельствовавшую о том, что в минерале присутствует неизвестный
химический элемент.
  Но увидеть новую линию - это лишь полдела, теперь предстояло выделить из
минерала виновника ее появления в спектре. Задача была не из легких, так
как содержание искомого элемента в цинковой обманке оказалось крайне
незначительным. Все же химику сопутствовал успех: после многочисленных
опытов ему удалось получить крупицу нового металла - всего 0,1 грамма.
  Итак, трудности позади, а на повестке дня стоял уже следующий вопрос:
пользуясь почетным правом первооткрывателя, Лекок де Буабодран должен был
дать "новорожденному" имя. В честь своей родины ученый решил назвать его
"галлием" (Галлия - латинское название Франции). Правда, злые языки вскоре
стали поговаривать, что в этом слове химик хитро зашифровал намек на свою
фамилию: ведь "галлус" - по-латыни "петух", по-французски же петух-"ле
кок", ну, а отсюда до Лекока де Буабодрана, как говорится, рукой подать.
  Вскоре сообщение об открытии галлия было опубликовано в докладе
французской Академии наук. Когда Д. И. Менделеев ознакомился с ним, он
сразу понял, что речь идет о том самом эка-алюминии, которому уже было
уготовано место в его таблице элементов. В письме, адресованном
французской Академии наук, Менделеев сообщал: "...способ открытия и
выделения, а также немногие описанные свойства заставляют предполагать,
что металл-не что иное, как эка-алюминии".
  В самом деле, свойства теоретического эка-алюминия и реального галлия
удивительно совпадали. Расхождение оказалось лишь в плотности: по мнению
Менделеева, она должна была составлять около 6 г/см3, а Лекок де Буабодран
указывал другое значение - 4,7. Так кто же прав? Тот, кто никогда даже не
видел этот металл, или тот, кто не только держал его в руках, но и
проводил с ним различные исследования? Не впервые в истории науки теория
сталкивалась с практикой, мысль спорила с экспериментом.
  Чтобы доказать точность своих первоначальных данных, Лекок де Буабодран
снова выделил крупицы галлия, тщательно очистил их и подверг скрупулезному
исследованию. И что же выяснилось? Плотность галлия действительно была
близка к 6. Французский химик публично признал правоту своего русского
коллеги. "Не нужно, я думаю, указывать на исключительное значение, которое
имеет плотность нового элемента для подтверждения теоретических выводов
Менделеева", - писал тогда первооткрыватель галлия.
  Судьбы многих металлов довольно сходны. Но ведь и среди сотни знакомых вы
не найдете двух людей, чьи жизненные пути полностью бы совпадали, не
правда ли? То же самое можно сказать и о металлах. Даже у таких близнецов,
как, например, цирконий и гафний или тантал и ниобий, биографии оказались
совершенно разными. Однако начальная пора в жизни большинства металлов
протекала одинаково скучно: они терпеливо ждали того часа, когда для них
найдется, наконец, хоть какая-нибудь работа. Некоторым элементам повезло,
и спустя несколько лет после открытия они уже вели бурную деятельность;
для других период ожидания затянулся надолго. Одним из неудачников
оказался галлий.
  Прошло более полувека после того, как Лекок де Буабодран известил коллег,
что обнаружил новый металл, но промышленный мир не обращал на него ни
малейшего внимания. В 1929 году вышел 14-й том Большой Советской
Энциклопедии (1-е издание), в котором "использованию" галлия отведено
всего четыре слова: "В технике не применяется". И точка.
  Чем же объяснялась такая дискриминация? Неужели металл, сыгравший столь
блистательную роль в утверждении периодического закона, оказался больше ни
на что не пригодным? Неужели его миссия заключается только в том, чтобы
бесполезно заполнять 31-ю клетку таблицы элементов? Неужели он не обладает
ни одним свойством, способным заинтересовать конструкторов, изобретателей,
ученых"
Нет, дело тут не в свойствах галлия, которые, кстати сказать, весьма
любопытны и оригинальны (вы в этом вскоре убедитесь). Так, может быть, в
природе слишком мало этого элемента и отсюда все его беды? Но и на природу
жаловаться грех: галлия в земной коре содержится в десятки раз больше,
чем, например, тантала или вольфрама, в сотни раз больше, чем ртути или
серебра.
  Все дело в том, что, подобно некоторым другим так называемым рассеянным
элементам, галлий "не позаботился" о создании собственных месторождений.
Более того, он практически не имеет "персональных" минералов. Лишь
сравнительно недавно в юго-восточной части Африки был обнаружен первый
галлиевый минерал, который и получил название галлит. В нем содержится
почти 37% галлия. Обычно же этот элемент в едва заметных количествах
(сотые доли процента) пристраивается как бедный родственник главным
образом к алюминию, реже - к железу, цинку, меди и другим металлам. Как
выяснилось, сравнительно богата галлием зола каменных углей. Английские
ученые подсчитали, что каждая тонна угля, добытого на Британских островах,
содержит в среднем 5 граммов галлия. Всего-то? Но даже такая, казалось бы,
ничтожная концентрация этого элемента считается вполне достаточной для его
промышленного извлечения. (Все в мире относительно: железную руду, на
тонну которой приходится 300-400 килограммов железа, принято называть
бедной.) Зато и масштабы производства галлия, прямо скажем, невелики.
Первые 50 килограммов этого металла получили в Германии в 1932 году.
Спустя примерно четверть века производство галлия возросло лишь до 350
килограммов. И хотя сегодня счет идет на тонны, даже такой редчайший
металл, как рений, которого в земной коре содержится в десятки тысяч раз
меньше, чем галлия, по объему производства оставил его далеко позади.
  Главным источником получения галлия служат... отходы алюминиевого
производства. Но не торопитесь делать вывод, что галлий - дешевый металл.
Хоть на сырье и не приходится тратиться, сам процесс извлечения галлия
настолько сложен (чего стоит, например, хотя бы отделение его от
алюминия!), что он оказывается одним из самых дорогих металлов на мировом
рынке. В середине 50-х годов 1 килограмм галлия стоил 3000 долларов -
почти в три раза дороже золота! Подумать только: небольшой слиточек
металла, вполне умещающийся на ладони, - и такая солидная сумма!..
  Впрочем, как раз на ладони-то мы бы не советовали держать галлий, и вовсе
не потому, что ладонь - не очень надежное хранилище для ценнейшего
металла. Есть другая причина: тепла человеческого тела достаточно, чтобы
этот серебристый мягкий (его можно резать ножом) металл превратился в
жидкость. Температура плавления его необычайно низка - всего 29,8шС. В
этом отношении он уступает только игривой ртути, которую способен
утихомирить лишь сорокаградусный мороз, и чуть-чуть - цезию, плавящемуся
при 28,5шС. Галлий не стоит брать в руки еще и потому, что он довольно
токсичен (токсичнее ртути) - и общение с ним может привести к не очень
приятным последствиям.
  Благодаря низкой температуре плавления галлий - основной компонент многих
легкоплавких сплавов. Создан, например, сплав галлия (67%) с индием
(20,5%) и оловом (12,5%.), который даже при комнатной температуре не может
остаться твердым: он плавится при 10,6 шС. Такие сплавы широко используют
в технике, в частности в устройствах пожарной сигнализации. Стоит воздуху
в помещении слегка нагреться, как столбик галлиевого сплава,
вмонтированный в реле, начинает таять - жидкий металл замыкает
электрические контакты и звуковой или световой сигнал возвещает об
опасности. Такой прибор надежнее любого вахтера.
  Легкоплавкие галлиевые сплавы (как и сам галлий) обладают еще и
способностью хорошо смачивать твердые материалы, благодаря чему их успешно
применяют вместо ртути для создания жидких затворов в вакуумной
аппаратуре. Галлиевые затворы надежнее сохраняют вакуум, чем ртутные.
  Сплавы галлия с индием и оловом служат в качестве смазок и прокладок при
соединении деталей из кварца, стекла и керамики, для склеивания этих
материалов под давлением. Галлийиндиевый сплав, нанесенный на поверхность
подшипников, заметно продлевает срок их службы. Мы уже говорили, что
галлий весьма токсичен, однако в компании с никелем и кобальтом он не
проявляет свой ядовитый характер; из сплава этих элементов зубные врачи
изготовляют пломбы высокого качества.
  В медицине широко применяют лампы ультрафиолетового излучения, катоды
которых раньше обычно делали из ртути. Сплав алюминия с галлием лучше
ртути справляется с этой работой: излучаемый лампами свет богаче целебными
лучами.
  Большинство металлов плавится и застывает при одной и той же температуре.
Уникальное свойство галлия - его "умение" длительное время (многие
месяцы!) не затвердевать в переохлажденном состоянии. Так, если капельку
его вылить на лед, галлий еще долго будет оставаться в расплавленном виде.
Зато, когда он все же затвердеет, объем металла заметно возрастет, поэтому
нельзя заполнять жидким галлием металлические или керамические сосуды -
они разорвутся при затвердевании металла. Обычно его хранят либо в
небольших желатиновых капсулах, либо в резиновых баллончиках. Эту
характерную черту галлия (все прочие металлы, кроме сурьмы и висмута, как
известно, при переходе из жидкого состояния в твердое "худеют") предложено
использовать в установках для получения сверхвысоких давлений.
  Главное же достоинство галлия в том, что он остается жидким в огромном
интервале температур, значительно большем, чем у любого другого
легкоплавкого металла. Расплавленный галлий начинает кипеть лишь после
того, как температура достигнет 2230 шС. Именно эта поистине удивительная
способность галлия предопределила его важнейшее амплуа в технике -
изготовление высокотемпературных термометров и манометров. Галлиевые
термометры позволяют измерять такую высокую температуру (более 1000 шС),
при которой ртутным термометрам, как говорится, нечего делать: ведь ртуть
закипает уже при 357 шС.
  Легкоплавкость в сочетании с широким интервалом существования расплава
делают галлий потенциальным теплоносителем для атомных реакторов. Однако
жидкий галлий ведет себя явно не по-товарищески по отношению к тем
конструкционным материалам, которые могли бы окружать его в реакторе: при
повышенных температурах он растворяет и тем самым разрушает большинство
металлов и сплавов. Агрессивность мешает галлию занять ответственный пост
теплоносителя (в этой роли сейчас обычно выступают натрий и калий). Но,
возможно, ученым удастся найти на него управу: так, уже установлено, что
тантал и вольфрам легко переносят контакт с галлием даже при 1000шС.
Любопытно, что небольшие (до 5%) добавки "едкого" галлия к магнию повышают
его антикоррозионные свойства, а заодно и прочность.
  Интересна еще одна особенность галлия: величина электрического
сопротивления его кристаллов сильно зависит от того, вдоль какой их оси
(т. е. в продольном или поперечном направлении) проходит ток; отношение
максимума сопротивления к минимуму равно 7 - больше, чем у любого другого
металла. То же самое можно сказать и о коэффициенте теплового расширения,
который изменяется в зависимости от направления тока почти втрое.
  Незаурядные способности галлия хорошо отражать световые лучи позволили ему
не без успеха попробовать свои силы в производстве зеркал, причем
галлиевые зеркала не тускнеют даже при повышенных температурах. Окись
этого металла необходима для получения специальных стекол, обладающих
большим коэффициентом преломления, хорошо пропускающих инфракрасные лучи.
  Сверхчистый галлий (не менее 99,999%) применяют как легирующую присадку к
германию и кремнию для повышения их полупроводниковых свойств. А не так
давно галлий доказал, что он и сам в этом отношении "не лыком шит": у
некоторых его соединений - с сурьмой, фосфором и особенно с мышьяком -
обнаружились явные полупроводниковые наклонности.
  Особенно ярко они проявились при создании так называемых гетерпереходов,
обеспечивающих высокие рабочие характеристики полупроводниковых приборов.
Гетерпереход - это содружество двух различных по химическому составу
полупроводников, которые сращены в монокристалле. Теоретически ученые уже
давно сумели доказать, что такое совместное "проживание под одной крышей"
сулит полупроводниковой технике интересные перспективы. Однако подобрать
подходящую пару оказалось архитрудной задачей. Исследователи перепробовали
десятки различных сочетаний, но все они были далеки от идеала, а часто
вещества откровенно демонстрировали свою несовместимость. Ученым пришла в
голову мысль испытать в качестве партнеров арсенид галлия и арсенид
алюминия: их кристаллические решетки похожи, как две капли воды, а это не
могло не обнадеживать. Но неожиданно на пути вырос новый барьер - арсенид
алюминия был настолько неустойчив, что во влажной атмосфере разлагался
буквально на глазах.
  Неужели снова неудача? Спас положение галлий. Атомы его, введенные в
арсенид алюминия, придавали тому нужную устойчивость. Проблема была решена
- техника обогатилась множеством новых совершенных приборов. Коллективу
ученых, создавших чудо-кристаллы, в 1972 году была присуждена Ленинская
премия.
  Сфера деятельности химических соединений галлия постоянно расширяется. Их
можно встретить сегодня, в вычислительных устройствах и радарных
установках, термоэлементах для солнечных батарей и полупроводниковых
приборах ракетной техники. Они участвуют в изготовлении лазеров, создании
люминесцентных (светящихся) веществ, оказывают сильное каталическое
воздействие на многие важные процессы органической химии.
  Еще недавно "гиперболоид инженера Гарина" (а точнее, писателя Алексея
Толстого) казался несбыточной фантазией, а сегодня современные
"гиперболоиды" - лазеры - прочно вошли в жизнь. Одним из первых лазерных
материалов стал арсенид галлия. По зарубежным данным, лазеры на арсениде
галлия - простые, эффективные, компактные - предполагалось использовать в
космической технике, в частности для связи между космонавтом, вышедшим в
открытое пространство, и космическим кораблем или между двумя станциями,
находящимися на околоземных орбитах. Намечалось также применить такой
лазер для ориентации корабля при посадке на Луну.
  Космическая невесомость создает неповторимые условия для проведения
различных технологических операций. Интересные опыты по выращиванию
полупроводникового кристалла арсенида галлия проведены на американской
космической станции "Скайлэб". Если в земных условиях не удается вырастить
кристаллы этого вещества размером более 2-3 миллиметров, то в невесомости
получен отличный кристалл-великан длиной около 25 миллиметров. Подобные
эксперименты в космосе успешно прошли и на борту советской
научно-исследовательской станции "Салют-6". Кроме того, наши космонавты
провели на установке "Сплав" опыты по получению слитка, состоящего из
молибдена и галлия. Дело в том, что молибден почти вдвое тяжелее галлия и
в обычных условиях эти металлы не могут равномерно перемешиваться: при
застывании слитка верхние его слои оказываются богатыми галлием, а нижние
- молибденом. В космосе же царит невесомость, и перед ее законами молибден
и галлий равны, поэтому слиток получается равномерным по составу.
  Вполне вероятно, что именно галлий поможет ученым ответить на вопрос,
почему... светит Солнце. Да-да, не удивляйтесь: ведь до сих пор наука
располагает лишь гипотезами о природе колоссальной энергии, миллиарды лет
беспрерывно излучаемой Солнцем. Одна из самых распространенных и
авторитетных гипотез утверждает, что в недрах небесного светила постоянно
идут процессы термоядерного синтеза. Но как это доказать?
  Самыми убедительными, хотя и косвенными уликами могли бы стать нейтрино -
частицы, которые образуются при термоядерных реакциях. Но вот беда:
приобщить к делу эти улики необычайно трудно. Даже сам Вольфганг Паули -
швейцарский физик, еще в 1933 году теоретически предсказавший
существование нейтрино, полагал, что никто не сможет экспериментально
подтвердить наличие этих частиц, так как они не имеют ни массы, ни
электрического заряда. В то же время нейтрино обладают определенной
энергией и огромной проникающей способностью. Высвобождаясь в ядре Солнца,
они беспрепятственно проходят через толщу солнечного вещества и
колоссальным потоком низвергаются на Землю (как, разумеется, и на другие
небесные тела). Ученые считают, что на каждый квадратный сантиметр
поверхности нашей планеты ежесекундно обрушивается свыше 60 миллиардов
нейтрино. Однако зарегистрировать их крайне сложно: через любое вещество
они проходят, словно сквозь пустоту. И все же физики нашли некоторые
материалы, в которых нейтрино оставляют следы. Так, ядро атома хлора с
атомной массой 37, поглощая нейтрино, испускает электрон и превращается в
атом аргона с той же атомной массой. Эта реакция эффективно протекает лишь
с участием нейтрино, обладающих большой энергией. Но доля таких частиц в
нейтринном солнечном потоке чрезвычайно мала (менее одной десятитысячной).
Вот почему для экспериментов, связанных с поисками "неуловимых", нужны
поистине стерильные условия.
  Попытка создать такие условия была предпринята в США. Чтобы по возможности
устранить влияние других космических частиц, громадную цистерну с
перхлорэтиленом (эту жидкость обычно применяют при химчистке) физики
упрятали под землю на глубину около полутора километров, воспользовавшись
для этого заброшенным золотым рудником в штате Южная Дакота. Согласно
теоретическим расчетам, каждые двое суток в цистерне три атома хлора-37
должны были превращаться в атомы аргона-37, причем считалось, что два
таких превращения произойдут "по вине" нейтрино, а третье-под действием
других излучений, ухитряющихся проникнуть даже через полуторакилометровую
толщу земли. Увы, обнаружить удавалось лишь один из трех атомов аргона-37,
а это скорее всего означало, что посланники Солнца тут ни при чем.
  Так что же: нейтрино не поступают на Землю и, следовательно гипотеза о
термоядерном происхождении солнечной энергии неверна? Советские физики
полагают, что указанные эксперименты еще не дают основания отказываться от
сложившихся представлений о Солнце как о гигантском термоядерном реакторе.
Видимо, подобные опыты требуют еще большей точности. Кроме того, теория
говорит о том, что Солнце посылает на Землю большие потоки нейтрино с
относительно низкой энергией, для фиксации которых хлор-аргоновый метод
попросту непригоден. Вот тут на помощь и должен прийти герой нашего
повествования - галлий. Оказалось, что он может служить отличной мишенью
(или, как говорят физики, детектором) для нейтрино с малой энергией: ядра
изотопа галлия-71 охотно поглощают эти частицы и превращаются в ядра
германия-71. Определив число образовавшихся в мишени атомов германия-71,
ученые смогут измерить поток солнечных нейтрино. Пока это только теория,
но в нашей стране уже создана галлий-германиевая установка, а в горах
Северного Кавказа (в Баксанском ущелье) пробита глубокая штольня для
нейтринной обсерватории. И хотя для работы установки потребуется не одна
тонна галлия, в ходе экспериментов этот довольно дорогой металл
практически останется целым и невредимым. Пройдет несколько лет, и галлий,
возможно, прольет свет на одну из важнейших проблем современной
астрофизики.
 
  "ЗЛОЙ ДЖИН" (РУБИДИЙ)
 
  Если верить Библии. - Древние камни Гренландии. - Помолодевшие Гималаи. -
Часы, которые не идут. - Находка в спектре. - Словесный портрет. - Бунзен
выпаривает "море". - Четверть века спустя. - "Камера предварительного
заключения". - Схватка со льдом. - Вдали от родного ядра. - В борьбе за
"трон". - Приятные хлопоты. - На международном рынке. - Смежные профессии.
- Куранты бьют вовремя. - Двадцать веков и одна секунда. - Подземные
кладовые. - На берегах Камы. - Кто покрасил соль? - В одесских лиманах. -
"Берегите мужчин!"
 
