Представиться системе:

Разделы


С. И. ВЕНЕЦКИЙ РАССКАЗЫ О МЕТАЛЛАХ МОСКВА • МЕТАЛЛУРГИЯ • 1973 (часть1)


http://jtech.com.ua/article/view/id/93

 

С. И. ВЕНЕЦКИЙ

РАССКАЗЫ О МЕТАЛЛАХ

МОСКВА • МЕТАЛЛУРГИЯ • 1973

Издание 3-е, дополненное

 

ВЫ ПРОЧТЕТЕ:

– о самом большом железном метеорите, упавшем на Землю, и об обитателях морского царства голотуриях, «коллекционирующих» ванадий;

 – о причинах гибели полярной экспедиции капитана Роберта Скотта и о секрете остроты самурайских мечей;

 – о том, как цирконий нашел свое призвание и как ниобий начал заниматься «валютными операциями»;

 – о грандиозном «мамонт-взрыве», поднявшем в воздух три с половиной миллиона тонн никелевых пород, и о запасах алюминия на Луне;

 – о тайне инков, которые скрывали сказочные сокровища своих изумрудных копей от испанских конкистадоров, и о древней восточной легенде, повествующей, как кровь богов превращалась в рубины;

 – о бронзовом Колоссе Родосском – одном из семи чудес света, и о титановой ракете – обелиске в честь покорения человеком космоса;

 – о литии, отпраздновавшем свой 150-летний юбилей, и о марганце, оказавшемся в зубах акулы;

 – о том, как был позолочен купол Исаакиевского собора и как в результате лесного пожара было открыто богатое свинцовое месторождение;

 – о муках, на которые был обречен богами жестокий Тантал, и о неисчислимых богатствах, хранящихся в голубых «сундуках» Нептуна, и о многом-многом другом.

 

УДК 669.1/8   ИБ № 1413

Сергей Иосифович

ВЕНЕЦКИЙ

РАССКАЗЫ О МЕТАЛЛАХ

Художник

Г. А. ЖЕГИН

Редактор издательства

М. С. Архангельская

Технический редактор

Е. Б. Вайнштейн

Корректоры Н. А.

Дынина и Т. А. Рюмина

Сдано в набор 08.08.77.

Подписано в печать 11.01.79.

Т-02310. Формат бумаги 70X90 1/16.

Бумага офсетная № 1. Гарнитура журнальная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 17,55. Уч.-изд. л. 17,26. Тираж 60 000 (2-й завод 29001 – 59000 экз.). Заказ № 3668. Изд. № 3698. Цена в переплете бумажном 1 р. 80 к., в переплете коленкоровом 1 р. 90 к.

Издательство «Металлургия», 119034, Москва, Г-34, 2-й Обыденский пер., д. 14.

Ленинградская фабрика офсетной печати № 1 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. Ленинград, 197101, ул. Мира, 3.

 

Первое издание книги «Рассказы о металлах» (1970 г) было отмечено дипломом конкурса Московской организации Союза журналистов СССР на лучшую работу года по научной журналистике и дипломом ежегодного конкурса Всесоюзного общества «Знание» на лучшие произведения научно-популярной литературы.

ОБ ЭТОЙ КНИГЕ

Много веков металлы верно служат человеку, помогая ему покорять стихию, овладевать тайнами природы, создавать замечательные машины и механизмы.

Богат и интересен мир металлов. Среди них встречаются старые друзья человека: медь, железо, свинец, ртуть, золото, серебро, олово. Эта дружба насчитывает уже тысячи лет. Но есть и такие металлы, знакомство с которыми состоялось лишь в последние десятилетия.

Свойства металлов чудесны и разнообразны. Ртуть, например, не замерзает даже на морозе, а вольфрам не боится самых жарких объятий пламени. Литий мог бы быть отличным пловцом: ведь он вдвое легче воды и при всем желании не сможет утонуть, а осмий – чемпион среди металлов-тяжеловесов – камнем пойдет ко дну. Серебро «с удовольствием» проводит электрический ток, а у титана явно «не лежит душа» к этому занятию: его электропроводность в 300 раз ниже, чем у серебра. Железо мы встречаем на каждом шагу, а гольмий содержится в земной коре в таких мизерных количествах, что даже крупицы этого металла стоят баснословно дорого: чистый гольмий в несколько сот раз дороже золота.

Но как ни различны свойства этих элементов, их роднит то, что все они принадлежат к одной большой семье металлов. О судьбах некоторых важнейших металлов, об их «планах на будущее» рассказывает эта книга.

Автор не ставил перед собой задачу сообщить читателю сколько-нибудь систематические сведения о каждом из описываемых металлов. История металлов насыщена множеством интересных фактов и занимательных эпизодов, подчас романтических, порой юмористических, а иногда и трагических. Познакомить читателя с ними – цель данной книги.

Эта книга – для любознательных. Автор надеется, что она заинтересует не только подростков, открывающих для себя мир науки, но и всех тех, кто, давно расставшись со школьной или студенческой скамьей, по-прежнему пользуется каждой возможностью, чтобы пополнить свои знания обо всем, что нас окружает.

 

ЛИТИЙ ЛЕГЧАЙШИЙ ИЗ ЛЕГКИХ

В расцвете сил. - Экскурс в прошлое столетие. - Целебные воды Карлсбада. - Что легче? - Вазелиновые ванны. - Летчики надевают жилеты. - Средство против подагры. - Нужда заставила. - В воде не тонет. - Ни мороз не страшен, ни жара. - В глубь Антарктиды. - Вечная смазка. - Вкусны ли стекла? - Голубое пламя. - Первая скрипка. - Результаты бомбардировки. - Литий "глотает" нейтроны. - Двадцать Днепрогэсов. - Добрый старый керосин. - Литий против ... лития. - Ядерный "клей". - Кристалл из Южной Дакоты. - "Сезам! Отворись!". - Подозрительное жаркое.

В 1967 году литий, стоящий в Периодической системе Д. И. Менделеева первым среди металлов, отмечал 150-летие со дня открытия. Свой юбилей элемент встретил в расцвете сил: деятельность его в современной технике интересна и многогранна. Тем не менее, специалисты считают, что литий отнюдь не раскрыл еще полностью свои возможности, и предсказывают ему большое будущее. Но давайте совершим экскурс в прошлое столетие - заглянем в тихую лабораторию шведского химика Иоганна Августа Арфведсона. Итак: Швеция, 1817 год.

...Вот уже который день ученый анализирует минерал петалит, найденный на руднике Уто близ Стокгольма. Снова и снова проверяет он результаты анализа, но каждый раз сумма всех компонентов оказывается равной 96%. Где же теряются 4%? А что, если...? Да, сомнений нет: в минерале содержится какой-то неизвестный доселе элемент. Арфведсон проводит опыт за опытом, и вот, наконец, цель достигнута: открыт новый щелочной металл. А поскольку, в отличие от своих близких "родственников" - калия и натрия, впервые обнаруженных в органических продуктах, новичок был найден в минерале, ученый решает назвать его литием ("литеос" по-гречески - камень).

Вскоре Арфведсон находит элемент и в других минералах, а известный шведский химик Берцелиус обнаруживает его в минеральных водах Карлсбада и Мариенбада. Кстати, и в наши дни широкой известностью пользуются источники курорта Виши во Франции, которые благодаря присутствию солей лития обладают высокими бальнеологическими свойствами.

В 1818 году англичанин Дэви сумел впервые выделить крупицы чистого лития электролизом его гидроксида, а в 1855 году немецкому химику Бунзену и независимо от него английскому физику Матиссену электролизом расплавленного хлорида удалось получить чистый литий. Он оказался мягким серебристо-белым металлом, почти вдвое легче воды. В этом отношении литий не знает конкурентов среди металлов: алюминий тяжелее его в 5 раз, железо - в 15, свинец - в 20, а осмий - в 40 раз!

Даже при комнатной температуре литий энергично реагирует с азотом и кислородом воздуха. Попробуйте оставить кусочек лития в стеклянном сосуде с притертой пробкой. Металл поглотит весь имеющийся там воздух, в сосуде возникнет вакуум, и атмосферное давление так крепко "припечатает" пробку, что вам вряд ли удастся ее вытащить. Поэтому хранить литий очень непросто. Если натрий, например, можно легко упрятать в керосин или бензин, то для лития такой способ неприемлем - он тут же всплывает и загорается. Чтобы сохранить литиевые прутки, их обычно вдавливают в ванну с вазелином или парафином, которые обволакивают металл и не позволяют ему проявлять свои реакционные наклонности.

Еще более активно литий соединяется с водородом. Небольшое количество металла может связать колоссальные объемы этого газа: в 1 килограмме гидрида лития содержится 2800 литров водорода! В годы второй мировой войны таблетки гидрида лития служили американским летчикам портативными источниками водорода, которыми они пользовались при авариях над морем: под действием воды таблетки моментально разлагались, наполняя водородом спасательные средства - надувные лодки, жилеты, сигнальные шары-антенны.

Чрезвычайно высокая способность соединений лития поглощать влагу обусловила их широкое применение для очистки воздуха на подводных лодках, в авиационных респираторах, в системах кондиционирования воздуха.

Первые попытки промышленного использования лития относятся к началу нашего века. До этого в течение почти ста лет его применяли главным образом в медицине как средство против подагры.

Во время первой мировой войны Германия испытывала крайнюю нужду в олове, весьма необходимом промышленности. Поскольку своим оловянным сырьем страна не располагала, ученым пришлось срочно искать замену этому металлу. С помощью лития проблему удалось успешно решить: сплав свинца с литием ("бан-металл") оказался отличным антифрикционным материалом. С этого момента техника не расстается с литиевыми сплавами. Известны сплавы лития с алюминием, бериллием, медью, цинком, серебром и другими элементами. Особенно широкие перспективы открываются перед сплавами лития с другим металлом-легковесом - магнием, обладающим к тому же хорошими конструкционными свойствами: ведь такой сплав, если в нем преобладает литий, легче воды. Но беда в том, что сплавы подобного состава неустойчивы - легко окисляются на воздухе. Металлурги давно стремились создать композицию и технологию, которые обеспечили бы литиймагниевым сплавам долговечность. Эту задачу смогли решить ученые Института металлургии имени А.А. Байкова Академии наук СССР: в вакуумной тигельной электропечи в атмосфере инертного газа аргона был получен сплав лития с магнием, не тускнеющий на воздухе и не тонущий в воде.

Многие ценные свойства лития - высокая реакционная способность, низкая температура плавления (всего 180,5°С), малая плотность его химических соединений - делают этот элемент желанным участником технологических процессов в черной и цветной металлургии. Он отлично справляется, например, с ролью дегазатора и раскислителя - удаляет из расплавленных металлов растворенные в них газы, такие, как азот, кислород. Благодаря литию структура некоторых сплавов становится мелкозернистой и тем самым улучшаются их механические свойства. В производстве алюминия он успешно выступает в роли ускорителя процесса. Добавка его соединений в электролит увеличивает производительность алюминиевого электролизера; при этом снижается необходимая температура ванны, заметно сокращается расход электроэнергии.

Прежде электролит щелочных аккумуляторов состоял только из растворов едкого натра. При введении в него нескольких граммов гидроксида лития срок службы аккумулятора возрастает втрое. Кроме того, значительно расширяется температурный диапазон его действия: он не разряжается даже при повышении температуры до 40°С и не замерзает при двадцатиградусных морозах. Безлитиевому электролиту эти испытания не под силу. Уникальный миниатюрный аккумулятор для электронных наручных часов создан в Японии: толщина этого аккумулятора, в котором анодом служит тончайшая пленка лития (катод выполнен из дисульфида титана) всего 34 микрона, т.е. он тоньше человеческого волоса. Крошечное электрическое устройство выдерживает 2000 зарядных циклов, а каждый заряд позволяет часам работать 200-300 часов. Немалые надежды возлагают на литий и конструкторы автомобильных фирм: в США, например, создана литиевая электрическая батарея, предназначенная для электромобиля, который сможет развивать скорость до 100 километров в час и проходить без подзарядки не одну сотню километров.

Некоторые органические соединения лития (стеарат, пальмиат и др.) сохраняют свои физические свойства в широком интервале температур. Это позволяет использовать их как основу для смазочных материалов, применяемых в военной технике. Смазка, в состав которой входит литий, помогает вездеходам, работающим в Антарктиде, совершать рейды в глубь континента, где морозы порой достигают -80°С. Литиевая смазка - надежный помощник автомобилистов. В этом уже убедились владельцы "Жигулей", не случайно называющие ее "вечной": достаточно один раз в начале эксплуатации смазать ею некоторые трущиеся детали машины, и долгие годы они не будут нуждаться в этой операции.

Кто из нас не слышал о чудесах, творимых индийскими йогами. На глазах изумленной публики они разгрызают стеклянный стакан на мелкие кусочки, как обыкновенный сухарь, и проглатывают с выражением такого удовольствия, будто в жизни не пробовали ничего вкусней. А вам не приходилось употреблять стекло в пищу? "Что за нелепый вопрос? Разумеется, нет!" - так, вероятно, подумает каждый, кому доведется читать эти строки, - и ошибется. Оказывается, обычное стекло растворяется в воде. Конечно, не в такой степени, как, допустим, сахар, но все же растворяется. Точнейшие аналитические весы показывают, что вместе со стаканом горячего чая мы выпиваем около одной десятитысячной грамма стекла. Но если при варке стекла к нему добавить щепотку солей лантана, циркония и лития, его растворимость в воде уменьшается в сотни раз. Оно обретает устойчивость даже по отношению к серной кислоте.

Деятельность лития в стекольном производстве не исчерпывается снижением растворимости стекла. Литиевые стекла характеризуются ценными оптическими свойствами, хорошей термостойкостью, высоким удельным сопротивлением, малыми диэлектрическими потерями. Литий, в частности, входит в состав стекол, из которых изготовляют телевизионные кинескопы. Если обычное оконное стекло обработать в расплаве солей лития, на нем образуется плотный защитный слой: стекло становится вдвое прочнее и устойчивее к повышенным температурам. Небольшие добавки этого элемента значительно снижают температуру варки стекла.

Издавна символом прозрачности служила капля росы. Но даже прозрачные, как роса, стекла уже не удовлетворяют современную технику: ей нужны оптические материалы, которые пропускали бы не только видимые глазом лучи света, но и невидимые, например ультрафиолетовые. При помощи обычных телескопов астрофизики не могут уловить излучения очень далеких галактик. Из всех известных оптике материалов самой высокой прозрачностью для ультрафиолетовых лучей обладает фторид лития. Линзы из монокристаллов этого вещества позволяют исследователям значительно глубже проникать в тайны Вселенной.

Немаловажную роль играет литий в производстве специальных глазурей, эмалей, красок, высококачественного фарфора и фаянса. В текстильной промышленности одни соединения этого элемента служат для отбеливания и протравливания тканей, другие - для их окраски.

Пиротехникам хорошо знакомы соли лития: они окрашивают в яркий сине-зеленый цвет след трассирующих пуль и снарядов.

На пиротехнических способностях лития основан следующий фокус. Попытайтесь поджечь кусочек сахара спичкой - у вас ничего не выйдет: сахар начнет плавиться, но не загорится. Если же перед этим сахар натереть табачным пеплом, то он легко вспыхнет красивым голубым пламенем. Объясняется это тем, что в табаке, как и во многих других растениях, в относительно больших количествах содержится литий. При сгорании табачных листьев часть его соединений остается в пепле. Они-то и позволяют провести этот несложный химический фокус.

Но все, о чем мы пока рассказали, - это лишь второстепенные, побочные занятия лития. Есть у него дела и посерьезней. Речь идет о ядерной энергетике, где литий, возможно, начнет вскоре играть роль одной из первых скрипок. Ученые установили, что ядра изотопа лития-6 могут быть легко разрушены нейтронами. Поглощая нейтрон, ядро лития становится неустойчивым и распадается, в результате чего образуются два новых атома: легкого инертного газа гелия и редчайшего сверхтяжелого водорода - трития. При очень высоких температурах атомы трития и другого изотопа водорода - дейтерия объединяются. Этот процесс сопровождается выделением колоссального количества энергии, называемой обычно термоядерной.

Особенно энергично термоядерные реакции протекают при бомбардировке нейтронами соединения изотопа лития-6 с дейтерием - дейтерида лития. Это вещество служит ядерным горючим в литиевых реакторах, которые обладают рядом преимуществ по сравнению с урановыми: литий значительно доступней и дешевле урана, при реакции не образуется радиоактивных продуктов деления, процесс легче регулируется.

Относительно высокая способность лития-6 захватывать медленные нейтроны легла в основу использования его в качестве регулятора интенсивности реакций, протекающих и в урановых реакторах. Благодаря этому свойству изотоп нашел применение также в защитных экранах против радиации, в атомных батареях с большим сроком службы. Не исключено, что в скором времени литий-6 станет работать поглотителем медленных нейтронов на атомных летательных аппаратах.

Подобно некоторым другим щелочным металлам, литий применяют как теплоноситель в ядерных установках. Здесь можно использовать его менее дефицитный изотоп - литий-7 (в природном литии на его долю приходится около 93%). Этот изотоп, в отличие от своего более легкого "брата", не может служить сырьем для производства трития и поэтому не представляет интереса для термоядерной техники. Но с ролью теплоносителя он справляется вполне успешно. В этом ему помогают высокая теплоемкость и теплопроводность, большой температурный интервал жидкого состояния, незначительная вязкость, малая плотность.

В последнее время серьезные права на литий начинает предъявлять ракетная техника. Много энергии необходимо затратить, чтобы преодолеть силы земного тяготения и вырваться в космические просторы. Ракета, которая вывела на орбиту корабль-спутник с первым в мире космонавтом Юрием Гагариным, имела шесть двигателей общей мощностью 20 миллионов лошадиных сил! Это мощность двадцати таких гидроэлектростанций, как Днепрогэс.

Естественно, что выбор ракетного топлива представляет собой проблему исключительной важности. Пока наиболее эффективным горючим считается керосин (да-да, добрый старый керосин!), окисляемый жидким кислородом. При сгорании этого топлива выделяется в полтора с лишним раза больше энергии, чем при взрыве такого же количества нитроглицерина - сильнейшего взрывчатого вещества.

Отличные перспективы может иметь применение металлического горючего. Теорию и методику использования металлов в качестве топлива для ракетных двигателей впервые разработали более полувека назад замечательные советские ученые Ф.А. Цандер и Ю.В. Кондратюк. Одним из наиболее подходящих для этой цели металлов является литий (большей теплотворностью может похвастать лишь бериллий). В США опубликованы патенты на твердое ракетное топливо, содержащее 51-68% металлического лития.

Любопытно, что в процессе работы ракетных двигателей литий выступает против... лития. Являясь компонентом горючего, он позволяет развивать колоссальные температуры, а обладающие высокой термостойкостью и жароупорностью литиевые керамические материалы (например, ступалит), используемые как покрытия сопел и камер сгорания, предохраняют их от разрушительного действия лития-горючего.

В наши дни техника располагает большим количеством разнообразных синтетических материалов - полимеров, с успехом заменяющих сталь, латунь, стекло. Но у технологов подчас возникают большие трудности, когда при изготовлении некоторых изделий им необходимо соединить полимеры между собой или с другими материалами. Так, фторсодержащий полимер тефлон - идеальное антикоррозийное покрытие - долгое время не находил практического применения из-за того, что плохо склеивался с металлом. Советскими учеными разработана оригинальная технология ядерной сварки полимеров с различными материалами. На свариваемые поверхности наносят небольшие количества соединений лития или бора, которые и служат своеобразным "ядерным клеем". При облучении этих слоев нейтронами возникают ядерные реакции, сопровождающиеся значительным выделением энергии, благодаря чему на очень короткое время (менее десятимиллиардной доли секунды) в материалах появляются микроучастки с температурой в сотни и даже тысячи градусов. Но и за эти мгновения молекулы пограничных слоев успевают перемешаться, а иногда и образовать между собой новые химические связи - происходит ядерная сварка.

Как правило, элементы, располагающиеся в левом верхнем углу таблицы Д.И. Менделеева, широко распространены в природе. Но, в отличие от большинства своих соседей - натрия, калия, магния, кальция, алюминия, которыми богата наша планета, литий - сравнительно редок. В природе встречается около тридцати минералов, содержащих этот ценный элемент. Основное природное соединение лития - сподумен. Кристаллы этого минерала, по форме напоминающие железнодорожные шпалы или стволы деревьев, порой достигают гигантских размеров: в Южной Дакоте (США) найден кристалл длиной более 15 метров; масса его измерялась десятками тонн. В американских месторождениях обнаружены очень красивые изумрудно-зеленые и розово-фиолетовые разновидности сподумена - полудрагоценные минералы гидденит и кунцит.

Большое значение как сырье для производства лития могут иметь гранитные пегматиты. Подсчитано, что в одном кубическом километре гранита заключено более ста тысяч тонн лития - это во много раз больше, чем добывается ежегодно во всех странах мира. Бок о бок с литием в гранитных кладовых хранятся ниобий, тантал, цирконий, торий, уран, неодим, цезий, церий, празеодим и многие другие редкие элементы. Но как заставить гранит поделиться с человеком своими богатствами? Ученые заняты поисками, и, безусловно, им удастся создать такие методы, которые, подобно сказочным словам "Сезам! Отворись!", позволят людям раскрыть гранитные кладовые.

Заканчивая рассказ о литии, поведаем об одной забавной истории, в которой этот элемент сыграл весьма важную роль. В 1891 году выпускник Гарвардского университета Роберт Вуд (впоследствии знаменитый американский физик) приехал в Балтимор, чтобы позаниматься химией в местном университете. Поселившись в студенческом пансионе, Вуд вскоре прослышал, что хозяйка якобы частенько готовит утреннее жаркое из... остатков вчерашнего обеда, собранных с тарелок. Но как это доказать?

Большой любитель находить для любой задачи оригинальное и вместе с тем простое решение, Вуд не изменил себе и на этот раз. Однажды, когда на обед был подан бифштекс, он оставил на тарелке несколько больших кусков мяса, посыпав их хлоридом лития - совершенно безвредным веществом, похожим по виду и вкусу на обыкновенную поваренную соль. На следующий день кусочки жареного мяса, поданного студентам на завтрак, были "преданы сожжению" перед щелью спектроскопа. Красная линия спектра, присущая литию, поставила точку над i: чрезмерно экономная хозяйка пансиона была разоблачена. А сам Вуд много лет спустя с удовольствием вспоминал о своем следственном эксперименте.

 

БЕРИЛЛИЙ МЕТАЛЛ КОСМИЧЕСКОГО ВЕКА

Сказки превращаются в быль. — Изумрудные копи царицы Клеопатры. — Хобби римского императора. — "Он зелен, чист, весел и нежен... " — Тайна инков. — Следствие ведет знаток. — Уникальный камень возвращается в Россию. — "Зеленое утро и кровавый вечер". — Джильда ищет бериллий. — О чем рассказывают сосны? — Сенсационное сообщение. — Возмутитель спокойствия. — Тяжкое обвинение. — "Приговор" пересмотрен. — В космос! — Странный заказ. — Взрыва не будет. — Союз легчайших. — Важное открытие. — Нейтроны замедляют бег. — Звук бьет рекорды. — Атомная "игла". — Рукотворные самоцветы.

"Бериллий - один из самых замечательных элементов, огромного теоретического и практического значения.

...Овладение воздухом, смелые полеты самолетов и стратостатов невозможны без легких металлов; и мы уже предвидим, что в помощь современным металлам авиации - алюминию и магнию - придет и бериллий.

 И тогда наши самолеты будут летать со скоростью в тысячи километров в час.

За бериллием будущее!

Геохимики, ищите новые месторождения. Химики, научитесь отделять этот легкий металл от его спутника - алюминия. Технологи, сделайте легчайшие сплавы, не тонущие в воде, твердые, как сталь, упругие, как резина, прочные, как платина, и вечные, как самоцвет...

