Рассказы о металлах (fb2)

- Рассказы о металлах 14.79 Мб, 346с.  (читать) (читать постранично) (скачать fb2) (скачать исправленную) - Сергей Иосифович Венецкий

Настройки текста:



Рассказы о металлах

К ЧИТАТЕЛЮ

С тех пор как каменный век сдал свои полномочия эпохе меди, металлы верно служат человеку, помогая ему строить и созидать, покорять стихию, овладевать тайнами природы, создавать замечательные машины и механизмы.

Огромную роль металлов в нашей жизни подчеркивал еще Георг Агрикола — немецкий мыслитель XVI века, автор многих работ по металлургии. В своем труде "О горном деле и металлургии" он писал: "Человек не может обойтись без металлов…, если бы не было металлов, люди влачили бы самую омерзительную и жалкую жизнь среди диких зверей. Они вернулись бы к желудям и лесным яблокам и грушам, питались бы травами и кореньями, когтями выгребали бы себе логовища, чтобы лежать в них ночью, а днем бродили бы там и сям по лесам и полям, подобно зверям. Поскольку же такой образ жизни совершенно недостоин человеческого разума, самого лучшего дара природы, неужели кто-либо окажется столь глуп и упрям, чтобы не согласиться, что металлы необходимы для пропитания и одежды и что они вообще служат для поддержания человеческой жизни?"

Столь же высоко оценивал значение металлов для развития человеческого общества наш великий соотечественник М.В. Ломоносов: "Металлы подают укрепление и красоту важнейшим вещам, в обществе потребным…, — писал он в "Слове о пользе химии". — Ими защищаемся от нападения неприятеля, ими утверждаются корабли и силою их связаны, между бурными вихрями в морской пучине плавают. Металлы отверзают недро земное к плодородию; металлы служат нам в ловлении земных и морских животных для пропитания нашего… И кратко сказать, ни едино художество, ни едино ремесло простое употребление металлов миновать не может".

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

Удивительны и разнообразны свойства металлов. Ртуть, например, не замерзает даже при тридцатиградусном морозе, а вольфрам не боится самых жарких объятий пламени. Серебро и медь охотно проводят электрический ток, а у титана явно не лежит душа к этому занятию. Литий вдвое легче воды и при всем желании не сможет утонуть, а осмий — чемпион среди металлов-тяжеловесов — камнем пойдет ко дну, поскольку его плотность в двадцать с лишним раз выше, чем у воды. Алюминием богата наша планета, а франций настолько редок, что его содержание в земной коре измеряется буквально граммами.

Трудно даже представить, что произошло бы с окружающим нас миром, если бы вдруг исчезли металлы. Не будь железа — мы лишились бы автомобилей и поездов, стальных мостов и рельсов, станков и железобетонных конструкций; без алюминия немыслимы сегодня авиация и строительство; пропадет медь — и резко сократится ассортимент электротехнической продукции; не окажись вольфрама — погаснут миллиарды электрических лампочек; без хрома и никеля покроется ржавчиной нержавеющая сталь…

Думаю, нет нужды рисовать и дальше эту грустную картину: ведь почти у каждого металла есть свои немалые "персональные заслуги" перед современной техникой. К счастью, все эти лишения нам не грозят. Более того, можно с уверенностью утверждать, что с каждым годом будут постоянно расширяться масштабы производства и потребления практически всех промышленных металлов, ученые создадут множество новых металлических материалов, да и "старые" металлы и сплавы раскроют нам неожиданные грани своих способностей. Кто знает, например, какие свойства продемонстрируют нам уже в ближайшие годы разнообразные металлические "стекла" — металлы, затвердевшие в аморфном состоянии? Поистине уникальную способность "помнить" свою первоначальную форму проявил чудо-сплав нитинол и ряд других аналогичных сплавов. Безграничны перспективы композиционных материалов, важными компонентами которых являются металлы, сплавы, химические соединения металлов. Словом, можно не сомневаться, что в обозримом будущем металлы сохранят свои главенствующие позиции, останутся основой нашей материальной культуры.

О судьбах важнейших металлов рассказывает эта книга, которую я с удовольствием представляю читателям. Убежден, что она заинтересует не только подростков, открывающих для себя мир науки, но и всех тех, кто, давно расставшись со школьной или студенческой скамьей, не утратил свойственную молодости любознательность и пользуется каждой возможностью расширить свой кругозор.

Академик А.Ф. Белов


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. — Вводе не тонет. — Ни мороз не страшен, ни жара. — Вглубь 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 °C), 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 °C 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 °C. 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 в 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 в4 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.


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[1]. "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 трех-валентности 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 °C). 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 выполнять 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 °C), 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.


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 °C, но в обычных условиях расплавить магний довольно трудно: нагретый на воздухе до 560 °C, 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 (более 2,3 %): 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 иод), 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 атом 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 °C) сменяется ночной "прохладой" (до —120 °C). Испытания прошли успешно, а вскоре столь же успешно завершился и полет автоматической станции: лунный грунт был доставлен на Землю.


«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[2]. 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.

яИ 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 °C, 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 °C, 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 транспортными 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.


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 °C, а при добавке легирующих элементов — до 650 °C), в то время как прочность большинства алюминиевых сплавов резко падает уже при 300 °C.

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 иодидный 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…


«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 ванадиевой4стали. 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 Лонг-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.


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. — СВ.) 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 °C 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 °C!



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 °C; 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, а 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 °C. 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".


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 экциклопедическом 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 железнодородных 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-трикарбонилмарганец) 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 место; рдения 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.


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.

Но истории известны случаи, когда размеры космических странников, повстречавших на своем пути Землю, оказывались неизмеримо больше. В конце прошлого века в Аризонской пустыне была обнаружена громадная воронка диаметром 1200 метров и глубиной 175 метров. Ее образовал гигантский железный метеорит, упавший здесь в доисторические времена. Американцы проявляли к метеориту большой интерес, который к тому же еще подогревался слухами будто бы в осколках метеорита найдены алмазы и платина. Было даже создано акционерное общество по использованию метеорита в промышленных целях. Однако поживиться на небесном подарке оказалось нелегко: бур сломался, как только дошел до основной массы метеорита, лежащей на глубине 420 метров, и метеоритные бизнесмены, не найдя в образцах пробуренной породы ничего особо интересного, свернули свои работы. По мнению ученых, Аризонский метеорит весил несколько десятков тысяч тонн. Возможно, когда-нибудь металлурги вновь заинтересуются им.

Метеоритное железо сравнительно легко подвергалось обработке, и человек начал изготовлять из него простейшие орудия. Но, увы, метеориты не падали по заказу, а нужда в железе была постоянной, поэтому люди стремились научиться извлекать его из руд. И вот настало время, когда человек уже мог использовать не только небесное железо, но и свое, земное. На смену бронзовому веку пришел век железный.

Произошло это примерно три тысячелетия назад. Впрочем историки сталкиваются иногда с упоминанием об удивительных фактах, которые, если только они достоверны, говорят о том, что у нашей цивилизации возможно были предшественницы, достигшие высокого уровня материальной культуры и знавшие железо. В литературе, например, встречается сообщение, что якобы в XVI веке испанцы, ступившие на земли Южной Америки, нашли в серебряных рудниках Перу железный гвоздь длиной около 18 сантиметров. Находка вряд ли вызвала бы интерес, если бы не одно обстоятельство: большая часть гвоздя была плотно замурована в куске каменной породы, а это могла сделать только сама природа, и, значит, он пролежал в недрах земли много десятков тысячелетий. Одно время этот загадочный гвоздь будто бы хранился в кабинете вице-короля Перу Франциско де Толедо, который обычно показывал его своим гостям.

Известны упоминания и о других подобных находках. Так, в Австралии, в угольных пластах, относящихся к третичному периоду, якобы был обнаружен железный метеорит со следами обработки. Но кто же мог обрабатывать его в третичном периоде, который удален от нашего времени на десятки миллионов лет? Ведь даже такие древние ископаемые предки человека, как питекантропы, жили гораздо позже — всего каких-нибудь 500 тысяч лет назад.



Где они сейчас, эти гвоздь и метеорит? Ведь современные методы анализа материалов позволили бы хоть в какой-то степени пролить свет на их природу и возраст, а следовательно, раскрыть их тайну. К сожалению, этого никто не знает. Да и были ли они на самом деле?

Железо — один из наиболее распространенных элементов: земная кора содержит около 5 % железа. Однако лишь примерно сороковая часть запасов этого металла сконцентрирована в виде месторождений, пригодных для разработки. Основные рудные минералы железа — магнетит, гематит, бурый железняк, сидерит. Магнетит содержит до 72 % железа и, как показывает его название, обладает магнитными свойствами. Гематит, или красный железняк, содержит до 70 % железа; название минерала происходит от греческого слова "гема" — кровь. Само же слово "железо" произошло, как полагают одни ученые, от санскритского слова "джальжа" — металл, руда. Другие считают, что в основе русского названия элемента лежит санскритский корень "жель", означающий "блестеть", "пылать".

Любопытна техника отыскания железных руд в древности. Для этой цели применяли "волшебную" лозу — легкий ореховый прут с развилкой на конце. Рудоискатель брал лозу за рожки, сжимал руки в кулаки и пускался в путь. При этом требовалось строжайше соблюдать поисковую "технологическую инструкцию", которая гарантировала успешные поиски лишь в том случае, если пальцы древнего геолога все время были обращены к небу. По-видимому, все неудачи тогдашних рудоискателей (а неудач, к сожалению, было гораздо больше, чем удач) и объяснялись нарушением "технологии" поиска. Если же были соблюдены все необходимые условия, то в тот момент, когда ищущий наступал на железную жилу, лоза должна была тут же опуститься, указывая, где находится руда.

Уже в те времена многие понимали, сколь примитивны подобные способы. Известный немецкий ученый XVI века Георг Агрикола писал: "Настоящий горняк, в котором мы хотим видеть основательного и серьезного человека, не станет пользоваться волшебной палочкой, ибо мало-мальски сведущий в природе вещей и рассудительный человек понимает, что эта вилка ему в этом деле никакой пользы не принесет, но что он имеет в своем распоряжении естественные признаки руды, которыми он и должен руководствоваться". Однако еще много лет спустя поиски руды, например, на Урале, нередко велись при помощи лозы.

В наши дни геологи вооружены более совершенными приборами, с помощью которых они прощупали всю нашу планету вдоль и поперек. Казалось бы, на ней уже не осталось геологических "белых пятен". И все же природа нет-нет да и дарит людям новые месторождения железа и других полезных ископаемых.

В Бразилии, например, есть горный массив Каражас. Еще недавно эти края, представляющие собой труднопроходимые заросли тропических лесов, не привлекали особого внимания. Но вот однажды здесь пролетал небольшой самолет, прижимаемый к земле плотными низкими облаками. Внезапно в работе мотора появились перебои и пилот решил совершить посадку на одной из прогалин в зеленом лесном ковре. Самолет пошел на снижение, как вдруг стрелки магнитных приборов устроили лихой перепляс. Летчику удалось благополучно посадить машину. О случившемся стало известно геологам, и те вскоре раскрыли тайну "событий" на приборной доске. Оказалось, что недра Каражаса — гигантская кладовая железа, из-за которого стрелки авиаприборов и пришли в замешательство.

Но вернемся снова на несколько столетий назад. Московское государство начало испытывать большую нужду в железе еще в XVII веке. Царь Алексей Михайлович снаряжал экспедицию за экспедицией для поисков новых залежей железной руды. Рудоискатели должны были узнать, "где какая руда объявится", определить, "сколько ее чаять будет, и как лежит, и чаять ли ей быть прочной". Однако поиски оказались безрезультатными. В первые же годы своего царствования Петр I издал указ: "Искать всякому литому и кованому железу умножения… и стараться, чтобы русские люди тем мастерством были изучены, дабы то дело в Московском государстве было прочно". А для тех, кто пытался бы утаить найденные руды, предусматривались "жестокий гнев, неотложное телесное наказание и смертная казнь".



Вскоре с Урала поступило сообщение о том, что у горы Высокой найдены богатые залежи "магнитного камня": "…Среди горы пуповина чистого магнита, а кругом леса темные и горы каменные…" Присланные в Москву образцы руды получили высокую оценку специалистов, и царь приказал немедленно приступить к строительству металлургических заводов. Крупнейший из уральских заводов — Невьянский — Петр I в 1702 году передал тульскому кузнецу и железозаводчику Никите Демидовичу Антуфьеву (впоследствии принявшему фамилию Демидов), поставив перед ним задачу добиться того, чтобы Россия прекратила ввоз железа из-за границы. Завод должен был выпускать "пушки, мортиры, фузеи, шпаги, сабли, тесаки, палаши, копья, латы, шишаки, проволоки".