  Сколько лет нашей планете? К сожалению, "метрическое свидетельство" о
рождении Земли не сохранилось, а сама же она (как и всякая не очень
молодая особа) тщательно скрывает свой возраст. Но коли есть загадка, то
всегда находятся и желающие ее разгадать. Спор о том, когда в просторах
Вселенной образовалась наша "обитель", длится уже много веков. Если верить
Библии, это произошло совсем недавно - около шести тысячелетий назад.
Согласно же современным научным представлениям, Земля "живет на свете" уже
приблизительно 4,5 миллиарда лет (весьма почтенный возраст, не правда ли?).
  В роли свидетелей, готовых подтвердить правильность этой точки зрения,
выступают древнейшие горные породы планеты. До последнего времени самыми
"престарелыми" считались породы, найденные в Африке, в районе Трансвааля:
им примерно 3,4-3,5 миллиарда лет. Но в 1966 году молодой новозеландский
ученый Вик Макгрегор на западном побережье Гренландии, у входа в
Амералик-фьорд, обнаружил породы, которые оказались старше, чем
трансваальские, почти на добрых полмиллиарда лет. А установить это удалось
с помощью так называемых рубидий-стронциевых "часов". Что же они собой
представляют?
  Еще в начале нашего века великий английский физик Эрнест Резерфорд
предложил для определения возраста минералов и горных пород
воспользоваться открытым за несколько лет до этого явлением
радиоактивности. Дело в том, что атомы радиоактивных химических элементов,
входящих в состав земной материи, постоянно излучают те или иные ядерные
частицы, превращаясь в атомы другого элемента. Самое любопытное, что
скорость такого превращения не зависит ни от температуры, ни от давления,
ни от каких-либо других факторов. Но зато каждый химический "индивидуум"
характеризуется своим периодом полураспада - временем, в течение которого
распадается ровно половина имеющегося количества радиоактивного элемента.
У одних веществ этот период длится лишь миллионные доли секунды, у других
достигает сотен триллионов лет.
  Период полураспада одного из "долгожителей"-рубидия-87 (на его долю
приходится около 28% природных запасов рубидия) - 48 миллиардов лет.
Самопроизвольно испуская электроны, этот изотоп медленно, но верно
превращается в стабильный (не подвергающийся дальнейшему распаду) изотоп
стронция с тем же массовым числом (87). Поскольку известно обычное
соотношение между этим изотопом и его ближайшими "родственниками"
(изотопами с массовыми числами 88, 86, 84), нетрудно вычислить, сколько в
горной породе "сверхнормативного" стронция-87, т. е. того, который
образовался в результате радиоактивного распада рубидия-87. Ну, а
определив к тому же количество исходного "сырья", можно подсчитать, как
долго длился процесс превращения, т. е. узнать возраст горной породы.
  Если гренландским горным породам с помощью изотопов рубидия и стронция
удалось доказать свою глубокую древность, то самые высокие горы нашей
планеты-Гималаи-благодаря этой же паре химических элементов смогли убедить
научный мир в том, что они значительно моложе, чем предполагалось до
последнего времени. Так, долгое время считалось, что горные массивы
Центральной Азии образовались сотни миллионов лет назад. Сравнительно
недавно японские ученые, воспользовавшись рубидий-стронциевыми "часами",
тщательно исследовали образцы гималайских пород и установили ошибочность
существовавшей точки зрения. Ученые пришли к выводу, что этот район
земного шара дважды подвергался сильнейшим геологическим сжатиям. Первое
сжатие, в результате которого сформировалась базовая структура (или, иначе
говоря, своего рода фундамент) Гималаев, произошло 450-500 миллионов лет
назад, а второе, благодаря которому на этом фундаменте были воздвигнуты
высочайшие горы Земли, - всего каких-нибудь 15 миллионов лет назад.
  Существуют и другие подобные методы - радиоуглеродный, уран-гелиевый,
уран-свинцовый, калий-аргоновый и т. д., но для весьма солидных
промежутков времени, пожалуй, самыми подходящими являются
рубидий-стронциевые "часы".
  Итак, рубидий помогает установить примерный возраст Земли. А как давно он
сам известен человеку? На этот вопрос можно дать предельно точный ответ.
  Рождение рубидия состоялось в 1861 году. Это событие не ускользнуло от
пытливого взгляда двух замечательных немецких ученых - химика Роберта
Бунзена и физика Густава Кирхгофа, разработавших в 1859 году спектральный
метод анализа веществ, с помощью которого спустя год им удалось открыть
цезий. Продолжая исследовать различные минералы, они обнаружили в спектре
саксонского лепидолита две неизвестные ранее темно-красные линии. Так
сигнализировал о своем появлении на свет новый элемент, который и был
назван рубидием, что в переводе с латинского означает "красный". Это дает
рубидию основание считать себя почти однофамильцем рубина - известного
драгоценного камня. Но если рубин и впрямь красный, то о рубидии этого не
скажешь: как и большинство металлов, он серебристо-белого цвета. Рубидий
очень легкий (легче магния) и очень мягкий (как воск) металл. Ему явно
противопоказано пребывание в жарких местах нашей планеты: температура
плавления рубидия всего 38,9 шС, поэтому под палящими лучами южного солнца
он может буквально растаять на глазах. Чтобы закончить словесный портрет
рубидия, укажем еще одну особую примету: пары его соединений придают
пламени горелки характерный пурпурный оттенок.
  Впервые металлический рубидий сумел получить в 1863 году Р. Бунзен. Для
этого ему пришлось "свернуть горы", а вернее, выпарить целое "озеро" -
более 40 кубометров шварцвальдской минеральной воды, в которой также был
обнаружен новорожденный элемент. Но это было только начало. Из упаренного
раствора ученый осадил смесь хлороплатинатов калия, цезия и рубидия.
Теперь предстояло разделить неразлучную троицу. Воспользовавшись более
высокой растворимостью калийных соединений, Бунзен путем многократной
фрикционной кристаллизации сначала удалил "с поля" калий. Разделить цезий
и рубидий было еще сложнее, но и эту задачу удалось решить. Завершила дело
сажа, которая восстановила рубидий из его кислого тартрата (соли винной
кислоты).
  Спустя четверть века известный русский химик Н. Н. Бекетов предложил
другой способ получения металлического рубидия - восстановлением его из
гидроокиси алюминиевым порошком. Ученый проводил этот процесс в железном
цилиндре с газоотводной трубкой, которая соединялась со стеклянным
резервуаром-холодильником. Цилиндр подогревался на газовой горелке, и в
нем начиналась бурная реакция, сопровождавшаяся выделением водорода и
возгонкой рубидия в холодильник. Как писал сам Бекетов, "рубидий гонится
постепенно, стекая, как ртуть, и сохраняя даже свой металлический блеск
вследствие того, что снаряд во время операции наполнен водородом". В наши
дни этот металл "добывают" главным образом из хлорида, воздействуя на него
металлическим кальцием в вакууме при 700-800шС.
  Как ни сложно выделить чистый рубидий из его соединений, но это только
полдела: не меньше хлопот связано с его хранением. "Свежий" металл
немедленно запаивают в ампулы из особого стекла, в которых создан вакуум
или находится инертный газ. Иногда "камерой предварительного заключения"
служат металлические сосуды, заполненные "сухим" (тщательно обезвоженным)
керосином или парафиновым маслом. Только при соблюдении этих условий можно
быть уверенным, что "продукт подлежит длительному хранению". Чем же
вызваны столь суровые меры "наказания"?
  Виной всему-буйный характер пленника. Высвободить его из заточения-все
равно, что выпустить злого джина из бутылки. По химической активности
рубидий в семье металлов уступает только своему "старшему брату" цезию.
Оказавшись на воле, т. е. на воздухе, рубидий тут же воспламеняется и
сгорает ярким розовато-фиолетовым пламенем, образуя желтый
порошок-надперекись рубидия. Возникший "пожар" нельзя тушить водой: металл
реагирует с ней еще более бурно, со взрывом, причем разлученный с
кислородом водород немедленно загорается, "подливая масла в огонь". При
этом рубидий совершенно не считается с физическим состоянием воды: даже
замерзнув и превратившись в лед, она не перестает быть объектом нападок
агрессивного металла. Подобно тому как отбойный молоток шахтера врубается
в пласт угля, рубидий решительно "вгрызается" в толщу ледяных кристаллов,
и только адский мороз (ниже -108 (С) способен утихомирить буяна.
Получающаяся при этом гидроокись рубидия тоже старается показать характер:
если ее поместить в стеклянную посуду, то от стекла вскоре останутся одни
воспоминания. Да и сам рубидий при высоких температурах (300 шС и выше)
быстро разрушает стекло, беззастенчиво "выпроваживая" кремний из его
окислов и силикатов. Вот почему "смирительные рубашки" (ампулы) для этого
металла необходимо делать из специального стекла, способного постоять за
себя.
  Высокая химическая активность рубидия обусловлена строением его атома. Как
и у других щелочных металлов, на его внешней электронной оболочке
"проживает" один-единственный валентный электрон, который находится дальше
от ядра, чем у лития, натрия или калия, и поэтому по первому требованию
поступает в распоряжение атомов других веществ (с большей охотой отдают
свой электрон только атомы цезия).
  Столь же легко рубидий расстается с электронами "по просьбе" световых
лучей. Это явление, называемое фотоэффектом, присуще многим металлам, но
рубидий и цезий в этом отношении вне всякой конкуренции. И хотя сегодня в
фотоэлементах и других фотоэлектрических устройствах гораздо чаще
применяется цезий, признанный "королем фотоэффекта", у рубидия есть
неплохие шансы со временем потеснить короля на троне: ведь его в природе
примерно в 50 раз больше, чем цезия, дефицит которого рано или поздно
сыграет на руку рубидию. К тому же некоторые его сплавы (например, с
теллуром) обладают максимальной светочувствительностью в более далекой
ультрафиолетовой области спектра, чем аналогичные цезиевые сплавы; в ряде
случаев это обстоятельство имеет первостепенное значение при выборе
материала фотокатодов.
  Другая важная сфера деятельности рубидия - органическая химия, где на долю
его солей выпали "приятные хлопоты": они исполняют обязанности
катализаторов. В этом амплуа карбонат рубидия впервые выступил еще более
полувека назад при получении синтетической нефти. Сегодня без него не
обходится синтез метанола и высших спиртов, а также стирола и бутадиена -
исходных веществ для производства синтетического каучука. Сравнительно
недавно разработаны рубидиевые катализаторы для гидрогенизации,
дегидрогенизации, полимеризации и еще некоторых реакций органического
синтеза. Весьма важно, что такие катализаторы позволяют вести процесс при
более низких параметрах (температуре и давлении), чем в том случае, когда
для этой цели используются соединения натрия или калия. Кроме того, к их
достоинствам следует отнести пренебрежительное отношение к сере - бичу
многих других катализаторов.
  Американские химики установили, что тартрат рубидия оказывает
каталитическое действие на окисление сажи, заметно снижая температуру
реакции. "Эка невидаль - сажа", - может подумать кое-кто. Но ученые,
ведущие работы по изысканию новых видов авиационного топлива,
придерживаются на этот счет совсем иного мнения. И, надо полагать, не без
оснований.
  Некоторые соединения рубидия обладают полупроводниковыми свойствами,
другие - пьезоэлектрическими. Однако пока эти способности элемента ь 37
только начинают привлекать внимание ученых и инженеров.
  Как вы заметили, речь чаще идет о потенциальных возможностях рубидия, чем
о конкретном использовании его в современной технике. Действительно, он не
вправе пока претендовать на роль великого труженика, подобно железу,
алюминию, меди, титану. Это подтверждается и масштабами его производства:
если "поскрести по сусекам" всех стран, производящих рубидий, то за год
наберется всего несколько десятков килограммов, а отсюда - очень высокая
цена этого металла на мировом рынке.
  Помимо упомянутых областей применения, рубидиевые соединения в небольших
количествах используются в аналитической химии - как реактивы на марганец,
цирконий и благородные металлы, в медицине - в качестве снотворного и
болеутоляющего средства, а также при лечении эпилепсии. В виде различных
солей рубидий участвует в изготовлении специальных оптических материалов,
прозрачных для инфракрасных лучей, в производстве люминесцентных ламп,
телевизионных и других электроннолучевых трубок. В некоторых вакуумных
приборах рубидий выполняет функции геттера (газопоглотителя), а в
магнитометрах и эталонах частоты и времени - функции так называемого
активного вещества.
  Недавно одна из электротехнических фирм ФРГ сконструировала рубидиевую
контрольно-регулирующую приставку для старинных курантов, украшающих
древние башни многих европейских городов и радующих слух их жителей
мелодичным боем. Но вот беда: почти все куранты страдают хроническим
"заболеванием" - уж очень не точны эти громоздкие средневековые механизмы.
Новая приставка - атомный эталон частоты - гарантирует курантам
безупречную точность хода (до сотых долей секунды в сутки).
  Еще большая точность нужна ядерной физике, лазерной технике, космической
навигации: здесь погрешность измерения времени порой "не вправе" превышать
миллионные доли секунды в сутки! Таким требованиям отвечают созданные в
нашей стране атомные часы, "сердцем" которых служит изотоп рубидия.
Принцип их действия основан на том, что атомы химических элементов
способны поглощать или излучать энергию только определенной длины волны
(частоты). Для каждого элемента эта длина волны строго постоянна,
поскольку она зависит лишь от строения атома. Поэтому атомные (или, как их
еще называют, квантовые) часы на несколько порядков точнее, чем любые
другие, в том числе и кварцевые, в которых роль маятника играют упругие
колебания кварцевой пластины. Точность рубидиевых часов такова, что если
бы их "завели" на рубеже новой эры, то к нашим дням они отстали бы или
убежали вперед не более чем на... одну секунду.
  Можно смело утверждать, что в ближайшие годы послужной список рубидия
станет намного длиннее, а значит, возрастут и масштабы его производства.
Природа не страдает от недостатка этого металла: в подземных кладовых его
припрятано больше, чем, например, хрома, цинка, никеля, меди, свинца.
  Правда, определенные трудности возникают из-за крайней рассеянности
рубидия, который, хотя и обнаружен во многих горных породах, не имеет
собственных минералов, не говоря уже о крупных месторождениях. Обычно
рубидий примыкает к более распространенным щелочным металлам, причем с
калием он просто неразлучен. Кроме уже упоминавшегося лепидолита, рубидий
в очень незначительных количествах (от сотых до десятых долей процента)
присутствует в карналлите, откуда его и извлекают попутно с другими
элементами. Поскольку общие запасы карналлита практически неисчерпаемы,
этот минерал считается наиболее перспективным рубидиевым сырьем.
  Еще в XV веке на берегу реки Камы среди уральских лесов возник городок
Соль Камская. Современный Соликамск - крупный центр химической
промышленности. Здесь находятся богатейшие месторождения карналлитов,
сильвинитов и других калийных солей. Похожий на мрамор сильвинит окрашен в
различные цвета: он то белый, как снег, то переливается всеми цветами
радуги - от светло-розового до красного, от небесно-голубого до
темно-синего. При этом минерал (представляющий собой хлорид калия)
пронизан бесцветными прозрачными кристаллами хлорида натрия (т. е.
поваренной соли), среди которых иногда попадаются совершенно черные
крупные кубики. Отчего же почернела поваренная соль? Полагают, что это
"автограф" рубидия-87-уже знакомого нам радиоактивного изотопа,
облучившего когда-то хлорид натрия.
  Соли рубидия растворены в воде океанов, морей, озер. Довольно богаты этим
элементом знаменитые одесские лиманы, но еще больше его в каспийских
водах. Не обошел рубидий своим вниманием и многих представителей
растительного мира: следы его встречаются в морских водорослях и табаке, в
листьях чая и зернах кофе, в сахарном тростнике и свекле, в винограде и
некоторых видах цитрусовых.
  В заключение приведем шутливый аргумент в пользу прозвучавшего несколько
лет назад призыва "Берегите мужчин!": их кровь, как утверждает Большая
Советская Энциклопедия, богаче рубидием, чем женская (соответственно
0,00032 и 0,00028 %). Ну как же их в таком случае не беречь?
 
  ТАЙНА БЕНГАЛЬСКИХ ЖРЕЦОВ (СТРОНЦИЙ)
 
  Чем болели казаки? - Деревня попадает в историю. - Торопитесь с выводами!
- Рецепт бенгальских жрецов. - Букеты расцветают в небе. - "Сладкое
местечко". - В различных амплуа. - Взрыв на атолле Бикини. - Опасный
"вирус". - Широкие перспективы. - Стронций забирается в часы. - На далеком
северном острове. - "Тристан" уходит в пучину. - Чудесный генератор. -
Мелкие хлопоты. - Без искры. - Голубые кристаллы. - На дне прибрежной
полосы. - Дела давно минувших дней. - Природе не свойственна торопливость.
 