Может быть, сейчас эти слова кажутся сказкой. Но как много сказок на наших глазах превратилось в быль, влилось в наш простой домашний обиход, а мы забываем, что еще 20 лет тому назад наши радио и звуковое кино звучали фантастической сказкой".

Так писал почти полвека назад крупнейший советский ученый академик А.Е. Ферсман, уже тогда сумевший по достоинству оценить значение бериллия.

Да, бериллий - это металл будущего. И в то же время в Периодической системе найдется немного элементов, история которых, подобно истории бериллия, уходит в далекое-далекое прошлое.

...Свыше двух тысячелетий назад в безводной пустыне Нубии, где находились знаменитые изумрудные копи царицы Клеопатры, рабы добывали чудесные кристаллы зеленого камня. Караваны верблюдов доставляли изумруды к берегам Красного моря, а оттуда они попадали во дворцы властителей стран Европы, Ближнего и Дальнего Востока - византийских императоров, персидских шахов, китайских богдыханов, индийских раджей.

Великолепным блеском, чистотой окраски, красотой игры - то густо-зеленый, почти темный, то сверкающий ослепительной зеленью - изумруд во все времена пленял человека. "В сравнении с ним, - писал римский историк Плиний Старший, - никакая вещь зеленее не зеленеет...". По преданию, жестокий и самовлюбленный римский император Нерон обычно смотрел на кровавые бои гладиаторов через большой отшлифованный кристалл изумруда. Когда в Риме вспыхнул пожар, Нерон любовался пляшущими языками огня через тот же "оптический" изумруд, в котором оранжевые краски пламени зловеще сливались с зеленью камня (Возможно, в эту древнюю легенду придется внести существенную поправку: по сообщениям печати, монокль Нерона, хранящийся в Ватикане, недавно якобы попал в руки специалисту-минералогу и оказалось, что кристалл представляет собой не изумруд, а хризолит). "Он зелен, чист, весел и нежен, как трава весенняя..." - писал об изумруде А.И. Куприн.

С открытием Америки в историю зеленого камня была вписана новая страница. В могилах и храмах Мексики, Перу, Колумбии испанцы обнаружили множество крупных темно-зеленых изумрудов. За несколько лет испанцы разграбили эти сказочные богатства. Найти же место, где добывался чудесный самоцвет, им долго не удавалось. И только в середине XVI столетия завоеватели Америки сумели, наконец, овладеть тайной инков и проникнуть к сокровищам изумрудных копей Колумбии.

Редкий по красоте колумбийский изумруд царил в ювелирном деле до XIX века. В 1831 году уральский смолокур Максим Кожевников, собирая валежник в лесу близ небольшой речушки Токовой, нашел первый русский изумруд. Крупные ярко-зеленые изумруды Урала быстро получили признание ювелиров всего мира.

Разработкой уральских изумрудных копей руководил в то время "исправляющий должность командира" Екатеринбургской гранильной фабрики Яков Коковин, кристально честный человек, большой знаток и художник камня. В 1834 году к нему попал найденный на одном из приисков громадный изумруд, весивший более двух килограммов. Мог ли он тогда знать, какую роковую роль сыграет в его судьбе этот красивый камень, вошедший в историю минералогии как "изумруд Коковина"?

Наиболее ценные камни командир гранил сам. И на этот раз он намеревался своими руками произвести огранку самоцвета-великана. Но его планам не суждено было сбыться: из Петербурга по ложному доносу внезапно нагрянула ревизия, у Коковина учинили обыск и "нашли" изумруд, который тот и не собирался прятать. Вместе с камнем его под стражей отправили в столицу. Следствие по этому делу вел граф Перовский, слывший большим знатоком и любителем драгоценных камней. Он и довел дело до желанного для себя конца: ни в чем не повинного Коковина граф упрятал в тюрьму (где сломленный несправедливыми наветами мастер вскоре покончил с собой), а изумруд, минуя государственную казну, пополнил коллекцию графа. Но у того камень не задержался: крупно проиграв в карты, знатный вельможа вынужден был расстаться с ним, и изумруд перекочевал к тайному советнику князю Кочубею, владельцу крупнейшей в России коллекции самоцветов. После смерти князя его сын перевез немало ценных камней, среди которых находился и "изумруд Коковина", в Вену, где устроил их распродажу. По настоянию российской Академии наук царское правительство за огромные деньги выкупило коллекцию. Самый крупный в мире изумруд вернулся на родину и сейчас украшает экспозицию Минералогического музея Академии наук СССР в Москве.

Изумруд - один из многих минералов бериллия. Голубовато-зеленый, цвета морской воды аквамарин и вишнево-розовый воробьевит, винно-желтый гелиодор и желтовато-зеленый берилл, чистейшей воды фенакит и нежный синий эвклаз, прозрачный зеленый хризоберилл и его удивительная разновидность александрит - густо-зеленый днем и малиновый при искусственном освещении ("зеленое утро и кровавый вечер" - образно описал его Н.С. Лесков) - вот лишь некоторые, но, пожалуй, наиболее именитые представители семейства бериллиевых самоцветов.

Земная кора отнюдь не бедна бериллием, хотя этот элемент прочно снискал себе репутацию редкого. Объясняется это, в частности, тем, что найти бериллиевые минералы подчас бывает нелегко. И тут на помощь человеку может прийти его давний друг - собака. В последнее время в литературе часто появляются сообщения о поисках полезных ископаемых с помощью четвероногих "геологов". Об умении собак находить что-либо или кого-либо по запаху известно немало фактов и легенд. Но каковы их геологические способности? Какие минералы могут отыскать лохматые рудознатцы? "Ответить на этот вопрос нам помогла коллекция Минералогического музея Академии наук СССР, - рассказывает доктор биологических наук Г.А. Васильев - инициатор нового направления в разведке спрятанных в земле природных кладов. - Особенно эффективным оказался опыт с металлическим бериллием: понюхав его, собака по кличке Джильда затем из множества минералов выбрала изумруд, аквамарин, воробьевит, фенакит, бертрандит, т.е. все то и только то, что содержит бериллий. Разложив все бериллийсодержащие минералы среди других образцов и дав их выбрать собаке, мы снова просили собаку искать. Тогда Джильда шла по музею, ложилась грудью на витрину, где находился огромный изумруд, и лаяла".

Представители флоры тоже готовы внести свою лепту в поиск бериллиевых месторождений. В этой роли может выступать обыкновенная сосна, имеющая склонность отбирать бериллий из почвы и накапливать его в своей коре. Если сосна растет недалеко от залегания бериллиевых минералов, то концентрация этого элемента в сосновой коре оказывается в сотни раз выше, чем в почве, и в десятки раз выше, чем в коре других деревьев, например березы или лиственницы.

Как вы уже знаете, ювелиры с почтением относятся ко многим бериллиевым камням-самоцветам, а вот технологи, занятые производством металлического бериллия, более разборчивы в своих привязанностях: из всех бериллиевых минералов они ценят лишь берилл, ибо только этот минерал имеет промышленное значение. В природе встречаются кристаллы-гиганты берилла: масса их достигает десятков тонн, длина - нескольких метров. А недавно на Мадагаскаре обнаружен монокристалл берилла, весящий 380 тонн. Длина этого "кристаллика" 18 метров, его поперечник 3,5 метра.

В Горном музее в Ленинграде есть интересный экспонат - полутораметровый кристалл берилла. В блокадную зиму 1942 года вражеский снаряд пробил крышу здания и разорвался в главном зале. Осколки серьезно повредили кристалл, и казалось, что ему уже не найдется места в экспозиции музея. Но после кропотливой ювелирной работы художников-реставраторов камень был восстановлен в первоначальном виде. Сейчас о пережитой им операции напоминают лишь два поржавевших снарядных осколка, вмурованных в пластину из органического стекла, да пояснительная табличка, рассказывающая об этом экспонате.

Не удивительно, что бериллиевые камни-самоцветы издавна привлекали внимание не только любителей драгоценностей, но и химиков.

В XVIII веке, когда науке еще не был известен элемент, находящийся сейчас в Периодической системе под номером 4, многие ученые пытались анализировать берилл, однако никто не смог обнаружить содержащийся в нем металл. Он словно прятался за спину алюминия и его соединений - свойства этих элементов удивительно схожи. Но различия все же были. И первым, кому удалось их заметить, стал французский химик Луи Никола Воклен. 26 плювиоза VI года революционного календаря (т.е. 15 февраля 1798 года) на заседании французской Академии наук Воклен сделал сенсационное сообщение о том, что в берилле и изумруде содержится новая "земля", отличная по своим свойствам от глинозема, или оксида алюминия.

Соли нового элемента имели сладковатый привкус, и потому Воклен предложил назвать его глицинием (по-гречески "гликос" - сладкий), однако многие ученые сочли это название неудачным, поскольку сладкий вкус присущ солям и других элементов, например иттрия. По предложению известных химиков немца Клапрота и шведа Экеберга, также занимавшихся исследованиями берилла, открытый в этом минерале химический элемент был назван бериллием, а название глициний долгое время сохранялось лишь во французской химической литературе.

Сходство бериллия и алюминия доставило немало хлопот создателю Периодической системы элементов Д.И. Менделееву. Дело в том, что в середине XIX века бериллий именно из-за этого сходства считался трёхвалентным металлом с атомной массой 13,5 и, следовательно, должен был занимать в таблице место между углеродом и азотом. Это вносило явную путаницу в закономерное изменение свойств элементов и ставило под сомнение правильность Периодического закона. Менделеев, убежденный в своей правоте, считал, что атомная масса бериллия определена неверно, что элемент должен быть не трехвалентным, а двухвалентным с магнезиальными свойствами. На основании этого он поместил бериллий во вторую группу, исправив его атомную массу на 9. Вскоре это вынуждены были подтвердить шведские химики Нильсон и Патерсон, которые ранее были твердо убеждены в трехвалентности бериллия. Их тщательные исследования показали, что атомная масса этого элемента равна 9,1. Так, благодаря бериллию - возмутителю спокойствия в Периодической системе - восторжествовал один из важнейших химических законов.

Судьба этого элемента во многом сходна с судьбами его собратьев-металлов. В свободном виде он был выделен в 1828 году немецким химиком Вёлером и независимо от него французским химиком Бюсси, но лишь спустя семь десятилетий француз Лебо электролизом расплавленных солей смог получить чистый металлический бериллий. Не мудрено, что еще в начале нашего века химические справочники безапелляционно обвиняли бериллий в "тунеядстве": "Практического применения не имеет".

Однако бурное развитие науки и техники, которым ознаменовался XX век, заставило химиков и других специалистов пересмотреть этот явно несправедливый приговор. Изучение чистого бериллия показало, что он обладает многими ценными и интересными свойствами.

Один из самых легких металлов, бериллий характеризуется в то же время солидной прочностью, большей, чем у конструкционных сталей, не говоря уже о "коллегах" бериллия по группе металлов-легковесов. Так, если алюминиевая проволока сечением 1 квадратный миллиметр способна выдержать лишь чуть более 10 килограммов (например, ведро с водой), то бериллиевая проволока такого же сечения выдерживает груз в шесть раз тяжелее, т.е. равный приблизительно массе тела взрослого человека. В то же время бериллий плавится при гораздо более высокой температуре, чем магний и алюминий. Такое удачное сочетание свойств делает бериллий сегодня одним из основных авиационных материалов. Детали самолета, изготовленные из этого металла, намного легче, чем алюминиевые.

Отличная теплопроводность, высокая теплоемкость и жаропрочность дают возможность использовать бериллий и его соединения в космической технике в качестве теплозащитного материала. Из бериллия были выполнены, например, элементы тепловой защиты кабины американского космического корабля "Меркурий".

Бериллиевые детали, сохраняющие высокую точность и стабильность размеров, используются в гироскопах - приборах, входящих в систему ориентации и стабилизации ракет, космических кораблей и искусственных спутников Земли.

С точки зрения освоения космического пространства весьма перспективно еще одно свойство бериллия: при его горении выделяется огромное количество тепла. В этом отношении с ним не в силах конкурировать ни один другой металл. Не случайно конструкторы космической техники рассматривают бериллий как возможный компонент высокоэнергетического ракетного горючего для полетов на Луну и более далекие от нас небесные тела. Предложено также изготовлять из него топливные резервуары ракетных систем: когда горючее израсходуется, вместо него можно будет использовать (или, попросту говоря, сжечь) бериллиевую "тару".

Широкое применение в авиации находят сплавы меди с бериллием - бериллиевые бронзы. Из них изготовляют многие изделия, от которых требуются большая прочность, хорошая сопротивляемость усталости и коррозии, сохранение упругости в значительном интервале температур, высокая электро- и теплопроводность. Подсчитано, что в современном тяжелом самолете свыше тысячи деталей сделано из этих сплавов. Благодаря своим упругим свойствам бериллиевая бронза служит прекрасным пружинным материалом. Пружины из такой бронзы практически не знают усталости: они способны выдерживать миллиарды циклов значительной по величине нагрузки!

Кстати, именно с пружинами связан любопытный эпизод из истории второй мировой войны. Гитлеровская промышленность была отрезана от основных источников бериллиевого сырья. Мировая добыча этого ценного стратегического металла практически полностью находилась в руках США. И немцы пошли на хитрость. Они решили использовать нейтральную Швейцарию для контрабандного ввоза бериллиевой бронзы: американские фирмы получили от швейцарских "часовщиков" заказ на такое ее количество, которой хватило бы на часовые пружины всему миру лет на пятьсот вперед. Хитрость, правда, была разгадана, и этот заказ остался невыполненным. Но все же время от времени в новейших марках скорострельных авиационных пулеметов, поступавших на вооружение фашистской армии, появлялись пружины из бериллиевой бронзы.

Усталость - одно из "профессиональных заболеваний" многих металлов и сплавов, которые, не выдерживая переменных нагрузок, постепенно разрушаются. Добавка же в сталь даже небольшого количества бериллия как рукой снимает усталость. Если автомобильные рессоры из обычной углеродистой стали ломались уже после 800-850 тысяч толчков, то после введения я сталь "витамина Be" рессоры выдерживали десятки миллионов толчков, не обнаруживая и следов усталости.

В отличие от стали, бериллиевая бронза не искрится при ударе о камень или металл, поэтому ее широко используют для изготовления инструмента, применяемого на взрывоопасных работах - в шахтах, на пороховых заводах, нефтебазах.

Бериллий существенно влияет на свойства магния. Так, присадка всего нескольких тысячных долей процента бериллия предотвращает возгорание магниевых сплавов при плавке и разливке (т.е. примерно при 700°С). Резко уменьшается при этом и коррозия сплавов - как на воздухе, так и в воде.

Большое будущее принадлежит, по-видимому, сплавам бериллия с литием. Союз этих двух легчайших металлов приведет, быть может, к появлению отличных конструкционных сплавов - прочных, как сталь, и легких, как дерево.

По своим химическим данным бериллий мог бы с успехом исполнять роль раскислителя стали, помогая ей избавляться от проникшего в нее кислорода. К сожалению, он еще слишком дорог, и использовать его в больших количествах металлургии пока не могут. Но они нашли бериллию другое важное применение, где расход его невелик: насыщение этим металлом поверхности стальных изделий - бериллизация - значительно повышает их твердость, прочность, износостойкость.

Весьма благосклонны к бериллию рентгенотехники - ведь он лучше всех других устойчивых на воздухе металлов пропускает рентгеновские лучи. Сейчас из него во всем мире делают окна для рентгеновских трубок. Пропускная способность таких окон почти в двадцать раз выше, чем алюминиевых, применявшихся ранее для этой цели.

Бериллий сыграл заметную роль в развитии учения о строении атома и его ядра. Еще в начале 30-х годов немецкие физики Боте и Беккер, бомбардируя бериллий альфа-частицами, обнаружили так называемое бериллиевое излучение - очень слабое, но обладающее значительной проникающей силой: лучи проходили через слой свинца толщиной несколько сантиметров. Природу этого излучения установил в 1932 году англичанин Чэдвик. Оказалось, что оно представляет собой поток электрически нейтральных частиц, масса которых примерно равна массе протона. Новые частицы были названы нейтронами.

Отсутствие электрического заряда позволяет нейтронам легко внедряться в ядра атомов других элементов. Это свойство сделало нейтрон эффективнейшим снарядом атомной артиллерии. Сейчас нейтронные пушки широко применяются для осуществления ядерных реакций.

Изучение атомной структуры бериллия показало, что для него характерно малое сечение захвата нейтронов и большая величина их рассеяния. Благодаря этому бериллий рассеивает нейтроны, изменяет направление их движения и замедляет скорость до таких значений, при которых цепные реакции протекают более эффективно. Из всех твердых материалов бериллий считается лучшим замедлителем нейтронов. Прекрасно справляется он с ролью отражателя нейтронов, возвращает их в активную зону реактора, противодействует их утечке. Ему присуща также высокая радиационная стойкость, сохраняющаяся при очень больших температурах. Все эти замечательные свойства делают бериллий одним из самых необходимых элементов "томной техники.

Несомненный интерес для науки представляет "звукопропускная" способность этого металла. В воздухе скорость звука составляет 330 метров в секунду, в воде - около 1500 метров. В бериллии же звук побивает все рекорды, преодолевая за секунду 12600 метров (в 2-3 раза больше, чем в других металлических материалах). На эту особенность уже обратили внимание создатели музыкальных инструментов.

Многими ценными свойствами обладает и оксид бериллия. Высокая огнеупорность (температура плавления более 2600 °С), значительная химическая стойкость и большая теплопроводность позволяют использовать этот материал для футеровки индукционных печей, изготовления тиглей для плавки различных металлов и сплавов. Так, для выплавки бериллия в вакууме применяют тигли только из оксида бериллия, который с ним абсолютно не взаимодействует. Этот оксид служит основным материалом для оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) атомных реакторов.

Теплоизоляционные свойства оксида бериллия, возможно, будут использованы и при исследовании глубинных слоев нашей планеты. Существует проект взятия проб из мантии Земли с глубин до 32 километров с помощью так называемой "атомной иглы", представляющей собой миниатюрный атомный реактор, который заключен в теплоизолирующий футляр из оксида бериллия с острием из тяжелых вольфрамовых сплавов.

Оксид бериллия имеет уже большой стаж работы в стекольной промышленности. Добавки его повышают твердость, показатель преломления и химическую стойкость стекол. Введение оксида и других соединений бериллия позволяет получать специальные стекла высокой прозрачности для всех лучей спектра - от ультрафиолетовых до инфракрасных.

Оксид бериллия служит и исходным сырьем для создания искусственных изумрудов и других бериллиевых самоцветов, выращиваемых при высоких давлениях и температурах. Этот процесс осуществляется сегодня уже не только в научных лабораториях, но и в производственных условиях.

...Сбылись пророческие слова замечательного ученого и мечтателя А.Е. Ферсмана. Совсем немного времени понадобилось бериллию, чтобы оправдать возлагаемые на него надежды. Из малоизвестного редкого элемента он превратился сегодня в один из важнейших металлов XX века.

 

МАГНИЙ БОРЕЦ С УСТАЛОСТЬЮ

Проблемы алхимиков. — Истина в воде. — Обошлись без фейерверка. — В пламени спички. — В нижних слоях мантии. — "Горная кожа". — Какой способ лучше? — Нептун может спать спокойно. — Каждый вносит свой пай. — В жаркие минуты. — На металлургическом поприще. — В борьбе со вспыльчивостью. — Что происходит под водой? — Скафандр готов. — "Спокойно, снимаю!" — Есть дела поважней. — В яичной скорлупе. — Ешьте бананы. — Грозит инфаркт. — Сын или дочь? — Не только в медицине. — Ждать не надо. — Спустя столетие. — Подобно скрипке. — Лучшая роль впереди. — "Командировка" на Луну.

Одной из основных проблем, над которой бились "научные работники" средневековых алхимических лабораторий, были поиски пресловутого "философского камня". С его помощью они надеялись найти тайну получения золота из неблагородных металлов.

Поиски велись в различных направлениях. Одни предлагали использовать для этой цели свинец, который требовалось нагреть до получения "красного льва" (т.е. до расплавления), а затем кипятить в кислом виноградном спирте. Другие считали, что самым подходящим сырьем для производства "философского камня" является моча животных. Третьи утверждали, что истина - в воде.

В конце XVIII века один из английских алхимиков, по-видимому, сторонник третьего направления, выпаривая воду, вытекающую из земли вблизи города Эпсом, получил вместо "философского камня" соль, обладающую горьким вкусом и слабительным действием. Спустя несколько лет выяснилось, что при взаимодействии с "постоянной щелочью" (так в те времена называли соду и поташ) эта соль образует белый легкий рыхлый порошок. Точно такой же порошок получался при прокаливании минерала, найденного в окрестностях древнегреческого города Магнесии. За это сходство эпсомская соль была названа белой магнезией.

В 1808 году английский ученый Гемфри Дэви, анализируя белую магнезию, получил новый элемент, который он назвал магнием. Торжества по случаю открытия нового элемента не сопровождались фейерверком, поскольку в те времена еще не было известно, что новорожденный обладает отличными пиротехническими свойствами.

Магний - очень легкий серебристо-белый металл. Он почти в пять раз легче меди или железа; даже "крылатый" алюминий в полтора раза тяжелее магния. Температура плавления магния сравнительно невысока - всего 650°С, но в обычных условиях расплавить магний довольно трудно: нагретый на воздухе до 560°С, он вспыхивает и мгновенно сгорает ослепительно ярким пламенем (это свойство магния широко используют в пиротехнике). Чтобы поджечь этот металл, достаточно поднести к нему зажженную спичку, а в атмосфере хлора он загорается даже при комнатной температуре. При горении магния выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла: нескольких граммов этого "топлива" хватит, чтобы вскипятить стакан ледяной воды. Этим свойством магния оригинально воспользовались ученые Варшавского института промышленной химии: они предложили конструкцию консервных банок с нагревателем, которым служит магниевая лента: как только открывается банка, лента загорается и через две-три минуты горячее блюдо можно подавать на стол.

На воздухе магний быстро тускнеет, так как покрывается оксидной пленкой. Эта пленка служит надежным панцирем, предохраняющим металл от дальнейшего окисления.

Магний весьма агрессивен: он легко отнимает кислород и хлор у большинства элементов. Будучи устойчивым против воздействия некоторых кислот, соды, едких щелочей, бензина, керосина, минеральных масел, магний бессилен против морской воды и вынужден растворяться в ней. Он почти не реагирует с холодной водой, но энергично вытесняет водород из горячей.

Земная кора богата магнием: лишь семь его "коллег" по таблице Менделеева находятся в природе в больших количествах. Как полагают ученые, особенно велико содержание этого элемента в нижних слоях земной мантии. Магний входит в состав почти двухсот минералов. Среди них есть совсем не обычный: его легко сложить, как носовой платок в него можно завернуть что-либо, как в бумагу, наконец, его нетрудно разорвать пальцам в клочки.

Уникальный образец такого минерала был найден в 1953 году на Дальнем Востоке При проходке шахты в месторождении полиметаллических руд рабочие обнаружили небольшую пещеру и в ней - свисающую с потолка серовато-белую "занавесь", как бы сложенную вдвое. На ощупь эта "занавесь", имевшая метра полтора в длину и около метра в ширину, напоминала замшу - была так же мягка и эластична. Поражала и необыкновенная легкость "ткани". Интересную находку направили в Москву. Химический анализ показал, что она состоит в основном из алюмосиликата магния и представляет собой палыгорскит - минерал группы асбеста, впервые обнаруженный в 20-х годах нашего века в Палыгорском месторождении на Урале академиком А.Е. Ферсманом. За необычные свойства минерал чаще называют "горной кожей". Дальневосточный образец, который хранится в Минералогическом музее Академии наук СССР, примечателен тем, что "горная кожа" таких больших размеров найдена впервые в мире.

Наибольшее промышленное значение как магниевое сырье имеют магнезит, доломит карналлит.