Никита Демидов, а позднее и его сын Акинфий много сделали для развития отечественной металлургии. Уральское железо высоко ценилось на международном рынке. "Демидовское железо "старый русский соболь" (На фирменном клейме демидовских заводов был изображен бегущий соболь), — писала в середине прошлого века английская газета "Морнинг пост", — …играет важную роль в истории нашей народной промышленности; оно впервые ввезено было в Великобританию для передела в сталь в начале XVIII столетия, когда сталеделательное производство наше едва начало развиваться. Демидовское железо много способствовало к основанию знаменитости шеффилдских изделий".

В 1735 году вогул Степан Чумпин нашел на Урале у горы, получившей вскоре название Благодать, крупный кусок магнитного железняка и показал его горному технику Ярцеву. Тот заинтересовался находкой, осмотрел месторождение и поспешил с докладом в Екатеринбург. Когда об этом узнал Акинфий Демидов, ставший к тому времени уже некоронованным королем Урала, он немедленно выслал вооруженную погоню, так как не хотел, чтобы вновь открытые огромные железорудные богатства стали достоянием казны, а не его собственностью. Ярцеву все же удалось уйти от погони. Горная канцелярия выдала первооткрывателям месторождения премию, но вскоре Чумпин при загадочных обстоятельствах был убит. Так Демидовы мстили тем, кто становился на их пути к сокровищам недр седого Урала.

Конец XVIII и начало XIX веков ознаменовались настоящим вторжением железа в технику: 1778 год — построен первый железный мост, 1788 год — вошел в строй первый водопровод, сделанный из железа, 1818 год — спущено на воду первое судно из железа. Вот что писал спустя полвека, в 1868 году, лондонский "Морской сборник": "В Гринкоке ремонтируется сейчас первый в мире железный корабль "Вулкан", построенный в 1818 году. 50 лет тому назад во время спуска его со стапеля народ собрался со всех окрестностей, чтобы посмотреть на чудо — действительно ли корабль, построенный из железа, в состоянии держаться на воде". Спустя четыре года, в 1822 году, между Лондоном и Парижем уже курсировал первый железный пароход. Крупным потребителем железа стали дороги, названные впоследствии железными. Первая такая дорога была введена в эксплуатацию в Англии в 1825 году.

В 1889 году в Париже было завершено строительство величественной башни, созданной из железа замечательным французским инженером Гюставом Эйфелем. Многие современники Эйфеля считали, что это ажурное 300-метровое сооружение окажется непрочным, ненадежным. Возражая скептикам, автор проекта утверждал, что его детище простоит не менее четверти века. Но вот прошло уже почти столетие, а Эйфелева башня, ставшая эмблемой Парижа, до сих пор привлекает многочисленных туристов. Правда, в начале нашего века некоторые зарубежные газеты сообщили, будто бы башня уже насквозь проржавела и может обрушиться. Но исследование состояния железных конструкций, проведенное французскими учеными и инженерами, показало, что это сообщение было обычной газетной "уткой": металл, покрытый плотным слоем краски, и не думал ржаветь.

И все же опасность ржавления, как дамоклов меч, висит над железными сооружениями и изделиями. Ржавчина, или коррозия, — страшный враг железа. Достаточно сказать, что лишь за то время, пока вы будете читать эту страницу книги, ржавчина уничтожит в мире тысячи тонн стали и чугуна — основных промышленных сплавов железа. Вот почему проблемой зашиты главного металла от коррозии люди заинтересовались еще в древности. В трудах греческого историка Геродота (V век до н. э.) встречается упоминание об оловянных покрытиях, предохраняющих железо от ржавчины. В Индии уже полтора тысячелетия существует общество по борьбе с коррозией. В XIII веке оно принимало участие в постройке в Конараке, на побережье Бенгальского залива, храма Солнца. Сооружение, веками подвергавшееся действию соленых ветров и морской влаги, уже превратилось в руины, но его железная арматура сохранилась в хорошем состоянии. Должно быть, еще в те далекие времена индийские мастера умели защищать металл от коррозии.

Об этом же свидетельствует и знаменитая железная колонна — одна из многочисленных достопримечательностей индийской столицы. Вот что писал в своей книге "Открытие Индии" Джавахарлал Неру: "Древняя Индия добилась, очевидно, больших успехов в обработке железа. Близ Дели высится огромная железная колонна, ставящая в тупик современных ученых, которые не могут определить способ ее изготовления, предохранивший железо от окисления и других атмосферных явлений".

Колонна была воздвигнута в 415 году в честь царя Чандрагупты II. Первоначально ее установили на востоке страны перед одним из храмов, а в 1050 году царь Ананг Пола перевез ее в Дели. По народному поверью, у того, кто прислонится к колонне спиной и сведет за ней руки, исполнится заветное желание. С давних времен стекались к ней толпы богомольцев, желавших получить свою толику счастья. Но стал ли кто-нибудь из них счастливым?… Весит колонна около 6,5 тонн. Ее высота более 7 метров, диаметр от 42 сантиметров у основания и до 30 сантиметров у верха. Изготовлена она почти из чистого железа (99,72 %), чем, видимо, и объясняется ее долголетие: любое другое, менее чистое железо, несомненно, превратилось бы за прошедшее века в ржавую труху.

Как же смогли древние металлурги изготовить эту чудесную колонну, перед которой бессильно время? Некоторые писатели-фантасты не исключают, что она создана на другой планете, а завез ее к нам экипаж космического звездолета, который захватил ее с собой либо в качестве вымпела, либо как дар жителям Земли. По другим версиям, колонна выкована из крупного железного метеорита. И все же, пожалуй, правы те ученые, которые объясняют этот факт высоким искусством древнеиндийских металлургов. Индия издавна славилась на весь мир своими стальными изделиями, и не случайно у персов бытовала поговорка "В Индию сталь возить", которая, по смыслу аналогична русской поговорке "Ехать в Тулу со своим самоваром".

Сегодня обычной нержавеющей сталью уже никого не удивишь. А вот недавно в США выдан патент на прозрачные листы из нержавеющей стали. Их изготовляют электрохимическим путем: при этом между отдельными кристаллами образуются мельчайшие поры, которые и делают сталь прозрачной.

В наши дни мастера огненных дел в совершенстве овладели выплавкой металла самого различного назначения. Каких только сталей не встретишь в сортаменте продукции современного металлургического завода! Нержавеющая и быстрорежущая, шарикоподшипниковая и пружинная, магнитная и немагнитная, жаропрочная и хладостойкая — да разве все стали перечислишь.

На одном из бельгийских металлургических заводов действует стан для прокатки стальной полосы с нанесением на ее поверхность различных узоров. Таким способом стальному листу можно придать вид дерева, кожи, ткани и других материалов. Лист с узорной поверхностью уже пришелся по вкусу автомобилестроителям, создателям бытовой техники, архитекторам.

Спрос на железо велик. Достаточно сказать, что уже к концу XIX века из каждых 100 килограммов металла, потребляемых в промышленности, сельском хозяйстве, быту, 95 приходилось на долю железа.

Строительство городов и прокладка новых стальных магистралей, спуск на воду океанских лайнеров и сооружение гигантских доменных печей, создание мощных синхрофазотронов и запуск космических кораблей — все это немыслимо без железа.

Но этот металл оказался не только созидателем — с ним связаны и многие кровавые страницы истории человечества. Миллиардами снарядов и бомб обрушился он на людей в годы первой и второй мировых войн. Железом разрушалось то, что веками человек создавал из железа при помощи железа.

Почти два тысячелетия назад древнеримский писатель и ученый Плиний Старший писал: "Железные рудокопи доставляют человеку превосходнейшее и зловреднейшее орудие. Ибо сим орудием прорезываем мы землю, сажаем кустарники, обрабатываем плодовитые сады и, обрезывая дикие лозы с виноградом, понуждаем их каждый год юнеть. Сим орудием выстраиваем домы, разбиваем камни и употребляем железо на все подобные надобности. Но тем же самым железом производим брани, битвы и грабежи и употребляем оное не только вблизи, но мещем окрыленное вдаль, то из бойниц, то из мощных рук, то в виде оперенных стрел. Самое порочнейшее, по мнению моему, ухищрение ума человеческого. Ибо, чтобы смерть скорее постигла человека, создали ее крылатою и железу придали перья. Того ради да будет вина приписана человеку, а не природе". Не будем и мы винить железо в грехах человеческих…

В последние десятилетия у железа появилось много соперников: алюминий, титан, ванадий, бериллий, цирконий и другие металлы ведут массированное наступление на позиции железа. Но и железо, несмотря на явно "пенсионный" возраст (более пяти тысяч лет), не собирается сходить со сцены. Академик А.Е. Ферсман писал: "Будущее за другими металлами, а железу будет отведено почетное место старого, заслуженного, но отслужившего свое время материала. Но до этого будущего еще далеко… Железо — пока основа металлургии, машиностроения, путей сообщения, судостроения, мостов, транспорта".

По мнению многих ученых, постепенное истощение земных недр рано или поздно приведет к необходимости начать разработку минеральных и рудных кладовых космоса. Академик СП. Королев говорил: "Человечество порой напоминает собой субъекта, который, чтобы натопить печь и обогреться, ломает стены собственного дома вместо того, чтобы съездить в лес и нарубить дров". Разумеется, добытая, например, на Луне и доставленная на нашу планету тонна железной руды, обойдется, скажем прямо, недешево. Но ведь и первая тонна нефти, добытая на новой буровой скважине, стоит огромных денег, зато тысячная тонна уже намного дешевле, а миллионная и подавно. Так же будет со временем снижаться и себестоимость космической железной руды. Кстати, а обязательно ли доставлять на Землю руду? Нельзя ли извлекать из нее железо непосредственно в космосе?

Разработано немало проектов получения лунного железа. По одному из них металл предполагается на Луне не плавить, а возгонять — переводить из твердого состояния в газообразное, а затем насыщать углеродом и конденсировать на холодной поверхности бесконечного транспортера. Оседая на нем, пары науглероженного железа будут превращаться в сталь, свойства которой благодаря глубочайшему вакууму, царящему на поверхности Луны, окажутся намного выше, чем у земной стали.

Американские специалисты создали опытную установку для извлечения железа из лунных пород. С помощью солнечных лучей, сконцентрированных параболическими зеркалами, лунный грунт будет расплавляться, а затем электролиз, энергию для которого дадут солнечные батареи, отделит металл от остальных компонентов расплава. По расчетам ученых, такая установка размером всего с письменный стол (в комплекте, правда, с огромными, как футбольное поле, панелями солнечных батарей) сможет ежесуточно производить примерно тонну железа.

Когда в 1970 году советская автоматическая станция "Луна-16" доставила на Землю образцы реголита — поверхностного лунного грунта. Академия наук СССР поручила ряду институтов тщательно и всесторонне исследовать драгоценные крупицы лунного вещества. Уже вскоре реголит доказал, что интерес к нему вполне оправдан: к удивлению ученых, он содержал мельчайшие частицы чистого железа, на котором не удалось обнаружить ни малейших следов окисления. Да, было тут чему удивляться: ведь на Земле железо повсюду ржавеет. Но самое удивительное заключалось в том, что и в земных условиях лунное железо не торопилось окисляться. Шли дни, недели, месяцы, а железо, прибывшее из космических далей, продолжало, подобно благородным металлам, сохранять свою первозданную чистоту.

Прошло несколько лет, но коррозия так и не смогла подобрать ключи к загадочному железу. Неприступными для кислорода оказались и железные частицы образцов, добытых за это время на поверхности нашего спутника автоматическими станциями "Луна-20" и "Луна-24", американскими пилотируемыми космическими кораблями "Аполлон". В чем же секрет столь поразительной коррозионной стойкости?

Чтобы дать ответ на этот вопрос, пришлось провести сотни скрупулезных экспериментов.

В земных лабораториях создавались условия, близкие к лунным, сложнейшая аппаратура снова и снова "прощупывала" космические пылинки. На помощь ученым пришел принципиально новый способ анализа — рентгеноэлектронная спектроскопия, позволившая дать подробную информацию о характере взаимодействия атомов в тончайшем поверхностном слое вещества, измеряемом сотыми и тысячными долями микрона.