  В начале прошлого столетия казаки, жившие в Забайкалье, решили
переселиться на берега Урова (притока Аргуни) - их привлекли здесь хорошие
пахотные земли и неплохой климат. Но вот беда: спустя всего несколько лет
многие переселенцы заболели неведомой болезнью, которая скручивала людей,
пронизывала болью все тело. Не раз приезжали сюда врачи, но никто из них
не смог выяснить причину массового заболевания. Лишь в наше время
комплексные биогеохимические экспедиции Академии наук СССР сумели
установить, что виновником этого тяжелого недуга был... стронций, которым
оказались богаты воды тех мест.
  Что же представляет собой этот коварный химический элемент, столь
недружелюбно встретивший забайкальских казаков?
  Стронций был открыт в конце XVIII века. Своим названием элемент обязан
небольшой шотландской деревушке Стронциан (впрочем, уместнее сказать, что
скромная деревушка обязана этому металлу тем, что благодаря ему попала в
историю химии). В 1787 году в ее окрестностях был найден редкий минерал,
названный стронцианитом. Исследования английских химиков А. Кроуфорда и Т.
Хопа, немецкого химика М. Клапрота и других ученых, заинтересовавшихся
новым минералом, свидетельствовали о том, что в нем присутствует "земля"
(окисел) неизвестного в то время науке металла.
  Лиха беда начало: уже в 1792 году Хопу удается представить убедительные
доказательства существования нового элемента, который был назван стронцием
(в русской литературе начала XIX века встречались и другие названия:
стронтий, стронциан, стронтиян).
  К числу первооткрывателей стронция можно отнести и русского химика Т. Е.
Ловица. В том же 1792 году он обнаружил "стронциановую землю" в минерале
барите. Но будучи чрезвычайно осторожным, ученый решил не торопиться с
выводами, а, следуя принципу "семь раз отмерь", провести еще более
тщательные опыты. Когда же они были закончены и Ловиц подготовил к
публикации статью "О стронциановой земле в тяжелом шпате", оказалось, что
"отрезать" уже было поздно: до России дошли иностранные химические журналы
с результатами исследований Хопа, Клапрота и других зарубежных ученых. Да,
иногда, пожалуй, не грех и поторопиться...
  Знакомство ученых с чистым стронцием состоялось спустя несколько лет, в
1808 году, когда англичанин Г. Дэви сумел впервые выделить этот легкий
(легче алюминия) серебристо-белый металл в свободном виде. С химическими
же соединениями стронция человек познакомился задолго до описываемых
событий.
  Еще в Древней Индии при совершении священных обрядов в полумраке храмов
внезапно вспыхивали таинственные красные огни, наводившие суеверный страх
на молящихся. Разумеется, всемогущий Будда был меньше всего причастен к
этой иллюминации, зато его верные служители - жрецы, видя испуганные лица
своих подопечных, потирали руки от удовольствия. Чтобы добиться такого
эффекта, они смешивали соли стронция с углем, серой и бертолетовой солью,
прессовали смесь в шарики или пирамиды, а в нужный момент незаметно
поджигали. Должно быть, "патент" на такую смесь принадлежал жрецам
Бенгалии (одной из индийских провинций), поскольку за этими огнями прочно
закрепилось название "бенгальских".
  На протяжении многих веков свойство летучих соединений стронция придавать
пламени ослепительно яркий красный цвет использовалось в пиротехнике. В
России, например, во времена Петра I и Екатерины II без "потешных огней"
не обходилось ни одно мало-мальски значительное торжество. Да и в наши дни
праздничные салюты и фейерверки радуют взоры букетами красных, зеленых,
желтых огней, расцветающих на черном бархате ночного неба.
  Но пиротехнические способности "металла красных огней", как называют
стронций, нужны не только для развлечений: разве можно подсчитать, сколько
человеческих жизней было спасено благодаря сигнальным ракетам, которые при
кораблекрушениях, вспыхивая во мраке над океаном, указывали судам,
спешащим на помощь, местонахождение тех. кто потерпел бедствие.
  Окрашивание пламени долгое время оставалось единственным занятием
стронция. Но вот на рубеже XIX и XX веков химики обнаружили, что он может
проявить себя на другом поприще - в сахарном производстве: с его помощью
удалось заметно повысить извлечение сахара из свекольной патоки - мелассы.
Но спустя несколько лет нашелся более дешевый исполнитель этой роли -
кальций, и стронций вынужден был уступить ему "сладкое местечко".
Любопытно, что в последнее время ставится вопрос о возрождении
стронциевого метода обессахаривания мелассы, так как выход сахара в этом
случае примерно на 20% выше.
  Можно назвать еще много областей, в которых стронций с большим или меньшим
успехом пробовал свои силы. Металлургам, например, он помогал очищать
сталь от газов и вредных примесей. В производстве глазурей этот элемент
позволил обойтись без ядовитых соединений свинца, который к тому же и
более дефицитен. В стекольной промышленности стронций (точнее, его окисел)
приобрел известность как заменитель дорогостоящих материалов при
изготовлении стекловолокна и стекол различного назначения. Синтетические
кристаллы титаната стронция по игре и блеску граней способны конкурировать
с бриллиантами. Присутствие стронция в портландцементе повышает его
влагоустойчивость, что особенно важно при строительстве гидросооружений. В
радиотехнике и электронике этот металл применяют для оксидирования катодов
электронных ламп и в качестве газонаполнителя в вакуумной технике, в
частности при изготовлении диэлектриков и сегнетоэлектриков. Стронциевые
соединения входят в состав люминофоров, малярных красок, консистентных
смазок, отличающихся высокой стойкостью. "Дуэт" рубидий - стронций
позволяет ученым с большой точностью определять возраст наиболее древних
горных пород "Подробнее об этом рассказано в очерке о рубидии "Злой джин"".
  Как видите, работы для элемента ь 38 хватает. И все же то, что мы
перечислили, можно считать лишь эпизодами из жизни стронция. Но прежде чем
перейти к самой важной стороне его деятельности, вспомним об одном
сравнительно недавнем событии, сообщения о котором долго не сходили с
центральных полос газет всего мира.
  В марте 1954 года над атоллом Бикини, расположенным в южной части Тихого
океана, поднялось гигантское грибовидное облако - результат испытаний
американской водородной бомбы. Спустя несколько часов на палубу японского
рыболовного судна "Фукурю-Мару", находившегося в открытом море более чем в
150 километрах от эпицентра взрыва, начали падать грязно-белые хлопья
радиоактивных осадков. Рыбаки прекратили промысел и взяли курс на Японию,
но было поздно: вскоре после возвращения один из членов экипажа умер, а
остальные оказались пораженными тяжелой формой лучевой болезни. Едва ли не
главным "вирусом" этой болезни был стронций-90, один из многочисленных
радиоактивных изотопов, образующихся при ядерном распаде.
  В результате такого взрыва в атмосферу выбрасываются десятки миллионов
тонн земли и горных пород, буквально начиненных продуктами деления атомных
ядер, самый токсичный, а значит, и самый опасный среди которых -
стронций-90. Рано или поздно они возвращаются на землю, оседая на
поверхность материков и океанов. Теперь радиоактивному стронцию остается
один шаг до организма человека. Вместе с фруктами и овощами, усвоившими
его из почвы, с питьевой водой, с мясом или молоком домашних животных,
"полакомившихся" травой, зараженной стронцием-90, он проникает в организм
людей, накапливается там и создает опасные радиоактивные очаги, гибельно
воздействующие на костные ткани, мозг, кровь.
  Прогрессивное человечество боролось и продолжает бороться за полный запрет
атомных и водородных взрывов. Миллионы людей во всем мире горячо
приветствовали подписание в Москве в 1963 году международного Договора о
запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом
пространстве и под водой. Однако это вовсе не означает, что радиоактивный
стронций сойдет со сцены: развитие ядерной энергетики создает
неограниченные возможности для мирного использования его в науке и
технике. Здесь для него работы - непочатый край.
  Широкие перспективы открываются перед радиоизотопами стронция в
производстве атомных электрических батарей для космических ракет и
искусственных спутников Земли. Принцип действия таких батарей основан на
способности стронция-90 излучать электроны, обладающие большой энергией,
преобразуемой затем в электрическую. Радиостронциевые элементы,
соединенные в миниатюрную батарейку (размером со спичечную коробку),
способны безотказно служить без перезарядки 15-25 лет.
  Атомные батарейки несомненно найдут применение в телефонии и радиотехнике.
А вот швейцарские часовщики с успехом использовали крохотные стронциевые
батарейки для питания электрочасов.
  Неприхотливые и практически вечные источники тока незаменимы на
автоматических метеостанциях, расположенных в пустынных, полярных и
высокогорных районах нашей планеты. В Канаде, например, на далеком
северном острове Аксель-Хейберг в труднодоступном месте действует атомная
метеорологическая станция, рассчитанная на работу без обслуживания в
течение двух-трех лет. Источником энергии для аппаратуры станции служит
изотоп стронция (всего 400 граммов), помещенный в специальный трехслойный
сплав и защищенный свинцовым экраном. Теплота, образующаяся при
радиоактивном распаде стронция, превращается в электрический ток, который
питает приборы для измерения температуры, атмосферного давления, скорости
и направления ветра. Полученные данные фиксируются самопишущими приборами
и передаются по радио с помощью двух транзисторных передатчиков на
расстояние свыше 1500 километров. Вся аппаратура смонтирована в стальном
цилиндре высотой 2,5 метра, диаметром 0,65 метра и общей массой около
тонны. Душой этого сложного технического комплекса можно без преувеличения
назвать маленькие стронциевые батареи.
  Несомненный интерес представляет термоэлектрическая стронциевая батарея
"Тристан", разработанная учеными фирмы "Сименс" (ФРГ) для проведения
подводных исследований. Высокоэффективные термоэлектрические элементы
преобразуют энергию распада стронция-90 в электрический ток. Размеры
батареи невелики, но весит она 1,4 тонны, поскольку снабжена толстым
свинцовым экраном, который надежно защищает обитателей морских пучин и,
разумеется, прежде всего людей от радиации - ее уровень вблизи "Тристана"
в пять раз меньше допустимого.
  Советскими учеными создан изотопный генератор электрической энергии для
питания автоматических метеостанций. Главное действующее лицо в нем - все
тот же изотоп стронция. Гарантийный срок службы "Бета-С" (так назван
генератор) -10 лет, в течение которых он способен снабжать электрическим
током нуждающиеся в нем приборы. А все обслуживание его заключается лишь в
профилактических осмотрах - раз в два года. На Лейпцигской ярмарке этот
генератор был удостоен золотой медали. Первые образцы его установлены в
Забайкалье и в верховьях таежной речки Кручины.
  Число приборов различного назначения, в которых используется радиоактивный
стронций, растет не по дням, а по часам. Успешно действуют, например,
толщиномеры для контроля и управления процессом производства бумаги,
тканей, тонких металлических лент, пластмассовых пленок, лакокрасочных
покрытий. Изотоп стронция "трудится" в приборах для измерения плотности,
вязкости и других характеристик вещества, в дефектоскопах, дозиметрах,
сигнализаторах.
  С борта судна, направляющегося в Таллинский порт, хорошо видна словно
выросшая из воды высокая красная "свеча" - атомный маяк "Таллин". Главная
его особенность - радиоизотопные термоэлектрические генераторы, в которых
в результате распада стронция-90 возникает тепловая энергия, преобразуемая
затем в световую. Иначе говоря, недра атомов стронция можно с родным
основанием считать местом рождения мощного луча света, легко пробивающего
ночную мглу Балтики. Заметим, что традиционной должности смотрителя в
штатном расписании атомного маяка нет: лишь несколько раз в год
специалисты посещают его для осмотра аппаратуры. Недавно здесь вырос еще
один такой маяк.
  На машиностроительных предприятиях часто можно встретить так называемые
бета-реле. В их "обязанности" входит контроль подачи заготовок на
обработку, проверка исправности инструмента, правильность положения детали
и тому подобные "мелкие хлопоты". Принцип действия реле прост. Микрозаряд
радиоактивного стронция, излучение которого в двести раз ниже санитарных
норм, покоится в свинцовой ампуле с крохотным окошком, прозрачным для
бета-излучения (потока электронов). До тех пор пока в "поле зрения"
бета-лучей находится деталь или инструмент, т. е. пока все обстоит
благополучно, автоматическая система спокойна. Но вот, допустим, сверло
внезапно сломалось-теперь уже бета-лучи, не встречая на своем пути
преграды, попадают на газоразрядный приемник излучения. Тотчас же реле
срабатывает, останавливая механизмы, а на пульте диспетчера вспыхивает
сигнальный огонек, указывающий, где произошло повреждение.
  При производстве материалов, являющихся изоляторами (бумага, ткани,
искусственное волокно, пластмассы и т. д.), вследствие трения возникают
электрические заряды, создающие напряжения до нескольких тысяч вольт, - в
результате может произойти искровой пробой и возникнуть пожар. Чтобы
избежать этого, до недавнего времени применяли сложную, громоздкую и
дорогую аппаратуру, позволяющую с помощью ультрафиолетовых или
рентгеновских лучей ионизировать окружающий воздух и тем самым снимать
электростатические заряды. Сейчас для этой цели широко пользуются
стронциевыми ионизирующими источниками - они недороги, не требуют
установки высоковольтной аппаратуры, просты в эксплуатации, компактны и
долговечны. Новые приборы позволили в несколько раз повысить
производительность прядильных и ткацких станков, резко сократить брак и
простои из-за обрыва нитей.
  Итак, мирный стронций все увереннее прокладывает себе дорогу в
промышленность, спрос на него непрерывно растет. А сможет ли природа
удовлетворить потребности человечества в этом металле?
  Большинство минералов стронция встречается довольно редко; лишь уже
знакомый нам стронцианит и целестин (по-латыни - "небесный") образуют
иногда солидные скопления. Вот как описывает свою встречу с целестином
замечательный советский геохимик и минералог академик А. Е. Ферсман:
"...вдруг в одном разломанном желвачке я увидел какой-то голубой
кристаллик: о, это был настоящий целестин! Чудесная прозрачная голубая
иголочка, как светлый сапфир с острова Цейлон, как светлый, выгоревший на
солнце василек".
  Но целестин бывает не только голубым - не менее чудесны его
нежно-фиолетовые, розоватые или дымчато-черные кристаллы, встречающиеся в
пустотах горных пород. Необыкновенно красивы зеленоватые россыпи его
мелких зерен на друзах янтарно-желтой серы.
  Пути образования в природе целестина (он представляет собой сернокислую
соль стронция) различны, и, чтобы поведать об одном из них, мы снова
предоставим слово академику А. Е. Ферсману, поскольку вряд ли кто-нибудь
сможет рассказать об этом интереснее и поэтичнее, чем он:
  "...Давно-давно, несколько десятков миллионов лет тому назад верхнеюрское
море докатывало свои волны до мощных, тогда уже существовавших Кавказских
хребтов...
  На дне прибрежной полосы, на камнях в бесчисленных количествах жили
маленькие радиолярии; некоторые из них были прозрачны, как стекло,..
другие представляли собой мелкие белые шарики не больше одного миллиметра,
с маленьким стебельком, в три раза большим, чем туловище. Они сидели на
камнях, на красивых зарослях мшанок, а иногда покрывали даже иглы морских
ежей, путешествуя с ними по морскому дну.
  Это были знаменитые радиолярии-акантарии, скелеты которых состояли из
иголочек, числом от 18 до 32. Долгое время никто не знал, из чего они
образованы, и только случайно было обнаружено, что они состоят не из
кремнезема, не из опала, а из сернокислого стронция. Эти бесчисленные
радиолярии накапливали в сложном жизненном процессе соль сернокислого
стронция, извлекая ее из морской воды, и постепенно строили свои
кристаллические иголочки.
  Отмирающие радиолярии падали на дно моря. Так было положено начало
скоплениям одного из редких металлов..."
Добавим, что не только радиолярии, но и другие морские организмы
неравнодушны к стронцию: ученые находили спиральные раковины давно
вымерших моллюсков, состоящие из целестина. Некоторые из них достигали
внушительных размеров - до 40 сантиметров в поперечнике.
  В природе имеются довольно крупные так называемые вулканогенно-осадочные
месторождения стронция, например в пустынях Калифорнии и Аризоны в США.
(Кстати, замечено, что стронций "любит" жаркий климат, поэтому в северных
странах он встречается гораздо реже.). В третичную эпоху этот район был
ареной бурной вулканической деятельности.
  Термальные воды, поднимавшиеся вместе с лавой из земных недр, были богаты
стронцием. Расположенные среди вулканов озера накапливали этот элемент,
образуя за тысячелетия весьма солидные его запасы.
  Есть стронций и в водах Кара-Богаз-Гола. Постоянное испарение вод залива
приводит к тому, что концентрация солей непрерывно возрастает и наконец
достигает точки насыщения - соли выпадают в осадок. Содержание стронция в
этих осадках иногда составляет 1-2 %.
  Несколько лет назад геологи обнаружили значительное месторождение
целестина в горах Туркмении. Голубые пласты этого ценного минерала
залегают на склонах ущелий и глубоких каньонов Куштангтау-горного хребта в
юго-западной части Памиро-Алая. Нет сомнения, что туркменский "небесный"
камень успешно послужит нашему народному хозяйству.
  ...Природе не свойственна торопливость: сейчас человек использует запасы
стронция, которые она начала создавать миллионы лет назад. Но и сегодня в
глубинах земли, в толще морей и океанов происходят сложные химические
процессы, возникают скопления ценных элементов, рождаются новые клады, но
достанутся они уже не нам, а нашим далеким-далеким потомкам.
 
  НАХОДКА В ЗАБРОШЕННОМ КАРЬЕРЕ (ИТТРИЙ)
 
  Звездный час Аррениуса. - Загадочная примесь. - Урожайные годы. - Почему
пожелтела земля? - Запись в биографии. - "Скрытый" становится открытым. -
В порядке очереди. - "Трио" Мосандера. - Редкоземельная "лихорадка". -
Альдебараний и Кш. - 15 тысяч кристаллизаций. - Хата с краю. - Почти
однофамильцы. - "Жилищная проблема". - Что выяснилось за два столетия? -
Лампа зажигается спичкой. - "Окна" ракет. - Прогресс в цветном
телевидении. - "Витамин" для чугуна. - Редки ли редкоземельные? - В честь
Юрия Гагарина.
 