Существуют два способа производства магния - электротермический и электролитический. В первом случае металл получают непосредственно из оксида, действуя на него каким-либо восстановителем - углеродом, алюминием и т.д. Этот способ довольно прост по своей идее и в последнее время находит все более широкое применение. Однако пока основным промышленным способом получения магния является электролитический, представляющий собой электролиз расплавленных магниевых солей, главным образом хлористых. Таким путем можно получать очень чистый металл, содержащий менее 0,01 % примесей.

Не только земная кора богата магнием - практически неисчерпаемые и постоянно пополняющиеся запасы его хранят голубые кладовые океанов и морей. Достаточно сказать, что в 1 кубическом метре морской воды содержится около 4 килограммов магния. Всего же в водах океанов и морей растворено свыше 6·1016 тонн этого элемента. Даже далекие от математики люди, видимо, могут представить, сколь грандиозна эта величина. Впрочем, для большей наглядности приведем следующий пример: с начала нашего летоисчисления человечество прожило лишь немногим более 60 миллиардов (6*1010) секунд. Если бы с первых дней нашей эры люди начали добывать магний из морской воды, то для того, чтобы к настоящему времени исчерпать все водные запасы этого элемента, пришлось бы каждую секунду извлекать по миллиону тонн магния!

Но пока Нептун может быть спокоен за свои богатства: даже во время второй мировой войны, когда производство магния было значительным, из морской воды получали всего 80 тысяч тонн магния в год (а не в секунду!). Технология извлечения его довольно проста. Морскую воду смешивают в огромных баках с известковым молоком, приготовляемым из размолотых морских раковин. В результате образуется так называемое магнезиальное молоко, которое затем превращается в хлорид магния. В дальнейшем магний отделяют от хлора электролизом. Сегодня уже в разных странах, главным образом в тех, которые не располагают солидными запасами магниевого сырья, действуют заводы по извлечению магния из морской воды. Попутно эти прибрежные предприятия получают поваренную и глауберову соль, хлор, большое количество питьевой воды и рассол для производства каустической соды.

Источником магния может быть и вода соленых озер, содержащая хлорид магния (так называемая рапа). У нас в стране такие "склады" магния есть в Крыму (Сакское и Сасык-Ивашское озера), в Поволжье (озеро Эльтон) и других районах. Богатые запасы магниевого сырья хранятся в заливе Кара-Богаз-Гол, в рапе которого содержится до 30 % солей этого элемента.

Итак, вы уже знаете, что представляет собой магний и как осуществляется его добыча. Ну, а для каких же целей служит этот элемент и его соединения?

Легкость могла бы сделать этот металл прекрасным конструкционным материалом. Но, увы, чистый магний - мягок и непрочен. Поэтому конструкторы вынуждены использовать сплавы магния с другими металлами. Особенно широко применяют сплавы магния с алюминием, цинком и марганцем. Каждый из компонентов этого содружества вносит свой пай в общие свойства: алюминий и цинк увеличивают прочность сплава, марганец повышает его антикоррозионные свойства. Ну, а магний? Магний придает сплаву легкость - детали из магниевого сплава на 20-30% легче алюминиевых и на 50-75 % легче чугунных и стальных. В последнее время в ряде стран разработаны необычайно легкие конструкционные сплавы магния с литием, для которых, разумеется, всегда найдется интересная работа.

Легкость сплавов магния не могла не привлечь внимания авиаконструкторов. Еще в 1934 году в СССР был построен почти целиком и" магниевых сплавов самолет "Серго Орджоникидзе". Успешно выдержав испытания, самолет затем в течение нескольких лет находился в эксплуатации. Опыт пригодился в годы Великой Отечественной войны, когда из магниевых сплавов изготовляли колеса, корпуса приборов и другие авиадетали.

Веские основания есть у магния и для службы в ракетной технике: благодаря высокой теплоемкости магниевого сплава выполненные из него наружные элементы космического аппарата в жаркие минуты нагреваются значительно меньше, чем, например, стальные.

Автомобилестроение, текстильная промышленность, полиграфия, радиотехника, производство оптических приборов - где только не применяются сегодня легкие магниевые сплавы! Немаловажную роль играет этот элемент и в металлургии. Его применяют как восстановитель в производстве ряда металлов (ванадия, хрома, титана, циркония). Магний помогает раскислять сталь и сплавы - уменьшает содержание в них кислорода, оказывающего вредное влияние на металл.

Введенный в расплавленный чугун, магний модифицирует его, т.е. улучшает структуру и повышает многие механические свойства. Отливки из модифицированного чугуна с успехом заменяют стальные поковки. Но магний очень неохотно вступает в контакт с расплавом: из-за своей легковесности он не желает погружаться в жидкий металл, а, оставаясь на поверхности, ярко вспыхивает и разбрызгивает чугун из ковша. Вполне понятно, что такой фейерверк не устраивал металлургов. Выход удалось найти: из смеси магния, вспененной пластмассы и других компонентов решено было прессовать брикеты, с находящимся внутри их стальным стержнем, играющим роль грузила. Такой брикет уже послушно "ныряет" в расплавленный чугун. Добавки, обволакивающие магний, спокойно сгорают, не давая загореться вспыльчивому металлу. Стальной стержень быстро тает и растворяется в расплаве, а оставшемуся в одиночестве магнию ничего не остается делать, как приступать к модифицированию чугуна.

Химическая активность магния навела конструкторов гидросооружений на интересную мысль: погрузив магниевый лист в воду и соединив его проводником с подводной металлической конструкцией, можно создать своеобразный гальванический элемент огромных размеров, в котором вода служит электролитом. Магниевый лист, выполняющий функции активного электрода, постепенно разрушается, но зато надежно сохраняет металл основной конструкции. Такой магниевой защитой снабжены стальные и железобетонные эстакады, являющиеся фундаментом Нефтяных Камней - поселка промысловиков в Каспийском море.

Под водой для магния нашлась и другая работа: из сплавов этого металла в Англии изготовлен глубоководный скафандр, способный выдержать большие гидростатические давления. Недалеко то время, когда в таком легком и прочном одеянии геологи, буровики, монтажники будут вести на морском дне работы, связанные с добычей полезных ископаемых.

Свойство магния (в виде порошка, проволоки или ленты) гореть белым ослепительным пламенем широко используют в военной технике - для изготовления осветительных и сигнальных ракет, трассирующих пуль и снарядов, зажигательных бомб. До недавнего времени с этим элементом были хорошо знакомы фотографы: "Спокойно! Снимаю!" - и яркая вспышка магниевого порошка озаряла лица желавших запечатлеть себя для потомства. Сейчас в этой роли магний уже не выступает - мощные электрические лампы вынудили его подать в отставку.

Но вряд ли это печалит магний: у него есть дела и поважней. Ведь он участвует в грандиозной работе - аккумуляции солнечной энергии. Магний входит в состав хлорофилла - великого чародея, который поглощает солнечную энергию и с ее помощью превращает углекислый газ и воду в сложные органические вещества (сахар, крахмал и др.), необходимые для питания человека и животных. Процесс образования органических веществ, называемый фотосинтезом (от греческого слова "фотос" - свет), сопровождается выделением из листьев кислорода. Без хлорофилла не было бы жизни, а без магния не было бы хлорофилла - ведь в его составе 2 % этого элемента. А много ли это? Судите сами: общее количество магния только в хлорофилле растений составляет около 100 миллиардов тонн! Помимо растений, магний входит в состав практически всех живых организмов. Если вы весите, допустим, 60 килограммов, то примерно 25 граммов из них - это магний.

В середине 60-х годов полезную работу провели ученые Миннесотского университета в США, избравшие объектом научного исследования яичную скорлупу. Им удалось установить, что скорлупа тем прочнее, чем больше она содержит магния. Значит, изменяя состав корма для несушек, можно повысить ее прочность. О том, сколь важен этот вывод для сельского хозяйства, можно судить хотя бы по таким цифрам: только в штате Миннесота ежегодные потери из-за боя яиц превышают миллион долларов. Уж тут никто не скажет, что эта работа ученых яйца выеденного не стоит.

Магний широко используют в медицине: мы уже упоминали об "английской соли" (сульфат магния, или сернокислая магнезия), которая служит надежным слабительным. Чистый оксид магния (жженая магнезия) применяется при повышенной кислотности желудочного сока, изжоге, отравлении кислотами. Пероксид магния - известное дезинфицирующее средство при желудочных расстройствах.

Статистика утверждает, что у жителей районов с более теплым климатом спазмы кровеносных сосудов встречаются реже, чем у северян. Известно, что внутривенные и внутримышечные вливания растворов некоторых солей магния снимают спазмы и судороги. Накопить в организме необходимый запас этих солей помогают фрукты и овощи (особенно богаты магнием абрикосы, персики и цветная капуста). В Азии, например, где пищевой рацион богаче магнием, атеросклероз и другие сердечные заболевания встречаются реже, чем в Европе или США. Английские врачи рекомендуют съедать ежедневно по четыре банана, чтобы покрывать примерно половину суточной потребности организма в магнии (она составляет 0,3-0,5 грамма).

Опыты, проведенные венгерскими учеными на животных, подтвердили, что недостаток магния в организме повышает предрасположенность к инфарктам. Одним собакам давали пищу, богатую солями этого элемента, другим - бедную. В конце эксперимента животные, в рационе которых было мало магния, "заработали" инфаркт миокарда.

У нервных, легко возбудимых людей нарушения работы сердечных мышц наблюдаются значительно чаще, чем у спокойных. Это объясняется тем, что в момент раздражения магний, содержащийся в организме, "сгорает".

Французские биологи считают, что этот элемент поможет медикам и в борьбе с таким серьезным недугом XX века, как переутомление. Исследования показали, что в крови уставших людей содержится меньше магния, чем у людей полных сил, а даже самые ничтожные отклонения "магниевой кривой" от нормы не проходят бесследно.

Биологи Франции установили любопытное влияние ряда элементов на пол потомства. Оказывается, избыток калия в пище матери приводит к тому, что у нее рождается потомство преимущественно мужского пола. Если же ее пища насыщена кальцием и магнием, то в потомстве преобладает женский пол. Возможно, уже вскоре для будущих матерей врачи разработают специальные меню, гарантирующие рождение мальчика или девочки "по заказу". Но прежде нужно будет уточнить, распространяется ли подмеченное влияние этих элементов на человека: ведь описанные наблюдения относятся к... коровам.

Область применения магниевых соединений не исчерпывается медициной. Так, оксид магния используют в резиновой промышленности, в производстве цементов, огнеупорного кирпича. Одна из канадских фирм разработала технологию получения нового огнеупорного материала, стойкого к воздействию шлаков, обладающего высокой прочностью и малой пористостью; основным компонентом этого огнеупора служит оксид магния высокой чистоты.

Как известно, обычные радиолампы начинают нормально работать лишь после того, как они нагреваются. Каждый раз, когда вы включаете радиоприемник или телевизор, приходится некоторое время ждать, прежде чем польются звуки музыки или замерцает голубой, экран. Чтобы устранить этот недостаток радиоламп, польские ученые предложили покрывать катоды оксидом магния: новые лампы приступают к работе тотчас же после включения.

Еще в 1867 году француз Сорель смешал прокаленный оксид магния с концентрированным раствором его хлорида и получил так называемый магнезиальный цемент (или цемент Сореля). В наши дни с помощью этого вяжущего вещества изготовляют легкие, огнестойкие, звуконепроницаемые строительные материалы: фибролит - из древесных стружек и ксилолит - из опилок. Пероксид магния служит для отбелки тканей, сульфат этого элемента используют в текстильной и бумажной промышленности как протраву при крашении, а его карбид находит применение в производстве теплоизолирующих материалов.

И, наконец, еще одно обширное пола деятельности магния - органическая химия. В порошкообразном виде магний используют для обезвоживания таких важных органических веществ, как спирт и анилин. Велико значение и магнийорганических соединений (в них атом магния непосредственно связан с атомом углерода). Эти вещества, в частности алкилмагнийгалогениды (реактив Гриньяра), в состав которых входят и галогены (хлор, бром или йод), широко применяют в химии. Насколько важна роль этих соединений, можно судить хотя бы по тому, что в 1912 году французский химик Гриньяр за создание алкилмагнийгалогенидов и разработку синтеза органических соединений был удостоен Нобелевской премии. Спустя много лет он писал: "Подобно хорошо настроенной скрипке, магнийорганические соединения под опытными, пальцами могут дать звучание все новым неожиданным и более гармоничным аккордам".

...Итак, деятельность магния в природе и народном хозяйстве весьма многогранна. Но, вероятно, рано еще говорить об этом элементе: "Все, что мог, он уже совершил". Известный советский металлург академик А.Ф. Белов предвидит широкое использование магния как конструкционного материала: "К 2000 году, - полагает ученый, - обязательно будет найдена защита магния от коррозии, и он войдет в число основных металлов".

Магниевые сплавы уже побывали на Луне, где они в виде некоторых деталей бурового автомата станции "Луна-24" участвовали в добыче лунного грунта. К грунтозаборному роботу предъявлялись жесткие требования. Во-первых, этот механизм должен быть легким: ведь при таком длительном путешествии для каждого лишнего килограмма дополнительно понадобилось бы большое количество горючего. Во-вторых, детали робота просто обязаны быть, прочными: нет смысла посылать их в столь ответственную командировку, если нет уверенности, что они не подведут в трудную минуту. А ведь рабочие минуты на Луне могли оказаться действительно чрезвычайно трудными.

Конструкторы бурового грунтозаборного автомата решили применить легкие, но в то же время прочные титановые и магниевые сплавы. Прежде чем отправить их в полет, ученые устроили грунтозаборному устройству суровые испытания на Земле. Оно было проверено при бурении разнообразных, в том числе и весьма твердых горных пород, причем экзамен проходил сначала в обычных климатических условиях, а затем в большой барокамере - в глубоком вакууме при высоких и низких температурах, имитирующих условия Луны, где дневной "зной" (до +110°С) сменяется ночной "прохладой" (до -120°С). Испытания прошли успешно, а вскоре столь же успешно завершился и полет автоматической станции: лунный грунт был доставлен на Землю.

 

АЛЮМИНИЙ "СЕРЕБРО" ИЗ ГЛИНЫ

Тиберий устраняет опасность. — Роскошный камзол императора. —Сенсация Парижской выставки. — Банкет во дворце. — Дерзновенный проект. — Медаль, решившая спор. — "Везде алюминий и алюминий". — Словно сговорившись. — Загадки китайской гробницы. — Прозорливость инженера. — Вильм не верит своим глазам. — "Этажерки" сходят со сцены. — По заснеженным полям. — Экспонат меняет паспорт. — Нет худа без добра. – "Эхо" отражает сигналы. — "Алюминаут" погружается в пучину. — Между Москвой и Ленинградом. – "Церковь святого Алюминия". — Откроется ли пивной бар? — На часах и в груди. — Пой, гитара! — Одеяло в портсигаре. — Вместо Луны. — Как дела на Марсе? — Алюминий из … мусора.

Древний историк Плиний Старший рассказывает об интересном событии, которое произошло почти два тысячелетия назад. Однажды к римскому императору Тиберию пришел незнакомец. В дар императору он преподнес изготовленную им чашу из блестящего, как серебро, но чрезвычайно легкого металла. Мастер поведал, что этот никому не известный металл он сумел получить из глинистой земли. Должно быть, чувство благодарности редко обременяло Тиберия, да и правителем он был недальновидным. Боясь, что новый металл с его прекрасными свойствами обесценит хранившиеся в казне золото и серебро, он приказал отрубить изобретателю голову, а его мастерскую разрушить, чтобы никому не повадно было впредь заниматься производством "опасного" металла.

 Быль это или легенда - трудно сказать. Но так или иначе "опасность" миновала и, к сожалению, надолго. Лишь в XVI веке, т.е. спустя примерно полторы тысячи лет, в историю алюминия была вписана новая страница. Это сделал талантливый немецкий врач и естествоиспытатель Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, вошедший в историю под псевдонимом Парацельс. Исследуя различные вещества и минералы, в том числе квасцы, ученый установил, что они "есть соль некоторой квасцовой земли", в состав которой входит оксид неизвестного металла, впоследствии названный глиноземом.

 Квасцы, заинтересовавшие Парацельса, были известны с давних времен. По свидетельству греческого историка Геродота, жившего в V веке до н.э., древние народы применяли при крашении тканей для закрепления их цвета минеральную породу, которую они называли "алюмен", т.е. "вяжущая". Этой породой и были квасцы.

 Примерно к VIII - IX векам относятся первые упоминания об изготовлении квасцов в Древней Руси, где их также использовали для окраски тканей и приготовления сафьяновых кож. В средние века в Европе уже действовало несколько заводов для производства квасцов.

 В 1754 году немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф сумел выделить "квасцовую землю", о которой за два столетия до этого писал Парацельс. Прошло еще несколько десятков лет, прежде чем англичанин Гэмфри Дэви попытался получить металл, скрывающийся в квасцах. В 1807 году ему удалось электролизом щелочей открыть натрий и калий, но разложить с помощью электрического тока глинозем он так и не сумел. Подобные же попытки предпринял спустя несколько лет швед Йенс Якоб Берцелиус, но и его работы не увенчались успехом. Несмотря на это, ученые все же решили дать неподдающемуся металлу имя: сначала Берцелиус назвал его алюмием, а затем Дэви изменил алюмий на алюминий.

Первым, кому удалось, подобно неизвестному мастеру Древнего Рима, получить металлический алюминий, был датский ученый Ганс Христиан Эрстед. В 1825 году в одном из химических журналов он опубликовал свою статью, в которой писал, что в результате проведенных им опытов образовался "кусок металла, цветом и блеском несколько похожий на олово". Однако журнал этот был не очень известен, и сообщение Эрстеда осталось почти незамеченным в научном мире. Да и сам ученый, поглощенный работами по электромагнетизму, не придавал своему открытию большого значения.

 Спустя два года в Копенгаген к Эрстеду приехал молодой, но уже известный немецкий химик Фридрих Вёлер. Эрстед сообщил ему, что не намерен продолжать опыты по получению алюминия. Вернувшись в Германию, Вёлер немедленно занялся этой проблемой, весьма заинтересовавшей его, и уже в конце 1827 года опубликовал свой метод получения нового металла. Правда, метод Вёлера позволял выделять алюминий лишь в виде зерен, величиной не более булавочной головки, но ученый продолжал эксперименты до тех пор, пока не сумел, наконец, разработать способ получения алюминия в виде компактной массы. На это ему потребовалось ... восемнадцать лет.

К тому времени новый металл уже успел завоевать популярность и, поскольку получали его в мизерных количествах, цены на него превышали цены на золото, да и достать его было делом не простым.

Немудрено, что когда один из европейских монархов приобрел в личное пользование камзол с алюминиевыми пуговицами, он начал свысока посматривать на других правителей, которым такая роскошь была не по карману. Тем же не оставалось ничего другого, как только завидовать счастливому обладателю редчайших пуговиц и с тихой грустью дожидаться лучших времен.

К их великой радости ждать пришлось недолго: уже в 1855 году на Всемирной выставке в Париже экспонировалось "серебро из глины", вызвавшее большую сенсацию. Это были пластины и слитки алюминия, которые сумел получить французский ученый и промышленник Анри Этьенн Сент-Клер Девиль.

Появлению этих экспонатов предшествовали следующие события. Императором Франции в то время был Наполеон III - "маленький племянник великого дяди", как называли его тогда. Большой любитель пустить пыль в глаза, он устроил однажды банкет, на котором члены монаршей семьи и наиболее почетные гости были удостоены чести есть алюминиевыми ложками и вилками. Гостям же попроще пришлось пользоваться обычными (для императорских банкетов, разумеется) золотыми и серебряными приборами. Конечно, было обидно до слез, и кусок не лез в горло, но что поделаешь, если даже император не мог тогда обеспечить каждого гостя алюминием по потребности. Когда же судьба подарила французскому монарху наследного принца, счастливый папаша на радостях заказал придворному ювелиру роскошную погремушку из алюминия, золота и драгоценных камней.

Вскоре в голове Наполеона III созрел дерзновенный проект, который сулил славу и почет, но, главное, должен был заставить государей других стран позеленеть от зависти: император решил снабдить солдат своей армии доспехами из алюминия. Он предоставил Сент-Клер Девилю крупные средства, чтобы тот изыскал способ получения алюминия в больших количествах. Сент-Клер Девиль, положив в основу своих экспериментов метод Вёлера, сумел разработать соответствующую технологию, но металл, полученный им, продолжал оставаться весьма дорогим. Именно поэтому французским солдатам так и не довелось примерить обещанные доспехи, но о своей личной охране император позаботился: его телохранители начали щеголять в новеньких алюминиевых кирасах (латах). Получение Сент-Клер Девилем чистого алюминия бонапартистские круги Франции пытались использовать для раздувания националистического угара: они повсюду трубили о якобы французском приоритете в открытии этого металла. К чести Сент-Клер Девиля он отреагировал на эти "приписки", как подобает настоящему ученому, и к тому же весьма оригинально: из алюминия собственного производства он отчеканил медаль с портретом Фридриха Вёлера и датой "1827" и послал ее в подарок немецкому ученому.

К этому периоду и относится появление "серебра Девиля" в качестве экспоната на Всемирной выставке. Быть может, ее устроители и отнесли алюминий к металлам широкого потребления, но, увы, от этого он не стал доступнее. Правда, уже тогда передовые люди понимали, что пуговицы и кирасы - лишь незначительный эпизод в деятельности алюминия. Впервые увидев алюминиевые изделия, Н. Г. Чернышевский с восторгом сказал: "Этому металлу суждено великое будущее! Перед вами, друзья, металл социализма". В его романе "Что делать?", вышедшем в 1863 году, есть такие строки: "...Какая легкая архитектура этого внутреннего дома, какие маленькие простенки между окнами, - окна огромные, широкие, во всю вышину этажей... Но какие эти полы и потолки? Из чего эти двери и рамы окон? Что это такое? Серебро? Платина?... Ах, знаю теперь, Саша показывал мне такую дощечку, она была легка, как стекло, и теперь уже есть такие серьги, броши; да, Саша говорил, что рано или поздно алюминий заменит собой дерево, может быть и камень. Но как же все это богато. Везде алюминий и алюминий... Вот в этом зале половина пола открыта, тут и видно, что он из алюминия...".

 Но когда писались эти пророческие строки, алюминий, по-прежнему оставался главным образом ювелирным металлом. Интересно, что даже в 1889 году, когда Д.И. Менделеев находился в Лондоне, ему в знак признания его выдающихся заслуг в развитии химии был преподнесен ценный подарок - весы, сделанные из золота и алюминия.

Сент-Клер Девиль развил бурную деятельность. В местечке Ла-Гласьер он построил первый в мире алюминиевый завод. Однако в процессе плавки завод выделял много вредных газов, которые загрязняли атмосферу Ла-Гласьера. Местные жители, дорожившие своим здоровьем, не пожелали жертвовать им ради технического прогресса и обратились с жалобой к правительству. Завод пришлось перенести сначала в предместье Парижа, а позднее на юг Франции.

Однако к этому времени для многих ученых уже стало ясно, что, несмотря на все старания Сент-Клер Девиля, его метод не имеет перспектив. Химики разных стран продолжали поиски. В 1865 году русский ученый Н.Н. Бекетов предложил интересный способ, который быстро нашел применение на алюминиевых заводах Франции и Германии.

Важной вехой в истории алюминия стал 1886 год, когда независимо друг от друга американец Чарльз Мартин Холл и француз Поль Луи Туссен Эру разработали электролитический способ производства этого металла (История науки и техники знает немало примеров, когда двум ученым в один и тот же год удавалось прийти к одинаковым выводам или открытиям. Данное совпадение "усугубляется" тем, что Холл и Эру родились в 1863 году, а скончались оба изобретателя, словно сговорившись, в 1914 году.). Идея была не нова: еще в 1854 году немецкий ученый Бунзен высказал мысль о получении алюминия электролизом его солей. Но прошло более тридцати лет, прежде чем эта мысль получила практическое воплощение. Поскольку электролитический способ требовал большого количества энергии, первый в Европе завод для производства алюминия электролизом был построен в Нейгаузене (Швейцария) близ Рейнского водопада - дешевого источника тока.