Тайна лунного железа была раскрыта: "виновником" его колоссальной коррозионной стойкости, во много раз превосходящей стойкость создаваемых на Земле сталей и сплавов, оказался солнечный ветер — поток частиц (электронов, протонов), постоянно излучаемых Солнцем в межпланетное пространство. При бомбардировке Луны, не защищенной атмосферой, частицами солнечного ветра протоны "выхватывают" с поверхности лунного вещества кислород и уносят его в просторы Вселенной. А железо, освободившись от кислорода, обретает против него такой стойкий "иммунитет", что впредь не только на Луне не подвергается окислению, но и в земной атмосфере уверенно отражает атаки коррозии. Кстати, не только железо, испытав благотворное воздействие солнечного ветра, становится неуязвимым против коррозии: такие же способности обнаружены учеными у титана, алюминия и кремния.

Разгаданная тайна лунного грунта навела физиков и металлургов на мысль использовать открытое явление в "корыстных" целях: путем ионного обстрела металлических изделий создавать на их поверхности неподвластный окислению "панцирь" из ультрадисперсных частиц металла. В одной из лабораторий был проведен любопытный эксперимент. На диске из нержавеющей стали написали слово "Луна" и подвергли эту надпись бомбардировке пучком ионов, а затем поместили диск в пары царской водки. И что же? Через четверть часа сталь оказалась покрытой слоем ржавчины и лишь "Луна" как ни в чем не бывало светилась все тем же металлическим блеском.

…В 1958 году в Брюсселе над территорией Всемирной выставки величественно возвышалось необыкновенное здание Атомиума. Девять громадных, диаметром 18 метров, металлических шаров как бы висели в воздухе: восемь — по вершинам куба, девятый — в центре. Это была модель кристаллической решетки железа, увеличенная в 165 миллиардов раз. Атомиум символизировал величие железа — металла-труженика, главного металла промышленности.


Заряд мирных пушек

Фокус Парацельса. — Голубой фарфор. — Тайны острова Мурано. — Странные руды Саксонских гор. — Брандт защищает диссертацию. — Хобби ветеринарного врача. — Нет худа без добра. — Подобные звездам. — Японская сталь. — Коварные "игрушки". — Урон английскому флоту. — Сюрприз старых отвалов. — В звездные дали. — В союзе с платиной. — Как извлечь гвоздь? — Прочнее и дешевле. — В борьбе с малокровием. — По старой памяти. — Открытие великих супругов. — Подобно сказочному джинну. — "Бидоны" проходят испытания. — Есть ли трещины? — Маска Тутанхамона. — Голубые алмазы. — Как поймать молнию? — Помощник врачей.


Известный врач и естествоиспытатель эпохи Возрождения Парацельс любил показывать фокус, который неизменно пользовался успехом у аудитории. Ученый демонстрировал картину, где был изображен зимний пейзаж — деревья и пригорки, покрытые снегом. Дав зрителям вдоволь налюбоваться полотном, Парацельс на глазах у публики превращал зиму в лето: деревья одевались листвой, а на пригорках появлялась нежно-зеленая трава.

Чудо? Но ведь чудес на свете не бывает. Действительно, в роли волшебника в этом опыте выступала химия. При обычной температуре раствор хлорида кобальта, к которому примешано некоторое количество хлорида никеля или железа, бесцветен, но если им что-либо написать, дать просохнуть, а затем хотя бы слабо подогреть, то он приобретает красивую зеленую окраску. Такими растворами и пользовался Парацельс, создавая свой чудо-пейзаж. В нужный момент ученый незаметно для присутствующих зажигал находившуюся за картиной свечу и на полотне, точно в сказке, происходила изумлявшая публику смена времен года.

Правда, сам Парацельс еще не мог в то время знать точный химический состав своих красок: ведь тогда ни кобальт, ни никель еще не были известны науке. Но использование соединений кобальта в качестве красителей насчитывало к этому моменту уже не одно столетие. Еще пять тысяч лет назад синюю кобальтовую краску применяли в керамическом и стекольном производстве. В Китае, например, в те далекие времена кобальт использовали в производстве всемирно известного голубого фарфора. Древние египтяне синей глазурью, содержащей кобальт, покрывали глиняные горшки. В гробнице фараона Тутанхамона археологи нашли стекла, окрашенные в синий цвет солями этого элемента. Такие же стекла удалось обнаружить и при раскопках на месте древней Ассирии и Вавилона.

Однако в начале нашей эры секрет кобальтовых красок, видимо, был утерян, так как в синих стеклах, изготовленных в этот период александрийскими, византийскими, римскими и другими мастерами, кобальт уже не содержался, а синяя окраска, которая достигалась введением меди, явно уступала прежней.

Разлука стекла с кобальтом затянулась: лишь в средние века венецианские мастера стекольных дел начали выпускать чудесные синие стекла, которые быстро завоевали популярность во многих странах. Своим успехом стекла были обязаны все тому же кобальту.

Рецепт изготовления неповторимой по красоте продукции венецианцы держали в строжайшем секрете. Чтобы свести к минимуму возможность утечки информации, правительство Венеции перевело в XIII веке все стекольные фабрики на небольшой остров Мурано, куда посторонним "вход" был воспрещен строго-настрого. Да и покинуть остров без разрешения властей не дозволялось ни одному из специалистов по варке цветного стекла. И все же подмастерье Джиорджио Белерино сумел каким-то путем сбежать оттуда. Он добрался до Германии и открыл в одном из городов свою стекольную мастерскую. Но просуществовала она недолго: однажды в ней "возник" пожар, и она сгорела дотла, а беглеца-владельца нашли заколотым кинжалом.



Сохранившиеся документы XVII века свидетельствуют, что на Руси большим спросом пользовалась дорогая, но очень стойкая и сочная кобальтовая краска "голубец". Ею были расписаны стены Грановитой и Оружейной палат. Архангельского и Успенского соборов и других замечательных сооружений Московского Кремля.

Дороговизна кобальтовых красок объяснялась очень малой добычей руд этого элемента. Точнее, кобальтовых руд промышленность попросту не знала, так как крупных скоплений этого металла в природе не существует, а он лишь сопутствует в сравнительно небольших концентрациях никелю, мышьяку, меди, висмуту и некоторым другим элементам. Именно поэтому горняки средневековой Саксонии долго и не подозревали о том, что недра их гор содержат никому не ведомый тогда еще металл.

Но время от времени им попадалась довольно странная руда, которая по внешним признакам была серебряной, однако все попытки получить из нее серебро оказались неудачными. К тому же в процессе обжига из руды выделялись ядовитые газы, доставлявшие горнякам немало неприятностей. В конце концов саксонцы научились отличать настоящую серебряную руду от ее коварной копии, которую решено было назвать "кобольдом" по имени поселившегося в ней горного духа.

Поближе познакомиться с этим подземным недругом металлургов решил шведский химик Георг Брандт. Несколько лет он изучал саксонские руды, в том числе и печально известный "кобольд". Плодом его работ стала диссертация "О полуметаллах"[3], опубликованная в 1735 году. Брандт писал: "Я имел счастье быть первооткрывателем нового полуметалла,… который ранее путали с висмутом". Этим "полуметаллом" был металл, получивший название "кобальт". Если бы столь важное открытие совершилось в наши дни, телетайпы тотчас же разнесли весть о нем по свету, но XVIII век не располагал такими могучими и оперативными средствами информации. Поэтому долгие годы о диссертации шведского химика знали лишь немногие. Мало кто признавал за кобальтом права гражданства: считалось, что он представляет собой смесь разных элементов с некоей "особой землей". Только в 1781 году французский химик Пьер Жозеф Макер окончательно убедил научный мир в том, что кобальт — это кобальт и ничего более.

К этому времени уже был открыт и ближайший химический родственник кобальта — никель. Эти металлы и в природе частенько оказывались рядом, и не случайно перед учеными встал вопрос: как разделять их, чтобы получать и тот, и другой в чистом виде?

Ответ на этот вопрос был найден довольно неожиданно. Сложнейшую химическую задачу удалось разрешить… ветеринарному врачу Шарлю Аскину. Дело обстояло так. Все свободное время ветеринар посвящал своему хобби — металлургии. В 1834 году он заинтересовался никелем и его сплавами. Аскин предпринял попытку извлечь никель из руды. Но к несчастью (впрочем, справедливее сказать, к счастью), эта руда содержала к тому же и кобальт. Что же предпринять? Аскин обратился за помощью к владельцу местного химического завода Бенсону. Как выяснилось, тот как раз нуждался в кобальте, который он применял в производстве керамики. Однако и Бенсону не были известны способы разделения этих металлов. После некоторых раздумий они решили воспользоваться для достижения своей цели хлорной известью, точно рассчитали, сколько. потребуется: для работы, и каждый из них приступил к делу.

Бенсон, у которого было достаточно хлорной извести, отмерил нужное ее количество и попытался обработать ею руду, но ничего не добился: из раствора в осадок выпали оксиды и никеля, и кобальта.

Аскин же, готовясь начать опыты, обнаружил, что располагает лишь половиной расчетного количества хлорной извести. "Вот уже не везет, так не везет", — должно быть подумал он, однако все же не стал откладывать эксперимент. Но недаром говорится, что нет худа без добра. К удивлению и радости Аскина, опыт, не суливший ему, казалось бы, никаких успехов, дал желанный результат: кобальт в виде оксида выпал в осадок, а никель, которому не хватило хлорной извести, почти весь остался в растворе. Позднее этот способ был несколько усовершенствован и по сей день широко используется в промышленности для разделения родственных металлов.

До начала XX века сфера деятельности кобальта была весьма ограничена. Металлурги, например, которые сегодня с почтением относятся к кобальту, тогда имели смутное представление о его свойствах. В книге "Металлургия цветных металлов", вышедшей в 1912 году, ее автор утверждал: "…до настоящего времени металлический кобальт с точки зрения потребления не представляет интереса… Были попытки ввести кобальт в железо и приготовить специальные стали, но последние не нашли еще никакого применения".

Однако еще за пять лет до появления этой книги американский металлург Хейнс создал группу замечательных сплавов кобальта (до 50 %) с хромом и вольфрамом, обладавших колоссальной твердостью, стойкостью против коррозии и истирания. За яркий блеск полированной поверхности сплавы были названы стеллитами (от латинского слова "стелла" — звезда). Наплавленный на кромку режущего инструмента или на рабочую поверхность детали слой стеллита в несколько раз увеличивает срок их службы.

Производство твердых сплавов в дальнейшем неуклонно росло, и кобальт играл в них далеко не последнюю роль. Так, еще более чем полвека назад советские ученые и инженеры разработали твердый сплав "победит", в состав которого, наряду с карбидом вольфрама, входит кобальт.

В 1917 году японские ученые Хонда и Такаги получили патент на созданную ими сталь, содержавшую от 20 до 60 % кобальта и характеризовавшуюся высокими магнитными свойствами. Нужда в такой стали, за которой закрепилось название японской, была огромная: конец XIX и начало XX веков ознаменовались буквально вторжением магнитов в промышленность, чем и был обусловлен голод на магнитные материалы

Из трех основных ферромагнитных металлов — железа, никеля и кобальта — последний обладает наиболее высокой точкой Кюри, т. е. той температурой, при которой металл утрачивает свойство быть магнитом. Если для никеля точка Кюри составляет всего 358 °C, для железа 769 °C, то для кобальта она достигает 1121 °C. И так как магнитам приходится трудиться в самых разнообразных условиях, в том числе и при весьма высоких температурах, кобальту суждено было стать важнейшим компонентом магнитных сталей.



Кобальтовая сталь сразу же привлекла к себе внимание военных чинов и промышленников, смекнувших, что ее особые свойства можно с успехом использовать в целях, отнюдь не безобидных. Уже в годы гражданской войны нашим морякам и красноармейцам, сражавшимся на Севере с интервентами, довелось познакомиться с необычными минами, на которых, даже не прикоснувшись к ним, подрывались тральщики Северодвинской флотилии. Когда водолазы выудили и обезвредили одну из таких коварных "игрушек", оказалось, что она магнитная, а принцип ее действия заключался в следующем: как только стальной корпус приближавшегося к мине корабля оказывался в зоне силовых линий ее магнитного поля, срабатывал механизм взрывателя и корабль шел ко дну.

Накануне второй мировой войны в фашистской Германии производство кобальтовых сталей, служивших материалом для изготовления магнитных мин, заметно возросло. Как утверждала геббельсовская пропаганда, немецкие мины по точности, чувствительности и быстроте реакции "превосходят нервную систему многих высших существ, созданных творцом". И действительно, когда немцам удалось заминировать с воздуха побережье Англии, устья Темзы и других важнейших рек, магнитные мины нанесли большой урон английскому флоту. Но на всякий яд находится противоядие: уже примерно через две недели после вероломного нападения гитлеровской Германии на Советский Союз наши военные специалисты разминировали в районе Очакова первую немецкую магнитную мину.