  В 1787 году лейтенант шведской армии Карл Аррениус решил провести летний
отпуск в местечке Иттербю, расположенном на одном из многочисленных
островков вблизи столицы Швеции Стокгольма. Выбор был сделан не случайно:
страстный любитель минералогии, Аррениус знал, что в окрестностях Иттербю
есть отслуживший свой век и потому давно заброшенный карьер - он-то и
манил молодого офицера, надеявшегося пополнить свою коллекцию минералов.
День за днем Аррениус тщательно обследовал все новые и новые участки
карьера, но похвастать ему долгое время было нечем. И вот, наконец, пришла
удача: найден черный тяжелый камень, похожий на каменный уголь. Такая
находка уже чего-то стоила. Радости Аррениуса не было пределов, но мог ли
он тогда предположить, что этот невзрачный на вид минерал сыграет огромную
роль в истории неорганической химии, а заодно впишет в нее имя своего
первооткрывателя?
  Отпуск подошел к концу. Вернувшись домой, Аррениус составил описание
минерала, дал ему без долгих раздумий название "иттербит" (в честь
местечка, где тот был найден) и вновь приступил к несению военной службы.
Время от времени он продолжал заниматься минералогическими поисками, но
звездный час его был уже позади.
  В 1794 году иттербитом заинтересовался финский химик Юхан Гадолин,
профессор университета в Або (ныне Турку). И для него черный камень из-под
Иттербю оказался счастливым, во многом определив направление дальнейшей
научной деятельности этого крупного ученого (в 1811 году он был избран
членом-корреспондентом Петербургской академии наук). Гадолин подверг
минерал химическому анализу и обнаружил в нем, наряду с окислами железа,
кальция, магния и кремния довольно большое количество (38 %) неизвестной
примеси, напоминавшей отчасти окись алюминия, отчасти окись кальция.
Ученый пришел к выводу, что им открыта окись нового химического элемента,
или, как тогда было принято говорить, новая "земля" (так прежде называли
тугоплавкие, нерастворимые в воде окислы некоторых элементов).
  Спустя три года исследованием иттербита занялся шведский химик Андрес
Экеберг, профессор Упсальского университета. Он подтвердил выводы своего
финского коллеги с той лишь разницей, что, по его мнению, на долю нового
вещества приходилось не 38, а 55,5%. Экеберг предложил назвать неведомую
землю иттриевой, а иттербит переименовать в гадолинит в знак уважения к
большим научным заслугам Гадолина - первого исследователя этого минерала.
  Интерес ученых к иттриевой земле рос как на дрожжах. Многочисленные
исследования, проведенные в разных странах, подтверждали присутствие в
гадолините нового элемента (правда, количественные характеристики, как
правило, оказывались различными). Но никому из химиков, "бороздивших"
вдоль и поперек иттриевую землю, до поры до времени не приходило в голову,
что в ней прячется не один, а сразу несколько незнакомцев - окислов
неизвестных науке элементов.
  Такой же сложной по составу оказалась цериевая земля, открытая в 1803
году. Как выяснилось позднее, в этих двух веществах "проживали" почти все
элементы, которые располагаются сегодня в таблице Менделеева под номерами
57-71 и называются лантаноидами, а вместе со своими ближайшими
"родственниками" скандием (ь 21) и иттрием (ь 39) образуют семью
редкоземельных металлов. Но для того, чтобы разделить эти земли на
составные части и открыть все входящие в их состав элементы, ученым
потребовалось целое столетие.
  Начало XIX века ознаменовалось появлением на свет большого числа новых
элементов. В эти годы были открыты палладий и родий, осмий и иридий, калий
и натрий, барий и стронций, кальций и магний, литий и кадмий. Эти и другие
"новорожденные" приковали к себе внимание химиков, а интерес к иттриевой и
цериевой землям заметно упал.
  Пожалуй, лишь знаменитый шведский химик Йенс Якоб Берцелиус и его ученики
не теряли из вида редкие земли. В 1818 году один из помощников Берцелиуса
Шерер обнаружил, что при нагревании иттриевой земли в закрытой склянке
бесцветный порошок вдруг приобретал странную желтизну, которая исчезала
лишь после того, как процесс повторялся в восстановительной атмосфере. Это
навело Шерера на мысль, что в исходном препарате, наряду с окисью иттрия,
содержится неизвестный окисел - он-то и наводил желтый "грим" на иттриевую
землю. Подобные мысли кое-кто высказывал и раньше, но дальше предположений
дело не шло. Шерер тоже не сумел экспериментально подтвердить свою идею.
  Прошло несколько лет, и в биографии иттрия появилась новая запись: 1828
год - немецкий ученый Фридрих Велер (кстати сказать, тоже ученик
Берцелиуса) впервые получил металлический иттрий. И хотя металл был сильно
загрязнен примесями, это событие расценивалось как значительный успех
Велера, поскольку выделение любого редкоземельного элемента из химических
соединений - по сей день необычайно трудоемкая и сложная задача.
  Следующую страницу в историю иттрия (а точнее, в историю всех
редкоземельных элементов, ибо их судьбы теснейшим образом переплелись)
вписал еще один ученик Берцелиуса - талантливый шведский химик Карл
Мосандер. Еще в 1826 году он всерьез увлекся исследованием цериевой земли
и вскоре сделал вывод о том, что в ней, как и в иттриевой, может
содержаться другой, еще неизвестный окисел. Однако Мосандер не был
любителем скоропалительных категорических суждений, а выделить новую землю
он тогда не сумел. На какое-то время другие дела отвлекли его от изучения
окислов церия, и лишь в конце 30-х годов стрелка компаса научных интересов
ученого вновь повернулась в сторону редкоземельного "полюса".
  Сначала он повторил свои опыты с цериевой землей и теперь уже сумел
доказать, что в ней скрывается окись другого элемента. По предложению
Берцелиуса Мосандер назвал его лантаном - по-гречески "скрытый". Лантан
действительно долго скрывался под прикрытием церия, но зато впоследствии
он не только гостеприимно приютил в своем "доме" всех редкоземельных
родственников, но и дал им право именоваться лантаноидами.
  Кроме окиси лантана, Мосандер обнаружил в цериевой земле еще одну землю; в
дальнейшем выяснилось, что и она имела сложный состав, и из нее в конце
концов удалось выделить несколько редкоземельных элементов. Теперь настал
черед иттриевой земли. Мосандер помнил о ее "желтых днях" в экспериментах
Шерера. Не забыл он и о том, что данные о содержании окиси иттрия в
гадолините заметно различались в опытах Гадолина, Экеберга и многих других
исследователей, несмотря на сходные методы анализа. Тут было над чем
поломать голову, тем более, что даже сам Берцелиус не смог дать этим
расхождениям подходящего объяснения. Но с чего начать?
  Прежде всего Мосандер постарался получить как можно более чистую окись
иттрия. При этом ученый не довольствовался только теми методами, которыми
располагала в ту пору наука: специально для своих опытов он разработал
новые методы, впоследствии прочно вошедшие в арсенал химии редкоземельных
элементов. Для "расщепления" иттриевой земли Мосандер использовал так
называемое дробное (или фракционированное) осаждение, в основе которого
лежало незначительное различие в растворимости солей редкоземельных
элементов в кислотах. Если иттриевая земля представляет собой смесь
окислов, то они должны выпадать в осадок не одновременно, а по очереди,
обусловленной их разной основностью, а следовательно, и разной
растворимостью.
  Проходили дни, недели, месяцы. Буквально по каплям добавлял ученый к
гидроокиси иттрия оксалат калия, аммиак и другие реактивы. Один
скрупулезный опыт сменялся другим. И вот, наконец, в октябре 1843 года
Мосандер опубликовал в "Философском журнале" результаты своей работы. Из
иттриевой земли ему удалось выделить три окисла: сначала выпадал желтый
осадок, затем розоватый и в последнюю очередь - бесцветный. Названия,
которые дал Мосандер этим окислам и соответствующим им элементам, как бы
символизировали разделение исходной земли, обнаруженной в минерале из-под
Иттербю: от начальной части названия этой шведской деревушки "итт"
получила свое имя бесцветная окись - иттрия, от "тер" - желтая, ставшая
тербией, и от "эрб" - розоватая, именовавшаяся отныне эрбией.
  Но на этом ставить точку было еще рано: вокруг "трио" Мосандера
развернулась оживленная полемика, в которой участвовали многие крупные
химики. Одни сомневались в существовании вновь открытых земель, другие,
напротив, утверждали, что эти земли в свою очередь должны быть разделены
на самостоятельные "территории", принадлежащие неизвестным пока элементам.
Истина лежала между этими крайними точками зрения: эрбиевая земля
действительно оказалась смесью окислов. В 1878 году швейцарский химик Жан
Мариньяк разделил ее на две части - эрбию и иттербию (названную в честь
все той же шведской деревушки). Но, как вскоре выяснилось, каждая из этих
земель была... тоже смесью окислов.
  Дробление земель продолжалось, семья редкоземельных элементов пополнялась
новыми членами. В те годы интерес к редким землям резко возрос. Немалую
роль сыграл в этом разработанный в 1860 году немецкими учеными Робертом
Бунзеном и Густавом Кирхгофом спектральный метод анализа, значительно
расширивший возможности проникновения в тайны вещества.
  Подобно тому как во времена золотых лихорадок тысячи любителей наживы
устремлялись в Калифорнию и Клондайк, в последней четверти прошлого века
на берега архипелага редких земель высадился многочисленный десант ученых
- искателей химических кладов. Открытия новых редкоземельных металлов
посыпались как из рога изобилия, но, увы, подавляющему большинству из них
(а всего их оказалось свыше ста) не хватало требуемых "документов" для
постоянной прописки в таблице элементов. Зато какие красивые имена
давались новорожденным их счастливыми "родителями": филиппий и деципий,
демоний и метацерий, дамарий и люций, космий и неокосмий, глаукодим и
викторий, эвксений и каролиний, инкогнитий и кассиопей и даже
альдебараний. Теперь эти звучные названия можно найти лишь в списках
ложнооткрытых химических элементов...
  Но, разумеется, были и удачи. Из эрбиевой земли, наряду с самим эрбием,
были получены тулий, гольмий и диспрозий, а из иттербиевой земли, кроме
иттербия, еще скандий и лютеций. Характерная деталь: для выделения лютеция
французскому химику Жоржу Урбену пришлось выполнить более 15 тысяч
кристаллизаций. Так неохотно природа раскрывала науке свои секреты.
Интересно, что лютеций оказался последним редкоземельным элементом как по
времени открытия (он "вошел в строй" в 1907 году), так и по положению в
ряду лантаноидов. Если вы посмотрите на таблицу элементов, то увидите, что
лютеций вполне резонно может заявить: "Моя хата с краю".
  Итак, все редкоземельные металлы открыты. Подведем некоторые итоги.
Крохотное шведское селение Иттербю, где когда-то Аррениус нашел черный
камень, дало имена четырем химическим элементам - иттрию, тербию, эрбию и
иттербию. Ни один материк, ни одно государство, ни одна столица не
удостоились такой чести. Стал своеобразным рекордсменом и черный минерал
гадолинит (иттербит): он оказался "камерой хранения" чуть ли не десятка
новых элементов, которые были извлечены из иттриевой земли, впервые
обнаруженной в иттербите.
  Иттрий и другие редкоземельные металлы доставили немало хлопот Д. И.
Менделееву, когда тот выписывал "ордера" для заселения построенной им
периодической таблицы. К моменту открытия важнейшего закона химии науке
были известны шесть редкоземельных элементов. Подобрать для каждого из них
подходящее место в таблице оказалось весьма сложно из-за их удивительного
химического сходства, а поскольку с годами число их росло, то и забот
прибавлялось. Прошло не одно десятилетие, прежде чем удалось окончательно
решить "жилищную проблему" для членов редкоземельного семейства.
Оказалось, что иттрию, с которого началась история редких земель,
необходимо предоставить отдельную "квартиру". Такие же льготы получил
скандий, а все остальные редкоземельные элементы, как уже говорилось, были
размещены в "многокомнатной квартире", и лантан был назначен
"ответственным съемщиком". И хотя часть лантаноидов относится к иттриевой
группе (другая часть-к цериевой), иттрий разлучен с ними в таблице
элементов.
  С конца XVIII века, когда был открыт иттрий, до наших дней прошло чуть ли
не два столетия. Казалось бы, за это время можно было досконально изучить
элемент и узнать все его физические характеристики. Тем не менее до сих
пор сведения о плотности, температурах плавления и кипения и некоторых
других параметрах иттрия, приведенные в разных справочниках, не всегда
совпадают. Причина тому одна: неодинаковая степень чистоты металла,
достигнутая различными исследователями. Сейчас переплавом в вакууме с
последующей двух- и трехкратной дистилляцией получают иттрий чистотой
99,8-99,9%. Такой металл плавится примерно при 1500 шС, а его плотность
составляет 4,47 г/см3. Сочетание сравнительно высокой температуры
плавления с небольшой плотностью, неплохими прочностными данными и другими
ценными свойствами делают иттрий перспективным конструкционным материалом.
Так, из него уже изготовляют трубопроводы для транспортирования жидкого
ядерного горючего - расплавленного урана или плутония. Но пока элемент ь
39 чаще пробует свои силы в других областях.
  Еще в конце прошлого века, ознаменовавшемся электрическим бумом, немецкий
физик Вальтер Нернст создал необычную лампу накаливания: вместо угольной
или металлической нити, помещенной в вакуум или инертный газ, она имела
открытый стерженек из смеси окислов циркония и иттрия. Идея ученого
основывалась на том, что некоторые кристаллические соединения - так
называемые твердые электролиты - проводят ток в результате движения ионов,
а не электронов. Лампу Нернста приходилось зажигать спичкой, так как
керамический стерженек начинал проводить ток лишь при 800 шС. По этой
причине лампа не нашла тогда спроса, однако подобные нагревательные
элементы широко применяются в современной технике для создания высоких
температур (окись иттрия заменена в них окисью кальция). В отличие от
металлических, такие нагреватели не только не окисляются на воздухе, но и,
напротив, работают тем лучше, чем выше окислительная способность среды.
  Сегодня из окиси иттрия очень высокой чистоты изготовляют иттриевые
ферриты, используемые в радиотехнике и электронике, в слуховых приборах и
ячейках памяти счетно-решающих устройств. Бориды, сульфиды и окислы иттрия
служат материалом катодов мощных генераторных установок, жаропрочных
тиглей для плавления тугоплавких металлов. Несколько лет назад создан
новый жаропрочный материал циттрит, представляющий собой циркониевую
керамику с добавками иттрия; циттрит обладает минимальной
теплопроводностью и сохраняет свои свойства до 2200 шС. Разработан и
другой керамический материал - иттрийлокс, плавящийся при 2204 шС. Этот
материал (твердый раствор двуокиси тория в окиси иттрия) для видимой части
спектра прозрачен, как стекло, и, кроме того, хорошо пропускает
инфракрасные лучи. Из него можно изготовлять инфракрасные "окна"
специальной аппаратуры и ракет, смотровые глазки высокотемпературных печей.
  Иттрий внес свою лепту и в развитие цветного телевидения: кинескопы с
красными люминофорами на основе его соединений характеризуются высокой
яркостью свечения. В Японии для этой цели применяют окись иттрия,
активированную европием; специалисты других стран отдают предпочтение
ортованадату иттрия. По японским данным, на миллион трубок расходуется
примерно 5 тонн чистой окиси иттрия.
  Но, пожалуй, наиболее важная в наше время область применения иттрия -
металлургия. С каждым годом этот металл все шире используется как добавка
при производстве легированной стали и модифицированного чугуна. Введение
незначительных количеств иттрия в сталь делает ее структуру
мелкозернистой, улучшает механические, электрические и магнитные свойства.
Если немного иттрия (десятые и даже сотые доли процента) добавить в чугун,
твердость его возрастет почти вдвое, а износостойкость - в четыре раза. К
тому же такой чугун становится менее хрупким, по прочностным
характеристикам он приближается к стали, легче переносит высокие
температуры. И вот что весьма ценно: иттриевый чугун можно переплавлять
несколько раз, но благотворное влияние "витамина Y" при этом сохраняется.
  Иттрий повышает жаропрочность сплавов на основе никеля, хрома, железа,
молибдена, увеличивает пластичность тугоплавких металлов - ванадия,
тантала, вольфрама и сплавов на их основе, заметно упрочняет титановые,
медные, магниевые и алюминиевые сплавы. Из легкого магнийиттриевого сплава
(9% иттрия), обладающего высокой коррозионной стойкостью, изготовляют
различные детали и узлы летательных аппаратов.
  Промышленность выпускает иттрий как в чистом виде (монокристаллы, слитки),
так и в виде сплавов с магнием и алюминием. Масштабы его производства из
года в год растут: если совсем недавно мировая добыча этого металла
исчислялась лишь килограммами, то сейчас в мире ежегодно потребляется
свыше ста тонн этого редкого элемента. Впрочем, такой ли уж он редкий?
  Оказывается, нет. Не только иттрий, но и большинство других редкоземельных
элементов встречается на земле отнюдь не редко. Иттрия в земной коре
0,0029%, а это значит, что он входит в число 30 наиболее распространенных
элементов нашей планеты. Его земные запасы в десятки раз больше, чем,
например, молибдена или вольфрама, в сотни раз больше, чем серебра или
ртути, и, наконец, в тысячи раз больше, чем золота или платины. Понятие
"редкоземельные элементы" - скорее дань истории их открытия, чем оценка
распространенности их в природе.
  Свыше ста минералов содержат иттрий. Среди них есть собственно иттриевые -
ксенотим, фергюсонит, эвксенит, таленит и другие. Сравнительно недавно, в
1961 году, советские ученые обнаружили скопления неизвестного ранее
иттрийсодержащего минерала в Казахстане. В честь первого в мире космонавта
он был назван гагаринитом. Один из лучших образцов этого камня его
первооткрыватели подарили Ю. А. Гагарину. Красивая друза гагаринита -
крупные светло-желтые шестигранные кристаллы - экспонируется в
Минералогическом музее им. А. Е. Ферсмана Академии наук СССР.
 
  ВОЗРОЖДЕННЫЙ "ДИНОЗАВР" (ТЕХНЕЦИЙ)
 
  Вернется ли вчерашний день? - Долг платежом красен. - Подмоченная
репутация. - Фортуна поворачивается спиной. - Зачем ломать копья? -
"Категорически запрещается!" - Нахальные соседи. - Не спеши... - Пропавший
без вести. - Новинки артиллерии. - Визит за океан. - Лучше меньше, чем
ничего. - Не мудрствуя лукаво. - "Чудо-осколки". - Нельзя ли подешевле? -
Блюдо не по вкусу. - Неприступная крепость. - Вблизи нуля. - В созвездии
Андромеды. - Отпавшие версии. - Динозавры выходят на прогулку.
 
  Вообразите, что однажды утром, раскрыв газету, вы увидели в ней
сенсационное сообщение:
 
  Родился динозавр
Вчера в N-ском зоопарке успешно завершились многолетние эксперименты по
скрещиванию крокодилов и кенгуру в целях воссоздания на Земле динозавров -
животных, обитавших в мезозойскую эру и вымерших много миллионов лет назад.
 