И сегодня, спустя целое столетие, без электролиза немыслимо получение алюминия. Именно это обстоятельство и заставляет ученых ломать голову над весьма загадочным фактом. В Китае есть гробница известного полководца Чжоу Чжу, умершего в начале III века. Сравнительно недавно некоторые элементы орнамента гробницы были подвергнуты спектральному анализу. Результат оказался настолько неожиданным, что анализ пришлось несколько раз повторить. И каждый раз беспристрастный спектр неопровержимо свидетельствовал о том, что сплав, из которого древние мастера выполнили орнамент, содержит 85% алюминия. Но каким же образом удалось получить в III веке этот металл?

Ведь с электричеством человек тогда был знаком разве что по молниям, а они вряд ли соглашались принять участие в электролитическом процессе. Значит, остается предположить, что в те далекие времена существовал какой-то другой способ получения алюминия, к сожалению, затерявшийся в веках.

К концу прошлого столетия производство алюминия резко возросло и, как следствие, значительно снизились цены на этот металл, еще не так давно считавшийся драгоценным. Разумеется, для ювелиров он уже не представлял никакого интереса, зато сразу приковал к себе внимание промышленного мира, находившегося в преддверии больших событий: начинало бурно развиваться машиностроение, становилась на ноги автомобильная промышленность и, что особенно важно, вот-вот должна была сделать первые шаги авиация, где алюминию предстояло сыграть важнейшую роль. В 1893 году в Москве вышла книга инженера Н. Жукова "Алюминий и его металлургия", в которой автор писал: "Алюминий призван занять выдающееся место в технике и заместить собой, если не все, то многие из обыденных металлов...". Для такого утверждения имелись основания: ведь уже тогда были известны замечательные свойства "серебра из глины". Алюминий - один из самых легких металлов: он примерно втрое легче меди или железа. По теплопроводности и электропроводности он уступает лишь серебру, золоту и меди. В обычных условиях этот металл обладает достаточной химической стойкостью. Высокая пластичность алюминия позволяет прокатывать его в фольгу толщиной в несколько микрон, вытягивать в тончайшую, как паутина, проволоку; при длине 1000 метров она весит всего 27 граммов и умещается в спичечной коробке. И лишь прочностные характеристики алюминия оставляют желать лучшего. Это обстоятельство и побудило ученых задуматься над тем, как сделать металл прочнее, сохранив все его полезные качества. Издавна было известно, что прочность многих сплавов зачастую гораздо выше, чем чистых металлов, входящих в их состав. Вот почему металлурги и занялись поисками таких компаньонов для алюминия, которые, вступив с ним в союз, помогли бы ему окрепнуть. Вскоре пришел успех. Как не раз бывало в истории науки, едва ли не решающую роль при этом сыграли случайные обстоятельства. Впрочем, расскажем все по порядку. Однажды (это было в начале XX века) немецкий химик и металлург Альфред Вильм приготовил сплав, в который, помимо алюминия, входили различные добавки: медь, магний, марганец. Прочность этого сплава была выше, чем у чистого алюминия, но Вильм чувствовал, что сплав можно еще более упрочить, подвергнув его закалке. Ученый нагрел несколько образцов сплава примерно до 600°С, а затем опустил их в воду. Закалка заметно повысила прочность сплава, но, поскольку результаты испытаний различных образцов оказались неоднородными, Вильм усомнился в исправности прибора и точности измерений.

Несколько дней исследователь тщательно выверял прибор. Забытые им на время образцы лежали без дела на столе, и к тому моменту, когда прибор был вновь готов к работе, они оказались уже не только закаленными, но и запыленными. Вильм продолжил испытания и не поверил своим глазам: прибор показывал, что прочность образцов возросла чуть ли не вдвое.

Вновь и вновь повторял ученый свои опыты и каждый раз убеждался, что его сплав после закалки продолжает в последующие дни становиться все прочнее и прочнее. Так было открыто интересное явление - естественное старение алюминиевых сплавов после закалки.

Сам Вильм не знал, что происходит с металлом в процессе старения, но, подобрав опытным путем оптимальный состав сплава и режим термической обработки, он получил патент и вскоре продал его одной немецкой фирме, которая в 1911 году выпустила первую партию нового сплава, названного дюралюминием (Дюрен - город, где было начато промышленное производство сплава). Позже этот сплав стали называть дуралюмином.

В 1919 году появились первые самолеты из дуралюмина. С тех пор алюминий навсегда связал свою судьбу с авиацией. Он по праву заслужил репутацию "крылатого металла", превратив примитивные деревянные "этажерки" в гигантские воздушные лайнеры. Но в те годы его еще не хватало, и многие самолеты, главным образом легких типов, продолжали изготовлять из дерева.

В нашей стране производством алюминиевых сплавов занимался тогда лишь Кольчугинский завод по обработке цветных металлов, который выпускал в небольших количествах кольчугалюминий - сплав, по составу и свойствам сходный с дуралюмином. Из этого сплава молодой авиаконструктор А.Н. Туполев изготовил сначала аэросани, которые успешно выдержали испытания на бескрайних заснеженных полях. После такой предварительной проверки кольчугалюминию предстояло подняться в воздух: в 1924 году из него был построен первый советский металлический самолет "АНТ-2".

На повестку дня стал вопрос о создании мощной алюминиевой промышленности. В начале 1929 года в Ленинграде на заводе "Красный Выборжец" были проведены опыты по получению алюминия. Руководил ими П.П. Федотьев - ученый, с именем которого связаны многие страницы истории "крылатого металла". 27 марта 1929 года удалось получить первые 8 килограммов металла. "Этот момент, - писал впоследствии Федотьев, - можно считать возникновением производства алюминия в СССР на волховской энергии и целиком из материалов собственного приготовления". В ленинградской печати отмечалось тогда, что "первый слиток алюминия, представляющий музейную ценность, должен быть сохранен как памятник одного из крупнейших достижений советской техники". Образцы алюминия, полученного в дальнейшем на "Красном Выборжце", и изделия из него были,преподнесены от трудящихся Ленинграда V Всесоюзному съезду Советов.

Успешное проведение промышленных опытов позволило приступить к сооружению Волховского и Днепровского алюминиевых заводов. В 1932 году вступил в строй первый из них, а спустя год - второй.

В этот же период значительные природные запасы алюминиевых руд были обнаружены на Урале. Любопытна предыстория их открытия. В 1931 году молодой геолог Н.А. Каржавин в музее одного из уральских рудников обратил внимание на экспонат, считавшийся железной рудой с низким содержанием железа. Геолога поразило сходство этого образца с бокситами - глинистой горной породой, богатой алюминием. Подвергнув минерал анализу, он убедился, что "бедная железная руда" является отличным алюминиевым сырьем. Там, где был найден этот образец, начались геологические поиски, которые вскоре увенчались успехом. На базе найденных месторождений был построен Уральский алюминиевый завод, а спустя несколько лет (уже в годы войны) - Богословский, который выдал свою первую продукцию в исторический День Победы - 9 мая 1945 года.

Любопытно, что в годы второй мировой войны, когда некоторые воюющие государства испытывали нехватку бокситов - основного алюминиевого сырья, Италия, например, получала алюминий из... лавы Везувия. Примерно тогда же богатые залежи бокситов были обнаружены на острове Ямайка, причем произошло это при довольно забавных обстоятельствах. Один из жителей острова надумал как-то заняться разведением помидоров. Высадил он на своей плантации рассаду и стал ждать урожая. Но не тут-то было: вся рассада зачахла и быстро погибла. Повторная попытка закончилась для любителя томатов столь же плачевно. Горько сетуя на явную несправедливость со стороны фортуны, незадачливый овощевод решил докопаться до причины неудач и послал пробу своей не слишком щедрой почвы на анализ в одну из лабораторий США с просьбой объяснить, почему на ней не растут помидоры. Ответ не заставил себя долго ждать. Смысл его сводился к следующему: "Какие же помидоры может родить земля, состоящая на 99% из бокситов?" Прошло всего несколько лет, и на землях Ямайки вместо помидоров выросли горнодобывающие предприятия, продукция которых поступает сегодня на заводы многих стран, производящих алюминий.

Потребность в этом металле постоянно растет. Главным заказчиком алюминиевой промышленности по-прежнему остается авиация: алюминий занимает первое место среди металлов, применяемых в самолетостроении. С освоением космоса "крылатый металл" обрел поклонников и среди конструкторов ракетной техники. Из алюминиевых сплавов была выполнена оболочка первого советского искусственного спутника Земли. В 1960 году США запустили спутник "Эхо-1", предназначенный для отражения радиосигналов. Это был огромный, диаметром 30 метров, шар, изготовленный из полимерной пленки, покрытой тончайшим слоем алюминия. Несмотря на внушительные размеры, спутник весил всего 60 килограммов. Алюминиевые сплавы, надежно работающие в широком температурном интервале - от абсолютного нуля до 200°С, были выбраны в качестве конструкционного материала для баков с жидким водородом и жидким кислородом американских ракет "Сатурн".

Фольга из чистейшего алюминия служила флуоресцирующим экраном, установленным на одном из спутников для исследования испускаемых Солнцем заряженных частиц. Когда американские космонавты Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин высадились на Луну, они расстелили на ее поверхности лист такой же фольги: в течение двух часов она подвергалась воздействию газов, излучаемых Солнцем. Покидая Луну, космонавты захватили с собой эту фольгу и образцы лунных пород, которые они упаковывали в специальные алюминиевые коробки. Алюминий принимает участие в овладении не только космическими высотами, но и морскими безднами. В США была создана океанографическая подводная лодка "Алюминаут", которая может погружаться на глубину 4600 метров. Новый сверхглубинный корабль построен не из стали, как обычно принято, а из алюминия.

Желанный гость он и на транспорте. В нашей стране завершены работы по созданию железнодорожного суперэкспресса, который начал курсировать между Москвой и Ленинградом. Своими формами этот поезд напоминает фюзеляж современного самолета, да и мчится он со скоростью взлетающего "Ту": на некоторых участках пути его скорость достигает 200 километров в час. Конструкторы предложили изготовить вагоны экспресса из алюминиевого сплава. Опытный кузов прошел суровые испытания: его сжимали с огромной силой, подвергали тяжелейшей вибрационной тряске и другим "экзекуциям", но металл все выдержал. И вот уже светло-голубой состав стремительно несется по нашим необъятным просторам.

Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью. Этим он обязан тончайшей пленке, которая возникает на его поверхности и служит в дальнейшем броней, защищающей металл от кислорода. Не будь этой пленки-брони, алюминий вспыхивал бы даже на воздухе и сгорал ослепительным пламенем. Спасительный панцирь позволяет алюминиевым деталям служить десятки лет даже в такой вредной для "здоровья" металлов отрасли, как химическая промышленность.

Ученые установили, что алюминий обладает еще одним ценным свойством: он не разрушает витамины. Поэтому из него изготовляют аппаратуру для маслобойной, сахарной, кондитерской, пивоваренной промышленности. Не случайно именно в алюминиевых тубах отправляются в космос разнообразные вкусные блюда и фруктовые соки, входящие в рацион космонавтов. Да и на Земле этот металл уже получил приглашение на постоянную работу в консервную промышленность, где он с успехом заменяет традиционную белую жесть.

Прочные позиции завоевал алюминий и в строительстве. Еще в 1890 году в одном из американских городов он был впервые применен при постройке жилого дома. Спустя несколько десятилетий все алюминиевые детали находились в прекрасном состоянии. Первая алюминиевая крыша, поставленная в конце прошлого века, стоит без ремонта по сей день.

На территории Московского Кремля из алюминия и пластмасс сооружен величественный Дворец съездов. На Всемирной выставке в Брюсселе из стекла и алюминия был построен поражавший красотой павильон Советского Союза. Мосты, здания, гидротехнические объекты, ангары - везде находит применение чудесный легкий металл. В Западном Берлине сооружена церковь в ультрасовременном стиле с литыми алюминиевыми воротами. Здешние остряки называют ее поэтому "церковью святого Алюминия". Поговаривают, будто бы из этого же металла власти острова Родос намереваются соорудить копию Колосса Родосского, украшавшего в III веке до н.э. вход в гавань на острове Родос в Эгейском море. По проекту внутри головы возрожденного чуда света намечено разметить... пивной бар.

Важная область применения алюминия - электротехническая промышленность. Из него делают провода высоковольтных линий передач, обмотки электродвигателей и трансформаторов, кабели, цоколи ламп, конденсаторы и многие другие изделия.

В металлургии алюминий давно и успешно используется как раскислитель для удаления из стали кислорода. Алюминиевая крупка - основной компонент термитных смесей, применяемых при алюминотермических процессах получения многих сплавов.

Чтобы хотя бы перечислить все сферы деятельности этого поистине универсального металла, понадобиться не один десяток страниц книги. Упомянем лишь о наиболее интересных из них. Так, из литого алюминия изготовлены массивные цифры на самых больших часах нашей страны, украшающих здание Московского государственного университета. Полиуретан и алюминий послужили материалом для первого искусственного сердца человека: после операции, проведенной в 1982 году, оно в течение нескольких месяцев "билось" в груди американца Барни Кларка. Как полагают специалисты, алюминиевые колеса без протекторов, установленные на сигарообразной машине с реактивным двигателем, позволили английскому инженеру Ричарду Ноблу стать в 1983 году обладателем мирового рекорда скорости на суше - 1019,7 километра в час.

Алюминий сегодня - это морские суда и яхты, переносные дороги для болотистой местности и складывающиеся летние трассы для тренировки лыжников, скрипки и гитары, не уступающие по звучанию деревянным инструментам, теннисные ракетки и вечные обои, автомобильные двигатели и даже... танковая броня. "Крылатый металл" можно встретить и в коллекциях филателистов: в 1955 году в Венгрии к двадцатой годовщине алюминиевой промышленности этой страны была выпущена необычная почтовая марка, отпечатанная на фольге из алюминия толщиной 0,009 миллиметра. Рисунок на марке изображает алюминиевый комбинат и летящий над ним самолет. Позднее подобные марки появились и в других странах.

Замечательным свойством обладает алюминированная ткань: она "умеет" и согревать, и охлаждать. Занавеси на окнах из этой ткани, если их повесить металлом наружу, пропустят световые лучи, но отразят тепловые - в жаркий летний день в комнате будет прохладно. Зимой же занавеси следует перевернуть; тогда они будут возвращать тепло в помещение. В плаще из такой ткани можно не бояться ни жары и ни холода. Чтобы спастись от палящих солнечных лучей, плащ нужно будет носить металлом наружу. Если же на улице похолодает - выверните его наизнанку, и металл возвратит тепло вашему телу. В Чехословакии выпускаются очень удобные алюминированные одеяла, которые одинаково хороши и в теплых, и в прохладных помещениях. К тому же весят они всего 55 граммов и в свернутом виде легко умещаются в футляре размером не более обычного портсигара. Можно не сомневаться, что геологи, туристы, рыбаки - словом, все те, кого опаляет солнце и овевают ветры, по достоинству оценят куртки и палатки из такой ткани. В жарких краях большим спросом будут пользоваться "алюминиевые" тюбетейки, панамы, халаты, зонтики. Металлизированная одежда сделает профессию сталевара менее горячей. Поможет она и пожарным в их тяжелой борьбе с огнем.

Тончайшей алюминиевой пленкой покрыто многотонное шестиметровое зеркало крупнейшего в мире телескопа, созданного в СССР; этот дальнозоркий "глаз", обращенный в глубины Вселенной способен увидеть свет обычной свечки на расстоянии 25 тысяч километров. А американские ученые предложили использовать для ночного освещения городов гигантские зеркала из пластмассы с алюминиевым покрытием: доставленные транспорт-ными космическими кораблями на стационарную орбиту и управляемые с помощью ЭВМ, макси-зеркала будут отражать солнечный свет в десятки раз интенсивнее, чем это делает сейчас по ночам Луна.

Позолоченная алюминиевая пластинка отправилась в дальний путь на борту американской межпланетной космической станции "Пионер-2": на этой визитной карточке Земли выгравировано символическое изображение, которое расскажет представителям иных цивилизаций о нашей планете.

В последнее время ученые и инженеры большое внимание уделяют созданию совершенно новых материалов - пенометаллов. Уже разработана технология получения пеноалюминия - первенца в этом замечательном семействе. Новый материал поразительно легок: 1 кубический сантиметр некоторых видов пеноалюминия весит менее 0,2 грамма. Пробка, всегда служившая эталоном легкости, не в состоянии конкурировать с этим материалом: она на 25-30 % тяжелее. Вслед за пеноалюминием появились пенобериллий, пенотитан и многие другие удивительные материалы.

...Известный английский писатель-фантаст Герберт Уэллс в своем романе "Война миров", созданном на рубеже XIX и XX веков, описывает машину, с помощью которой марсиане производили алюминий: "От заката солнца до появления звезд эта ловкая машина изготовила не менее сотни полос алюминия непосредственно из глины".

Один из американских исследователей космоса в те годы, когда наше знакомство с Луной было лишь визуальным, предложил любопытную гипотезу. Ученый считал, что на каждом гектаре лунной поверхности можно встретить до сотни тонн чистого алюминия. Он высказывал соображение, что Луна является как бы гигантским природным заводом, в котором так называемый "солнечный ветер" (поток излучаемых Солнцем протонов) превращает руды железа, магния, алюминия в чистые металлы. Пока эта гипотеза не подтвердилась, тем не менее, как показал анализ образцов лунного грунта, доставленных американскими космонавтами и советскими автоматическими станциями, содержание в нем оксида алюминия довольно высокое. И все же доля истины в рассуждениях этого ученого, видимо, есть: в пробе лунного грунта, взятой автоматической станцией "Луна-20" в континентальной части нашего спутника - между Морем Кризисов и Морем Изобилия, удалось обнаружить три крохотные крупицы самородного алюминия размером в десятые доли миллиметра (в земных же условиях природный чистый алюминий даже в столь миниатюрном виде не сыщешь, как говорится, днем с огнем).

Стало быть, можно считать, что на Марсе и на Луне "алюминиевая проблема" решена. А как обстоит дело на Земле? Что ж, пожалуй, и здесь все благополучно. Хотя на нашей планете нет пока машин, подобных марсианским, и на ее поверхности алюминий не валяется тоннами, все же землянам жаловаться грех: природа щедро позаботилась о том, чтобы люди не испытывали нужды в этом чудесном металле. По содержанию в земной коре алюминий уступает лишь кислороду и кремнию, значительно превосходя все металлы.

Природа богата, но человек должен быть бережливым хозяином ее даров. Существует немало проектов и уже действующих установок по извлечению ценных компонентов из отходов, поступающих на городские свалки. В установках, в частности, предусмотрено оригинальное электромагнитное устройство для "добычи" из мусора алюминия. Но ведь магнитное поле не действует на алюминий? Как же с его помощью удается извлечь этот металл? Оказывается, если возбудить в алюминиевом предмете переменный ток, перемещая его в соответствующем электрическом поле, то металл на какое-то время намагничивается. В этом состоянии он и попадает в "руки" магнитов.

Итак, алюминиевым сырьем мы обеспечены. Создать же оригинальные агрегаты, усовершенствовать способы получения "крылатого металла", найти ему новые области применения - это забота инженеров и ученых.

 

ТИТАН СЫН ЗЕМЛИ

Ракета застывает в небе. — "Меняли ли вы фамилию?" — В честь сыновей Геи. — Титаническая задача. — Ошибка за ошибкой. — Широкий резонанс. — Ложка дегтя. — Ирония здесь неуместна. — Освобождение из плена. — "Черная птица". — Вот это выдержка! — Гребцы меняют лодки. — Парадокс? — На папирусном судне "Ра". — Нелепая точка зрения. — Тысячу лет спустя. — В океанских пучинах. — Третий шпиль Северной Пальмиры. — Акрополь закрыт на ремонт. — Порок излечим. — Вот так редкий! — Немного фантастики. — Рудник в Море Спокойствия. — В объятиях кислорода. — Тяжелые испытания.

18 августа 1964 года в предрассветный час на проспекте Мира в Москве стартовала космическая ракета. Этому звездному кораблю не суждено было достичь Луны или Венеры, однако судьба, уготованная ему, не менее почетна: навеки застыв в московском небе, серебристый обелиск должен пронести через столетия память о первом пути, проложенном советским человеком в космическом пространстве.

Авторы проекта долго не могли выбрать облицовочный материал для этого величественного монумента. Сначала обелиск запроектировали в стекле, потом в пластмассе, затем в нержавеющей стали. Но все эти варианты были забракованы самими авторами. После долгих раздумий и экспериментов решено было остановиться на отполированных до блеска титановых листах.

Почему же именно на титан была возложена столь почетная миссия - рассказать потомкам о подвиге наших современников?

Титан не случайно называют вечным материалом. Но прежде, чем говорить о свойствах, познакомимся с биографией этого металла.

Если бы титану пришлось заполнять анкету, то в графе "Меняли ли Вы фамилию?" он вынужден был бы указать, что до 1795 года назывался "менакином". Такое название дал этому элементу открывший его в 1791 году английский священник Уильям Грегор, в свободное от работы время с увлечением занимавшийся минералогией и химией. Вблизи своего прихода в местечке Менакан в Корнуолле он набрел как-то на незнакомый минерал в виде темного крупного песка. В нем-то и был обнаружен им неизвестный ранее элемент. Грегор окрестил минерал менаканитом, а новый элемент - менакином.

Но, видимо, это имя пришлось элементу не по вкусу и при первой же возможности (а она представилась в 1795 году, когда немецкий химик Мартин Клапрот вторично открыл элемент - на этот раз в минерале рутиле), он сменил его на красивое, ко многому обязывающее имя "титан". Титанами в древнегреческой мифологии звали сыновей Геи - богини Земли.

Спустя два года выяснилось, что Грегор и Клапрот открыли один и тот же элемент, за которым с тех пор и утвердилось гордое название - титан.

Открыть элемент - это еще не значит выделить его в чистом виде. И Грегору, и Клапроту удалось получить только химическое соединение титана с кислородом - белый кристаллический порошок оксида титана. Выделение титана из его соединений оказалось поистине титанической задачей. Решить ее пытались многие известные химики прошлого века, но всех их ждала неудача.

Одно время казалось, что поиски английского ученого Волластона увенчались успехом. Исследуя в 1823 году кристаллы, обнаруженные в металлургических шлаках, он пришел к заключению, что кристаллическое вещество - не что иное, как чистый титан. Спустя 33 года немецкий химик Вёлер установил, что эти кристаллы представляют собой соединение титана с азотом и углеродом, а отнюдь не свободный титан, как ошибочно считал Волластон.

Много лет полагали, что впервые металлический титан был получен в 1825 году знаменитым шведским ученым Берцелиусом при восстановлении фтортитаната калия металлическим натрием. Но сегодня, сравнивая свойства титана и продукта, полученного Берцелиусом, можно утверждать, что непременный секретарь Королевской шведской Академии наук ошибался, ибо чистый титан быстро растворяется в плавиковой кислоте (в отличие от многих других кислот), а титан Берцелиуса успешно сопротивлялся ее действию.

Лишь в 1875 году русский ученый Д.К. Кириллов сумел получить металлический титан. Результаты этих работ Д.К. Кириллов опубликовал в брошюре "Исследования над титаном". Но в условиях царской России этот важный труд никого не заинтересовал и поэтому остался незамеченным.

В 1887 году довольно чистый продукт - около 95 % титана - получили соотечественники Берцелиуса Нильсон и Петерсон, восстанавливавшие тетрахлорид титана металлическим натрием в стальной герметичной бомбе.