К периоду войны относится и случай, который произошел на одном из уральских рудников. В старых отвалах обогатительной фабрики, перерабатывающей в течение многих лет медную руду, был обнаружен кобальт, о чем до этого никто и не подозревал. В короткий срок была разработана технология извлечения кобальта, и вскоре военная промышленность уже получила ценнейший металл, добытый из "пустой" породы.

В годы войны кобальт начали применять для создания жаропрочных сталей и сплавов, которые идут на изготовление деталей авиационных двигателей, ракет, паровых котлов высокого давления, лопаток турбокомпрессоров и газовых турбин. К таким сплавам относится, например, виталлиум, содержащий до 65 % кобальта. Обратили внимание на этот металл и специалисты по космической технике, которые не без основания считают, что здесь он придется ко двору: ведь кобальтовые сплавы увереннее сопротивляются ударным нагрузкам, чем широко используемые в ракетостроении никелевые сплавы.

Хоть кобальт и дорог, но есть такие сферы, где он с успехом заменяет еще более дорогой металл — платину, годовая добыча которой легко поместится в кузове грузовика. В гальванотехнике распространены нерастворимые аноды, которые не должны реагировать с содержимым гальванической ванны. Очень подходящий для этих целей материал — платина, но платиновые аноды обходятся в копеечку. Замена платины более дешевыми металлами давно волновала умы ученых. В результате кропотливых поисков удалось разработать композицию сплава, не только не уступающего платине, но и превосходящего ее по способности противостоять крепким кислотам. В состав такого сплава входит до 75 % кобальта.

В ряде случаев кобальт выступает в союзе с платиной. Так, одна из английских фирм создала магнитный сплав этих металлов платинакс, который к тому же обладает высокими антикоррозионными свойствами, легко поддается механической обработке. Из него изготовляют миниатюрные магнитные детали для электрических часов, слуховых аппаратов, датчиков различного назначения.

Известны и другие магнитные сплавы кобальта — комол и викаллой, алнико и магнико, пер-мендюр и перминвар. О магнитных способностях сплава алнико можно судить по такому факту, описанному в литературе: в 50-х годах при помощи постоянного магнита в виде прутка, материалом для которого послужил этот сплав, был извлечен гвоздь из бронхов ребенка и тем самым спасена его жизнь. Но, пожалуй, самые сильные постоянные магниты удается изготовить из соединений кобальта с некоторыми редкоземельными элементами, например самарием. Разделить эти небольшие, размером меньше спичечной коробки, пластинки из такого материала, под силу разве что хорошо тренированному штангисту.

Прекрасным материалом для каркасов зубных протезов оказался кобальтохромовый сплав, который намного прочнее золота (обычно используемого для этой цели) и, как легко догадаться, значительно дешевле



В медицине кобальт выступает и в другом амплуа: он является важным компонентом витамина В12, способствующего образованию в организме человека красных кровяных шариков. За создание этого эффективного средства в борьбе с малокровием английский химик и биохимик Дороти Кроуфут-Ходжкин в 1964 году удостоена Нобелевской премии.

Еще в древности славились на весь мир великолепные фарфоровые изделия различной окраски, изготовлявшиеся в Китае. Голубой цвет им придавали соединения кобальта. Этот элемент и в наши дни не расстается с фарфором — он входит в состав синих красителей. А грузинские специалисты по керамике сумели получить красивый черный фарфор, который обязан своим цветом вулканическому камню андезиту, взаимодействующему в процессе обжига с оксидом кобальта.

До сих пор мы рассказывали об обычном кобальте, но с тех пор, как в 1934 году известные французские ученые Фредерик и Ирен Жолио-Кюри открыли явление искусственной радиоактивности, наука и техника стали проявлять большой интерес к радиоактивным изотопам различных элементов, в том числе и кобальта. Из двенадцати радиоактивных изотопов этого металла наиболее широкое практическое применение получил кобальт-60.

Его лучи обладают высокой проникающей способностью. По мощности излучения 17 граммов радиоактивного кобальта эквивалентны 1 килограмму радия — самого мощного природного источника радиации. Вот почему при получении, хранении и транспортировке этого изотопа, как, впрочем, и других, тщательно соблюдают строжайшие правила техники безопасности, принимают все необходимые меры, чтобы надежно оградить людей от смертоносных лучей.

После того как в ядерном реакторе обычный металлический кобальт превращается в радиоактивный, его, подобно сказочному джинну, заточают в специальные массивные контейнеры, по виду напоминающие молочные бидоны. В этих контейнерах окруженный слоем свинца кобальт-60 переезжает на специальных машинах к месту будущей работы. Ну, а вдруг автомобиль попадет в аварию — контейнер-"бидон" может разбиться, и тогда упрятанная в нем ампула с кобальтом будет угрожать жизни людей? Нет, этого не произойдет. Разумеется, от дорожной аварии не застрахован ни один автомобиль, но даже, если она случится, "бидон" останется целым и невредимым. Ведь прежде, чем стать хранилищем для радиоактивного изотопа, контейнеры проходят серьезные испытания. Их бросают с пятиметровой высоты на бетонные плиты, помещают в термокамеры, подвергают различным испытаниям, и лишь после этого они обретают право принять в свое чрево маленькую ампулу с радиоактивным веществом. Все эти меры предосторожности делают работу людей, связанных с источниками ядерного излучения, практически безопасной.

У радиоактивного кобальта много профессий. Все более широкое применение в промышленности находит, например, гамма-дефектоскопия, т. е. контроль качества продукции путем просвечивания ее гамма-лучами, источником которых служит изотоп кобальт-60. Такой метод контроля позволяет с помощью сравнительно недорогой и компактной аппаратуры легко выявлять трещины, поры, свищи и другие внутренние дефекты массивных отливок, сварных швов, узлов и деталей, находящихся в труднодоступных местах. В связи с тем, что гамма-лучи распространяются источником равномерно во все стороны, метод дает возможность контролировать одновременно большое число объектов, а цилиндрические изделия проверять сразу по всему периметру.



С помощью гамма-лучей удалось разрешить давно интересовавший ученых-египтологов вопрос о маске фараона Тутанхамона. Одни утверждали, что она сделана из целого куска золота, другие считали, что ее собрали из отдельных частей. Решено было прибегнуть к помощи кобальтовой пушки — специального устройства, "заряженного" изотопом кобальта. Оказалось, маска действительно состоит из нескольких деталей, но настолько тщательно подогнанных одна к другой, что заметить линии стыка было совершенно невозможно.

Радиоактивный кобальт используют для контроля и регулирования уровня расплавленного металла в плавильных печах, уровня шихтовых материалов в домнах и бункерах, для поддержания уровня жидкой стали в кристаллизаторе установок непрерывной разливки.

Прибор, называемый гамма-толщиномером, быстро и с большой точностью определяет толщину обшивки судовых корпусов, стенок труб, паровых котлов и других изделий, когда к их внутренней поверхности невозможно подобраться и поэтому обычные приборы оказываются бессильны.

Для изучения технологических процессов и исследования условий службы различного оборудования широкое применение находят так называемые "меченые атомы", т. е. радиоактивные изотопы ряда элементов, в том числе и кобальта.

В Советском Союзе впервые в мировой практике создан промышленный радиационно-химический реактор, в котором источником гамма-лучей служит все тот же изотоп кобальта.

Наряду с другими современными методами воздействия на различные вещества — такими, как сверхвысокие давления и ультразвук, лазерное излучение и плазменная обработка, — радиационное облучение широко внедряется в промышленность, позволяя значительно улучшить свойства многих материалов. Так, автомобильные покрышки, подвергнутые радиационной вулканизации, служат на 10–15 % дольше обычных, а ткань для школьных костюмов, к нитям которой с помощью радиации "привили" молекулы полистирола, оказывается вдвое прочнее. Даже драгоценные камни после радиационных "процедур" становятся еще красивее: алмаз, например, под действием быстрых нейтронов обретает голубую окраску, медленные нейтроны делают его зеленым, а лучи кобальта-60 придают ему нежный голубовато-зеленый цвет.

Радиоактивный кобальт трудится и на сельскохозяйственной ниве, где его применяют для изучения влажности почв, определения запасов воды в снежном покрове, предпосевного облучения семян и других целей.

Интересное открытие сделали французские ученые. Они установили, что радиоактивный кобальт может с успехом служить… приманкой для молний. При небольшой добавке изотопа в стержень громоотвода воздух вокруг него в результате гамма-излучения ионизируется в значительных объемах. Грозовые разряды, возникающие в атмосфере, притягиваются, словно магнитом, к радиоактивному громоотводу. Эта новинка помогает "собирать" молнии в радиусе нескольких сот метров.



В заключение скажем еще об одной, пожалуй, самой важной профессии радиоактивного кобальта. Он оказался надежным союзником врачей в их борьбе за жизнь людей. Крупицы изотопа кобальт-60, помещенные в медицинские пушки, не причиняя вреда организму человека, бомбардируют гамма-лучами внутренние злокачественные опухоли, губительно влияя на быстро размножающиеся больные клетки, приостанавливая их деятельность и тем самым ликвидируя очаги страшной болезни.

В подземных хранилищах Всесоюзного объединения "Изотоп" находятся десятки контейнеров — больших и маленьких. В них — радиоактивный кобальт, стронций, цезий и другие источники ядерных излучений. Приходит время, и они отправляются в больницы и клиники, на предприятия и в научно-исследовательские институты — гуда, где нужен сегодня мирный атом.


«Медный дьявол»

Мечта прабабушек. — Древний китайский сплав. — Происки злого духа. — Не из робкого десятка. — Предсказание великого провидца. — Энергичный француз. — Находка в Канаде. — Золотая медаль Ржешотарского. — Эпидемия и ее вирус. — Кто виновен в смерти императора? — По воле случая. — "Диверсия" на флоте. — 3000 в работе. — Секрет металловеда. — Громкая заявка. — "Алмазный сплав". — Незабываемое прошлое. — Веселый блеск. — "Слоеная" монета. — Беда поправима. — Нежданно-негаданно. — "Семейственность" и хлопоты. — Тесные связи. — Никелированная планета. — Фокстерьер ищет руду. — "Мамонт-взрыв". — Почем акции "Посейдона"? — Смелые проекты. — Восторжествует ли справедливость?


Должно быть, не все знают, что в давние времена наши далекие прабабушки — тогда еще юные и прелестные — с любовью относились к никелю, и металл отвечал им взаимностью: у одной он в виде кулона томно лежал на груди, другой браслетом обнимал руку, а у третьей, превратившись в диадему, украшал пышные волосы.

Да-да, не удивляйтесь: еще в начале прошлого века никель считался драгоценным металлом. Добыча его была связана с большими трудностями, и те мизерные количества никеля, которые удавалось получить, оказывались у модных ювелиров. Но инженеры и не проявляли к этому металлу никакого интереса, поскольку не могли тогда еще найти ему применения.

Знакомство человека с никелем состоялось много столетий назад. Древние китайцы, например, еще во II веке до н. э. выплавляли сплав никеля с медью и цинком — "пакфонг", который пользовался спросом в различных странах. Попадал он и в Бактрию — государство, располагавшееся на территории современных среднеазиатских республик. Бактрийцы же изготовляли из этого сплава монеты. Одна из таких монет, выпущенная в 235 году до н. э., хранится в Британском музее в Лондоне

Как химический элемент никель был открыт в 1751 году: шведский химик и металлург Аксель Фредерик Кронстедт обнаружил его в минерале, носившем название "купферникель", что означало "медный дьявол". За какие же грехи этот камень получил столь нелестное прозвище? Дело в том, что средневековые саксонские рудокопы часто встречали минерал красноватого цвета. Из-за своей окраски камень был ошибочно принят ими за медную руду. Долго пытались металлурги выплавить из этой "медной" руды медь, но шансов на успех у них было едва ли больше, чем у алхимиков, надеявшихся при помощи "философского камня" получить золото из мочи животных.

"В чем же причина неудач?" — ломали голову саксонцы. Наконец, кого-то из них осенило: конечно же, все это происки Ника — злого духа гор, который прочно окопался в бесовском камне и не желает отдавать ни единой унции меди из своих запасов.

Возможно, ученым мужам средневековья удалось в дальнейшем научно обосновать эту смелую гипотезу. Во всяком случае, попыток получить из красноватого минерала медь больше уже не предпринимали. А чтобы и впредь никто не соблазнился этой пустой затеей, минерал решено было назвать "медным дьяволом".