  Разумеется, такая "информация" могла появиться в газете только 1 апреля.
Мыслимо ли, чтобы колесо истории вдруг прокрутилось на много-много
оборотов назад и вернуло бы нам вчерашний день? Недаром говорят, что было,
того уж не вернешь.
  И все же, хотя науке сегодня действительно не под силу возрождать
динозавров и птеродактилей, но совершать нечто подобное в иных областях
ученым иногда удается. Речь идет о "воскрешении" тех химических элементов,
которые когда-то "обитали" на нашей планете, но постепенно в результате
радиоактивного распада практически полностью исчезли. Первым таким
элементом был полученный в 1937 году технеций. Впрочем, сначала-небольшой
экскурс в историю химии.
  Еще в 1846 году работавший в России химик и минералог Р. Герман нашел в
Ильменских горах на Урале неизвестный ранее минерал, названный им
иттроильменитом. Ученый не успокоился на достигнутом и попытался выделить
из него новый химический элемент, который, как он считал, содержится в
минерале. Но не успел он открыть свой ильмений. как известный немецкий
химик Г. Розе "закрыл" его, доказав ошибочность работ Германа. (Вскоре тот
сумел отомстить: когда Розе объявил об открытии им пелопия, Герман,
приложив немало усилий, убедительно опроверг выводы Розе.)
Спустя четверть века ильмений снова появился на авансцене химии - о нем
вспомнили как о претенденте на роль "эка-марганца", который должен был
занять пустовавшее в периодической системе место под номером 43. Но
репутация ильмения была сильно "подмочена" работами Г. Розе, и, несмотря
на то, что многие его свойства, в том числе и атомный вес, вполне
подходили для элемента ь 43, Д. И. Менделеев не стал оформлять ему
прописку в своей таблице. Дальнейшие исследования окончательно убедили
научный мир в том, что ильмений может войти в историю химии лишь с
печальной славой одного из многочисленных лжеэлементов.
  Поскольку свято место пусто не бывает, претензии на право занять его
появлялись одна за другой. Дэвий, люций, ниппоний - все они лопались,
словно мыльные пузыри, едва успев появиться на свет.
  Но вот в 1925 году немецкие ученые супруги Ида и Вальтер Ноддак
опубликовали сообщение о том, что ими обнаружены два новых элемента -
мазурий (ь 43) и рений (ь 75). К рению судьба оказалась благосклонной: он
тут же был узаконен в правах и незамедлительно занял приготовленную для
него резиденцию. А вот к мазурию фортуна повернулась спиной: ни его
первооткрыватели, ни другие ученые не могли научно подтвердить открытие
этого элемента. Правда, Ида Ноддак заявила, что "в скором времени мазурий,
подобно рению, можно будет покупать в магазинах", но химики, как известно,
словам не верят, а других, более убедительных доказательств супруги Ноддак
представить не могли - список "лжесороктретьих" пополнился еще одним
неудачником.
  В этот период некоторые ученые начали склоняться к мысли, что далеко не
все элементы, предсказанные Менделеевым, в частности элемент ь 43,
существуют в природе. Может быть, их просто нет и незачем понапрасну
терять время и ломать копья? К такому выводу пришел даже крупный немецкий
химик Вильгельм Прандтль, наложивший "вето" на открытие мазурия.
  Внести ясность в этот вопрос позволила младшая сестра химии - ядерная
физика, успевшая уже к тому времени завоевать прочный авторитет. Одна из
закономерностей этой науки (замеченная в 20-х годах советским химиком С.
А. Щукаревым и окончательно сформулированная в 1934 году немецким физиком
Г. Маттаухом) называется правилом Маттауха- Щукарева, или правилом
запрета. Прежде чем разъяснить его суть, напомним, что означают термины
"изотоп" и "изобар". Изотопы - атомы какого-либо химического элемента,
имеющие одинаковый заряд атомных ядер, но разные массовые числа. У
изобаров же, или, иначе говоря "равнотяжелых" изотопов, напротив, заряды
ядер различны, а массовые числа совпадают.
  Теперь вернемся к правилу запрета. Смысл его заключается в том, что в
природе не могут существовать два стабильных изобара, ядерные заряды
которых отличаются на единицу. Другими словами, если у какого-либо
химического элемента есть устойчивый изотоп, то его ближайшим соседям по
таблице "категорически запрещается" иметь устойчивый изотоп с тем же
массовым числом. В этом смысле элементу ь 43 явно не повезло: его соседи
слева и справа - молибден и рутений - позаботились о том, чтобы все
стабильные вакансии близлежащих "территорий" принадлежали их изотопам. А
это означало, что элементу ь 43 выпала тяжкая доля: сколько бы изотопов он
не имел, все они обречены на неустойчивость, и, таким образом, им
приходилось непрерывно - днем и ночью - распадаться, хотели они того или
нет.
  Резонно предположите, что когда-то элемент ь 43 существовал на Земле в
заметных количествах, но постепенно исчез, как утренний туман. Так почему
же в таком случае до наших дней сохранились уран и торий? Ведь они тоже
радиоактивны и, следовательно, с первых же дней своей жизни распадаются,
как говорится, медленно, но верно? Но именно в этом и кроется ответ на наш
вопрос: уран и торий только потому и сохранились, что распадаются
медленно, значительно медленнее, чем другие элементы с естественной
радиоактивностью (и все же за время существования Земли запасы урана в ее
природных кладовых уменьшились примерно в сто раз). Расчеты американских
радиохимиков показали, что неустойчивый изотоп того или иного элемента
имеет шансы дожить в земной коре с момента "сотворения мира" до наших дней
только в том случае, если его период полураспада превышает 150 миллионов
лет. Забегая вперед, скажем, что когда были получены различные изотопы
элемента ь 43, выяснилось, что период полураспада самого долгоживущего из
них лишь немногим больше двух с половиной миллионов лет, и, значит,
последние его атомы перестали существовать, видимо, даже задолго до
появления на Земле первого динозавра: ведь наша планета "функционирует" во
Вселенной уже примерно 4,5 миллиарда лет.
  Стало быть, если ученые хотели "пощупать" своими руками элемент ь 43, его
нужно было этими же руками и создавать, поскольку природа давно внесла его
в списки пропавших. Но по плечу ли науке такая задача?
  Да, по плечу. Это впервые экспериментально доказал еще в 1919 году
замечательный английский физик Эрнест Резерфорд. Он подверг ядро атомов
азота ожесточенной бомбардировке, в которой орудиями служили все время
распадавшиеся атомы радия, а снарядами - образующиеся при этом
альфа-частицы. В результате длительного обстрела ядра атомов азота
пополнились протонами и он превратился в кислород.
  Опыты Резерфорда вооружили ученых необыкновенной артиллерией: с ее помощью
можно было не разрушать, а создавать - превращать одни вещества в другие,
получать новые элементы.
  Так почему бы не попытаться добыть таким путем элемент ь 43? За решение
этой проблемы взялся молодой итальянский физик Эмилио Сегре. В начале 30-х
годов он работал в Римском университете под руководством уже тогда
знаменитого Энрико Ферми. Вместе с другими "мальчуганами" (так Ферми
шутливо называл своих талантливых учеников) Сегре принимал участие в
опытах по нейтронному облучению урана, решал многие другие проблемы
ядерной физики. Но вот молодой ученый получил заманчивое предложение -
возглавить кафедру физики в Палермском университете. Когда он приехал в
древнюю столицу Сицилии, его ждало разочарование: лаборатория, которой ему
предстояло руководить, была более чем скромной и вид ее отнюдь не
располагал к научным подвигам.
  Но велико было желание Сегре глубже проникнуть в тайны атома. Летом 1936
года он пересекает океан, чтобы побывать в американском городе Беркли.
Здесь, в радиационной лаборатории Калифорнийского университета уже
несколько лет действовал изобретенный Эрнестом Лоуренсом циклотрон -
ускоритель атомных частиц. Сегодня это небольшое устройство показалось бы
физикам чем-то вроде детской игрушки, но в то время первый в мире
циклотрон вызывал восхищение и зависть ученых из других лабораторий (в
1939 году за его создание Э. Лоуренс был удостоен Нобелевской премии).
  Незаметно подошел к концу срок пребывания Сегре в США. Трудно ему было
расставаться с циклотроном - о подобном оборудовании он не мог тогда и
мечтать. Незадолго до отъезда ученому пришла в голову интересная мысль:
захватить с собой в Италию пластинку молибдена, на которую в течение
нескольких месяцев обрушивался мощный поток ускоренных на циклотроне
дейтронов - ядер тяжелого водорода (дейтерия). Лоуренс охотно пошел
навстречу своему коллеге, и тот вернулся в Палермо с несколькими образцами
невзрачного на вид, но драгоценного молибдена.
  Зачем же они понадобились Сегре? "У нас были веские основания думать, -
писал он впоследствии, - что молибден после бомбардировки его дейтронами
должен превратиться в элемент с номером 43..." В самом деле, ведь атом
молибдена имеет в своем ядре 42 протона. Если дейтрон, состоящий из
протона и нейтрона, сумеет проникнуть в ядро атома молибдена, то в нем
окажется уже 43 протона, т. е. как раз столько, сколько должно быть в ядре
элемента ь 43.
  Казалось бы, все просто, но попробуй докажи это экспериментальным путем.
Как бы то ни было, в январе 1937 года Сегре и его помощник минералог Карло
Перье засучили рукава и приступили к делу,
Прежде всего они выяснили, что заокеанский молибден излучает бета-частицы
- быстрые ядерные электроны. Значит, в нем действительно "сидит"
радиоактивный изотоп, но какой именно? Это может быть изотоп как самого
молибдена, так и других элементов, например циркония, ниобия, рутения или
искомого "сорок третьего".
  В результате скрупулезного химического "расследования" все элементы, кроме
последнего, сумели доказать свою полную непричастность к бета-излучению.
После их удаления ученые получили, наконец, долгожданный "эка-марганец".
Правда, получили - пожалуй, слишком громко сказано: как выяснилось
несколько позднее, они имели дело всего с 0,0000000001 грамма нового
вещества. Впрочем, для физиков одна десятимиллиардная доля грамма - не так
уж и мало: открытие менделевия (ь 101) было зарегистрировано, когда
удалось "добыть" всего 17 атомов этого элемента. Для наглядности приведем
такой пример: если все атомы железа, содержащиеся в крохотной булавочной
головке, равномерно распределить по поверхности земного шара, то на каждом
квадратном метре "обоснуется" добрый десяток миллионов(!) атомов.
  Но мы несколько отвлеклись от главных событий, которым посвящен наш
рассказ. Итак, в июне 1937 года искусственным путем ученым удалось
воссоздать первый из "вымерших" на Земле химических элементов. Не
мудрствуя лукаво, Э. Сегре и К. Перье назвали сорок третий элемент
технецием, что в переводе с греческого ("техникос") значит искусственный.
  Хотя технеция в руках ученых было, скажем прямо, не густо, они все же
сумели определить некоторые свойства нового элемента и убедились, что он
родственник рения, причем довольно близкий, а не "седьмая вода на киселе".
  Вполне понятно, как велико было желание химиков и физиков всего мира
узнать побольше подробностей об искусственном новоселе таблицы Менделеева.
Но чтобы изучать технеций, нужно было его иметь. Все понимали, что на
облученный молибден рассчитывать не приходилось: слишком беден он был
технецием. Требовалось подыскать более подходящую кандидатуру на роль
поставщика этого элемента.
  Поиски продолжались недолго: уже в 1940 году все тот же Сегре и его
ассистентка By Цзянь-сюн обнаружили, что один из самых долгоживущих
изотопов технеция в довольно солидных количествах присутствует в так
называемых "осколках", образующихся при делении урана в результате
облучения его нейтронами (этот процесс лежит в основе работы ядерных
реакторов). На один килограмм "осколков" приходится несколько граммов
технеция - тут уже есть о чем поговорить всерьез. Неудивительно, что
ядерные реакторы стали по совместительству своеобразными "фабриками",
производящими технеций.
  Поначалу продукция этих "фабрик" - тяжелый тугоплавкий серебристо-белый
металл - стоила, прямо скажем, дороговато - в тысячи раз дороже золота. Но
атомная энергетика развивалась весьма энергично (на то она и энергетика!).
С каждым годом "сжигалось" все больше ядерного топлива, и урановые
"осколки" постепенно становились не столь дефицитным товаром, как прежде.
Цена на технеций начала резко падать. Однако процесс извлечения его из
радиоактивных "осколков" очень и очень сложен, поэтому еще в 1965 году
каждый грамм "синтетического" металла оценивался на мировом рынке в 90
долларов. Но производство его определялось уже не долями миллиграмма, а
десятками и сотнями килограммов, и ученые могли теперь всесторонне изучить
его свойства, попытаться определить возможные сферы его будущей
деятельности.
  Важнейшая профессия технеция определилась довольно быстро: борьба с
коррозией. Эта коварная "хищница" наносит человечеству огромный ущерб,
безжалостно съедая каждый год десятки миллионов тонн стали. Металлурги,
правда, умеют варить нержавеющую сталь - "блюдо", которое коррозии не по
зубам. Но, во-первых, такая сталь значительно дороже обычной; во-вторых,
стали всякие нужны, а сделать металл одновременно и нержавеющим, и,
например, износостойким не всегда возможно; наконец, в-третьих, просто не
напастись столько хрома и никеля, без которых "нержавейку" не сваришь, как
не приготовишь уху без рыбы. Металловеды, химики, физики постоянно ищут
способы умерить аппетит коррозии, сделать ее менее прожорливой.
  Решить антикоррозионную проблему не так-то просто, но успехов на этом
поприще уже немало. Ученые обнаружили, в частности, что некоторые вещества
обладают ценнейшими свойствами: они делают поверхность металла химически
пассивной и, таким образом, надежно предохраняют изделия от коррозии. Эти
вещества получили название ингибиторов (от латинского слова "ингибире" -
тормозить, удерживать). Самым способным из них оказался технеций: он
обладает наибольшим ингибирующим эффектом. Если стальную деталь обработать
раствором, в котором присутствуют едва уловимые количества пертехнатов
(солей технециевой кислоты) - всего стотысячные доли процента, то она
окажется неприступной крепостью для ржавчины. Даже значительный нагрев (до
250 шС) не в силах при этом помочь "агрессору".
  Немалый интерес представляет еще одно ценное свойство технеция. Известно,
что вблизи абсолютного температурного нуля (-273,16 шС) многие металлы
становятся сверхпроводниками, т. е. практически перестают оказывать какое
бы то ни было сопротивление прохождению электрического тока. Чем выше
точка перехода в сверхпроводящее состояние (так называемая критическая
температура), тем большие перспективы сулит это свойство технике. В этом
отношении у технеция нет конкурентов: он совершенно беспрепятственно
проводит ток при 8,24 К (-264,92ш С), в то время как другим металлам для
этого нужно еще немного "поостыть".
  Ученые не теряют надежды найти технеций в земной коре, поскольку
теоретически можно предположить, что "осколки" урана образуются и в
природных кладовых этого элемента; кроме того, не исключена возможность
появления технеция в различных горных породах, содержащих молибден,
рутений, ниобий: их изотопы под действием космических нейтронов,
достигающих Земли, способны превращаться в изотопы элемента ь 43.
  И все же возлагать большие надежды на нашу планету, пожалуй, не
приходится. Вот почему многие исследователи в поисках технеция обратили
свой взор (в буквальном смысле) на другие небесные тела. Еще в 1951 году
американский астроном Шарлотта Мур опубликовала сенсационное сообщение:
спектральным анализом технеций обнаружен на Солнце. Спустя год английский
астрофизик Р. Мерилл нашел линии этого элемента в спектре некоторых звезд
из созвездий Андромеды и Кита. Правда, дальнейшими исследованиями открытие
Мур не подтвердилось, зато существование технеция на далеких звездах
неопровержимо доказывали сотни спектрограмм.
  Но самое удивительное было в том, что звездные запасы этого элемента
оказались вполне сопоставимыми с содержанием циркония, ниобия, молибдена.
Может быть, технеций из созвездия Андромеды, в отличие от земного,
стабилен и потому распаду не подлежит? Нет, это исключено. Тогда,
возможно, звезды, о которых идет речь, намного моложе земли и технеций еще
просто не успел превратиться в другие элементы? И такая версия отпадает,
потому что эти звезды и наша планета принадлежат к одному "поколению".
  В таком случае напрашивается единственный вывод: внутри некоторых небесных
тел технеций образуется и в настоящее время. Как это происходит, наука еще
не может точно объяснить, а лишь выдвигает ряд гипотез. Видимо, в процессе
эволюции звезд в их недрах непрерывно протекают термоядерные реакции и в
результате на свет рождаются различные химические элементы.
  Вполне возможно, что где-то в просторах Вселенной, за тридевять галактик
от Земли, затерялась пока неведомая ученым планета. Кое-где на ее
поверхности встречается застывшая лава - вулканы выбросили из недр
очередную порцию "свежеприготовленного" технеция. А может быть там и
динозавры разгуливают?..
 
  ШУТКА АНГЛИЙСКОГО УЧЕНОГО (ПАЛЛАДИЙ)
 
  Роковое утро. - Странное объявление. - Любопытство - не порок. - Мошенник
будет разоблачен! - Как сорвать куш? - Тайное становится явным. - Фиаско
Ченевикса. - Богиню звали Афиной Палладой. - Поручение испанского
правительства. - Не густо! - Скромная роль. - Есть ли пятна на Солнце? -
Все в мире относительно. - Белое золото. - Полезные связи. - Броня
крепка.- На внешней орбите. - Палладий творит чудеса. - Все довольны. -
Информация к размышлению. - Сиреневый сплав. - Две медали.
 