Следующий шаг на пути к чистому титану сделал в 1895 году французский химик Муассан, который восстанавливал оксид титана углеродом в дуговой печи и затем подвергал полученный металл двухкратному рафинированию. Его титан содержал всего 2% примесей.

Наконец, в 1910 году американский химик Хантер, усовершенствовав способ Нильсона и Петерсона, сумел получить несколько граммов сравнительно чистого титана. Это событие вызвало широкий резонанс в различных странах. Именно поэтому многие до сих пор ошибочно приписывают Хантеру, а не его предшественникам приоритет выделения титана в чистом виде.

Итак, чистый титан был получен. Но чистым он мог считаться с большой натяжкой, так как все же содержал несколько десятых долей процента примесей. Всего несколько десятых... Но ложка дегтя портит бочку меда. Примеси делали титан хрупким, непрочным, не поддающимся механической обработке. О нем пошла дурная слава как о бесполезном металле, не пригодном ни для каких целей. Разумеется, с такой характеристикой титан не мог и мечтать об ответственной работе. Приходилось довольствоваться второстепенными ролями.

Еще в 1908 году Розе и Бартран в США, а Фаруп в Норвегии предложили изготовлять белила не из соединений свинца или цинка, как делалось прежде, а из оксида титана. Такими белилами можно окрасить в несколько раз большую поверхность, чем тем же количеством свинцовых или цинковых белил. К тому же титановые белила не ядовиты (бич свинцовых белил), поскольку оксид титана безвреден для человеческого организма. Медицине известен случай, когда некий гражданин "принял" за один раз почти полкилограмма этого вещества без каких-либо печальных последствий.

Со временем оксид титана стали применять при окрашивании кож, тканей, в производстве стекла, фарфора, эмали, для изготовления искусственных бриллиантов.

Нашлась работа и для другого титанового соединения - уже упоминавшегося тетрахлорида титана, впервые полученного французским химиком Дюма еще в 1826 году. Способность этого соединения интенсивно образовывать маскирующие дымовые завесы широко использовалась в период первой мировой войны. В мирные же годы оно служит для окуривания растений во время весенних заморозков.

Но титан, как мы увидим далее, вправе был претендовать на более серьезную и интересную работу.

И вот, наконец, в 1925 году голландские ученые ван Аркель и де Бур разложением тетрахлорида титана на раскаленной вольфрамовой проволоке получили титан очень высокой чистоты. Вот тогда-то оказалось, что бытовавшее представление о хрупкости титана не выдерживает никакой критики, поскольку металл, полученный ван Аркелем и де Буром, обладал очень высокой пластичностью: его можно было ковать на холоде, как железо, прокатывать в листы, ленту, проволоку и даже тончайшую фольгу.

Теперь гордое имя, которое носил элемент, никому уже не казалось, как прежде, иронией судьбы - перед ним открылась широкая дорога в мир техники.

Словно в благодарность за освобождение из плена примесей титан начал изумлять ученых своими чудесными свойствами. Выяснилось, например, что титан, который почти вдвое легче железа, оказался прочнее многих сталей. По удельной прочности титан не имеет соперников среди промышленных металлов. Даже такой металл, как алюминий, уступил ряд позиций титану, который всего в полтора раза тяжелее алюминия, но зато в шесть раз прочнее. И что особенно важно, титан сохраняет свою прочность при высоких температурах (до 500°С, а при добавке легирующих элементов - до 650°С), в то время как прочность большинства алюминиевых сплавов резко падает уже при 300°С.

Титан - очень твердый металл: он намного тверже алюминия, меди и даже железа. Чем выше предел текучести металла, тем увереннее детали из него сопротивляются эксплуатационным нагрузкам, тем дольше они сохраняют свои формы и размеры. Предел текучести титана в пять раз выше, чем у алюминия, и почти в три раза - чем у железа.

Неудивительно, что когда перед авиаконструкторами встал вопрос, какому металлу доверить преодоление звукового барьера, выбор пал на титан. Еще в 60-х годах в зарубежной печати появилось сообщение о создании в США сверхзвукового реактивного самолета "Черная птица", развивающего скорость более 3200 километров в час. Корпус этой машины был изготовлен из титана. С тех пор позиции титана в авиастроении заметно окрепли: из его сплавов изготовляют наружные части самолетов (мотогондолы, элероны, рули поворота) и многие другие узлы и детали - от двигателя до болтов и гаек. Благодаря титану самолеты становятся легче, а значит, возрастает их грузоподъемность. Так, только в результате замены стальных болтов двигателя титановыми в одном из типов истребителя масса двигателя снижается чуть ли не на сто килограммов. По прогнозам специалистов, в ближайшие годы доля конструкций из титана и его сплавов в самолетах, скорость которых в два-три раза выше скорости звука, возрастет до 60-90%.

Не обойдется без этого металла и космическая техника. Отличные эксплуатационные качества демонстрируют, в частности, титановые баки для хранения жидкого кислорода и водорода: при сверхнизких температурах титан не разрушается, как большинство металлов, а наоборот, становится еще прочнее. По-видимому, титан будет основным конструкционным материалом объектов, монтируемых непосредственно в космосе. Как показали эксперименты, проведенные в 1969 году советскими космонавтами Георгием Шониным и Валерием Кубасовым, этот металл в условиях космического вакуума легко поддается сварке и резке.

С почтением относятся к титану конструкторы не только небесного оборудования. Инженеры ГДР, например, применили упрочняющее титановое покрытие для деталей ручных часов: тончайший слой титана - всего 0,2 микрона - в несколько раз повышает долговечность часового механизма, возрастает и точность хода. Для фоторепортеров, специализирующихся на съемках спортивных сюжетов, в Японии создан фотоаппарат, позволяющий делать снимки с выдержкой в 1/4000 секунды: это стало возможным благодаря титановому сплаву, из которого изготовлен шторный затвор камеры. Велосипедная рама из титана весит чуть больше килограмма, а весь велосипед - менее 7 килограммов. Эти легкие машины пользуются большим спросом у спортсменов. Гребцы экстракласса тоже охотно сменили старые лодки-скифы на новые - из углеволокна и титановых сплавов: такая "восьмерка" легче прежней на добрых 20 килограммов.

Титан привлек к себе внимание и химиков. На одном из заводов был проведен следующий эксперимент. Из чугуна, нержавеющей стали и титана изготовили три насоса для перекачки агрессивных жидкостей. Первый был "съеден" через трое суток, второй продержался десять дней, а третий (титановый) и через полгода непрерывной работы оставался цел и невредим.

Несмотря на то что титан еще довольно дорог, замена им более дешевых материалов во многих случаях оказывается экономически выгодной. Так, корпус реактора одного из химических аппаратов, изготовленный из титанового сплава, стоит в четыре раза дороже, чем такой же корпус из нержавеющей стали. Но при этом стальной реактор служит лишь шесть месяцев, а титановый десять лет. Прибавьте еще затраты на частую замену стальных реакторов, да потери, вызванные простоями оборудования, - и станет совершенно очевидно, что дорогой титан, как ни парадоксально это звучит, дешевле, чем дешевая сталь.

На выставке по применению титана в промышленности, организованной несколько лет назад в Лондоне, демонстрировался широкий ассортимент оборудования химических заводов, изготовленного из титана. Титановые сопла, проработав более двух месяцев в атмосфере горячих газов, содержащих диоксид серы, могли как ни в чем не бывало продолжать трудиться дальше; сопла из нержавеющей стали разрушались после нескольких часов работы. Успешно используют титан для изготовления деталей, работающих в атмосфере паров хлора, серной или азотной кислоты и других химических "агрессоров". Некоторые предприятия обзавелись даже громадными, высотой 120 метров, вентиляционными трубами из этого металла. Конечно, такая труба дороговата, но зато она простоит без ремонта добрую сотню лет - все затраты окупятся с лихвой.

Широкое применение получил титан при производстве твердых сплавов для режущих инструментов. Тончайшее покрытие из карбида титана значительно повышает режущие свойства инструмента, улучшает качество поверхности обработанных изделий.

Доброй славой пользуются превосходные хирургические инструменты из сплавов титана. Советский врач Юрий Сенкевич - участник интернациональной экспедиции под руководством известного норвежского путешественника Тура Хейердала - брал с собой в дальнее плавание на папирусном судне "Ра" титановые хирургические инструменты - легкие, коррозионностойкие, долговечные.

В 60-е годы ученые создали удивительный сплав никеля с титаном - нитинол, который обладает необычным свойством "помнить" свое прошлое, а точнее говоря, принимать после деформации и соответствующей обработки свою прежнюю форму (об этом подробнее рассказано в очерке "Медный дьявол", посвященном никелю).

Еще в начале нашего века среди металлургов господствовало мнение, что титан - вредная примесь для железа. Понадобилось много лет, чтобы доказать нелепость подобной точки зрения. Сегодня металлургия - один из основных потребителей титана. Можно насчитать сотни марок сталей и сплавов, в состав которых в том или ином количестве входит этот элемент. В нержавеющие стали его вводят для предотвращения межкристаллитной коррозии. В жаростойких высокохромистых сплавах он уменьшает размер зерна, делая структуру металла однородной и мелкокристаллической. В других жаростойких сплавах титан служит упрочняющим элементом.

Высокое сродство титана к кислороду (к этому мы еще вернемся) позволяет использовать его для раскисления стали, т.е. для удаления из нее кислорода: по раскислительной способности титан примерно в 10 раз превосходит кремний - один из основных раскислителей. Такова же роль титана и по отношению к азоту. Очистка стали от газов повышает ее механические свойства, улучшает коррозионную стойкость.

Одно из замечательных свойств титана - его необычная стойкость против коррозии - этого злейшего врага металлов. На пластинке из титана за 10 лет пребывания в морской воде не появилось и следа ржавчины (за такой срок от железной пластинки остались бы лишь воспоминания). Да что там какой-то десяток лет: расчеты показывают, что если бы этот эксперимент начался тысячу лет назад, например, когда проходило крещение Руси, то к нашему времени коррозия смогла бы проникнуть в глубь титана всего на 0,02 миллиметра. Не мудрено поэтому, что судостроители, гидростроители, конструкторы глубоководных аппаратов проявляют к титану не меньшую симпатию, чем авиаконструкторы и химики. Американская фирма "Дженерал электрик" намеревалась создать проект обитаемых станций, которые смогут размещаться на глубинах до 3700 метров. Титановым сплавам в этом проекте отведена важная роль.

Высокая коррозионная стойкость титана - вот объяснение, почему создатели обелиска, увековечившего покорение человеком космического пространства, выбрали именно этот металл в качестве облицовочного материала. Примерно в те же годы титан намечалось использовать еще для одного монументального сооружения. На конкурсе проектов памятников в честь 100-летнего юбилея организации Международного союза электросвязи, организованном ЮНЕСКО, первый приз (из 213 представленных проектов) получила работа советских архитекторов. Монумент, который предполагалось установить на площади Наций в Женеве, должен был представлять собой две бетонные раковины высотой 10,5 метра, облицованные пластинами полированного титана. Человек, проходящий между этими раковинами по специальной дорожке", мог бы услышать свой голос, шаги, шум города, увидеть свое изображение в центре кругов, уходящих в бесконечность. Этот проект пока не воплощен в жизнь, но другой советский обелиск, также выполненный из титана, уже украшает парк Дворца наций в Женеве: 28-метровый монумент, который символизирует стремление человека проникнуть в космические дали и успехи, достигнутые на этом пути, в 1971 году передан Советским Союзом в дар Организации Объединенных Наций.

В 1980 году в Москве воздвигнут памятник Юрию Гагарину: двенадцатиметровая фигура первого космонавта планеты на высокой колонне-постаменте и модель космического корабля "Восток", на котором был совершен исторический полет, выполнены из титана. А в панораму Ленинграда, немыслимую без двух знаменитых шпилей - Адмиралтейства и Петропавловской крепости, удачно вписался еще один шпиль, венчающий здание крупнейшего в стране Морского вокзала, сооруженного на Васильевском острове. Материалом для этого шпиля, украшающего морскую гавань Северной Пальмиры, послужил все тот же титан, ставший излюбленным материалом архитекторов, скульпторов, строителей.

Если бы титан был известен древним грекам, то вполне вероятно, что они использовали бы его в качестве строительного материала при сооружении зданий афинского Акрополя. Но, к сожалению, зодчие древности не располагали '*вечным металлом". Их замечательные творения оказались подвержены губительному воздействию столетий. Время безжалостно разрушало памятники эллинской культуры. В начале нашего века заметно состарившийся афинский Акрополь пришлось подремонтировать: отдельные элементы зданий скрепили стальной арматурой. Но прошли годы, металл кое-где съела ржавчина, многие мраморные плиты осели и потрескались. Чтобы приостановить разрушение Акрополя, решено было заменить стальные крепления титановыми, которым коррозия не страшна.

Важная характеристика титана - его немагнитность: даже сильные магнитные поля не могут оказать на него никакого воздействия. В ряде случаев такой антимагнитный "иммунитет" весьма полезен. Так, участники арктической экспедиции газеты "Советская Россия", преодолевшие в 1983 году на собачьих упряжках более десяти тысяч километров по побережью Ледовитого океана, везли на немагнитных титановых нартах уникальный прибор - магнитометр в северном исполнении.

Итак, титан является счастливым обладателем многих ценных качеств. Не случайно замечательный советский металлург академик И.П. Бардин ратовал за всемерное развитие металлургии титана в нашей стране. "Металл сегодня, - писал ученый, - это не только чугун и сталь..., это и титан - юный соперник железа, превосходящий его по всем чертам своего "характера" - и легкости, и прочности, и жаропрочности, и коррозионной стойкости". Почему же до сих пор его применяют в промышленности не столь широко, как, например, сталь или алюминий?

Высокая цена - вот что в какой-то мере тормозило потребление титана. Собственно говоря, этот "порок" не врожденный, а обусловлен лишь чрезвычайной трудностью извлечения титана из руд. Если принять относительную стоимость титана в концентрате за единицу, то после длинного и сложного технологического пути, который преодолевает титан в процессе превращения в готовую продукцию - тонкий лист, стоимость его возрастает в сотни раз. Но это - беда поправимая: производство нового металла непрерывно совершенствуется, и не за горами то время, когда он будет так же дешев, как алюминий, который еще в конце прошлого века конкурировал с драгоценными металлами. На прилавках магазинов уже можно встретить столовые и кухонные приборы из титана и его сплавов - титан "шагает в массы".

До самого последнего времени титан совершенно необоснованно относили (а порой и сейчас относят) к редким металлам. В действительности же лишь очень немногие элементы распространены в природе больше, чем титан. Количество титана в земной коре в несколько раз превышает запасы таких металлов, как медь, цинк, свинец, золото, серебро, платина, хром, вольфрам, ртуть, молибден, висмут, сурьма, никель, олово, вместе взятых. Вот так редкий!

Впрочем, в известном смысле термин "редкий" имеет некоторое отношение к титану: ведь редкая горная порода не содержит в том или ином количестве этот элемент. Известно около 70 минералов титана, в которых он находится в виде оксида или солей титановой кислоты. Наибольшее практическое значение имеют ильменит (который раньше назывался менаканитом), рутил, перовксит и сфен. "Компания" титановых минералов постоянно расширяется. В Ловозерских тундрах, на Кольском полуострове, геологи нашли неизвестный ранее камень (точнее, песчинку - ведь находка весила лишь десятую долю грамма), который был назван натиситом, поскольку его основными компонентами оказались натрий, титан и кремний (силиций). Крохотный кристаллик другого нового титансодержащего минерала, размером в один квадратный миллиметр, обнаружен в Северном Прибайкалье. В честь выдающегося советского физика академика Л.Д. Ландау этот редчайший минерал назван ландаунитом.

Всего на земном шаре насчитывается более 150 значительных рудных и россыпных месторождений титана. Но сколь ни богата земля полезными ископаемыми, рано или поздно подземные кладовые опустеют. Вот почему в поисках металлургического сырья взоры ученых и писателей-фантастов все чаще обращаются в океанские глубины и космические дали. Один из главных героев научно-фантастического романа известного советского палеонтолога и писателя И.А. Ефремова "Туманность Андромеды" Дар Ветер трудится на подводном титановом руднике, расположенном вблизи побережья Южной Америки. Вот какая картина предстает перед взором героя, прибывшего туда, чтобы приступить к работе: "Далеко в море выдавалась искусственная мель, заканчивающаяся обмытой ударами волн башней. Она стояла у края материкового склона, круто спадающего в океан на глубину километра. Под башней вниз шла отвесно огромная шахта в виде толстейшей цементной трубы, противостоявшей давлению глубоководья. На дне труба погружалась в вершину подводной горы, состоявшей из почти чистого рутила - окиси титана. Все процессы переработки руды производились внизу, под водой и горами. На поверхность поднимались лишь крупные слитки чистого титана и муть минеральных отходов, расходившаяся далеко вокруг".

Еще до полетов американских космических кораблей "Аполлон" и советских автоматических станций "Луна", доставивших на Землю образцы лунных пород, некоторые ученые высказывали предположение, что лунный грунт содержит довольно большие количества титана. Теперь вчерашняя гипотеза стала уже экспериментально подтвержденным фактом. Кто знает, может быть, в недалеком будущем газеты сообщат, что где-нибудь в районе Моря Спокойствия или Океана Бурь начал действовать первый на Луне титановый рудник.

Интересные данные доставили на Землю советские космонавты Петр Климук и Валентин Лебедев - экипаж космического корабля "Союз-13". Им удалось получить ультрафиолетовую спектрограмму одной из планетарных туманностей, к которым астрономы всегда проявляли повышенный интерес. Типичная туманность представляет собой газовое образование с горячей звездой в центре. Поскольку эти небесные объекты находятся на колоссальном расстоянии от нашей планеты, информация о них крайне скудна. За все годы изучения планетарных туманностей в них было обнаружено лишь 17 химических элементов, причем за последние четверть века никаких новостей в этом смысле из дальних краев не поступало. И вот приборы, находящиеся на борту "Союза-13", неопровержимо установили наличие в планетарной туманности еще двух элементов - алюминия и титана.

Итак, ни наша планета, ни ее ближайшая спутница, ни другие небесные тела не вправе сетовать на отсутствие титана. Но ведь нужно еще извлечь металл из руды и довести его до такого состояния, в котором он может быть использован в современной технике. Задача эта очень нелегкая.

Дело в том, что союз титана с кислородом (а именно в виде такого соединения элемент обычно и встречается в природе) - один из самых прочных в химии. Ни электрический ток, ни высокие температуры не в силах вырвать титан из объятий кислорода. Это заставило ученых искать окольные пути получения титана в свободном виде. В 1940 году американский ученый Кролль сумел разработать так называемый магниетермический способ промышленного производства титана. Сущность его заключается в следующем. Сначала оксид титана с помощью хлора и углерода переводят в тетрахлорид титана. Справиться же с хлором, который теперь занимает место кислорода, уже значительно легче; эту задачу вполне успешно решает, например, такой элемент, как магний. В результате реакции тетрахлорида титана с магнием образуется губчатая масса, состоящая из титана, магния и хлорида магния. Переплавленная в вакууме или в атмосфере инертного газа (чтобы в металл не попали азот и кислород воздуха) эта масса превращается в чистый компактный титан. Для получения особо чистого титана используют йодидный метод, предложенный уже известными нам ван Аркелем и де Буром.

Сделать титан более дешевым, а следовательно, и более доступным, - эту задачу решают сегодня специализированные научно-исследовательские институты, число которых непрерывно растет. Не так давно новый институт легких металлов был создан в Кливленде (США). Любопытно, что на церемонии открытия традиционная ленточка, натянутая перед входом в институт, была изготовлена из... титана. Чтобы ее перерезать, мэр города вместо ножниц вынужден был воспользоваться газовой горелкой и защитными очками.

В наши дни к титану приковано внимание тысяч ученых. В многочисленных лабораториях образцы этого металла ежедневно подвергаются жестоким пыткам: его рвут на части, гнут, варят в кислотах и щелочах, раскаляют, охлаждают до сверхнизких температур, воздействуют на него чудовищными нагрузками, током высокой частоты, ультразвуком.

И титан раскрывает человеку свои тайны...

 

ВАНАДИЙ ВИТАМИН V

Находка на месте катастрофы. — Идея воплощается в жизнь. — Богиня не отвечает на стук. — Досадная ошибка. — Пока Вёлер болел. — "Я был настоящим ослом... ". — Сорок лет спустя. — Баснословная цена. — В заоблачных далях. — Необычная нефть. – Руда с Венеры? — Секрет неутомимости. — Пушка поднимается в воздух. — Атака и оборона. — "Дипломаты" хитрят. — На Крайнем Севере. — Чернильная радуга. — Не хуже платины. — Свиньи довольны. – Морские коллекционеры. — Плантации на дне моря. — Дела давно минувших дней. — Как предсказать будущее?

"Если бы не было ванадия - не было бы и моего автомобиля". Эти слова принадлежат автомобильному королю Генри Форду. В 1905 году он присутствовал на крупных автомобильных гонках. Как часто случается на подобных состязаниях, здесь не обошлось без катастрофы. Спустя некоторое время Форд подошел к месту, где разыгралась трагедия, и подобрал там обломок детали одной из двух столкнувшихся машин - французской. Это была часть стержня клапана. Казалось бы, деталь как деталь, но искушенный в этих вопросах Форд обратил внимание на ее небольшие размеры, и он решил подвергнуть металл испытаниям. Интуиция не подвела Форда: сталь оказалась очень прочной и твердой. Из лаборатории, куда был отправлен обломок для химического анализа, сообщили, что металл содержит ванадий.

Идея широко использовать такую сталь в производстве автомобилей всецело овладела Фордом. Еще бы: ведь если ее удастся воплотить в жизнь, автомобиль станет значительно легче; это позволит сэкономить много металла, и машины можно будет продавать по более низкой цене. Значит, резко увеличится число покупателей, а следовательно, возрастут и его собственные прибыли. И Форд принялся за осуществление своей идеи. Немало трудностей пришлось ему преодолеть, прежде чем цель была достигнута. Когда через несколько лет после гонок, неожиданно сыгравших в истории автомобилестроения немаловажную роль, французский департамент торговли и промышленности провел испытания отдельных деталей новой фордовской машины, выяснилось, что американская сталь по всем показателям намного превосходит французскую.

Что же представляет собой ванадий, совершивший поистине революцию в автомобильной промышленности? Вот как описывает историю открытия ванадия известный шведский химик Берцелиус: "В давние-давние времена на далеком севере жила Ванадис, прекрасная и любимая всеми богиня. Однажды кто-то постучал в ее дверь. Богиня удобно сидела в кресле и подумала: "Пусть он постучит еще раз". Но стук прекратился, и кто-то отошел от дверей. Богиня заинтересовалась: кто же этот скромный и неуверенный посетитель? Она открыла окно и посмотрела на улицу. Это был некто Вёлер, который поспешно уходил от ее дворца.

Через несколько дней вновь услышала она, что кто-то стучится к ней, но на этот раз стук настойчиво продолжался до тех пор, пока она не встала и не открыла дверь. Перед ней стоял молодой красавец Нильс Сефстрём. Очень скоро они полюбили друг друга, и у них появился сын, получивший имя Ванадий. Это и есть имя того нового металла, который был открыт в 1830 году шведским физиком и химиком Нильсом Сефстрёмом".

В этом рассказе имеется неточность. Первым, кто постучал в комнату богини Ванадис, был не немецкий химик Фридрих Велер, а мексиканский химик и минералог Андрее Мануэль дель Рио. Еще задолго до Вёлера, в 1801 году, изучая бурые свинцовые руды Мексики, дель Рио обнаружил, что в них присутствует неизвестный в то время металл. Соединения этого металла были окрашены в самые разнообразные цвета, поэтому ученый назвал новый элемент "панхромием", т.е. "всецветным", а позднее заменил это название на "эритроний", что означает "красный".