Кронстедт, вероятно, не был суеверным. Не убоявшись дьявола, он сумел все-таки получить из купферникеля металл, но не медь, а какой-то новый элемент, который он и нарек никелем. Но словно дьявол мстил ученому: химики не хотели признавать никель элементом. Лишь в 1775 году, через десять лет после смерти Кронстедта, его соотечественник Торберн Бергман опубликовал результаты своих исследований, где он убедительно доказывал, что никель — не смесь нескольких элементов, как утверждали оппоненты, а самостоятельный металл.



Однако и после этого споры не утихли. Конец им положил немецкий химик Иеремия Рихтер спустя еще почти три десятилетия: в 1804 году он сумел выделить все из того же купферникеля весьма чистый никель, но для этого ему пришлось проделать 32 перекристаллизации никелевого купороса. Свою статью, в которой он описывал никель, ученый назвал так: "Об абсолютно чистом никеле, благородном металле, его получении и свойствах". Ясно, что на добываемый с таким трудом металл могли рассчитывать только ювелиры. О производстве никеля в промышленных масштабах тогда и речи не возникало.

Прошло еще более чем полвека, прежде чем великий провидец Д.И. Менделеев смог утверждать: "Если открыты будут богатые месторождения никеля, — писал он в книге "Основы химии", изданной в 1869 году в Петербурге, — то этому металлу предстоит обширное практическое применение как в чистом состоянии, так и в форме сплавов". Примерно в это же время, а точнее в 1865 году, крупные месторождения никелевых руд были найдены на островах Новой Каледонии. Начальником горного департамента этой французской колонии незадолго до описываемых событий был назначен молодой геолог Жюль Гарнье, обладавший исключительной энергией и глубокими знаниями. Он тотчас развил бурную деятельность, надеясь найти здесь полезные ископаемые. Вскоре его поиски увенчались успехом: недра островов оказались богатыми никелем. В честь энергичного француза новокаледонский никельсодержащий минерал назвали гарниеритом.

Спустя почти два десятилетия в Канаде при прокладке Тихоокеанской железной дороги рабочие натолкнулись на громадные залежи медноникелевых руд.

Эти два открытия послужили мощным толчком к освоению промышленной добычи никеля. Приблизительно в те же годы было обнаружено и важное свойство этого элемента — улучшать качество стали. Правда, еще в 1820 году знаменитый английский ученый Майкл Фарадей провел несколько опытов по выплавке сталей, содержащих никель, но тогда они не смогли заинтересовать металлургов.

В конце прошлого века Обуховский завод (в Петербурге) получил ответственное задание военно-морского ведомства — освоить производство высококачественной корабельной брони. К этому времени флот Англии и Франции уже был одет в новую броню из никелевой стали, получившей высокую оценку специалистов.

Созданием новой отечественной брони занялся известный русский металлург и металловед А.А. Ржешотарский. Напряженная работа вскоре была успешно завершена. Обуховский завод начал выпускать отличную десятидюймовую броню из никелевой стали. Эта броня по качеству не уступала зарубежной, но Ржешотарский решил пойти дальше. Вскоре он разработал новую технологию получения брони: поверхностный слой металла начали подвергать цементации — насыщать ее углеродом. Таким путем удалось получить броню исключительной прочности и вязкости с повышенной твердостью поверхностного слоя. С ней уже было трудно конкурировать даже броневым плитам французского концерна "Шнейдер-Крезо", продукция которого до появления брони Ржешотарского считалась эталоном. Военно-морское ведомство наградило талантливого инженера золотой медалью, а по его технологии начали выпускать броню и на других заводах.

В наши дни никелевую сталь используют в мирных целях. Из нержавеющей хромоникелевой стали изготовляют хирургические инструменты, детали химической аппаратуры, предметы домашнего обихода.

Не менее важное занятие никеля — участие в создании разнообразных сплавов с другими металлами. Еще в начале XIX века металлургов и химиков охватила эпидемия поисков нового сплава, способного заменить серебро для изготовления посуды и столовых приборов.

В роли вируса выступила солидная премия, обещанная тому счастливцу, кто первым достигнет цели. Вот тогда-то и вспомнили о древнем китайском сплаве. Почти одновременно различным ученым, взявшим за основу состав пакфонга, удалось получить несколько сплавов, весьма сходных с серебром. Один из них был назван "аргентан" ("подобный серебру"), другой — "нейзильбер" ("новое серебро"). Спустя некоторое время появились мельхиор, альфенид и другие заменители серебра, в состав которых непременно входил никель.

Эти красивые и прочные сплавы быстро завоевали популярность и вошли в обиход. Однако в 1916 году на долю одного из них — нейзильбера — выпали крупные неприятности. Австрийский император Франц-Иосиф, пользовавшийся сервизом из этого сплава, внезапно заболел и умер. Отчего? Подозрение пало на "новое серебро" — на посуду из него был наложен запрет. Тщательные исследования позволили полностью реабилитировать ни в чем не повинный сплав. А умер император не так уж и неожиданно: ему было отроду "всего-навсего" 86 лет.

Обычно созданию нового сплава предшествуют длительные поиски, эксперименты, испытания. Но бывает, что своим рождением сплав обязан лишь воле случая. Такой случай произошел в начале нашего века в Канаде, где добывались богатые никелевые руды. При переработке их перед металлургами каждый раз возникала нелегкая задача: как отделить никель от меди, которая в заметных количествах тоже присутствовала в рудах? А что если не разделять эти металлы, а выплавлять их совместно, получая своеобразный природный медно-никелевый сплав? Такая оригинальная мысль пришла в голову полковнику Амброзу Монелю — президенту Международной никелевой компании. В 1905 году идея была воплощена в жизнь, и оказалось, что "незаконнорожденному" сплаву присущ целый набор достоинств: высокая химическая стойкость, прочность и пластичность, красивые "внешние данные"; к тому же он был сравнительно недорог, а это обстоятельство всегда имело в технике первостепенное значение. Вскоре монель-металл (так назвали этот сплав) завоевал прочные позиции в химическом машиностроении, судостроении, электротехнике, нефтяной, медицинской, текстильной и других отраслях промышленности.

Для сплавов никеля находились все новые и новые дела. Во время первой мировой войны наблюдались случаи, когда боевые корабли, не принимавшие участия в баталиях, тем не менее вынуждены были на длительный срок становиться в док для ремонта. Причиной выхода кораблей из строя была диверсионная деятельность морской воды, которая буквально съедала медно-цинковые трубки конденсаторов корабельных котлов. Пришлось срочно искать более подходящий материал для злополучных трубок.

Пока ученые занимались поисками, война успела закончиться, но вопрос не был снят с повестки дня. Лишь в 1926 году удалось создать медно-никелевый сплав, которому не была противопоказана морская служба. Спустя три года все французские корабли, а затем и флоты других держав обзавелись новыми конденсаторными трубками. Теперь моряки могли быть твердо уверены, что трубки уже не подведут их в трудную минуту.

Сейчас число никелевых сплавов, находящих широкое применение в технике, в быту, в ювелирном деле, превысило 3000!

Вместе с монель-металлом успешно трудятся в агрессивных средах коррозионностойкие сплавы типа хастеллой. Нихромовые спирали используют в нагревательных приборах, в электропечах сопротивления. Нейзильбер принимает участие в работе различных приборов и аппаратов. В точной механике для изготовления калибров и эталонов применяют инвар — сплав с очень малым коэффициентом расширения: при нагреве от 0 до 40 °C его объем увеличивается всего на одну миллионную долю по сравнению с первоначальным. Платинит служит заменителем дорогостоящей платины в тех случаях, когда нужно впаять металл в стекло (шприцы, электролампы и т. п.): коэффициент теплового расширения у этого сплава точно такой же, как у стекла и платины. Упругий сплав элинвар — отличный материал для пружин, в частности часовых. Высокими магнитными свойствами обладают такие сплавы, как алнико, ални. Пермаллой после специальной термомеханической обработки приобретает необычайно большую магнитную проницаемость, легко намагничивается и размагничивается даже в слабых полях; этот сплав находит применение в телефонии и радиотехнике. Для изготовления термопар используют хромель и алюмель.

Важную роль в авиастроении и космической технике играют жаропрочные никелевые стали и сплавы. Когда одного металловеда, разработавшего немало отличных высокотемпературных сплавов, попросили поделиться своими "секретами", он шутливо ответил: "Я просто заменяю в сталях железо на никель". В этой шутке большая доля правды. Так, жаропрочные сплавы нимоник и инконель — довольно близкие родственники хромо-никелевой нержавеющей стали, но железа в них мало: его почти полностью вытеснил никель. Зато лопатки газовых турбин и другие ответственные детали авиационных двигателей, выполненные из этих сплавов, надежно работают даже при 1000 °C.

В конце 60-х годов советские ученые создали новый акустический сплав — никоей, названный так по первым слогам входящих в него компонентов: 94 % никеля, 4 % кобальта и 2 % кремния (по-латински — силициум). Для сплава характерен так называемый магнитострикционный эффект: под действием переменного электромагнитного поля стержень из никоей непрерывно сжимается и растягивается, становясь источником акустических колебаний. Долгое время в магнитострикционных генераторах эту роль исполнял сам никель, но новый сплав чуть ли не в полтора раза лучше преобразует электромагнитную энергию в звуковую, чем чистый металл. Никоей сразу же громко заявил о себе, приняв участие в создании мощных источников ультразвука.

А недавно в нашей стране был разработан другой удивительный сплав — хровангал. Его основу составляет никель в сочетании с хромом, ванадием и галлием. Из грамма такого сплава можно получить целый километр тончайшей, как паутина, проволоки. Но главное достоинство сплава не в этом: электрическое сопротивление проволоки из хровангала в диапазоне температур от —60 до 200 °C изменяется не более чем на тысячную долю процента, т. е. остается практически постоянным. Благодаря этому свойству новый сплав оказался поистине бесценным для различных эталонов, для многих приборов и устройств.

Необычный композиционный материал с красивым названием "алмазный сплав" создан американскими учеными: основа этого износостойкого композита содержит до 30 % пылевидных синтетических алмазов. Трущиеся детали станков и машин, покрытые слоем нового материала, служат примерно в шесть раз дольше обычных.

Но, пожалуй, наибольший интерес в научном и промышленном мире вызвал сплав никеля (55 %) с титаном — нитинол. Он был создан в одной из лабораторий США еще в начале 60-х годов, но свой талант раскрыл не сразу. Достаточно легкий, прочный и пластичный, коррозионностойкий, он считался неплохим сплавом и не более. Однако его создатели продолжали проводить с ним различные эксперименты, и вдруг сплав проявил совершенно уникальную способность — "помнить" свое прошлое. Произошло это во время одного из многочисленных опытов. Нитиноловую спираль после определенной обработки нагрели до 150 °C и охладили, а затем к ней подвесили груз, который растянул ее и превратил в совершенно ровную проволоку. Чудеса начались, когда эту проволоку опять нагрели (до 95 °C): на глазах изумленных исследователей она превратилась в … спираль.

Эксперимент ставили снова и снова, придавая металлу все более сложные формы, но он продолжал демонстрировать блестящую "память", невозмутимо принимая свой первоначальный облик. Проволоку, например, согнули таким образом, что она образовала слово "нитинол", затем нагрели, охладили и деформировали до неузнаваемости, но стоило пропустить через эту проволочную путаницу сильный электрический импульс, мгновенно разогревший ее, и взорам ученых вновь предстало название сплава.

Конструкторы уже нашли для нитинола множество областей применения. Из него можно изготовлять, например, заклепки для соединения таких конструкций, к которым можно подобраться лишь с одной стороны. Металлу при этом предлагают "запомнить" форму обычной заклепки, а потом рабочий конец ее превращают в круглый стержень, который и вставляют в отверстие при низкой температуре. Теперь нужно слегка подогреть головку заклепки, и она тут же "вспомнит", что у нее было утолщение и с другой стороны. Такая заклепка крепит детали намертво.

Одна из американских фирм, связанная с космическими исследованиями, сконструировала антенну из нитинола, предназначенную для искусственных спутников Земли. Свитая в плотный клубок, она во время запуска занимает немного места, спрятавшись в специальном углублении. Но в космосе, когда солнечные лучи нагревают сплав, антенна обретает нужную форму. Этот же принцип предлагается использовать для изготовления радиотелескопа с антенной диаметром более километра.