  В тот день Ричард Ченевикс - преуспевающий английский химик - проснулся
раньше обычного. За окном висели тяжелые, мокрые насквозь тучи. Дождь,
беззастенчиво тарахтевший всю ночь напролет, продолжал лить как из ведра,
словно желая проверить водонепроницаемость лондонских крыш. Казалось,
небеса решили выплеснуть на землю всю накопленную ими влагу.
  Может быть, нам не следовало уделять столько внимания атмосферным осадкам,
которыми, как известно, богат Туманный Альбион, если бы именно в это
слякотное утро 1803 года не произошло событие, в конце концов приведшее к
тому, что научная репутация Ченевикса оказалась подмоченной.
  Просматривая за чашкой кофе свежие газеты, Ченевикс наткнулся на странное
объявление, сообщавшее, что в магазине мистера Форстера - коллекционера и
торговца минералами - можно по сходной цене приобрести новый металл -
палладий, о котором еще вчера не слышал ни один химик мира.
  Что это: шутка, научная мистификация или рекламный трюк? И хотя Ченевиксу
было совершенно ясно, что ни о каком новом металле здесь не могло быть и
речи, любопытство взяло свое: несмотря на непогоду, он все же отправился
по указанному адресу.
  К его великому удивлению Форстер действительно показал слиточек металла,
по внешнему виду напоминавшего платину, но значительно более легкого. Он
рассказал, что несколько дней назад получил письмо, написанное красивым
почерком на дорогой бумаге. Анонимный корреспондент предлагал владельцу
магазина попытаться продать небольшое количество неизвестного ранее
металла, который был приложен к письму. Более Форстер ничего не мог
сказать. Ченевикс решил купить слиточек, чтобы потом, проанализировав его,
публично высмеять наглого лжехимика, который якобы открыл новый металл. Не
грех было заодно и проучить торговца, принявшего участие в этой
возмутительной фальсификации.
  О своем намерении ученый оповестил коллег, и те с нетерпением ожидали
результатов анализа. Вскоре Ченевикс выступил с сообщением, что так
называемый палладий вовсе "не новый элемент, как постыдно заявлялось", а
всего-навсего сплав платины со ртутью. Казалось бы, мошенническая проделка
разоблачена, но как ни старались после этого другие химики обнаружить в
палладии платину и ртуть, им это не удавалось. В чем же дело? Уязвленный
Ченевикс поспешил объяснить и этот факт: по его мнению, причина крылась в
том, что ртуть в сплаве очень прочно связана с платиной и разделить их
практически невозможно. Более того, он даже указал рецепт приготовления
сплава.
  Страсти, разгоревшиеся вокруг нового металла, со временем начали утихать,
как вдруг в одном из научных журналов появилось объявление, в котором
предлагалась немалая премия (20 фунтов стерлингов!) тому, кто в течение
года сможет приготовить палладий из платины и ртути по рецепту Ченевикса
или любым иным способом. Желающих сорвать куш оказалось немало, но год
прошел, а ни сам Ченевикс, ни кто-либо другой так и не обрели право на
премию.
  Спустя некоторое время после истечения назначенного срока, в 1804 году, на
заседании Лондонского королевского общества (игравшего роль Академии наук)
его секретарь, известный врач и химик Уильям Гайд Волластон, доложил, что
при анализе платины он обнаружил в ней металл с теми же свойствами, что у
палладия, купленного за год до этого Ченевиксом, и, кроме того, еще один
новый металл, названный родием. А в начале 1805 года в том же журнале, где
было помещено объявление о премии, Волластон опубликовал открытое письмо,
в котором признался, что не кто иной, как он создал ажиотаж вокруг
открытого им палладия: именно он предложил Форстеру для продажи слиточек
нового металла и он же пообещал раскошелиться на 20 фунтов стерлингов.
  Трудно сказать, чем руководствовался Волластон, столь необычным путем
оповестивший мир о своем открытии. Для Ченевикса же все это означало
полное фиаско. Потрясенный неудачей, он вскоре после описанных событий
вообще забросил занятия химией.
  Назвав новый металл палладием, Волластон тем самым отдал дань уважения
совершенному в 1802 году астрономическому открытию немецкого ученого Г.
Ольберса, обнаружившего в солнечной системе неизвестную ранее малую
планету (или астероид), которую он окрестил Палладой в честь
древнегреческой богини мудрости Афины Паллады.
  Спустя четверть века в издаваемом в России "Горном журнале" появилось
следующее сообщение: "В 1822 году Г. Бреан имел поручение от испанского
правительства очистить и обратить в слитки всю платину, собранную в
Америке в течение многих лет. При сем случае, обрабатывая более 61 пуда
сырой платины, отделил он два с четвертью фунта палладия, металла,
открытого Волластоном и по чрезвычайной редкости своей ценимого в пять с
половиной раз выше золота".
  Сегодня, когда с относительной точностью подсчитано содержание всех
элементов в земной коре, известно, что палладия в ней примерно в десять
раз больше, чем золота. Однако общие запасы палладия, как и других
металлов платиновой группы, довольно скудны - всего 5*10-6 %, хотя
геохимики могут назвать около 30 минералов, в которые входит этот элемент.
В отличие от других платиноидов, палладий, как и сама платина, встречается
также в самородном состоянии. Как правило, при этом он содержит примеси
платины, иридия, золота, серебра. Нередко палладий и сам находится в
природе в виде примеси к самородной платине или золоту. В Бразилии,
например, найдена редчайшая разновидность самородного золота (порпецит), в
котором содержится 8-11% палладия.
  Поскольку россыпные месторождения палладия довольно редки, основным сырьем
для его получения служат сульфидные руды никеля и меди. Палладию, правда,
принадлежит при этом скромная роль побочного продукта переработки руд, но
он от этого не становится менее ценным. Крупными залежами таких руд
располагают Трансвааль и Канада. А сравнительно недавно советские геологи
нашли в районе Норильска обширные месторождения медно-никелевых руд, для
которых характерно присутствие платиновых металлов, главным образом
палладия.
  Этот элемент имеется не только на нашей планете - "водится" он и на других
небесных телах, о чем свидетельствует состав метеоритов. Так, в железных
метеоритах на тонну вещества приходится до 7,7 грамма палладия, а в
каменных - до 3,5 грамма. То, что на Солнце есть пятна, известно всем. А
вот то, что на Солнце есть палладий, знают, видимо, далеко не все. Ученые
обнаружили там палладий одновременно с гелием, еще в 1868 году.
  Несмотря на то, что палладий примерно в полтора раза тяжелее железа, среди
своих "коллег"-платиноидов он прослыл легковесным: по плотности (12 г/см3)
он значительно уступает осмию (22,5), иридию (22,4), платине (21,45).
Плавится он также при более низкой температуре (1552 шС), чем другие
металлы платиновой группы. Палладий легко обрабатывается даже при
комнатной температуре. А поскольку он довольно красив, отлично полируется,
не тускнеет и не корродирует, ювелиры охотно взяли его в работу: из него
изготовляют, например, оправы для драгоценных камней.
  Мы уже привыкли к таким газетным штампам, как "черное золото" - так
величают нефть, "мягкое золото" - мех, "зеленое золото" - лес. Когда
говорят о "белом золоте", обычно подразумевают хлопок. Но, оказывается,
золото может быть белым в самом прямом смысле: даже небольшие добавки
палладия снимают "с лица" золота желтизну и придают ему красивый белый
оттенок. Часы, оправы для драгоценных камней, браслеты из белого золота
очень эффектны.
  Весьма приятным оказалось знакомство с палладием и для титана. Известно,
что этому металлу присуща высокая коррозионная стойкость: даже такие
всеядные "хищники", как царская водка или азотная кислота, не могут
"полакомиться" титаном, однако под действием концентрированных соляной и
серной кислот он все же вынужден корродировать. Но если его немного
"витаминизировать" палладием (добавка меньше 1 %), то способность титана
сопротивляться этим окислителям резко возрастает. Такой сплав уже освоен
нашими заводами: из него изготовляют аппаратуру для химической, атомной,
нефтяной промышленности. За год пребывания в соляной кислоте пластинка из
нового сплава теряет всего 0,1 миллиметра своей толщины, в то время как
чистый титан за тот же срок "худеет" на 19 миллиметров. Раствору хлорида
кальция сплав совсем не по зубам, а титану без примеси палладия приходится
отдавать этому агрессору ежегодную дань - более двух миллиметров.
  Каким же образом палладию удается столь благотворно влиять на титан?
Причиной этого оказалось обнаруженное недавно учеными явление так
называемой самопассивации (самозащиты) металлов: если в сплавы на основе
титана, железа, хрома или свинца ввести буквально микродозы благородных
металлов - палладия, рутения, платины, то стойкость сплавов против
коррозии повышается в сотни, тысячи и даже десятки тысяч раз.
  В лаборатории коррозии сплавов Института физической химии Академии наук
СССР ученые испытали действие палладия на хромистую сталь. Детали из этого
материала разъедаются многими кислотами за несколько дней. Дело в том, что
положительные ионы металла при этом переходят в раствор кислоты, а из
раствора в кристаллическую решетку металла проникают ионы водорода,
которые охотно соединяются со свободными электронами. Образовавшийся
водород выделяется и разрушает сталь. Когда же в кислоту погрузили деталь
из той же стали, но с "гомеопатической" добавкой палладия (доли процента),
коррозия металла продолжалась всего... несколько секунд, а затем кислота
оказалась бессильной. Исследование показало, что кислота взаимодействует в
первую очередь с палладием и тут же поверхность стали покрывается
тончайшей окисной пленкой - деталь как бы надевает на себя защитную
рубашку. Такая "броня" делает сталь практически неуязвимой: скорость ее
коррозии в кипящей серной кислоте не превышает десятых долей миллиметра в
год (прежде она достигала нескольких сантиметров).
  Сам палладий тоже легко попадает под влияние некоторых других элементов:
стоит ввести в него, например, небольшое количество родственных металлов -
рутения (4 %) и родия (1%), как его прочность на растяжение повышается
примерно вдвое.
  Сплавы палладия с другими металлами (главным образом серебром) используют
в зубоврачебной технике - из него делают отличные протезы. Палладием
покрывают особо ответственные контакты электронной техники, телефонных
аппаратов и других электротехнических приборов. Из палладия изготовляют
фильеры - колпачки с множеством мельчайших отверстий: в производстве
тончайшей проволоки или искусственных волокон через эти отверстия
продавливают специально подготовленную массу. Палладий служит материалом
для термопар и некоторых медицинских инструментов.
  Но, пожалуй, наибольший интерес представляют уникальные химические
свойства палладия. В отличие от всех элементов, известных сегодня науке,
он имеет на внешней орбите атома 18 электронов: иными словами, его
наружная электронная оболочка заполнена до предела. Такое строение атома
обусловило исключительную химическую стойкость палладия: даже
всесокрушающий фтор при обычных условиях опасен для него не более, чем для
слона комариный укус. Только призвав на помощь высокие температуры (500 шС
и более), фтор и другие сильные окислители могут вступить во
взаимодействие с палладием.
  Палладий способен поглощать или, выражаясь языком физиков и химиков,
окклюдировать в больших количествах некоторые газы, главным образом
водород. При комнатной температуре кубический сантиметр палладия в
состоянии поглотить примерно 800 "кубиков" водорода. Разумеется, такие
эксперименты не проходят для металла бесследно: он разбухает,
вспучивается, дает трещины.
  Не менее удивительно и другое свойство палладия, также связанное с
водородом. Если. допустим, изготовить из палладия сосуд и наполнить его
водородом, а затем, закупорив. нагреть, то газ преспокойно начнет вытекать
через... стенки сосуда, как вода через решето. При 240 шС за одну минуту
через каждый квадратный сантиметр палладиевой пластинки толщиной в
миллиметр проходит 40 кубических сантиметров водорода, а с повышением
температуры проницаемость металла становится еще более значительной.
  Как и другие платиновые металлы, палладий служит отличным катализатором.
Это свойство в сочетании со способностью пропускать водород лежит в основе
явления, открытого недавно группой московских химиков. Речь идет о так
называемом сопряжении (взаимном ускорении) двух реакций на одном
катализаторе, в роли которого выступает палладий. Реакции при этом как бы
помогают друг другу, а вещества, принимающие в них участие, не
перемешиваются.
  Представьте себе аппарат, герметически разделенный тонкой палладиевой
перегородкой (мембраной) на две камеры. В одной из них находится бутилен,
в другой - бензол. Жадный до водорода палладий вырывает его из молекул
бутилена, газ проходит через мембрану в другую камеру и там охотно
соединяется с молекулами бензола. Бутилен, у которого отняли водород,
превращается в бутадиен (сырье для производства синтетического каучука), а
бензол, поглотив водород, становится циклогексаном (из него изготовляют
капрон и нейлон). Присоединение водорода к бензолу протекает с выделением
тепла; значит, чтобы реакция не прекратилась, тепло нужно все время
отводить. Зато бутилен готов отдать свой водород лишь "в обмен" на
некоторое количество джоулей. Поскольку обе реакции проходят "под одной
крышей", все тепло, образующееся в первой камере, тут же используется в
другой. Эффективное сочетание этих химических и физических процессов
становится возможным благодаря тоненькой палладиевой пластинке.
  С помощью мембранных палладиевых катализаторов можно также получать из
нефтяного сырья и попутных газов сверхчистый водород, необходимый,
например, для производства полупроводников и особо чистых металлов.
  В наши дни палладий сравнительно дешев - его цена в пять раз меньше, чем
платины. Немаловажное обстоятельство! Оно позволяет надеяться, что работы
для этого металла будет с каждым годом все больше и больше. А помогут ему
найти новые сферы деятельности электронные вычислительные машины. Решение
подобных задач по плечу ЭВМ, конечно, при условии, что ученые обеспечат их
необходимой "информацией к размышлению".
  Сегодня уже никого не удивишь тем, что ЭВМ играют в шахматы, управляют
технологическими процессами, переводят с иностранных языков, рассчитывают
траектории полета космических кораблей. А почему бы не вменить в
обязанности ЭВМ создание новых сплавов, обладающих уникальными свойствами?
  Такую проблему поставили перед собой несколько лет назад ученые Института
металлургии имени А. А. Байкова Академии наук СССР. Прежде всего им
предстояло найти общий язык с машиной, на котором можно было бы отдавать
ей команды. И такой язык - нужные алгоритмы - ученым удалось разработать.
В блок памяти ЭВМ "Минск-22" были введены результаты исследований примерно
1500 различных сплавов и, кроме того, "анкетные данные" металлов -
электронное строение их атомов, температуры плавления, типы
кристаллических решеток и многие другие сведения, характерные для каждого
из металлов. Зная все это, машина должна была предсказать, какие
неизвестные ранее соединения могут быть получены, указать их основные
свойства, а значит, и подобрать подходящие для них области применения.
  Представьте себе, что эти задачи решались бы, как и прежде, "ручным"
способом - путем обычных экспериментов. Это значило бы, что к каждому
металлу нужно добавить различные количества другого металла, выбранного по
тем или иным соображениям, из полученных сплавов приготовить образцы,
затем подвергнуть их физическим и химическим исследованиям, и т. д. Ну, а
если задаться целью изучить все возможные комбинации не двух, а трех,
четырех, пяти компонентов? Такая работа заняла бы десятки, а то и сотни
лет. К тому же для проведения опытов понадобилось бы огромное количество
металлов, многие из которых дороги и дефицитны. Вполне возможно, что
земных запасов таких редких элементов, как, например, рений, индий,
палладий, на подобные эксперименты попросту бы не хватило.
  Электронной вычислительной машине пищей для ума служат цифры, символы,
формулы, да и "производительность труда" у нее повыше: за считанные
мгновенья она в состоянии выдать огромную научную информацию.
  В результате кропотливой работы, проведенной под руководством
члена-корреспондента Академии наук СССР Е. М. Савицкого, удалось сначала
предсказать с помощью ЭВМ, а затем и получить в натуре многие интересные
материалы. Одними из первых соединений, рожденных ЭВМ, были сплавы
палладия, в том числе необычайно красивый сиреневый сплав палладия с
индием. Но главное, разумеется, не в цвете. Гораздо важнее деловые
качества новых "работников". И они, надо сказать, на высоте. Так,
созданный институтом сплав палладия с вольфрамом позволил более чем в 20
раз повысить надежность и срок эксплуатации многих электронных приборов.
  "Прогноз с помощью ЭВМ, - говорит Е. М. Савицкий,- конечно, не делается
для сплавов, которые можно получить простым смешением компонентов, но там,
где нужны сложные соединения и требуется получить сплавы, выдерживающие
огромные давления и сверхвысокие температуры, противостоящие магнитным и
электрическим полям, там помощь ЭВМ необходима". Машина подсказала уже
ученым около восьмисот новых сверхпроводящих соединений и почти тысячу
сплавов со специальными магнитными свойствами. Кроме того ЭВМ
порекомендовала металловедам обратить внимание примерно на пять тысяч
соединений редкоземельных металлов из которых пока известна лишь пятая
часть. Ценные указания получены от машины и в отношении трансурановых
элементов.
  По мнению Е. М. Савицкого, "возможности синтеза неорганических соединений
безграничны. На их основе уже в ближайшие годы число полученных соединений
может быть увеличено в десятки раз. И несомненно среди них будут
находиться вещества с совершенно новыми и редкими физическими и
химическими свойствами, необходимыми для народного хозяйства и новой
техники".
  В заключение расскажем о двух медалях, изготовленных из палладия. Первая
из них, носящая имя Волластона, была учреждена Лондонским геологическим
обществом полтора века назад. Сначала медаль чеканили из золота, но после
того, как в 1846 году английский металлург Джонсон извлек из бразильского
палладистого золота чистый палладий, ее изготовляют только из этого
металла. В 1943 году медаль имени Волластона была присуждена
замечательному советскому ученому академику А. Е. Ферсману и хранится
сейчас, в Государственном историческом музее СССР. Вторую палладиевую
медаль, присуждаемую за выдающиеся работы в области электрохимии и теории
коррозионных процессов, учредило Американское электрохимическое общество.
В 1957 году этой наградой были отмечены труды крупнейшего советского
электрохимика академика А. И. Фрумкина.
 
  ПО ИМЕНИ ФИНИКИЙЦА КАДМА (КАДМИЙ)
 
  Строгий ревизор. - Загадочная желтизна. - Повествуют мифы. - Покушения на
приоритет. - Крик души. - Надежное алиби. - Кадмиевое "покрывало". -
Нежеланный гость. - "Усы" входят в моду. - Прочная паутина. -
Отрицательный герой. - Лунная бритва. - Сердце бьется чаще. - Чьи
отпечатки пальцев?- Трио в работе. - Ну, а вдруг? - Служба на периферии. -
Огни маяков. - Лебедь, рак и щука. - Бешеные цены. - "Made in cosmos". -
Негативная сторона. Большая редкость.
 