Однако подтвердить свое открытие дель Рио не смог. Более того, в 1802 году он пришел к ошибочному выводу, что новый элемент - это открытый незадолго до того хром. Был близок к успеху и Вёлер, проводивший исследование тех же мексиканских руд, но ему помешал... фторид водорода. В разгар работы ученый отравился этим газом и пришлось несколько месяцев провести в постели. Выздоровев, Вёлер не сразу вернулся к своим опытам со свинцовой рудой. Это и дало Берцелиусу повод упрекнуть его в том, что он слишком робко стучался в дверь богини Ванадис.

А пока Вёлер болел, и состоялось второе рождение ванадия. На этот раз у колыбели новорожденного стоял ученик Берцелиуса шведский ученый Нильс Габриэль Сефстрём. В то время в Швеции начала развиваться металлургия. В разных частях страны появлялись заводы. И вот что было замечено: металл, выплавленный из железных руд одних месторождений, был хрупким, в то время, как из других руд получался весьма пластичный металл. Чем объяснить такое различие? Сефстрём решил найти ответ на этот вопрос.

Исследуя химический состав руд, из которых был выплавлен металл высокого качества, ученый после долгих опытов сумел доказать, что в этих рудах содержится новый элемент, причем именно тот, который в свое время был обнаружен дель Рио и ошибочно принят им за хром. По совету Берцелиуса новый металл был назван ванадином, а позднее стал именоваться ванадием.

Ни дель Рио, ни Вёлеру не суждено было стать "крестными отцами" нового элемента, хотя они находились на подступах к открытию. После успеха Сефстрёма Вёлер писал своему другу: "Я был настоящим ослом, что проглядел новый элемент в бурой свинцовой руде, и прав был Берцелиус, когда он не без иронии смеялся над тем, как неудачно и слабо, без упорства стучался я в дом богини Ванадис".

На протяжении многих лет никому не удавалось выделить ванадий в чистом виде. Только в 1869 году английский химик Генри Роско сумел получить чистый металлический ванадий. Впрочем, чистым он мог считаться лишь по тем временам, так как содержал более 4% примесей. А между тем даже небольшие примеси резко меняют свойства этого элемента. Чистый ванадий - серебристо-серый металл, обладающий высокой пластичностью,- его можно ковать. Самые незначительные количества примесей, особенно азота, кислорода, водорода, делают металл хрупким и твердым, неохотно поддающимся обработке. Получить чистый ванадий долгое время не могли из-за его необычайной активности при высоких температурах: не удавалось подобрать такой материал для тигля, который бы не растворялся ванадием и не загрязнял его при плавке. Тогда ученые пошли по другому пути: был разработан электролитический метод рафинирования ванадия до чистоты 99,99%. Что и говорить, 4 и 0,01 % - разница существенная.

Десятки лет ванадий не находил широкого промышленного применения. Так, еще в начале нашего века во всем мире ежегодно производилось всего несколько тонн ванадия. Да и цена на него тогда была баснословная: 50 тысяч рублей золотом за 1 килограмм!

И мизерное производство ванадия, и безумная цена его объяснялись просто. Несмотря на то, что земная кора содержит немало ванадия - примерно в тысячу раз больше, чем серебра, скопления его встречаются на земле крайне редко (именно поэтому ванадий и относят к редким металлам). Руда, содержащая 1% ванадия, считается чрезвычайно богатой; промышленной переработке подвергают даже те руды, которые содержат всего 0,1% этого ценного и дефицитного элемента.

Одно из самых крупных месторождений ванадия находится в горах Перу, на высоте 4700 метров над уровнем моря. Здесь, в заоблачных далях, уже много лет добывается богатый ванадием минерал патронит, который больше нигде на Земле не встречается. А сравнительно недавно на северо-восточном побережье Каспийского моря, на полуострове Бузачи, началась промышленная добыча нефти с высоким содержанием ванадия. Задача геологов - разработать эффективную технологию извлечения этого ценного элемента из нефтяной "руды".

Интересно, что в падающих на землю, метеоритах содержание ванадия в два-три раза больше, чем в земной коре. Судя по тому, что в спектре Солнца без труда можно найти линии, присущие атомам ванадия, солнечная материя также богаче этим элементом, чем наша планета. Возможно, когда-нибудь прибытие на металлургический завод партии богатой ванадиевой руды, например, с Марса или Венеры будет расцениваться как обычная транспортная операция, но пока землянам приходится рассчитывать лишь на свои собственные ресурсы.

Трудность извлечения ванадия из руд и была причиной того, что этот металл так долго не мог найти себе работу. Однако бурное, развитие техники вскоре широко распахнуло перед ванадием дверь в промышленный мир. Способность этого элемента придавать стали ценнейшие свойства определила его судьбу, его амплуа - ванадий начинает играть роль "витамина" для стали.

Незначительная добавка ванадия (доли процента) делает сталь мелкозернистой, придает ей большую упругость, высокую прочность. Такая сталь легче переносит удар и изгиб, упорнее сопротивляется истиранию, лучше противостоит разрыву. А ведь именно эти качества позарез нужны автомобильным деталям! Вот почему такие ответственные узлы и детали автомобиля, как мотор, клапанные пружины, рессоры, оси, валы, шестерни изготовляют из неутомимой ванадиевой стали. Вот почему так высоко оценил роль ванадия Генри Форд. И не случайно академик А.Е. Ферсман сказал об этом элементе: "...сказочны те силы, которые он придает железу и стали, вооружая их твердостью и прочностью, вязкостью и гибкостью, неразрушимостью, необходимой для оси автомобиля".

Во время первой мировой войны настоящую сенсацию вызвал созданный французскими инженерами самолет, который был вооружен не пулеметом, как обычно, а пушкой, наводившей страх на немецких летчиков. Но каким же образом удалось поставить пушку на самолет? Ведь грузоподъемность тогдашних "этажерок" была очень мала. Оказалось, что пушке помог "забраться" в самолет... ванадий. Французские авиационные пушки были изготовлены из ванадиевой стали. При относительно небольшой массе они обладали прекрасными прочностными характеристиками, позволяющими вести сокрушительный огонь по немецким самолетам.

Вслед за этим ванадиевую сталь начали использовать для изготовления солдатских шлемов. Сравнительно легкий шлем из тонкой, но прочной стали надежно предохранял своего владельца от пуль и осколков гранат. Броня требовалась и для защиты артиллерийской прислуги от снайперской пулевой стрельбы. Для этой цели в Шеффилде в те годы изготовили броневую сталь, содержащую довольно много кремния и никеля. Увы, при испытаниях пули легко прошивали плиты из этого металла. Тогда решено было испробовать сталь, содержащую всего 0,2% ванадия. Успех превзошел все ожидания: сталь выдержала сложнейший экзамен на прочность в 99 случаях из 100!

Так ванадий стал служить не только атаке, но и обороне. Американские, французские, английские фирмы охотно применяли ванадиевую сталь для самых различных целей. Зато совершенно непонятную на первый взгляд позицию заняли немецкие металлурги, которые всегда считались большими специалистами в этих вопросах: они весьма скептически отнеслись к ванадию как легирующему элементу и практически отказались от использования ванадиевой стали. Один из германских заводов дал даже категорическое заключение, что заниматься ее выплавкой не имеет никакого смысла. Это казалось парадоксальным.

Вскоре, однако, все прояснилось: поскольку немцы не располагали собственными ванадиевыми рудами, они не были заинтересованы в том, чтобы цена ванадия на мировом рынке росла вместе со спросом на него; вот почему они всячески пытались затормозить внедрение ванадиевой стали. Сами же они вели интенсивные поиски элементов, способных оказывать такое же действие на сталь, как ванадий, но вскоре убедились, что без него не обойтись. Так провалились попытки металлургических "дипломатов" опорочить ванадиевую сталь, а производство ее продолжало расти из года в год.

Именно ванадий помогает стали успешно нести службу в суровых условиях Крайнего Севера и Сибири: как выяснилось, добавки ванадия и азота - всего сотые доли процента - резко повышают хладостойкость стали, используемой для магистральных трубопроводов, машин, буровых вышек. Любая другая сталь не выдерживает северной стужи и становится хрупкой, как стекло. А ванадиевая сталь неуязвима даже при 60-градусных морозах.

Авиация, железнодорожный транспорт, электротехника, радиотехника, оборонная промышленность - трудно перечислить все области современной индустрии, где сегодня применяют сталь, содержащую ванадий. Услугами ванадия пользуется и чугун: из высококачественного ванадиевого чугуна отливают поршневые кольца, изложницы, прокатные валки, матрицы для холодной штамповки.

Но ванадий трудится не только как металл-витамин. Соли этого элемента - зеленые, желтые, красные, черные, золотистые (вспомните название, которое дал элементу дель Рио: "панхромий" - всецветный) - с успехом служат в производстве красок и особых чернил, в стекольной и керамической промышленности. Кстати, именно с керамического производства и начал ванадий свою практическую деятельность вскоре после того, как был открыт Сефтсрёмом. Фарфоровые и гончарные изделия с помощью ванадиевых соединений покрывали золотистой глазурью, а стекла окрашивали в зеленый или голубой цвет.

В 1842 году выдающийся русский химик Н.Н. Зинин сумел получить анилин. Это послужило мощным толчком для развития красильного производства. И здесь ванадий пришелся ко двору: оказалось, что одного грамма оксида пятивалентного ванадия достаточно для того, чтобы превратить 200 килограммов бесцветной соли анилина в сильное красящее вещество - черный анилин.

Не обходится без ванадия химия и в наши дни: его оксид - отличный катализатор при производстве серной кислоты, которую называют "хлебом химии". Долгие годы в этой роли выступал платинированный асбест, т.е. асбест с нанесенным на него порошком платины. Но, во-первых, такой ускоритель реакции был весьма дорогим, а во-вторых, довольно нестойким: он часто отказывался работать из-за "отравления" различными газообразными примесями. Вот почему, когда была предложена технология получения серной кислоты с применением в качестве катализатора соединений ванадия, работники сернокислотных заводов без колебаний расстались с платинированным асбестом. Чудесные свойства оксида ванадия используются также при крекинге нефти, при получении многих сложных органических соединений.

Достоинства ванадия оценили даже... свиньи. В Аргентине были проведены опыты по введению в их рацион этого элемента. И что же оказалось? Заметно повысился аппетит хрюшек, они быстро прибавляли в "талии".

Американские ученые из лаборатории госпиталя в Понг-Бич исследовали влияние ванадия на рост крыс. Подопытные животные, диета которых была полностью лишена этого элемента, стали расти вдвое медленнее, чем их "подруги" из контрольной группы, получавшие обычный корм. Но стоило лишь ввести в пищу немного ванадия - скорость роста крыс буквально уже через несколько дней восстановилась до нормальной.

По-видимому, ванадий необходим для деятельности многих живых тканей: он обнаружен в куриных яйцах, мясе кур, коровьем молоке, печени животных и даже в мозгу человека.

Любопытно, что некоторые морские растения и животные - голотурии, асцидии, морские ежи - "коллекционируют" ванадий, извлекая его каким-то неведомым человеку способом из окружающей среды. Одни ученые полагают, что у этой группы живых организмов ванадий выполняет те же функции, что железо в крови человека и высших животных, т.е. помогает ей впитывать кислород, или, образно говоря, дышать. Другие ученые считают, что ванадий необходим обитателям морского дна не для дыхания, а для питания. Кто из этих ученых прав, покажут дальнейшие исследования. Пока же удалось установить, что в крови голотурий содержится очень много ванадия, а у отдельных разновидностей асцидий концентрация этого элемента в крови в миллиарды раз превышает содержание его в морской воде. Настоящие копилки ванадия! Естественно, ученые заинтересовались возможностью добывать ванадий с помощью обитателей подводного царства. В Японии, например, целые километры морских берегов занимают плантации асцидий. Асцидий очень плодовиты: с одного квадратного метра голубых плантаций снимают до 150 килограммов этих животных. После сбора урожая живую ванадиевую "руду" отправляют в специальные лаборатории, где из нее извлекают нужный промышленный металл. Недавно в печати появилось сообщение, что японские металлурги уже выплавили сталь, в которой легирующим элементом служит ванадий, добытый из асцидий. Есть "коллекционеры" ванадия и на суше: один из них хорошо знаком каждому - это ядовитый гриб белая поганка. Неравнодушны к нему и некоторые виды плесени, которые вообще не могут развиваться при отсутствии ванадия. Такие растения, которые обладают способностью накапливать в себе тот или иной элемент, называются в науке биоконцентраторами. Зачастую они оказывают большую помощь геологам, выполняя роль своеобразного индикатора при поиске руд некоторых ценных металлов.

В 1971 году советские палеоботаники обнаружили в отрогах Тянь-Шаня следы неизвестного науке растения (его назвали меннерией), которое представляет собой одноклеточную водоросль, обитавшую на Земле... полтора миллиарда лет назад. "Позвольте, но какое отношение эта находка имеет к ванадию?" - вправе спросить читатель. Оказывается, прямое: ученые считают, что меннерия в свое время сыграла важную роль в формировании атмосферы нашей планеты, в образовании скоплений в земной коре таких химических элементов, как ванадий и уран.

...Мы рассказали о прошлом и настоящем ванадия. Ну, а что же ждет его завтра? Как в дальнейшем сложится судьба этого замечательного металла?

Не располагая фантастической "машиной времени", вряд ли можно безошибочно предсказать будущее ванадия, но, зная его ценные свойства - значительную механическую прочность, большую коррозионную стойкость, высокую температуру плавления, меньшую, чем у железа, плотность, резонно предположить, что ванадий станет прекрасным конструкционным материалом. Но прежде человек должен научиться отбирать ванадий в больших количествах (значительно больших, чем сейчас!) у природы, которая тщательно хранит его в своих неисчерпаемых кладовых.

 

ХРОМ ЗАГАДОЧНЫЙ X

Китайская грамота. — "Сибирский красный свинец". — Все началось с мытья посуды. — Серые иголки в тигле. — Друг дает совет. — Вспышки на Солнце. — Фортуна благосклонна. — "Вызывающее" поведение. — Новая загадка. — Монумент из "нержавейки". — "Концерт" отменяется. — Чай с мороженым? — Сталь покрывается "чешуей". — Первый патент. — Черепашьи темпы. — Любопытный разговор. — "Коктейль" из металлов. — Хромовые сапоги. — Боги проливают кровь. — Выход из положения. — Новая специальность. — Вне конкуренции. — Неожиданные трудности. — "Принимаю огонь на себя". — Броня для алмаза. — Арифметические соображения. — "Англичане понимают толк..."

Перелистайте любой металлургический справочник, и среди многочисленных марок сталей вы не раз встретите такие, в которые входит буква "X": Х18Н10Т, Х12М, 0Х23Ю5, ШХ15, 8Х4В4Ф1, Х14П4НЗТ, 12Х2НВФА, ЗОХМЮА и т.д. Для несведущего в этой области человека такой "тайный шифр" понятен не больше, чем китайские иероглифы. Но, как музыкант, читая ноты, слышит притаившуюся в них музыку, так и металлург легко разбирается в этих на первый взгляд случайных комбинациях букв и цифр. Даже беглого взгляда достаточно, чтобы увидеть общее для перечисленных марок сталей: все они в том или ином количестве содержат элемент хром (о чем свидетельствует буква "X").

Вместе со своими "коллегами" по легированию - никелем, вольфрамом, молибденом, ванадием, титаном, цирконием, ниобием и другими элементами - хром позволяет выплавлять стали самого разнообразного назначения. Применяемая в современной технике сталь должна многое уметь: сопротивляться колоссальным давлениям, противостоять химическим агрессорам, не зная усталости, выдерживать длительные перегрузки, обладать хорошей обрабатываемостью, не бояться ни жары и ни холода. В эту богатую гамму свойств стали вносит свою лепту и хром.

Более двух столетий назад, в 1766 году, петербургский профессор химии Иоганн Готтлоб Леман, посетив Урал, нашел на Березовском золотом руднике, недалеко от Екатеринбурга (ныне Свердловск), новый минерал, в котором оказалось довольно много свинца. Спустя несколько лет Березовские рудники описал в своей книге "Путешествие по разным провинциям Российского государства" естествоиспытатель и путешественник академик Петр Симон Паллас. "Березовские копи, - сообщал он, - состоят из четырех рудников, которые разрабатываются с 1752 года. В них наряду с золотом добываются серебро и свинцовые руды, а также находят замечательный красный свинцовый минерал, который не был обнаружен больше ни в одном руднике России. Эта свинцовая руда бывает разного цвета (иногда похожего на цвет киновари), тяжелая и полупрозрачная... Иногда маленькие неправильные пирамидки этого минерала бывают вкраплены в кварц подобно маленьким рубинам. При размельчении в порошок она дает красивую желтую краску...".

Минерал был назван "сибирским красным свинцом". Впоследствии за ним закрепилось название "крокоит".

Образец этого минерала был в конце XVIII века привезен Палласом в Париж. Крокоитом заинтересовался известный французский химик Луи Никола Воклен. Свою трудовую деятельность он начал с мытья посуды в аптеке. Вскоре способного юношу приметил и сделал своим помощником молодой, но уже занимавший солидное положение в науке химик и политический деятель Антуан Франсуа Фуркруа. В 1796 году Воклен подверг крокоит химическому анализу. "Все образцы этого вещества, которые имеются в нескольких минералогических кабинетах Европы, - писал Воклен в своем отчете, - были получены из этого (т.е. Березовского. - С. В.) золотого рудника. Раньше рудник был очень богат этим минералом, однако говорят, что несколько лет назад запасы минерала в руднике истощились и теперь этот минерал покупают на вес золота, в особенности если он желтый. Образцы минерала, не имеющие правильных очертаний или расколотые на кусочки, годятся для использования их в живописи, где они ценятся за свою желто-оранжевую окраску, не изменяющуюся на воздухе... Красивый красный цвет, прозрачность и кристаллическая форма сибирского красного минерала заставила минералогов заинтересоваться его природой и местом, где он был найден; большой удельный вес и сопутствующая ему свинцовая руда, естественно, заставляли предполагать о наличии свинца в этом минерале..."

В 1797 году Воклен повторил анализ. Растертый в порошок крокоит он поместил в раствор углекислого калия и прокипятил. В результате опыта ученый получил углекислый свинец и желтый раствор, в котором содержалась калиевая соль неизвестной тогда кислоты. При добавлении к раствору ртутной соли образовывался красный осадок, после реакции со свинцовой солью появлялся желтый осадок, а введение хлорида олова окрашивало раствор в зеленый цвет. После осаждения соляной кислотой свинца Воклен выпарил фильтрат, а выделившиеся красные кристаллы (это был хромовый ангидрид) смешал с углем, поместил в графитовый тигель и нагрел до высокой температуры. Когда опыт был закончен, ученый обнаружил в тигле множество серых сросшихся металлических иголок. Так впервые был выделен новый элемент. Фуркруа предложил назвать элемент хромом (по-гречески "хрома" - окраска) из-за яркого разнообразного цвета его соединений. Между прочим, слог "хром" в значении "окрашенный" входит во многие термины, не связанные с элементом хромом: слово "хромосома", например, в переводе с греческого означает "тело, которое окрашивается"; для получения цветного изображения пользуются прибором хромоскопом; фотолюбителям хорошо известны пленки "изопанхром", "панхром", "ортохром"; яркие образования в атмосфере Солнца астрофизики называют хромосферными вспышками и т.д.

Сначала Воклену не понравилось предложенное название, поскольку открытый им металл имел скромную серую окраску и как будто не оправдывал своего имени. Но Фуркруа все же сумел уговорить Воклена, и, после того как французская Академия наук по всей форме зарегистрировала его открытие, химики всего мира внесли слово "хром" в списки известных науке элементов.

На несколько месяцев позже Воклена новый элемент обнаружил в том же крокоите немецкий химик Мартин Генрих Клапрот, который уже имел к этому времени на своем научном счету три открытых им элемента - уран, цирконий и титан (позднее к ним присоединился церий). Но слава первооткрывателя хрома по праву досталась Воклену.

Понадобилось более полувека, чтобы выделить новый металл в чистом виде: это удалось сделать в 1854 году немецкому ученому Роберту Вильгельму Бунзену, подвергнувшему хлорид хрома электролизу.

В отличие от многих других металлов, к хрому фортуна сразу же проявила благосклонность. Высокая температура плавления, большая твердость, способность легко образовывать сплавы со многими элементами, в частности, с железом, заинтересовали прежде всего металлургов. Годы не охладили этого интереса: и в наши дни металлургия продолжает оставаться важнейшим потребителем хрома, хотя для этого элемента и его соединений нашлось немало и других полезных занятий.

Хром обладает всеми характерными свойствами металлов - хорошо проводит тепло и электрический ток, имеет присущий большинству металлов блеск. Любопытна одна особенность хрома: при температуре около 37°С он ведет себя явно "вызывающе" - многие его физические свойства резко, скачкообразно меняются. В этой температурной точке внутреннее трение хрома достигает максимума, а модуль упругости падает до минимальных значений. Так же внезапно изменяются электрическая проводимость, коэффициент линейного расширения, термоэлектродвижущая сила.

Пока ученые пытались найти объяснение этой аномалии, хром задал еще одну загадку.

Физикам давно известна закономерность: магнитная структура материала строго соответствует его кристаллической решетке. Однако исследования сверхчистого хрома показали, что к нему эта закономерность отношения не имеет.

Даже незначительные примеси делают хром очень хрупким, поэтому в качестве конструкционного материала его практически не применяют, зато как легирующий элемент он издавна пользуется почетом у металлургов. Небольшие добавки его придают стали твердость и износостойкость. Такие свойства присущи шарикоподшипниковой стали, в состав которой, наряду с хромом (до 1,5%), входит углерод (около 1%). Образующиеся в ней карбиды хрома отличаются исключительной твердостью - они-то и позволяют металлу уверенно сопротивляться одному из опаснейших врагов - износу.

Кто не знает великолепную скульптуру В.И. Мухиной "Рабочий и колхозница"? Величественный монумент, который в 1937 году украшал советский павильон на Всемирной выставке в Париже, а сейчас возвышается у входа на Выставку достижений народного хозяйства в Москве, выполнен из нержавеющей стали, содержащей примерно 18% хрома и 10% никеля. Но "нержавейке" углерод вреден: карбидообразующие наклонности хрома приводят к тому, что большие количества этого элемента связываются в карбиды, выделяющиеся на границах зерен стали, а сами зерна оказываются бедны хромом и не могут стойко обороняться против натиска кислот и кислорода. Поэтому содержание углерода в нержавеющей стали должно быть минимальным (не более 0,1%).

Оригинальную сталь с добавками хрома и алюминия создали японские металлурги: она в сотни раз активнее гасит звуковые колебания, чем обычная конструкционная сталь. Оконные рамы и двери из "тихой" стали совершенно бесшумны, даже если ими хлопают что есть силы. Лист из этой стали, падая на цементный пол, не издает никаких звуков. Новый материал по достоинству оценили машиностроители, которые вынуждены ежедневно выслушивать "концерты", исполняемые на цеховых "ударных инструментах".

При высоких температурах сталь может покрываться "чешуей" окалины. В некоторых машинах детали нагреваются до сотен градусов. Чтобы сталь, из которой сделаны эти детали, не страдала окалинообразованием, в нее вводят 25-30 % хрома. Такая сталь выдерживает температуры до 1000°С!

Сплавы никеля и хрома - нихромы - успешно служат в качестве нагревательных элементов: у них очень высокое электрическое сопротивление и поэтому при прохождении тока металл сильно нагревается. Добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и алюминия придает металлу способность переносить большие нагрузки при 650-900°С; из таких жаропрочных сплавов изготовляют, например, лопатки газовых турбин. Хром входит в состав многих других сплавов, о чем можно судить по их названиям: хромель, хромаль, хромансиль. Сплав комохром (он состоит из кобальта, молибдена и хрома) безвреден для человеческого организма и поэтому применяется в восстановительной хирургии. Для зубных протезов разработан сплав кобальта и хрома, который во много раз дешевле золота и к тому же обладает меньшей теплопроводностью: владелец такого протеза может спокойно пить горячий чай или есть мороженое, не испытывая при этом неприятных ощущений.