В романе американского писателя Артура Хейли "Колеса" один из руководителей крупной автомобильной компании делится с журналистами своими мыслями: "Новое несомненно будет пробивать себе дорогу. И самые важные новшества, которые уже можно предвидеть, будут связаны с материалами, что заставит нас… создать совершенно новый вид машин. Возьмите, к примеру, металлы… Ведутся работы над созданием такого металла, который обладал бы способностью "запоминать" свою первоначальную форму. Если, например, вы погнете крыло или дверцу, достаточно будет подвергнуть эту деталь высокотемпературной обработке, и металл восстановится в своей прежней форме". Как вы уже догадались, речь в этом отрывке идет о нитиноле.

Несколько лет назад посетители авиасалона в парижском аэропорту Ле-Бурже среди многих экспонатов, представленных Советским Союзом, могли видеть действующий "искусственный мускул" — нитиноловую проволоку, свернутую в спираль, с подвешенной к ней небольшой гирькой. Когда через проволоку пропускали ток, пружина нагревалась — гирька ползла вверх. Ток отключали, пружина остывала — гирька медленно опускалась.

Ученым удалось разработать еще целый ряд металлических композиций, также обладающих хорошей "памятью". Стало быть, нитинол уже не одинок, но он по-прежнему занимает главенствующее положение среди сплавов, которые не забывают, как они выглядели в былые времена.



Всем известно давнее увлечение никеля: он охотно защищает другие, менее стойкие металлы от окисления, придавая изделиям красивый внешний вид. Веселый блеск кастрюль, кофейников и самоваров — все это проделки никеля, тонким слоем которого покрыты многие предметы обихода.

Впервые попытку использовать этот металл в качестве покрытия предпринял в 1842 году немецкий ученый Бетгер. Однако ему не удалось добиться своей цели, так как никель в то время содержал посторонние примеси, мешавшие гальваническим путем наносить покрытие. С тех пор гальванотехника шагнула далеко вперед. Тончайшая пленка никеля надежно охраняет сегодня железо, позволяя сберечь от коррозии огромные количества этого металла.

Никелевое покрытие помогает бороться даже против… фальшивомонетчиков. Во Франции была выпущена в обращение новая монета достоинством в 5 франков. Главное отличие ее от других монет заключается в том, что она "слоеная": на немагнитную мельхиоровую основу нанесен слой никеля. Теперь владельцы торговых автоматов могут быть спокойны: пятифранковая монета обладает такими электромагнитными свойствами, что ее практически невозможно подменить каким-нибудь поддельным жетоном.

Ученые давно обратили внимание на каталитические способности никеля. Еще в 90-х годах прошлого столетия французские химики Сабатье и Сендерен увлеклись проблемой получения так называемых "отвержденных" жиров из жидких растительных масел. Они установили, что для этого к молекуле растительного масла нужно присоединить определенное количество водорода. Но вот беда: установить-то ученые установили, а присоединить им никак не удавалось. Сначала они пытались просто пропускать водород через жир — газ не желал вступать с ним во взаимодействие. Пробовали вводить различные добавки — безуспешно. Лишь когда в качестве катализатора химики применили мельчайший порошок никеля, цель была достигнута. Полученный при этом отвержденный жир нашел применение в производстве маргарина. И в наши дни никель — одно из главных действующих лиц в каталитической химии.

В конце прошлого века произошло еще одно событие, благодаря которому нежданно-негаданно был открыт новый класс химических соединений — карбонилы металлов. Первым в истории химии таким веществом оказался карбонил никеля. Его случайно получил в 1890 году английский ученый и промышленник Людвиг Монд, проводивший вместе со своими' помощниками" исследования" по очистке газов от примесей оксида углерода. Для этого над раскаленным никелем пропускался газообразный оксид углерода. Когда опыт уже заканчивался, Монд заметил, что бесцветное пламя отходящего оксида углерода стало белым. Заинтересовавшись этим явлением, исследователи продолжили опыты, и каждый раз пламя оказывалось белым. Сомнений быть не могло: оксид углерода вступает во взаимодействие с никелем. Но что же в результате образуется? С помощью смеси снега с солью удалось сконденсировать капли тяжелой бесцветной жидкости, которую назвали карбонилом никеля.

Монду принадлежит и идея практического использования карбонильных соединений. Он предложил, действуя оксидом углерода на материалы, содержащие никель, "испарять" его в виде карбонила, а затем, нагревая карбонил, получать из него чистый никель. Карбонильный метод и ныне широко применяется для производства металлов высокой чистоты, а также для нанесения на изделия никелевых, кобальтовых и хромовых покрытий



Из других соединений никеля важное промышленное значение имеет его оксид, используемый для изготовления щелочных железо-никелевых аккумуляторов, которые изобрел еще знаменитый американец Томас Алва Эдисон. Эти аккумуляторы, хотя и уступают свинцовым по величине электродвижущей силы, но зато меньше весят, дольше служат и к тому же проще в эксплуатации.

В Периодической системе никель расположен рядом с железом и кобальтом. Будучи во многом сходными, эти элементы образуют так называемую триаду. Любопытно, что из всех известных элементов лишь члены железной триады и редкоземельный металл гадолиний обладают при обычных условиях ферромагнитными свойствами. Эта "семейственность" доставляет много хлопот металлургам: отделить никель от кобальта — задача не из легких. Да и другая соседка никеля по таблице элементов — медь — тоже очень неохотно расстается с ним. В природе же и кобальт, и медь, как правило, сопутствуют никелю. Разделение этих элементов — очень сложный многостадийный процесс. Именно по этой причине никель считается одним из наиболее дорогих и дефицитных промышленных металлов.

В земной коре содержится меньше одной сотой доли процента никеля. Не думайте, что это мало. Предположим, кому-нибудь пришла в голову мысль никелировать нашу планету. Хватит ли для этого земных запасов никеля? Расчет показывает, что не только хватит, но еще и останется на десятки тысяч (!) таких же "шариков". А ведь земная кора — это только скорлупка, под которой находятся гораздо более плотные слои, где содержание никеля, по мнению ученых, значительно выше.

Геологи, занятые поисками полезных ископаемых, нередко прибегают к помощи… собак. В течение нескольких лет ученые Института геологии Карельского филиала Академии наук СССР совместно с работниками Института минералогии проводили успешные эксперименты по обучению четвероногих рудознатцев. Овчарки, фокстерьер и спаниель, как чуткие приборы, реагировали на руды многих металлов, в том числе и никеля, залегающие на глубине нескольких метров.

"Не слишком ли примитивен для XX века этот способ?" — подумает, быть может, кое-кто из читателей. Не торопитесь с выводами: дело в том, что в условиях северных болот геологам искать руду трудно, да и обходится это недешево. Четвероногие же друзья обладают повышенной проходимостью и проникают в такие места, которые недоступны для человека. Радиус действия живого "прибора" в десятки раз больше, чем у обычных физических приборов, применяемых для поиска полезных ископаемых. У собак есть еще одно достоинство: чтобы "осмотреть" десяток-другой ящиков с образцами, им нужно лишь считанные секунды, тогда как геологу для этого требуются обычно долгие часы.



Опыт советских ученых по использованию собак для геологоразведочных работ взяли на вооружение канадские специалисты. В полицейском управлении Ванкувера отобрали трех немецких овчарок, обучили их новой профессии и отправили в длительную командировку на поиск месторождений полезных ископаемых. Под руководством опытных геологов собаки только за сезон открыли несколько перспективных залежей никеля и меди.

Канаде принадлежит ведущая роль в добыче никелевых руд среди капиталистических стран. Одно из основных канадских месторождений находится вблизи озера Онтарио. Здесь, на никелевых рудниках, был произведен грандиозный промышленный взрыв. Подготовка к нему длилась больше года. В скалах было проделано 17 тысяч шпуров, общая длина которых составила несколько десятков километров. В шпуры заложили колоссальное количество взрывчатки — железнодорожный эшелон из 30 вагонов! "Мамонт-взрыв" — так назвали его канадцы — поднял в воздух полтора миллиона тонн скальных пород и три с половиной миллиона тонн никелевой руды. Совсем недавно крупные залежи никеля были обнаружены вблизи канадского озера Манитоба. Эта находка сделана с помощью приборов, которые вели наблюдения за нашей планетой с одного из ее искусственных спутников.

В конце 1969 года на Лондонской бирже поднялся невиданный бум: курс акций, выпущенных акционерным обществом "Посейдон", то резко возрастал, то стремительно падал вслед за сообщениями, поступавшими из далекой Австралии. Общество "Посейдон" было создано вскоре после того, как в прибрежных песках этого континента удалось обнаружить никель. О результатах дальнейших изысканий геологов немедленно становилось известно в Лондоне. Сначала появились сведения об очень высоком содержании никеля — курс акций тотчас же заметно подскочил. Затем передали, что произошла ошибка в десять раз (не там оказалась запятая) — через несколько минут акции "Посейдона" начали продавать чуть ли не за бесценок. Но вот новое сообщение с телетайпной ленты: первоначальные данные о высокой концентрации никеля верны — снова цены на акции взвинчиваются до предела. Видимо, кое-кто неплохо погрел на этом руки, а эпицентр никелевого бума переместился теперь непосредственное Австралию, где развернулась эксплуатация богатейших месторождений.

В отличие от Земли, где никель встречается лишь совместно с другими элементами, многие небесные тела располагают чистым никелем. В довольно больших количествах космический никель попадает на нашу планету. По подсчетам ученых, ежегодно на каждый квадратный километр Мирового океана падает в виде метеоритов до 250 граммов никеля. Казалось бы, не так уж много. Но ведь океан имеет солидный возраст, солидные размеры, а значит, и солидные накопления. Последние данные, полученные с помощью искусственных спутников, показали, что земная атмосфера поглощает ежегодно свыше миллиона тонн межпланетной пыли (причем во время метеоритных ливней этот "слой пыли" возрастает в сотни раз), а как известно, содержание никеля в ней весьма высокое.



Любопытны проекты пополнения земных запасов никеля за счет небесных тел. В межпланетном пространстве разгуливают десятки тысяч так называемых малых планет — астероидов, состоящих главным образом из железа и никеля. Орбиты вращения некоторых из них проходят сравнительно недалеко от орбиты Земли, и иногда астероиды оказываются на довольно близком расстоянии от нашей планеты. По мнению ряда ученых, теоретически возможно, используя ракетную технику, доставить астероид на околоземную орбиту, а затем развернуть на нем добычу железа и никеля. Один из проектов предусматривает засылку на астероид специальных автоматических устройств, которые с помощью солнечных печей будут переплавлять астероидное вещество в слитки массой в миллионы тонн. Ракеты доставят эти слитки на околоземную орбиту, и останется лишь благополучно спустить металл на поверхность Земли. Но как? Предлагается, например, расплавлять его на орбите и вводить в него газ, а полученные пеноблоки металла приводнять затем в океан, где они будут плавать в ожидании транспортных судов, которые доставят их на прибрежные металлургические заводы. По подсчетам специалистов, каждый кубический километр астероидного вещества при нынешних нормах потребления никеля обеспечит Землю этим металлом примерно на 1250 лет.

Смелые проекты, не правда ли? Но разве еще совсем недавно путешествие человека в космические дали не воспринималось даже многими учеными лишь как дерзновенный полет фантазии?

…Наш рассказ о никеле — металле, названном в честь злого духа гор, подошел к концу. Быть может, когда-нибудь справедливость восторжествует, и никель будут называть "добрым волшебником". Но впрочем, так ли уж важно, какое имя носит металл? Главное, что он приносит людям огромную пользу.


Сменившая камень

Дары анатолийских холмов. — "Великолепная семерка". — Каменный век сходит со сцены. — Котел из гробницы. — Чем занимался Гефест? — Сосуд, найденный под Багдадом. — Невосполнимая потеря. — События в порту. — По указаниям фараона. — Чудо света в утильсырье? — Для статуи Свободы. — Музыкальные способности. — Жрецы-алхимики. — "Возьми сыр козий …" — Круги под глазами. — "Пушечная изба". — Удачная "командировка". — Церковь расстается с колоколами. — Ход конам. — В степи у Балхаша. — "Заря" бороздит океан. — Крыша королевского замка. — "Медный бунт". — Нос тут не при чем. — Сокровиша седого Урала. — Где упала антилопа? — Миллиард лeт назад. — Дело в шляпе. — Вкусное ожерелье. — Фиалки предпочитают цинк. — Большое видится на расстоянии. — Проделки медной руды. — Голубая кровь? — "Антиакулин". — Гномы за работой.