  Все началось с ревизии. Но любителей детективного жанра ждет горькое
разочарование: в описываемой истории ревизия привела не к раскрытию
преступной шайки жуликов, а к... открытию нового химического элемента.
  Дело происходило в Германии в начале прошлого века. Окружной врач Ролов,
ревизуя по долгу службы аптеки своего округа, обнаружил во многих из них
препараты с окисью цинка, которая показалась ему подозрительной: ее
внешний вид позволял предположить, что она содержит мышьяк. А поскольку
репутация этого элемента и сейчас далеко не безупречна (до сих пор,
например, многие историки считают мышьяк "виновником" смерти Наполеона),
Ролов запретил продажу этих препаратов и подверг изъятую окись цинка
проверке. Первые же опыты вроде бы свидетельствовали, что бдительный врач
не зря поднял тревогу: при взаимодействии раствора этой окиси цинка и
сероводорода выпадал желтый осадок, очень напоминавший сульфид мышьяка. Но
владелец фабрики, изготовлявшей злополучные препараты, некто Герман, не
пожелал сдаваться без боя. Будучи по профессии химиком, он тщательно
проверил свою продукцию на присутствие мышьяк всеми известными тогда
методами. Результаты анализов явно опровергли мнение Ролова, и Герман
обратился к местным властям с просьбой "реабилитировать" его ни в чем не
повинные препараты.
  Прежде чем окончательно разрешить возникший спор, власти земли Ганновер
сочли нужным выяснить мнение профессора Штромейера, возглавлявшего кафедру
химии Геттингенского университета, а по совместительству занимавшего пост
генерального инспектора всех ганноверских аптек.
  Из Шенебека, где находилась фабрика Германа, в Геттинген были присланы
образцы цинковых соединений, и генеральный инспектор приступил к
исполнению роли арбитра в споре между окружным врачом и фабрикантом. Чтобы
получить окись цинка, в Шенебеке прокаливали углекислый цинк. Штромейер
проделал ту же операцию и к своему удивлению обнаружил, что образовавшееся
соединение имеет желтый цвет, а окись цинка "по правилам" должна быть
белой.
  Какова же причина этой незапланированной желтизны? Герман объяснял ее
присутствием примеси железа. Ролов же утверждал, что во всем виноват
мышьяк. Проведя полный анализ карбоната цинка, Штромейер обнаружил новый
металл, очень сходный с цинком, но легко отделяемый от него с помощью
сероводорода. Ученый назвал металл кадмием, подчеркнув тем самым его
"родственные связи" с цинком: греческое слово "кадмея" с древних времен
означало "цинковая руда". Само же слово, по преданию, происходит от имени
финикийца Кадма, который будто бы первым нашел цинковый камень и подметил
его способность придавать меди при выплавке ее из руды золотистый цвет.
Это же имя носил герой древнегреческой мифологии: по одной из легенд, Кадм
победил в тяжелом поединке Дракона и на его землях построил крепость
Кадмею, вокруг которой затем вырос семивратный город Фивы.
  В 1818 году Фридрих Штромейер опубликовал подробное описание нового
металла, а уже вскоре состоялось несколько "покушений" на его приоритет в
открытии кадмия. Первое из них совершил знакомый нам Ролов, однако его
притязания были отвергнуты как несостоятельные. Чуть позже Штромейера, но
независимо от него тот же элемент открыл в цинковых рудах Силезии немецкий
химик Керстен, предложивший назвать элемент мелинумом (что означает
"желтый, как айва") - по цвету его сульфида. На след кадмия напали еще
двое ученых - Гильберт и Джон. Один из них предложил именовать элемент
юнонием (по названию открытого в 1804 году астероида Юноны), а другой -
клапротием (в честь скончавшегося в 1817 году выдающегося немецкого химика
Мартина Генриха Клапрота - первооткрывателя урана, циркония, титана). Но
как ни велики заслуги Клапрота перед наукой, его имени не суждено было
закрепиться в списке химических элементов: кадмий остался кадмием.
  В чистом виде - это довольно тяжелый (тяжелее железа) мягкий металл. Если
пруток кадмия приложить к уху и согнуть, то можно услышать характерный
треск, вызываемый деформацией кристаллов металла. Такой же звуковой эффект
наблюдается и у олова ("оловянный крик").
  Сравнительно невысокая температура плавления (321 шС) обусловила широкое
применение кадмия в качестве компонента легкоплавких сплавов. К их числу
относится, например, сплав Вуда (12,5% кадмия), который был разработан еще
в 1860 году не очень известным английским инженером Вудом; часто это
изобретение ошибочно приписывают его однофамильцу - знаменитому
американскому физику, но у того есть более чем надежное "алиби": в момент
создания сплава его просто не было на нашей планете - он родился лишь
восемь лет спустя. Легкоплавкие сплавы используют как припои, как материал
для получения тонких и сложных отливок, в автоматических противопожарных
системах, для спайки стекла с металлом.
  Кадмиевые сплавы обладают хорошими антифрикционными свойствами. Так,
сплав, состоящий из 99 % кадмия и 1 % никеля, применяют для изготовления
подшипников, работающих в автомобильных, авиационных и судовых двигателях.
Чтобы устранить вредное влияние органических кислот, содержащихся в
смазочных материалах, подшипниковые сплавы на основе кадмия иногда
покрывают тончайшим слоем индия. В свою очередь кадмиевое покрытие надежно
предохраняет железные и стальные изделия от атмосферной коррозии. Раньше
для кадмирования металл погружали в расплавленный кадмий: сейчас этот
процесс осуществляют только электролитическим путем. Кадмированию
подвергают наиболее ответственные детали самолетов, кораблей, а также
различные изделия. предназначенные для "несения службы" в условиях
тропического климата. Любопытно, что кадмиевые покрытия особенно
добросовестно выполняют свои "обязанности" на лоне природы: в сельской
местности их коррозионная стойкость заметно выше, чем в промышленных
районах. Весьма положительную репутацию в ряде областей техники снискала
кадмированная жесть, однако ввиду токсичности кадмия в пищевую
промышленность ей вход строго воспрещен. В некоторых странах это
запрещение возведено даже в ранг закона.
  До недавних пор у кадмиевых покрытий имелся недуг, время от времени
дававший о себе знать. Дело в том, что при электролитическом нанесении
кадмия на стальную деталь в металл может проникнуть содержащийся в
электролите водород. Этот весьма нежеланный гость вызывает у высокопрочных
сталей опасное "заболевание" - водородную хрупкость, приводящую к
неожиданному разрушению металла под нагрузкой. Получалось, что, с одной
стороны, кадмирование надежно предохраняло деталь от коррозии, а с другой
- создавало угрозу преждевременного выхода детали из строя. Вот почему
конструкторы часто были вынуждены отказываться от "услуг" кадмия.
  Ученым Института физической химии Академии наук СССР удалось устранить эту
"болезнь" кадмиевых покрытий. В роли лекарства выступил титан. Оказалось,
что, если в слое кадмия на тысячу его атомов приходится всего один атом
титана, стальная деталь застрахована от возникновения водородной
хрупкости, поскольку титан ухитряется в процессе нанесения покрытия
вытянуть из стали весь водород.
  С кадмированием связана важная веха в биографии так называемых нитевидных
кристаллов. Еще во время второй мировой войны было зафиксировано немало
случаев, когда по непонятным причинам выходили из строя различные
электронные устройства. Как удалось установить, виновниками неполадок
оказывались мельчайшие (диаметром 1-2 микрона) кристаллики олова или
кадмия, которые вырастали иногда на поверхности стальных деталей, покрытых
слоем одного из этих металлов.
  Чтобы успешно бороться с нитевидными кристаллами, или "усами" (так начали
называть вредную металлическую "растительность"), нужно было их как
следует изучить. Усы стали объектом многочисленных исследований, и вскоре
выяснилось (поистине нет худа без добра), что они обладают колоссальной
прочностью-близкой к теоретически возможной. Такое уникальное свойство
сразу переменило отношение к усам. Вскоре были разработаны эффективные
методы выращивания тончайших кристаллов для использования во многих
областях техники. С тех пор в лабораториях ряда стран выращены
кристаллы-нити сотен элементов и соединений, но самое почетное место среди
них навсегда оставлено за оловянными и кадмиевыми усами, которые первыми
всерьез заинтересовали собой научный мир.
  Миллионами километров медной проволоки опутаны наши города: благодаря этой
"паутине" бойко курсируют по городским улицам троллейбусы и трамваи. Но
при этом их токоснимающие устройства безжалостно истирают медь проводов.
  На помощь приходит кадмий: небольшие добавки этого элемента (около 1%)
значительно повышают прочность и твердость меди, практически не ухудшая ее
электрических свойств. Даже на самых оживленных транспортных магистралях
такие провода служат бессменно долгие годы.
  Современная техника немыслима без электрических аккумуляторов. Космические
корабли и подводные лодки, автомобили и радиоприемники, телефонные и
телеграфные устройства, шахтные светильники и слуховые аппараты,
фотовспышки и приборы аварийного освещения - впрочем перечислить все
области применения электрических аккумуляторов так же "просто", как
пересчитать звезды на небе. Эти несложные приборы, состоящие из двух
электродов, погруженных в раствор электролита, накапливают электрическую
энергию, превращая ее в химическую, и по мере надобности вновь преобразуют
ее в электрический ток. Широкое распространение получили
кадмиево-никелевые аккумуляторы. Роль отрицательного "героя" (точнее,
электрода) в них выполняют железные сетки с губчатым кадмием, а
положительные пластины покрыты окисью никеля; электролитом служит раствор
едкого кали. Такие источники тока отличаются высокими электрическими
характеристиками, большой надежностью, длительным сроком эксплуатации, а
их подзарядка занимает всего 15 минут.
  Несколько лет назад одна из фирм США сконструировала бритву с турболучевым
приводом, энергию которой сообщают три компактные кадмиево-никелевые
батарейки. По сообщениям американской печати, новинкой заинтересовалось
Национальное управление по исследованию космического пространства:
предполагалось, что космонавты возьмут эту бритву в экспедицию на Луну.
  Еще более интересное и несомненно очень полезное применение нашли
кадмиево-никелевым батарейкам врачи. Введенные в грудную клетку людей,
страдающих сердечной недостаточностью, эти миниатюрные "электростанции"
обеспечивают энергией механический стимулятор работы сердца. Но ведь
батарейка не может работать вечно - время от времени ее нужно
перезаряжать. Неужели каждый раз больной должен ложиться на операционный
стол? Разумеется, нет. Для бесперебойной службы батарейки достаточно раз в
неделю надевать всего на полтора часа специальную намагниченную куртку.
Уже тысячи человек на собственном опыте убедились в достоинствах новых
стимуляторов сердечной деятельности.
  Недавно кадмий был "принят на службу" английскими криминалистами: с
помощью тончайшего слоя этого металла, напыленного на обследуемую
поверхность, удается быстро выявить четкие отпечатки пальцев преступника.
  Соединения кадмия - "ведущие исполнители" в так называемом нормальном
элементе Вестона-своеобразном эталоне электродвижущей силы (э. д. с.). В
нем "трудятся" амальгама кадмия, кристаллы его сульфата и водный раствор
этой соли. Значения э. д. с. такого прибора при комнатной температуре
колеблются в очень узких пределах.
  Середина XX века - время удивительных научных открытий, небывалого
технического прогресса. Одно из самых значительных достижений
человеческого разума - покорение энергии атома. Для овладения
фантастическими силами, таящимися в атомном ядре, нужны были не только
гениальные мысли, но и материалы с уникальными свойствами. В числе
немногих металлов, на которые обратили внимание конструкторы ядерных
реакторов, оказался кадмий.
  Какие же функции выполняет этот элемент в атомной энергетике? Подобно тому
как автомобиль не обходится без тормозов, реактор не может работать без
регулирующих стержней, увеличивающих или уменьшающих поток нейтронов.
Чтобы началась реакция, стержни медленно поднимают, предоставляя нейтронам
возможность свободно "резвиться" в атомном котле. Но если они при этом
"теряют чувство меры", т. е. процесс становится слишком интенсивным,
стержни вновь погружают в активную зону: нейтроны оказываются как бы
взаперти, и реакция затормаживается.
  В каждом реакторе "по штатному расписанию" предусмотрен также массивный
аварийный стержень, который приступает к делу в том случае, если
регулирующие стержни почему-либо не справляются с возложенными на них
обязанностями. Ну, а вдруг и он откажет? Такой случай произошел на одном
из американских реакторов (в штате Калифорния). Из-за каких-то
конструктивных неполадок аварийный стержень не смог своевременно
погрузиться в котел - цепная реакция стала неуправляемой, возникла
серьезная авария. Реактор с разбушевавшимися нейтронами представлял
огромную опасность для окрестного населения. Пришлось срочно эвакуировать
людей из опасной зоны, пока ядерный "костер" не погас. К счастью, обошлось
без жертв, но убытки были очень велики, да и реактор на некоторое время
вышел из строя. А будь исправен механизм аварийного стержня, нейтроны
удалось бы утихомирить в считанные мгновения.
  Главное требование, предъявляемое к материалу регулирующих и аварийных
стержней, - способность поглощать нейтроны, а кадмий-один из "крупнейших
специалистов" в этой области. С одной только оговоркой: если речь идет о
тепловых нейтронах, энергия которых очень мала (она измеряется сотыми
долями электрон-вольта). В первые годы атомной эры ядерные реакторы
работали именно на тепловых нейтронах и кадмий долгое время считался
"первой скрипкой" среди стержневых материалов. Позднее, правда, ему
пришлось уступить ведущую роль бору и его соединениям. Но для кадмия
физики-атомщики находят все новые и новые сферы деятельности: так,
например, с помощью кадмиевой пластинки, устанавливаемой на пути
нейтронного пучка, исследуют его энергетический спектр, определяют,
насколько он однороден, какова в нем доля тепловых нейтронов.
  Если атомная энергетика - своего рода эпицентр современной техники, то
лакокрасочная промышленность - всего лишь ее периферия. Но и тут кадмий
работает так же добросовестно, как и на "ответственных постах" в ядерных
реакторах. Еще в прошлом веке сульфид этого элемента использовали в
качестве минерального красителя. В "Технической энциклопедии", изданной в
начале нашего века, приведена следующая справка: "...светлые желтые тона,
начиная от лимонно-желтого, получаются из чистых слабокислых и нейтральных
растворов сернокислого кадмия, а при осаждении раствором сернистого натрия
получают тона более темно-желтые. ...Тем или другим способом можно
получить кадмиевую желть шести оттенков, начиная от лимонно-желтого до
оранжевого... Краска эта в готовом виде имеет очень красивый блестящий
желтый цвет. Она довольно постоянна к слабым щелочам и кислотам, а к
сероводороду совершенно нечувствительна; поэтому она смешивается в сухом
виде с ультрамарином и дает прекрасную зеленую краску, которая в торговле
называется кадмиевой зеленью... Будучи смешана с олифою, она идет как
масляная краска в малярном деле; очень хорошо укрывиста, но вследствие
большой рыночной цены (фунт стоит от 5 до 6,50 руб.) она большей частью
идет в живописи как масляная или акварельная краска, а также и для
печатания. Благодаря ее большой огнеупорности употребляется для живописи
по фарфору".
  Амплуа красителя сульфид кадмия сохранил и в последующие годы. С почтением
относились к кадмиевой краске вагоностроители, которые многие годы красили
ею железнодорожные пассажирские вагоны. Объяснялось это не столько тем,
что она "очень хорошо укрывиста", сколько ее высокой стойкостью против
"дурного влияния" паровозного дыма. В последнее время сравнительно дорогой
чистый сульфид кадмия часто заменяют более дешевыми красителями -
кадмопоном и цинко-кадмиевым литопоном; последний имеет приятный цвет -
кремовый или слоновой кости.
  У пиротехников сульфид кадмия пользуется популярностью благодаря его
способности создавать синее пламя, а при соответствующих добавках -
голубое и фиолетовое. Но этим не исчерпываются "творческие возможности"
кадмиевых соединений: селенид этого элемента применяют как красную краску;
ему же обязаны своим рубиновым цветом звезды московского Кремля. Словом,
кадмий имеет "дружеские связи" со всеми цветами радуги. Кадмиевые пигменты
используют для окраски резины, тканей, пластических масс, синтетических
волокон.
  Уже знакомые вам соли кадмия - сульфид и селенид - известны также своими
полупроводниковыми свойствами. Ученые полагают, что кристаллам сульфида
кадмия суждено сыграть важную роль в развитии электроники, ядерной физики,
акустики (в частности, для усиления ультразвука).
  Вполне возможно, что сульфид кадмия сыграет важную роль и в преобразовании
солнечной энергии в электрическую. Над этой интересной проблемой работают
ученые различных стран. Ведь из огромного количества энергии, посылаемой
Солнцем на Землю, человек использует сегодня лишь 0,001%. Что и говорить,
маловато! Не случайно замечательный французский физик Фредерик Жолио-Кюри,
посвятивший свою жизнь извлечению энергии из недр атома, считал, что
"решение проблемы использования солнечной энергии для человечества важнее,
чем покорение атомного ядра". Уже созданы солнечные элементы,
аккумулирующие лучи небесного светила и преобразующие их в электроэнергию.
Такие элементы устанавливают, например, на космических аппаратах. На
солнечное "обслуживание" переведены маяки Камчатки и Курильских островов.
Достаточно двух-трех месяцев безоблачной погоды, чтобы маяки, заряженные
энергией Солнца, светили целый год. Наибольшее распространение получили
кремниевые элементы, но они очень дороги, и бесплатная энергия Солнца с их
помощью заметно возрастает в цене. Физики уже предложили ряд других
элементов, которые во много раз дешевле кремниевых. Так, в США изготовлены
солнечные элементы в виде тонкой пленки на основе сульфидов кадмия и меди.
Правда, коэффициент полезного действия их пока невысок, но специалисты
считают, что это дело поправимое.
  В последние годы многие технологические эксперименты ставят не в земных
лабораториях, а в условиях космического пространства. "Тут (в космосе)
можно роскошно производить всевозможные металлургические работы", -
говорит один из героев фантастической повести К. Э. Циолковского "Вне
Земли". Прошло всего несколько десятков лет, и дерзновенные мечты великого
ученого стали реальностью. Невесомость действительно уникальная среда для
проведения разнообразных опытов. Однако пропускная способность космических
лабораторий пока еще невелика, и поэтому "участников" внеземных
экспериментов приходится придирчиво отбирать из наиболее интересных и
перспективных материалов. Кадмию в этом отношении повезло: в программу
космического материаловедения было включено получение на борту орбитальной
научной станции "Салют-6" на установках "Сплав" и "Кристалл" ряда
полупроводниковых веществ, в том числе теллурида и сульфида кадмия, а
также тройного соединения кадмий-ртуть-теллур (сокращенно КРТ).
  Особый интерес ученых вызывало выращивание в невесомости кристалла КРТ,
представляющего собой твердый раствор теллуридов кадмия и ртути. Этот
полупроводниковый материал незаменим для изготовления тепловизиров -
точнейших инфракрасных приборов, применяемых в медицине, геологии,
астрономии, электронике, радиотехнике и многих других важных областях
науки и техники. Получить это соединение в земных условиях чрезвычайно
трудно: его компоненты из-за большой разницы в плотности ведут себя как
герои известной басни И. А. Крылова - лебедь, рак и щука, и в результате
вместо однородного сплава получается слоеный "пирог". Ради крохотного
кристаллика КРТ приходится выращивать большой кристалл и вырезать из него
тончайшую пластинку пограничного слоя, а все остальное идет в отходы.
Иначе нельзя: ведь чистота и однородность кристалла КРТ оцениваются в
стомиллионных долях процента. Немудрено, что на мировом рынке один грамм
этих кристаллов стоит "всего" восемь тысяч долларов.
  Вот почему ученые возлагали большие надежды на невесомость, где у
компонентов этого вещества нет никаких оснований для раздела объема
кристалла: в отсутствие силы тяжести все равны - и легкие, и тяжелые. Ну,
а чтобы создать на борту "Салюта" полную "гравитационную тишину", в те
часы, когда формировался кристалл, Центр управления полетом не допускал
резких движений станции: разворотов, переориентации, включения бортовых
двигателей. Да и сами космонавты прекращали на время занятия физкультурой:
упражнения на бегущей дорожке и велоэргометре могли помешать кристаллу
спокойно расти.
  Труды не пропали даром: как показал предварительный анализ доставленных на
Землю образцов, в космосе получены достаточно однородные крупные кристаллы
с правильной структурой. Пока на промышленные нужды они не пошли - их
направили в десятки лабораторий для тщательного исследования. Но уже
сейчас можно с уверенностью сказать, что не за горами то время, когда во
многих приборах будут работать чудо-кристаллы, рожденные в космосе.
  В многогранной деятельности кадмия есть и негативные стороны. Несколько
лет назад один из сотрудников службы здравоохранения США установил, что
существует прямая связь между смертностью от сердечно-сосудистых
заболеваний и... содержанием кадмия в атмосфере. Этот вывод был сделан
после тщательного обследования жителей 28 американских городов. В четырех
из них - Чикаго, Нью-Йорке, Филадельфии и Индианополисе - содержание
кадмия в воздухе оказалось значительно выше, чем в остальных городах;
более высокой была здесь и доля смертных случаев в результате болезней
сердца.
  Коли враг известен, с ним нужно бороться. Такую задачу поставили перед
собой американские ученые. В одной из бухт реки Миссисипи они высадили
водные гиацинты, полагая, что с их помощью удастся очистить воду от таких
"неблагонадежных" металлов, как кадмий и ртуть. Выбор пал на эти цветы
из-за их способности к бурному росту. Насколько эффективен "цветочный"
метод, покажет будущее.
  Пока медики и биологи определяют, вреден ли кадмий, и ищут пути снижения
его содержания в окружающей среде, представители техники принимают все
меры к увеличению его производства. Если за всю вторую половину прошлого
столетия было добыто лишь 160 тонн кадмия, то в конце 20-х годов нашего
века ежегодное производство его в капиталистических странах составляло уже
примерно 700 тонн, а в 50-х годах оно достигло 7000 тонн (ведь именно в
это время кадмий обрел статус стратегического материала, предназначенного
для изготовления стержней атомных реакторов).
  Кадмий - весьма редкий и довольно рассеянный элемент. В земной коре его в
десятки раз меньше, чем, например, бериллия, скандия, германия, цезия. Уж
на что редок индий, но и его природа припасла больше, чем кадмия. К тому
же, чтобы сосчитать собственные минералы этого элемента, вполне хватит
пальцев на одной руке. Чаще его можно встретить в цинковых,
свинцово-цинковых и медно-цинковых рудах. При их переработке в качестве
побочного продукта получают кадмий. Но, как вы уже убедились, этот
"побочный продукт" играет в технике отнюдь не второстепенные роли.
 
  ТЕЗКА СТРАНЫ ЧУДЕС (ИНДИЙ)
 
  Наполеон готов раскошелиться. - Фортуна поворачивается лицом. - Сколько
стоит карандаш? - Приятные хлопоты.- Скрытое становится явным. - Редкая
рассеянность. - Находка в Аризоне. - Зеркала обманывают модниц. - В
Туманном Альбионе. - Пожарники могут спать. - Физики в недоумении. - В
подводном царстве. - Подшипники нужно беречь. - Кое-что о зубных пломбах.
- "Одеяло" из индия. - Зеленое золото. - Нейтроны любят счет. - Примесь
без примесей. - Чудо-кристалл. - Крепкие объятия. - При чем здесь
футбольный мяч? - Желанный гость.
 