Основная часть добываемой в мире хромовой руды поступает сегодня на ферросплавные заводы, где выплавляются различные сорта феррохрома и металлического хрома. Впервые феррохром был получен в 1820 году восстановлением смеси оксидов железа и хрома древесным углем в тигле. В 1854 году удалось получить чистый металлический хром электролизом водных растворов хлорида хрома. К этому же времени относятся и первые попытки выплавить углеродистый феррохром в доменной печи. В 1865 году был выдан первый патент на хромистую сталь. Потребность в феррохроме начала резко расти.

Важную роль в развитии производства феррохрома сыграл электрический ток, точнее электротермический способ получения металлов и сплавов. В 1893 году французский ученый Муассан выплавил в электропечи углеродистый феррохром, содержащий 60% хрома и 6% углерода.

В дореволюционной России ферросплавное производство развивалось черепашьими темпами. Мизерные количества ферросилиция и ферромарганца выплавляли доменные печи южных заводов. В 1910 году на берегу реки Сатки (Южный Урал) был построен маленький электрометаллургический завод "Пороги", который стал производить феррохром, Эч затем и ферросилиций. Но об удовлетворении нужд своей промышленности не могло быть и речи: потребность России в ферросплавах приходилось почти полностью покрывать ввозом их из других стран.

Молодое Советское государство не могло зависеть от капиталистических стран в такой важнейшей отрасли промышленности, как производство качественных сталей, являющейся основным потребителем ферросплавов. Чтобы воплотить в жизнь грандиозные планы индустриализации нашей страны, требовалась сталь - конструкционная, инструментальная, нержавеющая, шарикоподшипниковая, автотракторная. Один из важнейших компонентов этих сталей - хром.

Уже в 1927-1928 годах началось проектирование и строительство ферросплавных заводов. В 1931 году вошел в строй Челябинский завод ферросплавов, ставший первенцем нашей ферросплавной промышленности. Один из создателей советской качественной металлургии член-корреспондент Академии наук СССР B. C. Емельянов в эти годы находился в Германии, куда он был направлен для изучения опыта зарубежных специалистов.

В своих воспоминаниях он рассказывает о любопытном разговоре, который произошел у него с одним из металлургов: "В 1933 году на небольшом немецком заводе я спросил главного инженера:

- Кому вы продаете изготовляемый на заводе феррохром?

Он принялся перечислять:

- Примерно пять процентов всего производства мы поставляем близлежащим химическим заводам, два процента у нас покупает завод Беккера, около трех процентов...

Перебив его, я спросил:

- Ну, а много ли у вас покупает Советский Союз?

- А Советский Союз когда как. Семьдесят пять - восемьдесят процентов нашей продукции мы отправляем на ваши заводы. Да мы и работаем-то на уральской хромовой руде".

Да, в то время наша хромовая руда вывозилась не только в Германию, но и в Швецию, Италию, США. И у них же нам приходилось покупать феррохром. Но когда вслед за Челябинским в 1933 году были построены еще два ферросплавных завода - в Запорожье и Зестафони, наша страна не только прекратила ввозить важнейшие ферросплавы, в том числе и феррохром, но и получила возможность экспортировать их за границу. Качественная металлургия страны была практически полностью обеспечена необходимыми материалами отечественного производства.

В 1936 году в Казахстане, в районе Актюбинска, были найдены огромные залежи хромита - основного промышленного сырья для производства феррохрома. В годы войны на базе этого месторождения был построен Актюбинский ферросплавный завод, который впоследствии стал крупнейшим предприятием по выпуску феррохрома и хрома всех марок.

Очень богат хромовой рудой Урал: неслучайно именно здесь был найден минерал, в котором Воклену удалось открыть хром. Есть месторождения этого элемента и во многих других странах. А во время путешествия по Луне советского лунохода его приборы установили наличие хрома в районе Моря Дождей. Но если до Моря Дождей довольно далеко, то до Красного моря, как говорится, рукой подать. Здесь недалеко от берегов Судана французские ученые обнаружили своеобразную яму, глубина которой достигала 2200 метров, причем вода на этой глубине оказалась очень горячей. Исследователи опустились в провал на батискафе, однако вскоре им пришлось возвращаться, поскольку стальные стенки аппарата быстро нагрелись до 43°С. Пробы воды, взятые на этой глубине, показали, что "яма" практически заполнена горячей жидкой рудой: содержание в воде хрома, железа, золота, марганца и многих других металлов оказалось необычайно высоким. Вполне возможно, что в ближайшие годы специалисты вплотную займутся разработкой этих "коктейлей" из металлов.

Хромиты широко используют и в огнеупорной промышленности. Магнезитохромитовый кирпич - отличный огнеупорный материал для футеровки мартеновских печей и других металлургических агрегатов. Этот материал обладает высокой термостойкостью, ему не страшны многократные резкие изменения температуры.

Химики используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют хромом, а сапоги из нее хромовыми.

Каждый вечер над Москвой вспыхивают рубиновые звезды Кремля. В мире драгоценных камней рубину принадлежит второе место после алмаза. По древнему индийскому преданию рубины образовались из капель крови, пролитой богами: "Падают капли тяжелой крови на лоно реки, в глубокие воды, в отражение прекрасных пальм. И назвалась река с тех пор Раванагангой, и загорелись с тех пор эти капли крови, превращенные в камни рубина, и горели они с наступлением темноты сказочным огнем, горячим внутри, и пронизывались воды этими огненными лучами...", - так рассказывает о происхождении рубина древняя восточная легенда. В наши дни технология получения чудесного красного камня значительно упростилась и богам уже не надо проливать свою священную кровь: для этого в оксид алюминия вводят дозированную добавку оксида хрома, - ему-то и обязаны рубиновые кристаллы своим чарующим цветом. Но искусственные рубины ценятся не только за свои прекрасные внешние данные: рожденный с их помощью лазерный луч способен буквально творить чудеса. Подобно волшебному лучу, созданному гиперболоидом инженера Гарина и богатой фантазией Алексея Толстого, луч лазера может разрезать любые металлы с той же легкостью, с какой ножницы режут бумагу, или прошивать в алмазах, корундах и других "крепких орешках" тончайшие отверстия, не проявляя ни малейшего почтения к их всемирно известной твердости.

Оксид хрома позволил тракторостроителям значительно сократить сроки обкатки двигателей. Обычно эта операция, во время которой все трущиеся детали должны как бы привыкнуть друг к другу, продолжалась довольно долго и это, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов. Выход из положения был найден, когда удалось разработать новую топливную присадку, в состав которой вошел оксид хрома. Секрет действия присадки прост: при сгорании топлива образуются мельчайшие абразивные частицы оксида хрома, которые, оседая на внутренних стенках цилиндров и других подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируют шероховатости, полируют и плотно подгоняют детали. Эта присадка в сочетании с новым сортом масла позволила в 30 раз сократить продолжительность обкатки.

Не так давно оксид хрома приобрел еще одну интересную специальность: изготовлена магнитофонная пленка, рабочий слой которой содержит не оксид железа, как обычно, а оксид хрома. Замена оказалась удачной - возросла плотность записи, улучшилось качество звучания, пленка стала надежнее в работе. Новинка в первую очередь получила прописку в блоках магнитной памяти электронных вычислительных машин.

Фотоматериалы и лекарства, катализаторы для химических процессов и металлические покрытия - всюду хром оказывается при деле. О хромовых покрытиях следует, пожалуй, рассказать подробнее.

Давно было замечено, что хром не только отличается большой твердостью (в этом отношении у него нет конкурентов среди металлов), но и хорошо сопротивляется окислению на воздухе, не взаимодействует с кислотами. Тонкий слой этого металла попробовали электролитически осаждать на поверхность изделий из других материалов, чтобы предохранить их от коррозии, царапин и прочих "травм". Однако хромовые покрытия оказались пористыми, легко отслаивались и не оправдывали возлагаемых на них надежд. Почти три четверти века бились ученые над проблемой хромирования, и лишь в 20-х годах нашего столетия проблема была решена. Причина неудач заключалась в том, что используемый при этом электролит содержал трехвалентный хром, который не мог создать нужное покрытие. А вот его шестивалентному собрату такая задача оказалась по плечу. С этого времени в качестве электролита начали применять хромовую кислоту - в ней валентность хрома равна 6. Толщина защитных покрытий (например, на некоторых наружных деталях автомобилей, мотоциклов, велосипедов) достигает 1 миллиметра. Но иногда хромовое покрытие используют в декоративных целях - для отделки часов, дверных ручек и других предметов, не подвергающихся серьезной опасности. В таких случаях на изделие наносят тончайший слой хрома (0,0002-0,0005 миллиметра).

Литовские химики разработали способ создания многослойной "кольчуги" для особо ответственных деталей. Тончайший верхний слой этого покрытия (под микроскопом его поверхность и в самом деле напоминает кольчугу) состоит из хрома: в процессе службы он первым принимает огонь на себя, но пока хром окисляется, проходят многие годы. Тем временем деталь спокойно несет свою ответственную службу.

До недавних пор хромировали только металлические детали, но теперь ученые научились наносить хромовую броню и на изделия из пластмасс. Подвергнутый испытаниям широко известный полимер - полистирол, одетый в хром, стал прочнее, для него оказались менее страшными такие извечные враги конструкционных материалов, как истирание, изгиб, удар. Само собой разумеется, возрос срок службы деталей.

Хромовая броня пригодилась даже такому эталону твердости, каким по праву считается алмаз. Дело в том, что далеко не все добытые алмазы могут быть использованы для изготовления обрабатывающего инструмента: как правило, природные алмазы имеют множество тончайших трещинок, которые делают камни непригодными для установки на резцы или буровые коронки: как только такой инструмент касался металла или твердой породы, алмаз рассыпался на мелкие осколки. Кроме того, кристаллики природных алмазов часто выскакивали из державки инструмента. Чтобы устранить этот недостаток, ученые предложили покрывать алмазы тонкой пленкой хрома, довольно плотно соединяющегося и с алмазом, и с медной державкой.

Металлизованный алмаз был подвергнут испытаниям. И что же выяснилось? Алмаз надежно держался в инструменте, а срок службы кристалла возрос в несколько раз. Когда такой кристалл исследовали под микроскопом, на одной из граней обнаружили довольно глубокую трещинку, зацементированную пленкой, покрывавшей камень. Оказалось, что атомы хрома, соединившись с углеродом алмаза, образовали на его поверхности твердые карбиды, причем хром проник и в трещинку, стенки которой также покрылись карбидной броней. А слой чистого хрома, прилегающий к державке, образовал с медью сплав, благодаря чему алмаз прочно закрепился в инструменте. Так с помощью хрома удалось убить двух зайцев: инструмент стал долговечнее, а алмаз - прочнее... алмаза.

В 1974 году в Дубне учеными Объединенного института ядерных исследований был получен изотоп трансуранового элемента с порядковым номером 106. Увенчавшаяся успехом реакция ядерного синтеза произошла в результате бомбардировки свинцовой мишени ускоренными ионами хрома. Свинец уже не раз служил мишенью в подобных опытах, а хром был выбран по чисто арифметическим соображениям: вместе с 82 протонами, которыми располагает ядро атома свинца, 24 протона ядра хрома составили при слиянии этих ядер нужное число - 106. И хотя изотоп этого элемента живет всего несколько миллисекунд, чувствительные приборы зафиксировали рождение нового трансурана.

...Прежде чем закончить рассказ о хроме, мы вновь обратимся к воспоминаниям B.C. Емельянова. "Года два назад, - писал ученый в 1967 году, - я узнал глубоко взволновавшую меня новость, оставшуюся в нашей стране - увы! - незамеченной. Мы продали партию феррохрома Англии - стране, которая всегда была для нас символом технического прогресса. И вот теперь Англия покупает наш феррохром! Англичане понимают толк в том, что покупают".

 

МАРГАНЕЦ ВЕЧНЫЙ СПУТНИК ЖЕЛЕЗА

Колонны подземного дворца. — Чудесный черный порошок. — "Стекольное мыло". — Ган или Кайм? — Эстафету принимает Шееле. – "Адский огонь" делает свое дело. — Дефицит небесных тел. — Попробуйте взломать сейф. — Удастся ли собрать вече? — Двуликий сплав. — "Простое" название. — На смену платине и палладию. — Знакомы с детства. — Почему рыжие муравьи рыжие? — Розовый жемчуг. — В зубах акулы. _— По скромным подсчетам. — Без бактерий не обошлось. — Гирлянды на рифах. — В петлях подводного кабеля. — По недоразумению за борт. — Необычная медаль. — Для работы в пучинах. — "Посылки" из космоса. — Нуждалась ли в нем Россия? — Путь лежит в мартен.

Если вы бывали в московском метро, то, должно быть, обратили внимание на одну из его красивейших станций - "Маяковскую". Колонны этого подземного дворца украшены тонкой каемкой из розового камня. Это родонит - минерал, содержащий марганец. Нежный розовый цвет ("родон" по-гречески - роза) и хорошая обрабатываемость делают камень прекрасным облицовочным и поделочным материалом. Изделия из родонита хранятся в Эрмитаже, в Петропавловском соборе и многих других музеях нашей страны. Большие залежи его встречаются на Урале, где была найдена глыба массой 47 тонн. Нигде в других местах нашей планеты нет таких значительных скоплений этого минерала, как здесь. Да и по красоте уральский родонит не имеет себе равных.

Но главный промышленный минерал марганца - не родонит, а пиролюзит, представляющий собой оксид марганца. Этот черный минерал известен человеку с давних пор.

Еще в I веке Плиний Старший - историк и естествоиспытатель Древнего Рима, погибший при извержении Везувия, указывал на чудесную способность черного порошка (молотого пиролюзита) осветлять стекло. Позднее, в средние века, итальянский ученый и инженер Ванноччо Бирингуччо писал в своем энциклопедическом труде по горнорудному делу и металлургии "Пиротехния", вышедшем в 1540 году: "...пиролюзит бывает темно-коричневого цвета; ...если прибавить к нему стекловидных веществ, то он окрашивает их в красивый фиолетовый цвет. Мастера-стеклоплавильщики окрашивают им стекла в изумительный фиолетовый цвет; мастера-гончары также пользуются им для образования фиолетовых узоров на посуде. Кроме того, пиролюзит обладает особым свойством - при сплавлении с литым стеклом очищать его и делать белым вместо зеленого или желтого".

Название "пиролюзит" пришло к минералу позже, а в те времена из-за способности обесцвечивать стекло его называли "стекольным мылом", или "марганцем" (от греческого "манганезе" - очищать). Было известно и другое название минерала - "черная магнезия": пиролюзит с древних времен добывали в Малой Азии близ города Магнесии; кстати, там же добывалась и "белая магнезия", или "магнезия альба", - оксид магния.

История химии приписывает открытие марганца как металла шведскому химику Юхану Готлибу Гану (1774 год). Однако есть основания полагать, что первым человеком, получившим крупицы металлического марганца, был Игнатий Готфрид Кайм, который описал его в своей диссертации, изданной в 1770 году в Вене. Кайм не довел эти исследования до конца, и поэтому они остались неизвестными большинству химиков того времени. Тем не менее, в одном из химических словарей есть упоминание об открытии Кайма: "Нагревая смесь из одной части порошкообразного пиролюзита с двумя частями черного плавня, Кайм получил синевато-белый хрупкий металл в виде кристалла с бесчисленными блестящими гранями различной формы, излом которого переливается всеми цветами от синего до желтого".

Следующую попытку поближе познакомиться с марганцем сделал шведский ученый Торберн Бергман. "Минерал, который называют черной магнезией, - писал он, - представляет собой новую землю, которую не следует смешивать ни с обожженной известью, ни с магнезией альба". Но выделить марганец из пиролюзита ему так и не удалось.

Изучение этого минерала продолжил друг Бергмана знаменитый химик Карл Вильгельм Шееле. В начале 1774 года он представил в шведскую Академию наук доклад о пиролюзите и его свойствах, в котором сообщал об открытии хлора. Шееле утверждал, что в состав пиролюзита входит еще один элемент, отличный от всех известных в то время. Но получить этот элемент он не сумел.

То, что не смогли сделать Бергман и Шееле, удалось совершить Гану. В мае 1774 года Шееле послал ему очищенный пиролюзит вместе со следующей запиской: "Я с нетерпением жду сообщений о том, к каким результатам приведет этот чистый пиролюзит, когда Вы примените к нему Ваш "адский огонь", и я надеюсь, что Вы пришлете мне небольшой королек металла как можно скорей".

Ган слыл среди химиков искусным экспериментатором, особенно если дело касалось металлургических опытов. В тигель, внутренняя стенка которого была покрыта влажной пылью, он поместил смесь размолотого пиролюзита и масла, а сверху насыпал порошок древесного угля. Теперь настал черед "адского огня". После сильного нагрева смеси в течение часа в тигле был обнаружен королек. Эта крупинка принесла Гану мировую славу, а семья металлов пополнилась новым членом - марганцем.

Впрочем, ранг металла элемент обрел не сразу. Дело в том, что в конце XVIII века еще были слышны отголоски давних представлений алхимиков, суть которых сводилась к короткому и ясному постулату: "Семь металлов создал свет по числу семи планет". Когда-то число известных людям металлов и впрямь соответствовало числу "действующих" небесных тел (Солнце, Пуна и пять планет, не считая Земли). Все было бы хорошо, если бы полку металлов не прибывало; с появлением же новых планет дело обстояло значительно хуже (очередная планета Солнечной системы была открыта лишь в 1781 году). Чтобы из-за дефицита небесных тел не страдала стройная теория, ряд новоявленных химических элементов, претендовавших на роль металлов, пришлось отнести в разряд полуметаллов.

Этот термин сохранялся в науке и позднее, когда уже стало очевидно, что астрономия и химия связаны не столь прочными узами, как полагали алхимики. Многие ученые еще долго называли полуметаллами те тела, которые по плотности, цвету, форме казались металлами, но не обладали высокой ковкостью, свойственной золоту, серебру, меди, железу, свинцу и олову - элементам, чье металлическое реноме не вызывало сомнений. К полуметаллам относили, например, ртуть, сурьму, висмут, цинк, кобальт. Одним из последних элементов, не сразу допущенных в круг металлов, оказался марганец. Так, в конце июня 1774 года, т.е. вскоре после открытия этого элемента; Шееле отправил Гану письмо, где благодарил его за присланную крупицу марганца и делился своими мыслями: "...считаю, что королек, полученный из пиролюзита, представляет собой полуметалл, отличный от всех остальных полуметаллов и имеющий близкую связь с железом". Но химики со временем отказались от довольно сомнительного термина, и марганец по праву занял место в ряду металлов.

В России марганец начали получать в первой четверти XIX века в виде сплава с железом - ферромарганца. "Горный журнал" в 1825 году упоминал о выплавке стали с применением марганца. С этого времени судьба элемента неразрывно связана с металлургией, которая является сейчас основным потребителем марганцевой руды.

Замечательный русский металлург П.П. Аносов в своем известном труде "О булатах", изданном в 1841 году, описывал исследования сталей с различным содержанием марганца. Для введения его в сталь Аносов использовал ферромарганец, полученный в тиглях. С 1876 года начинается промышленная выплавка ферромарганца в доменных печах Нижнетагильского завода.

Вехой в истории марганца стал 1882 год, когда английский металлург Роберт Гадфильд выплавил сталь с высоким содержанием этого элемента (около 13%). В 1878 году Гадфильд приступил к исследованию сплавов железа с другими элементами, в частности с марганцем. Спустя четыре года молодой шеффилдский металлург сделал следующую запись в своем исследовательском журнале: "Я начал эти опыты, имея в виду изготовление стали, которая была бы твердой и одновременно вязкой. Опыты привели к некоторым любопытным результатам, весьма важным и способным изменить существующие взгляды металлургов на сплавы железа".

В 1883 году Гадфильду был выдан первый британский патент на марганцовистую сталь, изготовленную присадкой к железу богатого ферромарганца. В последующие годы Гадфильд продолжал изучать проблемы, связанные с марганцовистой сталью. В 1883 году появились его труды "О марганце и его применении в металлургии", "О некоторых вновь открытых свойствах железа и марганца", "О марганцовистой стали". Исследования показали, что закалка в воде придает этой стали новые полезные свойства. Гадфильд получил еще ряд патентов, касающихся термической обработки марганцовистой стали, а в 1901 году им была запатентована конструкция печи, предназначенной для нагрева этой стали перед закалкой.

Сталь Гадфильда быстро получила признание металлургов и машиностроителей. Благодаря высокой износостойкости ее начали применять для изготовления тех деталей, которые в процессе эксплуатации истираются при значительном удельном давлении, - рельсовых крестовин, щек дробилок, шаров шаровых мельниц, гусеничных траков и т.п. Самое удивительное заключалось в том, что под действием нагрузок эта сталь становилась все тверже и тверже. Причина такого странного явления заключается в следующем. После литья в марганцовистой стали по границам зерен, выпадают избыточные карбиды, снижающие ее прочность. Поэтому сталь необходимо подвергать закалке, в результате которой пограничные карбиды растворяются в металле. Во время службы детали вследствие наклепа (под действием нагрузок) в поверхностном слое выделяется углерод - именно этим и объясняется упрочнение стали. Не мудрено, что сталью Гадфильда очень заинтересовались фирмы, выпускающие сейфы и замки.

Свойством самоупрочняться обладает и марганцовистый чугун. Так, экскаваторы, на которых были установлены подшипники из этого чугуна, находились в эксплуатации без ремонта вдвое дольше, чем такие же машины с бронзовыми подшипниками.

В металлургии марганец широко применяют для раскисления и десульфурации стали. Как легирующий элемент он входит в состав пружинных сталей, сталей для нефте- и газопроводных труб, сталей с немагнитными свойствами. Впрочем, вряд ли нужно перечислять стали, содержащие марганец: в том или ином количестве элемент, открытый Ганом, присутствует буквально во всех сталях и чугунах. Не случайно ведь его называют вечным спутником железа. Да и в Периодической системе элементов они занимают соседние клетки № 25 и 26. (Вместе с железом марганец попадает даже... в зубы акулы, но об этом речь пойдет ниже).

После того, как в 1917 году русские ученые С.Ф. Жемчужный и В.К. Петрашевич обнаружили, что уже незначительные добавки меди (около 3,5%) придают марганцу пластичность, металлурги стали проявлять интерес и к марганцевым сплавам.

В современной технике применяют большое число манганинов - сплавов марганца, меди и никеля, обладающих высоким электрическим сопротивлением, практически не зависящим от температуры. На способности манганина изменять сопротивление в зависимости от давления, которое испытывает сплав, основан принцип действия электрических манометров. В тех случаях, когда нужно измерить давление, например, в несколько десятков тысяч атмосфер, воспользоваться обычным манометром не удается: жидкость или газ под таким напором вырываются сквозь стенки манометрической трубки, как бы прочна она ни была. Электрический же манометр успешно справляется с этой задачей: измеряя электросопротивление манганина, находящегося под определяемым давлением, можно по известной зависимости вычислить давление с любой степенью точности.

Манганины обладают еще одним ценным свойством - демпфированием, т.е. способностью поглощать энергию колебаний. Если бы какому-нибудь чудаку пришла мысль отлить из манганина колокол, то с его помощью вряд ли удалось бы собрать вече: вместо набатного звона манганиновый колокол издавал бы лишь короткие глухие звуки.

Но если для колокола молчание - явный недостаток, то для железнодорожных или трамвайных колес, рельсовых стыков и многих других звучащих деталей умение "держать язык за зубами", не создавая никому не нужный грохот, - очевидное достоинство. В кузнечных, штамповочных металлообрабатывающих цехах с помощью "немых" сплавов можно значительно уменьшить вредные производственные шумы. Наибольшей способностью не поднимать шум отличаются сплавы, содержащие 70% марганца и 30% меди. Некоторые из них по прочности не уступают стали.