В начале 50-х годов английский археолог Джеймс Меллаарт проводил раскопки на Анатолийском плоскогорье в Турции. Находок оказалось немного, и ученый решил прекратить поиски. Покидая Анатолию, Меллаарт не знал, вернется ли он сюда когда-нибудь. И уж конечно он не мог и предположить, что спустя всего несколько лет ему суждено именно здесь совершить открытие, которое специалисты расценят как сенсацию в мировой археологии. Все же нет-нет да и всплывали в памяти археолога два больших холма в долине реки Коньи, до которых у него так и не дошли руки. Что-то заставляло его мысленно возвращаться туда, где среди солончаковых степей высились эти холмы, носившие название Чатал-Хююк.

И вот осенью 1958 года Меллаарт снова приехал сюда и вместе с коллегами приступил к раскопкам восточного холма Чатал-Хююка. И что же? Находки посыпались одна за другой. Холм словно торопился расстаться со своей тайной, которую ему пришлось хранить долгие столетия. Оказалось, что когда-то здесь находилось поселение древних земледельцев и скотоводов. Радиоуглеродный анализ позволил определить время существования этого поселения: примерно 6500–5700 годы до н. э. Восемь с половиной тысячелетий! Столь почтенный возраст Чатал-Хююка не мог не вызвать огромного интереса к этому памятнику неолитической эпохи.

Вскоре археологи развернули здесь систематические работы, и фортуна не заставила долго ждать себя: были найдены неплохо сохранившиеся хижины, домашние очаги, предметы обихода. Щедрым оказался Чатал-Хююк и на произведения искусства древних мастеров: настенные цветные фрески, барельефы, изящные статуэтки, керамические изделия. Но все же наибольшую научную ценность, пожалуй, имели не они, а маленькие медные вещицы, найденные на одном из самых нижних (а значит, и самых ранних) горизонтов раскопок: мелкие шильца, крохотные бусинки и трубочки, служившие украшениями для женской одежды. Эти невзрачные на вид окислившиеся и позеленевшие крупицы меди были древнейшими на тот момент металлическими изделиями, которые удалось найти на нашей планете.

Поначалу Меллаарт предположил, что медь, послужившая здешним жителям материалом для их поделок, имела самородное происхождение. Но Чатал-Хююк приготовил археологам и историкам металлургии еще один сюрприз: рабочие, проводившие раскопки, натолкнулись в тех же нижних слоях на кусок медеплавильного шлака. Стало быть, мастера Чатал-Хююка умели не только обрабатывать самородную медь, но и выплавлять этот металл из руд.

Это открытие имело огромное значение для науки. И хотя вскоре после описанных событий к востоку от Конийской долины в верховьях реки Тигр группа американских и турецких археологов нашла остатки древнего поселения со следами меди и медной руды, которое оказалось примерно на пять веков старше Чатал-Хююка, именно этот двугорбый холм анатолийского плоскогорья, отодвинувший чуть ли не на три тысячелетия в глубь времен предполагаемую границу возникновения на Земле металлургии, вошел в историю археологии как одна из самых замечательных ее страниц.



Почему именно медь стала первым металлом, оказавшимся в руках человека? Почему ей суждено было сыграть столь важную роль в развитии человеческого общества?

Вместе с золотом, серебром, железом, оловом, свинцом и ртутью медь входит в "великолепную семерку" металлов, известных людям с незапамятных времен. Из этих семи древнейших металлов лишь три — золото, серебро и медь — встречаются на Земле в самородном состоянии. Но золото и серебро попадались нашим предкам довольно редко, а медь значительно чаще, причем иногда в виде весьма солидных самородков. Так, в середине прошлого века в районе Великих озер (Северная Америка) был найден сросток крупных медных глыб массой примерно 400 тонн. На поверхности металла сохранились следы каменных топоров, с помощью которых еще во времена неолита человек отбивал от глыб куски меди, чтобы использовать ее для своих нужд.

А нужда в этом металле была — и немалая. Преимущества меди перед камнем в качестве материала для орудий труда, оружия, предметов быта оказались столь очевидны, что древний земледелец, скотовод или охотник не мог их не заметить. Еще бы: металл сравнительно легко менял форму, его можно было сплющить, заострить края, проделать в нем отверстие. Медь начала теснить позиции камня и вскоре прочно вошла в жизнь первобытных людей: каменный век сдал полномочия эпохе меди.

Постепенно накапливая опыт обработки меди, человек достиг в этом деле заметных успехов, о чем говорят дошедшие до нас медные изделия древних мастеров. В гробнице одного из египетских фараонов, жившего примерно в середине третьего тысячелетия до н. э., был найден большой котел, изготовленный из листа расплющенной меди.

Вслед за тем люди научились плавить медь и отливать из нее простые изделия. И хотя древнейшая известная археологам медная отливка — топор — насчитывает почти шесть тысячелетий, надо полагать, что по-настоящему техникой литья человек овладел лишь после того, как "прошел курс" горячей обработки металла.

К этому времени уже во многих местах земного шара добывали медную руду и из нее выплавляли медь. Особой известностью пользовались рудники острова Кипр, которому, как полагают, медь и обязана своим латинским названием "купрум". Русское же слово "медь", по мнению некоторых ученых, происходит от слова "смида" — так племена, населявшие когда-то европейскую часть территории нашей страны, называли всякий металл

Упоминания о меди можно встретить в самых ранних литературных источниках. Гомер описывает в "Илиаде", как античный бог-труженик Гефест — кузнец по профессии — выковывает из меди победный щит герою Троянской войны Ахиллу: "Сам он в огонь распыхавшийся медь некрушимую ввергнул…" Согласно древнегреческим мифам, титан Прометей, похитивший у богов огонь и передавший его людям, был по приказу Зевса прикован к скале медной цепью.

Медь в древности была известна не только на небесах, но и на грешной земле, причем порой этому металлу отводилась довольно необычная для того времени роль. В 30-х годах нашего века при раскопках под Багдадом немецкие археологи нашли странный глиняный сосуд, внутри которого находился медный пустотелый цилиндр с сильно окислившимся железным стержнем. Исследователи, изучавшие багдадскую находку, пришли к смелому выводу: этот прибор, в который древние арабы заливали щелочной раствор, служил источником электрического тока и использовался древними ювелирами для электролитического золочения металлических изделий. Если эта версия правильна, то, значит, первый гальванический элемент создан "электротехниками" Двуречья за два тысячелетия до опытов Гальвани и Вольта.

По мнению ученых-египтологов, во втором тысячелетии до н. э. металлургия меди достигла в Египте солидных масштабов: в стране в то время действовало не менее тысячи медеплавильных печей. Однако затем, как свидетельствуют многочисленные исторические документы, производство этого металла резко сократилось. Неужели египтяне перестали нуждаться в меди? Недавно эту загадку удалось решить: археологические раскопки показали, что древнеегипетская медная "промышленность" пострадала от… энергетического кризиса, охватившего в те далекие времена этот регион. Используемые в качестве топлива для медеплавильных печей пальмы и белые акации, росшие по берегам в дельте Нила, были полностью вырублены и сожжены. Потеря оказалась невосполнимой, и выплавка меди сошла на нет.

Медь внесла заметный вклад в развитие материальной культуры, но еще более важную роль суждено было сыграть сплаву меди с оловом — бронзе. Этот замечательный сплав обладает рядом преимуществ перед чистой медью: большей твердостью и прочностью, упругостью, остротой лезвия, меньше подвержен коррозии, лучше заполняет литейную форму. Вслед за недолгой эпохой меди на нашей планете воцарился бронзовый век.

Человек познакомился с бронзой, по-видимому, в четвертом тысячелетии до н. э.: именно так датируют ученые самые ранние бронзовые орудия, найденные в Иране, Турции, Месопотамии. Однако свое название бронза получила значительно позже. Один из древнейших морских портов Италии Бриндизи в античные времена (тогда он назывался Брундизием) был конечным пунктом Аппиевой дороги, по которой в порт поступала добываемая в стране медь различных месторождений. Отсюда начинался путь этого металла во многие государства. Но медь редко была чистой; как правило, металл представлял собой сплав меди с оловом. Он мог получаться естественным путем в процессе плавки, поскольку в тех месторождениях, откуда была "родом" медь, ей обычно сопутствовало олово. Кроме того, в порт постоянно заходили греческие суда, перевозившие олово с Британских островов; вполне вероятно, здешние металлурги подметили, что сплав двух металлов, пути которых пересекались в Брундизии, обладает хорошими свойствами, и освоили его массовое производство. Вскоре этот сплав — "медь из Брундизия" (по-латыни "эс Брундизи") — повсюду стали именовать бронзой.

Любопытное изображение технологического процесса изготовления отливок из бронзы обнаружено в египетской гробнице, относящейся к середине второго тысячелетия до н. э. Трое рабочих (должно быть, рабов, поскольку за ними наблюдает надсмотрщик с палкой) подносят металл к горну, где происходит плавление. Видны плавильные тигли, кучки древесного угля, корзина, в которой он доставлен в "литейный цех". Двое рабочих, обслуживающих мехи, и третий — с "кочергой" разводят и поддерживают огонь в горне. При помощи прутьев двое рабочих извлекают тигель с расплавленной бронзой из горна и переносят к литейной форме — здесь ведется разливка. Древний художник сопроводил рисунки текстом: иероглифы поясняют, что изображена отливка больших бронзовых дверей для храма, причем металл по указанию фараона доставлен из Сирии.

С давних пор бронза пришлась по душе ваятелям. Время сохранило для нас великолепные бронзовые скульптуры, рожденные много веков назад, — "Марк Аврелий", "Дискобол", "Спящий сатир" и другие. Некоторые статуи из бронзы отличались гигантскими размерами. В начале III века до н. э. был создан, например. Колосс Родосский — достопримечательность древнего порта на острове Родос в Эгейском море. Эта 32-метровая статуя бога Солнца Гелиоса, возвышавшаяся у входа в гавань, считалась одним из семи чудес света. К сожалению, грандиозное творение скульптора Хароса просуществовало лишь немногим более полувека: землетрясение разрушило статую и она была продана сирийцам как металлолом.

Искусными мастерами в области бронзового литья были японцы. Огромная фигура Будды в храме Тодайдзи, созданная в VIII веке, весит более 400 тонн. Чтобы отлить такую уникальную статую, требовалось поистине выдающееся мастерство и высокий технический уровень литейного дела.

И в более поздние времена медь и бронза продолжали верно служить искусству ваяния. Вспомните хотя бы знаменитого "Медного всадника" — бессмертное творение французского скульптора XVIII века Этьенна Мориса Фальконе. При входе в нью-йоркскую гавань высится 46-метровая статуя Свободы, созданная в конце прошлого столетия другим французским скульптором — Фредериком Огюстом Бартольди. Для ее сооружения потребовалось 225 тонн листовой меди.

В раннем "возрасте" бронза проявила недюжинные музыкальные способности и навек связала себя с колокольным звоном. Из каких только металлов и сплавов ни пробовали люди отливать колокола — из стали, чугуна, латуни, алюминия и даже из золота и серебра, — но ни один из них не мог конкурировать с бронзой по силе и продолжительности звучания. До наших дней дошло множество старинных бронзовых колоколов — от маленьких бубенчиков до набатных исполинов. Колокольным звоном — тревожным и радостным, праздничным и печальным — на протяжении столетий сопровождались важнейшие события нашей истории.

У некоторых народов о колоколах сложены волнующие легенды. Так, в Корее еще в VIII веке был отлит огромный 48-тонный колокол, звук которого необычайно красив. По преданию, дочь мастера, чтобы избавить отца от многочисленных неудач, бросилась в расплавленный металл и в нем застыл ее предсмертный крик. Но обычно мастера-литейщики обходились без таких жертв: меняя состав бронзы и размеры отливки, они создавали удивительные "стозвонные" колокола, звучавшие "во дни торжеств и бед народных".

Наряду с бронзой, человеку с давних времен известен и другой замечательный медный сплав — латунь: в ней в роли союзника меди выступает цинк. Упоминания об этом сплаве оставили нам еще египетские жрецы, которые, видимо, были первыми в истории науки алхимиками: в рукописях, найденных при раскопках одной из гробниц в Фивах, содержались секреты "получения" золота из меди. Как утверждали авторы этих священно-химических "монографий", стоило лишь добавить к меди цинк — и она тут же превращалась в золото (по внешнему виду латунь действительно напоминает золото). Правда, у такого "золота" был недостаток: на его поверхности появлялись зеленоватые "язвы" и "сыпь" (в отличие от золота латунь не могла сопротивляться вредному воздействию кислорода). Чтобы устранить это "заболевание", по мнению жрецов, требовались усердные молитвы и сильнодействующие заклинания.