  С давних пор в Европе высоко ценилась привозимая из страны чудес Индии
ярко-синяя краска "индиго". По чистоте цвета она могла соперничать с
синими лучами солнечного спектра. Владельцы текстильных предприятий не
скупились на расходы, чтобы приобрести эту королеву красок, применявшуюся
для крашения сукна и других тканей. Когда в конце XVIII века Франция
оказалась отрезанной английским военным флотом от Индии и других южных
стран, многие заморские товары, в том числе и знаменитая краска "индиго",
стали весьма дефицитными. Наполеон, желавший сохранить для своей армии
традиционные темно-синие мундиры, пообещал колоссальную премию - миллион
франков! - тому, кто найдет способ получения чудесной краски из
европейского сырья.
  Мы не случайно начали рассказ об одном из редких металлов-индии-с
упоминания о краске "индиго": ведь именно ей элемент ь 49 обязан своим
названием.
  В 1863 году в химической лаборатории маленького немецкого городка
Фрейберга профессор Фердинанд Рейх и его ассистент Теодор Рихтер
занимались спектроскопическим исследованием цинковых минералов Саксонских
гор, надеясь обнаружить в них открытый за два года до этого элемент
таллий. Ученые подвергали анализу образец за образцом, однако, как ни
вглядывались они в возникающие перед ними спектры, сочных зеленых линий,
присущих таллию, не было и в помине. Но, видимо, в тот погожий день
фортуне очень уж не хотелось поворачиваться спиной к фрейбергским химикам.
Почему бы не вознаградить их за долготерпенье и кропотливый труд? И вот в
очередном спектре перед взором ученых предстала необыкновенно яркая синяя
линия, не принадлежавшая ни одному из известных элементов. Рейху и Рихтеру
стало ясно, что им посчастливилось открыть новый элемент. А за сходство
его спектральной линии с королевой красок "новорожденного" решено было
назвать индием.
  Теперь перед учеными встала проблема: выделить металл в чистом виде.
Немало потратили они времени и труда, прежде чем сумели получить два
образца металлического индия, каждый величиной с карандаш. Кстати,
сходство с карандашом было не только внешним: индий оказался удивительно
мягким металлом - почти в пять раз мягче свинца и в 20 раз мягче чистого
золота. Из десяти минералов, составляющих шкалу твердости по Моосу, девять
тверже индия; ему уступает лишь самый податливый из них - тальк. На бумаге
индий оставляет заметный след. Однако писать индиевыми "карандашами" было
бы таким же безрассудным расточительством, как топить печку ассигнациями:
французская Академия наук оценила образцы нового металла в 80 тысяч
долларов-по 700 долларов за грамм!
  Появляясь на свет, индий, разумеется, не подозревал, что доставит немало
хлопот великому русскому химику Д. И. Менделееву. Впрочем, виноват в этом
был не столько индий, сколько его первооткрыватели: они приняли новый
металл за близкого родственника цинка и поэтому ошибочно решили, что он,
как и цинк, двухвалентен. Кроме того, ученые неправильно определили его
атомный вес, посчитав его равным 75,6. Но в этом случае для индия не
находилось места в периодической таблице, и Менделеев пришел к выводу, что
индий трехвалентен, по свойствам он гораздо ближе к алюминию, чем к цинку,
а атомный вес его составляет примерно 114. Это был далеко не единственный
случай, когда великий химик на основе обнаруженного им закона вносил
существенные коррективы в характеристики уже известных элементов. И на
этот раз жизнь подтвердила его правоту: атомный вес индия, определенный с
помощью самых точных методов, оказался равным 114,82. Элементу было
отведено место ь 49 в третьем ряду периодической системы.
  Природный индий состоит из двух изотопов с массовыми числами 113 и 115,
причем доля более тяжелого из них значительно солиднее-95,7%. До середины
XX века оба эти изотопа имели репутацию стабильных. Однако в 1951 году
ученые установили, что индий-115 все же подвержен бета-распаду и
постепенно превращается в олово-115. Правда, процесс этот протекает крайне
медленно: период полураспада ядер индия-115 очень велик- 6 * 1014 лет.
Вполне понятно, что при таких "темпах" индию долго удавалось скрывать свою
радиоактивность. В последние десятилетия физики получили около 20
радиоактивных изотопов индия; период полураспада наиболее долгоживущего из
них (индия-114)-49 дней.
  Подобно многим другим металлам, индий долгое время не находил
практического применения. И на это были вполне уважительные причины: ведь
индий не только довольно редкий элемент (по содержанию в земной коре он
среди "обитателей" периодической системы занимает скромное место в седьмом
десятке), но и крайне рассеянный: в природе практически нет минералов, в
которых главным компонентом (или хотя бы одним из основных) был бы индий.
В лучшем случае его можно встретить в виде ничтожных примесей к рудам
других металлов, где содержание его не превышает обычно 0,05%. Можно себе
представить, какие трудности надо преодолеть, чтобы извлечь из этих руд
спрятавшиеся в них крохи индия.
  Однако свойства этого металла не могли оставлять равнодушными
представителей технического мира. В 1924 году индием всерьез
заинтересовался американский инженер Маррей. В поисках индиевых
месторождений он вдоль и поперек исколесил Соединенные Штаты Америки,
пока, наконец, в песчаных холмах Аризоны не обнаружил хоть и не ахти
какие, но все же более высокие, чем в других местах, концентрации этого
рассеянного элемента. Вскоре здесь возник завод по производству индия.
  Одной из первых областей применения индия стало изготовление
высококачественных зеркал, необходимых для астрономических приборов,
прожекторов, рефлекторов и тому подобных устройств. Оказывается, обычное
зеркало не одинаково отражает световые лучи различных цветов. Это значит,
например, что цветная одежда, если ее рассматривать в зеркало, имеет
несколько иную окраску, чем на самом деле.
  Правда, глаз модницы, сидящей перед трельяжем, не в состоянии
зафиксировать такие перемены в ее туалете, но для многих приборов цветовая
фальсификация просто недопустима. И серебряные, и оловянные, и
ртутно-висмутовые зерцала грешат этим недостатком. Индий же не только
обладает чрезвычайно высокой отражательной способностью, но и проявляет
при этом полнейшую объективность, совершенно одинаково относясь ко всем
цветам радуги - от красного до фиолетового. Вот почему, чтобы свет,
излучаемый далекими звездами, доходил до астрономов неискаженным, в
телескопах устанавливают индиевые зеркала.
  В отличие от серебра, индий не тускнеет на воздухе, сохраняя высокий
коэффициент отражения. Между прочим, индий сыграл немаловажную роль при...
защите Лондона от массированных налетов немецкой авиации во время второй
мировой войны. На первый взгляд, такое утверждение может показаться
странным, но именно индиевые зеркала позволяли прожекторам
противовоздушной обороны в поисках воздушных пиратов легко пробивать
мощными лучами плотный туман, нередко окутывавший британские острова.
Поскольку индий имеет низкую температуру плавления - всего 156 шС, во
время работы прожектора зеркало постоянно нуждалось в охлаждении, однако
английское военное ведомство охотно шло на дополнительные расходы, с
удовлетворением подсчитывая число сбитых вражеских самолетов.
  Но часто в технике низкая температура плавления может служить не
недостатком, а достоинством. Так, сплав индия с висмутом, свинцом, оловом
и кадмием плавится уже при 46,8ш С и благодаря этому успешно справляется с
ролью автоматического контролера, предохраняющего ответственные узлы и
детали различных механизмов от перегрева. Известен сплав индия с галлием и
оловом, который даже при комнатной температуре находится в жидком
состоянии: он плавится при 10,6 шС. Плавкие предохранители из индиевых
сплавов широко используют в системах пожарной сигнализации.
  Любопытные эксперименты, связанные с температурой плавления индия, были
проведены в Канаде. Исследуя с помощью электронного микроскопа мельчайшие
частицы этого металла, канадские физики обнаружили, что, когда размер
частиц индия становится меньше некоторой величины, температура плавления
его резко понижается. Так, частицы индия размером не более 30 ангстрем
плавятся при температуре чуть выше 40 шС. Такой колоссальный скачок - от
156 до 40 шС - представляет для ученых несомненный интерес. Но природа
этого эффекта даже для видавшей виды современной физики пока остается
загадкой: ведь теория процессов плавления разрабатывалась применительно к
значительным массам вещества, а в опытах канадских физиков расплавлению
подвергались "гомеопатические" дозы индия-всего несколько тысяч атомов.
  Ценное свойство индия - его высокая стойкость к действию едких щелочей и
морской воды. Эту способность приобретают и медные сплавы, в которые
введено даже небольшое количество индия. Обшивка нижней части корабля,
выполненная из такого сплава, легко переносит длительное пребывание в
соленом подводном царстве.
  Подшипникам, применяемым в современной технике, например в авиационных
моторах, приходится трудиться в довольно тяжелых условиях: скорость
вращения вала достигает нескольких тысяч оборотов в минуту, металл при
этом нагревается и его сопротивление разъедающему действию смазочных масел
снижается. Чтобы металл подшипников не подвергался эрозии, ученые
предложили наносить на них тонкий слой индия. Его атомы не только плотно
покрывают рабочую поверхность металла, но и проникают вглубь, образуя с
ним прочный сплав. Такой металл смазке уже не по зубам: срок службы
подшипников возрастает в пять раз.
  Кстати, о зубах. Из индиевых сплавов (например, с серебром, оловом, медью
и цинком), которым свойственны высокая прочность, коррозионная стойкость,
долговечность, изготовляют зубные пломбы. В этих сплавах индий играет
ответственную роль: он сводит к минимуму усадку металла при затвердевании
пломбы.
  Авиаторы хорошо знакомы с цинкоиндиевым сплавом, служащим антикоррозионным
покрытием для стальных пропеллеров. Своеобразным тончайшим "одеялом" из
олова и окиси индия "укутывают" ветровые стекла самолетов. Такое стекло не
замерзает - на нем не появляются ледяные узоры, которые вряд ли радовали
бы взор пилотов. Сплавы индия широко используют для склеивания стекол или
стекла с металлом (например, в вакуумной технике).
  Некоторые сплавы индия очень красивы - неудивительно, что они приглянулись
ювелирам. Как декоративный металл используют, в частности, сплав 75 %
золота, 20% серебра и 5% индия - так называемое зеленое золото. Известная
американская фирма "Студебеккер" вместо хромирования наружных деталей
автомобилей не без успеха применила индирование. Индиевое покрытие
значительно долговечнее хромистого.
  В атомных реакторах индиевая фольга служит контролером, измеряющим
интенсивность потока тепловых нейтронов и их энергию: сталкиваясь с ядрами
стабильных изотопов индия, нейтроны превращают их в радиоактивные; при
этом возникает излучение электронов, по интенсивности и энергии которого
судят о нейтронном потоке.
  Но бесспорно важнейшая область применения индия в современной
технике-промышленность полупроводников. Индий высокой чистоты необходим
для изготовления германиевых выпрямителей и усилителей: он выступает при
этом в роли примеси, обеспечивающей дырочную проводимость в германии.
Кстати, сам индий, используемый для этой цели, практически не содержит
примесей: выражаясь языком химиков, его чистота- "шесть девяток", т. е.
99,9999%! Некоторые соединения индия (сульфид, селенид, антимонид, фосфид)
сами являются полупроводниками; их применяют для изготовления
термоэлементов и других приборов. Антимонид индия, например, служит
основой инфракрасных детекторов, способных "видеть" в темноте даже едва
нагретые предметы.
  Индий оказался одним из немногих пока химических элементов,
"командированных" в космос, чтобы вписать новые страницы в технологию
неорганических материалов. В 1975 году, незадолго до начала совместного
советско-американского космического полета по программе "Союз" -
"Аполлон", командиры экипажей А. Леонов и Т. Стаффорд в беседе с
корреспондентом ТАСС высказали свое мнение о значении предстоящих
экспериментов на орбите. В частности, они затронули вопрос о
технологических опытах по плавке металлов и выращиванию кристаллов
различных веществ. "Предстоит выяснить возможность использования
невесомости и вакуума для получения новых материалов - металлических и
полупроводниковых, - сказал А. Леонов. - По мнению советских и
американских ученых, в космосе можно сплавлять компоненты, не смешиваемые
на Земле, создавать жаропрочные материалы..." "Наши астронавты. - добавил
Т. Стаффорд, - на борту орбитальной станции "Скайлэб" проводили опыты по
выращиванию кристаллов антимонида индия. Удалось получить кристалл самый
чистый и самый прочный из всех, когда-либо искусственно полученных на
Земле". А в 1978-1980 годах на борту советской орбитальной научной станции
"Салют-6" были проведены новые технологические эксперименты, в которых
"участвовали" индий и его соединения.
  Опыты с соединениями индия ведут и на Земле. Так, недавно антимонид индия
был подвергнут давлению в 30 тысяч атмосфер. Оказалось, что в результате
таких "крепких объятий" изменилась кристаллическая решетка вещества и при
этом его электропроводность возросла в миллион раз!
  Мировое производство индия пока очень мало - всего несколько десятков тонн
в год. Обычно этот ценнейший металл получают как... побочный продукт при
переработке руд цинка, свинца, меди, олова. Оригинальный способ получения
индия разработали ученые ГДР. Они предложили добывать его из пыли, облака
которой "украшали" небо над одним из предприятий по переработке медистых
сланцев. Пыль, в которой среди прочих компонентов содержится индий,
сначала промывается горячей серной кислотой, затем проходит долгий путь
сложных превращений, в результате которых получается чистый индий.
  Интерес к индию все время растет. Ученые стремятся как можно больше узнать
об этом металле. Несколько лет назад физики США сумели заполнить еще один
пробел в характеристике индия, определив конфигурацию его ядра: оказалось,
что оно напоминает... футбольный мяч с полоской по "экватору".
  ...В природе индий встречается редко, но можно с уверенностью утверждать,
что в промышленном мире он с каждым годом будет становиться все более и
более желанным гостем.
 
  СЛУЧАЙ В ШТАЛЬГАУЗЕНСКОМ МОНАСТЫРЕ (СУРЬМА)
 
  Хрустальная мечта. - Проделки хитрого монаха. - Версия на версии. - Не
насурьмить ли брови? - В Древнем Вавилоне. - "Триумфальная колесница
Антимония". - Дефицит небесных тел. - Внешность обманчива. - Волк
открывает пасть. - На Солнце нет сурьмяных пятен. - Находка в Киргизии. -
Дело несложное, но хлопотливое. - Примеси-кочевники. - Эталон чистоты. -
Склонность к полноте. - Немного шрапнели. - Баббиты не забыты. - По следам
пули. - Театральный занавес. - Борьба за огонь. - Бактериям не спится.
 
  Поиски "философского камня", словно эпидемия, охватили средневековую
Европу. Идея найти волшебное вещество, с помощью которого без особых
хлопот можно было бы превращать в золото чуть ли не любой другой металл,
казалась весьма заманчивой. Особое пристрастие к этому занятию питали, как
ни странно, духовные особы, хоть им вроде бы и не к лицу было уподобляться
алчным мирянам, беззастенчиво стремящимся к обогащению. В те далекие
времена вряд ли удалось бы отыскать хоть один монастырь, в кельях и
подвалах которого не шла бы напряженная алхимическая работа. Денно и нощно
кипели в ретортах огненные жидкости, измельчались и перемешивались в
ступках подозрительные порошки, но, увы, чудо-камень так и оставался
хрустальной мечтой всех искателей счастья.
  Для отца Леонардуса, настоятеля Штальгаузенского монастыря в Баварии,
мысли о спасении души на время явно отступили на второй план. Куда важнее
было докопаться до точного рецепта "философского камня". Смиренный отец
перепробовал уже десятки вариантов, но ни один из них не дал желаемого
результата. И тут его осенило: "А не попробовать ли смешать пепел
сожженного накануне еретика с пеплом его кота (казненного вместе с
хозяином в назидание прочим тварям), да добавить еще двойное количество
земли, взятой из-под костра..." Столь научный подход к подбору компонентов
несомненно сулил успех. Тщательно перемешав золу с землей и проделав еще
кое-какие необходимые манипуляции со смесью, Леонардус нагрел ее и стал
терпеливо ожидать, пока она остынет и превратится в легкое прозрачное
вещество: ведь именно так, по мнению ряда крупных специалистов, должен был
выглядеть "философский камень". Но, видимо, дьявол не дремал: остывшая
смесь оказалась тяжелым темным веществом с металлическим блеском.
Раздосадованному настоятелю ничего не оставалось делать, как выбросить
плоды очередного неудачного эксперимента в угол монастырского двора.
  Шли дни. Как-то однажды, разгуливая в паузах между алхимическими опытами и
молитвами по двору, отец Леонардус обратил внимание на свиней, с
удовольствием полизывающих выброшенный им камень. К тому же он подметил,
что свиньи за последнее время заметно подобрели.
  "Не иначе как сей камушек свойствами питательными обладает, - смекнул
хитрый настоятель. - Если подкормить им монахов, то можно, пожалуй,
кое-чем поживиться и без "философского камня". Задумано-сделано.
Быстренько приготовил он новую порцию своего "фирменного блюда", и уже на
следующий день худосочные монахи получили на завтрак кашу с
чудодейственной приправой. Но дьяволу явно не спалось: на следующее утро
все сорок монахов Штальгаузенского монастыря скончались в страшных муках.
Только теперь понял Леонардус, какой великий грех взял он на душу. С этого
дня он зарекся проводить свои эксперименты, а злополучный камень прозвал
"антимониумом", т. е. средством против монахов.
  Такова одна из версий происхождения названия элемента, известного у нас
как сурьма. За достоверность описанных событий ручаться трудно: возложим
ответственность за нее на популярного чешского писателя Ярослава Гашека,
поведавшего об этой истории в своем рассказе "Камень жизни".
  По другой версии, название это, сохранившееся, кстати, во многих языках,
происходит от греческих слов "антос аммонос" - цветок бога Амона
(Юпитера): сростки игольчатых кристаллов минерала сурьмяного блеска
(антимонита) в самом деле напоминают цветы. Некоторые историки химии
считают, что слово "антимоний" - производное от греческого "антимонос". т.
е. противник уединения: этим как бы подчеркивался тот факт, что в природе
сурьма не встречается в одиночестве, а всегда обитает в компании с другими
элементами.
  Есть и иные версии, но как бы то ни было, а в 1789 году знаменитый Антуан
Лавуазье под таким названием включил сурьму в составленный им список
известных к тому времени химических элементов. Русское название "сурьма"
происходит от турецкого "сюрме", что переводится как "натирание" или
"чернение бровей". В старину на Руси бытовало выражение "насурьмить
брови", хотя краской для бровей служили не только соединения сурьмы. Это
название закрепилось сначала за фиолетово-черной трехсернистой сурьмой, а
затем перешло к элементу ь 51. Латинское же название его "стибиум"
происходит либо от греческого слова "стиби" - так назывался минерал
сурьмяный блеск, либо от слова "стимми". означавшего сурьмяную краску,
которую гречанки использовали для косметическ%

Информация представлена на сайте исключительно для ознакомления.
Организаторы сайта не несут ответственности за последствия использования данных, указанных на сайте. Авторские права на статьи принадлежат их авторам. Мнения авторов статей необязательно совпадают с мнением и точкой зрения организаторов сайта.