Интересно, что марганцовистая бронза - сплав марганца с медью - может намагничиваться, хотя ни тот, ни другой компонент в отдельности не проявляют магнитных свойств.

В последние годы широкую известность приобрели сплавы с "памятью" (о самом известном из них - нитиноле - рассказано в очерке "Медный дьявол"). Число таких сплавов с каждым годом растет. Ученые разработали, например, сплав на основе марганца (с добавкой меди), который по способности помнить свою прежнюю форму не уступает знаменитому нитинолу. Сплав прост в изготовлении, легко подвергается обработке и несомненно найдет немало интересных областей применения.

 Марганец входит в состав разработанного польскими учеными другого любопытного сплава: в зависимости от напряжения электрического тока он может проявлять либо магнитные, либо полупроводниковые свойства. Для такого "двуликого" сплава найдется разнообразная работа во многих электронных устройствах и приборах.

Марганцевые сплавы успели уже побывать в космосе: в ходе технологического эксперимента "Реакция", выполненного в 1976 году на борту орбитальной станции "Салют-5", марганец-никелевый припой был расплавлен и с его помощью космонавты Борис Волынов и Виталий Жолобов соединили пайкой трубчатые образцы из нержавеющей стали. Проведенные затем на Земле испытания показали, что качество пайки отличное: стык успешно выдержал давление около 500 атмосфер. Эксперимент имеет важное практическое значение, поскольку пайка трубчатых деталей считается одним из перспективных методов монтажно-сборочных работ, которые понадобится выполнять в космическом пространстве в недалеком будущем.

Конструкторы автомобилей всегда стремились сделать двигатель мощным, а расход бензина минимальным. Чтобы решить сразу две эти задачи, нужно повысить степень сжатия в цилиндрах, но при этом часто возникала детонация и двигатель быстро выходил из строя. На помощь пришлось призвать антидетонаторы - специальные добавки к топливу, с ролью которых успешно справлялись соединения свинца. Но их токсичность стала уже притчей во языцех. Хочешь не хочешь, нужно было искать им замену. Многолетние поиски новых антидетонаторов привели ученых к элементоорганическим соединениям марганца. Оказалось, что эти безвредные вещества с "простыми" названиями (например, трибутилолово-циклопентадиенил-грикарбонилмарганец) по антидетонирующим свойствам ничуть не уступают своим свинцовым предшественникам.

При получении сверхчистого азота долгое время приходилось в качестве катализатора применять такие дорогие металлы, как платина и палладий. В Институте неорганической химии и электрохимии Грузинской Академии наук разработан способ, при котором роль катализатора с успехом выполняет марганец. На Руставском заводе синтетического волокна уже создана промышленная установка для получения из воздуха совершенно "стерильного" азота, который необходим для производства капрона.

С одним из соединений марганца - перманганатом калия, или, попросту говоря, "марганцовкой", - мы познакомились еще в детстве: в качестве дезинфицирующего средства оно служит для промывания ран, полоскания, смазывания ожогов. В химических лабораториях это соединение широко применяют при количественном анализе - перманганатометрии.

Подобно многим элементам, марганец совершенно необходим для нормального развития животных и растительных организмов. Обычно содержание в них марганца не превышает нескольких тысячных долей процента, однако некоторые представители флоры и фауны проявляют к этому элементу повышенный интерес. В организме рыжих муравьев, например, содержится до 0,05% марганца. Еще богаче им ржавчинные грибы, морская трава, водяной орех. В некоторых же видах бактерий содержание марганца доходит до нескольких процентов. В крови человека присутствует 0,002-0,003% марганца. Суточная потребность в нем нашего организма составляет 3-8 миллиграммов. Когда из рациона подопытных мышей практически исключили марганец, бедняги потеряли способность к размножению, но стойло добавить в пищу хлорид этого элемента, как мыши вновь обрели возможность обзаводиться потомством.

На побережье японских островов есть немало плантаций, где выращивается искусственный жемчуг. Как установили ученые, цвет его зависит от химического состава воды, в которой обитают раковины. Особенно высоко ценятся жемчужины с розоватым оттенком. Чтобы продукция, "выпускаемая" моллюсками, имела именно такой цвет, нужно лишь повысить содержание в воде марганца. Добавка других элементов позволяет выращивать жемчужины на любой вкус: голубые, зеленые, оранжевые, лиловые.

Поскольку речь зашла о растениях и животных, пора вспомнить и о рыбах - точнее, о той самой акуле, о которой уже говорилось выше. Ученые подвергли исследованию зуб этого морского хищника, пролежавший на дне океана несколько тысяч лет. И оказалось: зуб хорошо сохранился, но весь оброс соединениями железа и марганца. Откуда же они взялись?

Еще в прошлом веке, а точнее в 1876 году, британский трехмачтовый парусник "Челленджер", в течение трех лет бороздивший с научными целями моря и океаны, среди прочей добычи привез в Англию загадочные шишковидные образования темного цвета, поднятые с различных участков морского дна. Поскольку главной составной частью шишек был марганец, их стали называть марганцевыми почками, или, выражаясь научно, железо-марганцевыми конкрециями. Последующие экспедиции показали, что громадные скопления марганцевых почек покоятся во многих местах океанского дна. Однако до середины XX века никто не проявлял к ним особого интереса. И лишь в последние годы в связи с относительным дефицитом марганцевой руды подводные богатства приковали к себе внимание ученых. Районы залегания конкреций были тщательно изучены - результаты оказались ошеломляющими. По предварительным (и, можно смело добавить, скромным) подсчетам, только в Тихом океане скопились сотни миллиардов (!) тонн прекрасной железо-марганцевой руды. Именно руды: ведь содержание марганца в ней доходит до 50%, а железа - до 27%. (Концентраты некоторых конкреций содержат 98% диоксида марганца и могут быть использованы без дальнейшей переработки, например, в производстве электрических батарей).

Не меньшими богатствами располагает Атлантический океан. А не так давно экспедицией советских ученых на "Витязе" железо-марганцевые конкреции обнаружены и на дне Индийского океана. Расчеты показывают, что и этот океан не беднее своих "коллег".

Как полагают океанологи, конкреции возникли в результате концентрации минеральных веществ из водных растворов вокруг какого-либо тела. Некоторые ученые считают, что здесь дело не обошлось без участия морских бактерий - "микрообогатителей". Ленинградские биологи обнаружили не известные ранее виды так называемых металлогенических бактерий, способных извлекать из воды и концентрировать марганец. В лабораторных условиях "подводные металлурги" проявили завидную работоспособность: за две-три недели они создавали марганцевые конкреции величиной со спичечную головку. Если учесть, что сами эти труженики едва различимы под микроскопом, то такую производительность нельзя не признать высокой.

Весьма неожиданные результаты получили сотрудники университета на Гавайских островах, занимавшиеся разведением мальков в прибрежных водах. Чтобы обеспечить своих подопечных жильем, они создали искусственные рифы, затопив недалеко от берега несколько сот старых автомобилей. Каково же было удивление ихтиологов, когда через полгода они обследовали свой рыбный лагерь: оказалось, что все автомобили буквально обросли гирляндами из комков отборной марганцевой руды. Уж не заняться ли ученым выращиванием марганца из морской воды?

Но вернемся к нашим конкрециям. Своей формой они напоминают клубеньки картофеля. Цвет их, от коричневого до черного, зависит от того, что в них преобладает - железо или марганец. При большом содержании марганца их окраска становится совершенно черной.

Обычно размеры конкреций колеблются от долей миллиметра до 10-15 сантиметров. Однако порой встречаются образования значительно больших размеров. В музее Скриппсовского океанографического института (США) хранится конкреция массой 57 килограмме, найденная в районе Гавайских островов. Еще крупнее оказалась конкреция, случайно запутавшаяся петлях подводного телеграфного кабеля при подъеме его на ремонт - она весила 136 килограммов. К сожалению, этому уникальному образцу не суждено было стать музейным экспонатом: после изучения и зарисовки он был по недоразумению выброшен за борт. Однако все рекорды побила полутораметровая железо-марганцевая конкреция, поднятая на борт "Витязя" в Тихом океане: глыба весила почти тонну.

Эксперименты по разработке технологии извлечения железа и марганца из конкреций уже принесли первые результаты. Ряду ученых, внесших весомый вклад в освоение Мирового океана, вручена необычная памятная медаль: материалом для нее послужил металл, выплавленный из конкреций, которые были подняты с океанского дна на глубине около пяти километров.

Проблемой разработки океанских складов всерьез заинтересовались многие страны. Уже сейчас создаются специальные подводные лодки, тракторы-амфибии, экскаваторы на поплавках и другое оборудование для добычи сокровищ с океанского дна. Океано-рудная промышленность будет иметь неоспоримое преимущество перед горнорудной: не нужно прокладывать дороги и коммуникации, как на суше. Суда доставят людей и оборудование в любую точку океана и смогут транспортировать добытые полезные ископаемые по какому угодно нужному маршруту. Голландские конструкторы, например, разработали проект подводного гусеничного экскаватора-автомата, предназначенного для добычи на морском дне марганцевых и других руд, причем этот автоматический горняк способен трудиться на глубине до 5 километров. Все его механизмы будут приводиться в действие электричеством. В роли машиниста предполагается использовать телевизионную камеру, которая позволит оператору, находящемуся на борту океанского рудовоза, добывать из пучины полезные ископаемые. Спиральный ротор экскаватора будет захватывать порцию руды и направлять ее в корпус машины.

Комплексные научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы, направленные на освоение подводных богатств, проводятся и в нашей стране. В 1983 году со стапелей Черноморского судостроительного завода в городе Николаеве сошло судно нового типа, названное "Морским геологом". Судно, представляющее собой большую плавучую лабораторию, будет вести поиск железо-марганцевых конкреций. "Морской геолог" сможет брать пробы подводного грунта практически на любой глубине.

Сотни экспедиций выходят ежегодно в океаны и моря, покрывающие свыше 70% поверхности Земли. Не за горами то время, когда начнется промышленное освоение ресурсов Мирового океана, а пока геологи и горняки заняты разработкой земных недр.

По содержанию в земной коре марганец уступает немногим химическим элементам. Геологи определили, что почти все его месторождения имеют примерно одинаковый возраст. По мнению ряда ученых, это свидетельствует о космическом происхождении марганцевых скоплений. Выдвинута гипотеза, что около двух миллиардов лет назад на поверхность Земли выпала богатая марганцем метеоритная пыль, которая образовала месторождения этого элемента на суше и на дне морей и океанов.

Марганцевые руды встречаются во многих странах, но ни одна из них не может конкурировать по запасам марганца с Советским Союзом. В нашей стране расположено одно из крупнейших в мире месторождений - Чиатурское. Характерный факт: воды протекающей в этих краях небольшой речки Квирилы - притока Риони - ежегодно несут к Черному морю свыше ста тысяч тонн марганца.

Промышленная добыча чиатурских руд началась в конце 70-х годов прошлого века. Несколько позднее в России стало давать марганец еще одно крупное месторождение - в районе Никополя. Как это ни странно, но царская Россия "не нуждалась в этом металле: так, практически вся добытая в 1913 году марганцевая руда оказалась за границей. В годы Великой Отечественной войны были вовлечены в эксплуатацию месторождения марганца на Урале, в Казахстане, Сибири. В наши дни Советский Союз по добыче этой ценной руды прочно занимает ведущее место в мире.

Основной потребитель марганцевой руды - ферросплавные заводы. Здесь в результате различных технологических процессов получают сплавы марганца (с железом, кремнием) или металл в чистом виде. Дальше путь марганца лежит в сталеплавильный цех.

 

ЖЕЛЕЗО ВЕЛИКИЙ ТРУЖЕНИК

Грозит ли железный голод? — Любовь требует жертв. — Ешьте опилки. — В золотой оправе. – Затруднения фараона. — На черный день. — Растут ли гвозди на деревьях? – Хрустальная мечта туземцев. – Пир царя Соломона. — Водяной предлагает выкуп. — "Небесный камень". – С фактами не поспоришь. — Африканский исполин. — Воронка в Аризонской пустыне. — Бронзовый век сдает полномочия. — Задолго до питекантропов? — "Волшебная" палочка. — Почему плясали стрелки? — Безрезультатные поиски. — Демидов высылает погоню. — Чудо-корабль. — Эйфель и скептики. — Храм Солнца. — Загадай желание. — "Кожаная" сталь. — Не вините железо. — Пора ли на пенсию? — Лунная сталь. — Как ни в чем не бывало. — Атомиум в Брюсселе.

В 1910 году в Стокгольме проходил Международный геологический конгресс. Одной из важнейших проблем, стоявших перед учеными, была проблема борьбы с железным голодом. Специальная комиссия, которой надлежало подсчитать мировые запасы железа, представила конгрессу баланс земных запасов этого металла. По заключению крупных специалистов, полное истощение железорудных месторождений должно было наступить через 60 лет, т.е. к 1970 году.

К счастью, ученые мужи оказались плохими оракулами, и сегодня перед человечеством не стоит необходимость ограничивать себя в потреблении железа. Ну, а что случилось бы, если бы их пророчество сбылось и железные руды иссякли? Что произошло бы, если бы вообще железо исчезло и на нашей планете не осталось ни единого грамма этого элемента?

"...На улицах стоял бы ужас разрушения: ни рельсов, ни вагонов, ни паровозов, ни автомобилей... не оказалось бы, даже камни мостовой превратились бы в глинистую труху, а растения начали бы чахнуть и гибнуть без живительного металла.

Разрушение ураганом прошло бы по всей Земле, и гибель человечества сделалась бы неминуемой.

Впрочем - человек не дожил бы до этого момента, ибо, лишившись трех граммов железа в своем теле и в крови, он бы прекратил свое существование раньше, чем развернулись бы нарисованные события. Потерять все железо - пять тысячных процента своего веса - было бы для него смертью!"

Что и говорить, "веселенькую" картину нарисовал замечательный советский минералог академик А.Е. Ферсман, желая показать ту громадную роль, которую играет в нашей жизни железо. Не будь его, на Земле не смогло бы существовать ничто живое: ведь этот химический элемент входит в кровь всех представителей животного мира нашей планеты. Двухвалентное железо содержится в гемоглобине - веществе, обеспечивающем кислородом ткани живых организмов. Именно железу кровь обязана своим красным цветом.

Впервые железо в крови человека ученые обнаружили в прошлом веке. Рассказывают, что один влюбленный студент-химик, узнав об этом, решил подарить избраннице своего сердца кольцо, сделанное из железа собственной крови. Периодически выпуская кровь, юноша получал соединение, из которого затем химическим путем он выделял железо. Бедняга погиб от малокровия, так и не собрав железа, нужного для изготовления кольца: ведь общее количество этого элемента в крови человека - всего несколько граммов.

При недостатке железа человек начинает быстро утомляться, возникают головные боли, появляется плохое настроение. Еще в старину были известны рецепты различных "железных" лекарств. В 1783 году "Экономический журнал" писал: "В некоторых случаях и самое железо составляет весьма хорошее лекарство, и принимаются с пользой наимельчайшие оного опилки, либо просто, либо обсахаренные". В той же статье рекомендуются и другие лекарства: "железный снег", "железная вода", "стальное вино" ("виноградное кислое вино, как, например, рейнвейн, настоять с железными опилками, то получится железное или стальное вино и вкупе весьма хорошее лекарство").

Разумеется, во второй половине XX века больным не приходится глотать железные опилки, но многочисленные соединения железа широко используют и в современной медицине. Богаты железом и некоторые минеральные воды. История рассказывает о том, как был открыт первый в России источник железистых вод. В 1714 году рабочий Кончезерского медеплавильного завода в Карелии Иван Ребоев, "болевший сердечной болью и едва волочивший ноги", увидел однажды на железистом болоте неподалеку от Ладожского озера источник и стал пить из него воду. "Пил три дня кряду и исцелился". Об этом стало известно Петру I, и вскоре по его указанию были обнародованы "Объявления о Марциальных водах, на Олонце", названных так в честь Марса - бога войны и железа. Царь вместе с семьей не раз приезжал в эти края и пил целительную воду.

В таблице элементов Менделеева трудно найти другой металл, с которым была бы так неразрывно связана история цивилизации. В древности у некоторых народов железо ценилось дороже золота. Лишь представители знати могли украшать себя изделиями из железа, причем нередко в золотой оправе. В Древнем Риме из железа изготовляли даже обручальные кольца. Гомер повествует в "Илиаде" о том, как герой Троянской войны Ахилл наградил диском из железной крицы победителя в соревнованиях дискоболов. В египетских гробницах, наряду с другими ценностями, было найдено ожерелье, в котором железные бусы чередовались с золотыми.

Дошедшие до нас документы рассказывают, что один из египетских фараонов обратился к царю хеттов, славившихся в середине второго тысячелетия до н.э. успехами своих железодельцев, с просьбой прислать ему железо в обмен на любое количество золота. По словам фараона, у него имелось столько золота, сколько песка в пустыне. А вот с железом он явно испытывал серьезные затруднения. При раскопках в Ниневии - столице древней Ассирии, во дворце могущественного царя Саргона II, правившего в конце VIII века до н.э., археологи обнаружили настоящий железный клад: в особой комнате хранилось около 200 тонн различных изделий из железа (шлемов, пил, кузнечных орудий и т.п.) и необработанные крицы этого металла, которые запасливый царь, должно быть, припрятал на черный день.

По мере развития металлургии этот металл становился доступнее и нужнее. Тем не менее еще сравнительно недавно многие отсталые народы не имели о железе ни малейшего представления.

Дневники известного английского мореплавателя XVIII века Джеймса Кука содержат немало забавных историй, главными действующими лицами которых были жители тихоокеанских островов. Как-то раз Кук преподнес им в качестве подарка горсть железных гвоздей. Видимо, прежде туземцам не приходилось пользоваться этими странными металлическими предметами и поэтому они с явным недоумением вертели их в руках. Попытки объяснить островитянам назначение гвоздей ни к чему не привели.

Помог верховный жрец, считавшийся, должно быть, крупным специалистом по любым вопросам. С важным видом он изрек несколько мудрых мыслей, и его соплеменники тут же начали закапывать гвозди в землю. Теперь пришел черед удивляться гостям. Видя их замешательство, туземцы знаками разъяснили белокожим пришельцам, что из посаженных в землю железных палочек вскоре вырастут деревья, которые, подобно банану, будут увешаны связками гвоздей. Собрав богатый урожай металлических "плодов", племя с их помощью сможет победить всех своих врагов.

Но многие обитатели Полинезийских островов уже успели к тому времени по достоинству оценить железо: "...Ничто так не манило к себе посетителей наших судов, как этот металл; железо всегда было для них самым желанным, самым драгоценным товаром", - вспоминал впоследствии Кук. Однажды его матросам удалось за ржавый гвоздь получить целую свинью. В другой раз за несколько старых ненужных ножей островитяне дали матросам столько рыбы, что ее хватило на много дней для всей судовой команды.

Одной из самых почетных профессий во все времена считалась профессия кузнеца. Старинная легенда, насчитывающая около трех тысячелетий, повествует о таком событии.

Когда закончилось строительство Иерусалимского храма, царь Соломон устроил пиршество, на которое пригласил и мастеровых, принимавших участие в грандиозной стройке. Собравшиеся гости приготовились было отведать угощения, как вдруг царь спросил:

- Ну, а кто же из строителей самый главный? Кто внес самый большой вклад в создание этого чудо-храма?

Поднялся каменщик:

- Разумеется, храм - это наших рук дело, и двух мнений тут быть не может. Мы, каменщики, выложили его кирпич к кирпичу. Взгляните, какие прочные стены, арки, своды. Века простоит он во славу царя Соломона.

- Спору нет, основа храма каменная, - вмешался плотник, - но судите сами, дорогие гости, хорош был бы этот храм, если бы я и мои коллеги не потрудились в поте лица. Приятно было бы смотреть на голые стены, не отделай мы их красным деревом да ливанским кедром? А наш паркет из лучших пород самшита - как радует он взор? Мы, плотники, по праву можем считать себя подлинными творцами этого сказочного дворца.

- Смотрите в корень, - прервал его землекоп, - хотел бы я знать, как эти хвастуны (он кивнул в сторону каменщика и плотника) возвели бы храм, если бы мы не вырыли котлован для его фундамента. Да ваши стены вместе с отделкой рассыпались бы от первого порыва ветра, как карточный домик!

Но царь Соломон недаром был прозван мудрым. Подозвав к себе каменщика, он спросил:

- Кто делал твой инструмент?

- Конечно, кузнец, - ответил удивленный каменщик.

- Ну, а твой? - обратился царь к плотнику.

- Кто же, как не кузнец, - не раздумывая, сказал тот.

- А твои лопату и кирку? - поинтересовался Соломон у землекопа.

- Ты же знаешь, царь, что их мог сделать только кузнец, - был ответ.

Тогда царь Соломон встал, подошел к скромному закопченному человеку - это и был кузнец. Царь вывел его на середину зала.

- Вот кто главный строитель храма, - воскликнул мудрейший из царей. С этими словами он усадил кузнеца рядом с собой на парчовые подушки и поднес ему чарку доброго вина.

Такова легенда. Мы не можем ручаться за достоверность описанных событий, но, как бы то ни было, в легенде отразилось то большое уважение, которым всегда пользовались в обществе люди, добывающие и обрабатывающие железо, и то огромное значение, которое человек издревле придавал этому металлу.

С восточной легендой созвучно старинное австрийское предание о Рудной горе в Штирии, где уже много столетий добывается богатая железная руда. Когда-то в сети к рыбакам, ловившим рыбу в здешнем озере, попался водяной. За свое освобождение он пообещал солидный выкуп: золота - на один год, серебра - на десять лет или железа - на вечные времена. Местные жители без колебаний выбрали железо.

Первое железо, попавшее еще в глубокой древности в руки человека, было, по-видимому, не земного, а космического происхождения: железо входило в состав метеоритов, падавших на нашу планету. Не случайно на некоторых древних языках железо именуется "небесным камнем". В то же время даже многие ученые еще в конце XVIII века не допускали и мысли о том, что вселенная может "снабжать" Землю железом. В 1751 году вблизи немецкого города Ваграма упал метеорит. Спустя сорок лет один из венских профессоров писал об этом событии: "Можно себе представить, что в 1751 году даже самые просвещенные люди в Германии могли поверить в падение куска железа с неба, - насколько слабы были тогда их познания в естественных науках... Но в наше время непростительно считать возможным подобные сказки".

Такой же точки зрения придерживался и известный французский химик Лавуазье, который в 1772 году соглашался с мнением ряда своих коллег, что "падение камней с неба физически невозможно". В 1790 году французская Академия наук даже приняла специальное решение: впредь вообще не рассматривать сообщений о падении камней на Землю, поскольку ученым мужам была совершенно очевидна нелепость россказней о небесных пришельцах. Но ничего не подозревавшие о грозном решении французских академиков метеориты продолжали частенько посещать нашу планету и тем самым смущать покой светил науки. Фактов, подтверждающих это, накапливалось все больше и больше, а факты, как известно, вещь упрямая, и в 1803 году французская Академия наук (ничего не попишешь!) вынуждена была признать "небесные камни" - отныне им разрешалось падать на Землю.

На поверхность земного шара ежегодно выпадают тысячи и тысячи тонн метеоритного вещества, содержащего до 90% железа. Самый крупный железный метеорит найден в 1920 году в юго-западной части Африки. Это метеорит "Гоба", весящий около 60 тонн. В 1895 году известный американский полярный исследователь Роберт Пири нашел во льдах Гренландии железный метеорит массой 34 тонны. С колоссальными трудностями находка была доставлена в Нью-Йорк, где и хранится до сих пор.


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.