Разнообразное применение находили в старину и соединения меди. Произведя анализы древних фресок, химики обнаружили в них уксуснокислую медь — она служила ярко-зеленой краской, называемой яр-медянкой. Рецепт приготовления ее в Древней Руси был несложен: "Возьми сыр козий, да меду пресного, да положи в медный сосуд и наклади туда меди и покрой медью. Запечатай крышку тестом и поставь на печь на две недели". И все дела! Неизвестно, как изготовляли яр-медянку древние римляне, но такая краска найдена в настенной живописи терм (бань) римского императора Тита, во фресках античного города Помпеи, погребенного под слоем лавы и пепла при извержении Везувия около двух тысячелетий назад.

Среди товаров, которыми торговали в те времена александрийские купцы, большим спросом пользовалась парфюмерная краска "медная зелень". С ее помощью модницы наводили на глаза зеленые тени — тогда это считалось проявлением тонкого вкуса. Впрочем, история повторяется, и сегодня такой "грим" снова вошел в моду.

Медные рудники, обнаруженные на территории нашей страны, насчитывают несколько тысячелетий. При раскопках в Закавказье, Средней Азии, Сибири, на Алтае' археологи находили медные и бронзовые ножи и топоры, наконечники стрел и щиты, шлемы и украшения — многочисленные изделия, созданные задолго до нашей эры.

В начале XVI века в Москве давали продукцию такие "оборонные предприятия", как "Пушечная изба" и "Пушечный двор"^ где отливали бронзовые орудия разных калибров. В отливке орудий русские мастера достигли совершенства. Шедевром литейного искусства по сей день считается 40-тонная Царь-пушка, отлитая из бронзы в 1586 году Андреем Моховым. Другой замечательный памятник техники — бронзовый Царь-колокол массой более 200 тонн — был отлит в 1735 году мастерами отцом и сыном Материными и предназначался для колокольни Ивана Великого. Кстати, купол этого памятника архитектуры XVI века покрыт позолоченными листами из чистой меди. Медными листами отделана и южная дверь Успенского собора — главного храма Древней Руси.

Испытывая недостаток в меди, Россия вынуждена была постоянно вести поиски новых месторождений. В середине XVII века "для сыску медныя руды" в Олонецкий уезд был направлен купец Семен Гаврилов. Поездка оказалась удачной: руда действительно нашлась.

Сохранился датированный 1673 годом документ, согласно которому олонецкий воевода должен был очистить дорогу от рудника до завода длиной в полторы версты. Несколько раньше, в 1652 году, казанский воевода сообщил царю, что медной руды "сыскано много' и заводы… к медному делу заводим".

И все же меди не хватало. Особенно остро дефицит меди сказался во время войны со шведами (любопытно, что на протяжении всей войны Россия покупала медь и железо в… Швеции). В бою под Нарвой в 1700 году — русские войска потерпели тяжелое поражение. Петр I, понимая необходимость создания мощной артиллерии, наряду с увеличением выплавки меди, принимает решение о реквизиции у церкви бронзовых колоколов и других изделий. Несмотря на возражения церковников, Петр I пускает всю бронзу на военные цели.



Полтавский бой подтвердил мудрость Петра: шведские войска, располагавшие лишь несколькими орудиями, были сокрушены огнем десятков русских бронзовых пушек. Разгром шведов имел важнейшее значение для последующего развития русской экономики.

После победы под Полтавой Петр I проводит еще одну реформу. Развивавшаяся внутренняя торговля требовала дешевого денежного материала, способного вытеснить серебро, которое в качестве валютного металла было необходимо для внешней торговли. И снова в ход идут колокола: теперь их переливают уже не на пушки, а в медную монету.

В последующие годы производство меди в стране продолжает развиваться. Десятки медеплавильных заводов возникают на Урале, на Алтае. К концу XIX века медь выплавляли уже на Кавказе и в Казахстане.

К этому же времени относится и возникновение металлургии меди на Крайнем Севере (в бывшей Енисейской губернии). В 1919 году геолог Н.Н. Урванцев обнаружил в Норильске остатки медеплавильной печи. Выяснилось, что печь была сооружена в 1872 году, причем ее постройке предшествовали довольно интересные события.

О том, что на Таймыре есть медные руды, было тогда уже известно, но медеплавильная промышленность не могла развиваться из-за дороговизны строительных материалов, особенно кирпича. И вот в 1863 году купец Киприян Сотников решается на остроумный "ход конем". Он просит у енисейского губернатора позволения построить в селе Дудинка на собственные средства деревянную церковь. Разумеется, губернатор не мог отказать рабу божьему в этой священной просьбе — купцу было выдано соответствующее разрешение. Фокус же заключался в следующем. Губернаторской канцелярии не было известно, что в Дудинке уже существует церковь, притом каменная. Поэтому, быстро построив деревянную церковь, предприимчивый купец разобрал каменную и из ее кирпичей соорудил в 1872 году печь для выплавки меди — "прабабушку" современного гиганта цветной металлургии Норильского комбината, пущенного незадолго до Великой Отечественной войны.

К началу XX века значительная часть медной промышленности России находилась в руках иностранных концессий. В 1913 году было произведено лишь 17 тысяч тонн рафинированной меди. Это ни в коей мере не соответствовало потребностям страны.

Гражданская война и интервенция Антанты свели производство меди фактически к нулю. Многие медные рудники были разрушены или затоплены, заводы замерли: не было ни рабочей силы, ни материалов, ни топлива.

В эти тяжелые годы напомнил о себе один из бывших концессионеров крупный английский промышленник Лесли Уркварт. Он вызвался помочь в восстановлении богатейшего по тем временам Карабашского медного рудника, поставив при этом кабальные для нас условия. В.И. Ленин ответил ему категорическим отказом. Но желание Уркварта погреть руки на русской меди было велико. Зная, как богаты недра нашей земли, он обратился к Советскому правительству с новым деловым предложением: "Не дадите ли вы мне… возможность поковыряться в киргизской степи, около Балхаша и дальше? — писал он. — Раньше чем через 50, а может быть, и 100 лет вы этими местами все равно не займетесь".

Но руководители советской промышленности понимали, что такое "ковыряние" оказалось бы подкопом под экономику молодого государства, и Уркварту пришлось расстаться со своими заманчивыми идеями. Народ сам взялся за восстановление промышленности.

Для осуществления Ленинского плана электрификации страны нужна была медь, много меди. 5 мая 1922 года дал первую продукцию восстановленный Калатинский (ныне Кировоградский) медеплавильный завод. Дату пуска этого предприятия можно с полным правом считать днем рождения советской цветной металлургии.

Вскоре дошла очередь и до Балхаша. Уже осенью 1928 года (а не через 50 и не 100 лет!) в этот район был направлен поисковый отряд. И вот у подножья горы Бентау-Ата, там, где хотел "поковыряться" Уркварт, геологам удалось найти медь. Спустя несколько лет здесь было начато строительство "Медной Магнитки" — Балхашского горно-металлургического комбината. Стройка велась в исключительно тяжелых условиях. Нередко единственным видом транспорта служили караваны верблюдов, доставлявшие грузы за сотни километров. Но энтузиазм людей преодолевал все трудности и лишения. В 1938 году была получена первая медь Балхаша.

В годы первых пятилеток и в послевоенное время были сооружены многие другие медеплавильные предприятия. Сейчас медная промышленность — одна из ведущих отраслей советской цветной металлургии.

В каких же областях современной техники применяют медь — один из самых древних металлов, известных человеку?

Важнейшие свойства меди — ее отличная электропроводность и теплопроводность. Только один металл обладает еще более высокими показателями этих свойств — серебро. Но этот металл дорог и не может так широко использоваться в промышленных целях. Вот почему медь по праву называют главным металлом электротехники.

Технологи, занятые сегодня обработкой меди, как и их далекие пещерные предки, ценят этот металл за его высокую пластичность: из него можно получить тончайшую фольгу — в несколько раз тоньше папиросной бумаги.

Еще одно ценное свойство меди — ее немагнитность. В Свердловске на Обсерваторской горе стоит деревянный дом, сооруженный еще в 1836 году для метеорологических и магнитных наблюдений. Чтобы устранить помехи для многочисленных приборов, при строительстве дома не было использовано ни единого железного гвоздя — только медные.

В 1952 году со стапелей финского города Турку сошла построенная по заказу нашей страны трехмачтовая шхуна "Заря" — небольшое парусно-моторное судно, предназначенное для изучения магнитного поля Земли. Высокая точность измерений достигается тем, что число магнитных материалов в конструкции и оборудовании "Зари" сведено к минимуму. Крепления деревянного корпуса изготовлены из латуни; якоря, якорные цепи, большинство деталей судовых механизмов — из бронзы и немагнитных сплавов. Из латуни сделана даже спортивная штанга, с которой упражняются члены экипажа и ученые во время дальних океанских странствий.

Медь можно встретить в трансформаторе и автомобильном двигателе, в телевизоре и радиоприемнике, в сложнейших электронных устройствах и металлообрабатывающих станках. Из нее изготовляют детали химической аппаратуры и инструмент для работы с взрывоопасными или легковоспламеняющимися веществами, где нельзя применять "искрометную" сталь. Пары меди — главные действующие лица так называемых импульсных лазеров, на основе которых созданы уникальные лазерные микроскопы: они позволяют проецировать на экран увеличенное в 15 тысяч раз изображение мельчайших объектов.

Медь и ее сплавы имеют солидный стаж работы в строительстве. Еще в средние века этот металл служил кровлей для замков и церквей. Листовой медью покрыт, например, знаменитый королевский замок в Эльсиноре (Дания), где принц датский Гамлет по воле великого Шекспира решал волнующую дилемму: "Быть или не быть?" В современную архитектуру удачно вписываются орнаменты и другие декоративные элементы из меди. Примеру древних египтян, сооружавших медные водопроводы, последовали создатели одного из самых высоких зданий в мире — Эмпайр стейт билдинг в Нью-Йорке: на водопроводную систему этого небоскреба высотой 381 метр пошло свыше 200 тонн меди. Из листовой меди, на которую нанесено золотое покрытие, изготовлены, детали контура и ажурного обрамления каждой из пяти рубиновых звезд, украшающих башни Московского Кремля.

Число медных сплавов, используемых в различных сферах человеческой деятельности, постоянно растет. Еще несколько десятилетий назад бронзой называли только сплавы меди с оловом, а сегодня уже известны алюминиевые и свинцовые, кремнистые и марганцовистые, бериллиевые и кадмиевые, хромистые и циркониевые бронзы.

Из алюминиевой бронзы (сплав меди примерно с 5 % алюминия) в наши дни делают, в частности, монеты. Впервые на Руси медные монеты были введены в середине XVII века.

Это событие в 1662 году привело в Москве к восстанию, вошедшему в историю под названием "Медного бунта". Непосредственным поводом к восстанию послужила замена серебряных денег медными, что вызвало повышение цен на хлеб и другие продукты. Измученный длительной войной с Польшей и Швецией, испытывавший крайнюю нужду из-за частых неурожаев и больших налогов народ восстал. Царь сумел подавить "Медный бунт" и жестоко расправился с восставшими, но медные монеты все же пришлось изъять из обращения.

Известно немало эпитетов и прозвищ, с которыми императоры, цари, короли и другие монаршие особы вошли в историю. Одним из них повезло: кому не лестно, например, остаться на века и тысячелетия Великим, Красивым или Грозным? А вот английский король Генрих VIII, правивший в XVI веке, вправе был посетовать на судьбу: он получил у своих подданных прозвище "Старый медный нос". Причина столь "высокой" чести заключалась в следующем. При Генрихе VIII расходы двора были очень велики: на одних только официальных жен, сменявших друг друга (их у него насчитывалось полдюжины), пошло немало средств, да и войны с Францией и Шотландией потребовали значительных затрат. Все это привело к серьезному расстройству королевских финансов. Любвеобильный и воинственный монарх нашел "оригинальный" выход из положения: по его тайному указанию серебряные монеты начали чеканить из… меди, лишь сверху покрывая их тонким слоем серебра. Но вот беда: всякая монета, находясь долгие годы в обращении, постепенно изнашивается. Эта участь постигла и шиллинги Генриха VIII, на которых был изображен сам король. Поскольку наиболее выдающейся деталью металлического королевского лица на монете был нос, то и страдал он от изнашивания в большей степени, чем другие, менее выпуклые элементы портрета. Серебро на кончике носа стиралось, беззастенчиво обнажая медь. Вот почему Генриха VIII при жизни начали именовать в народе "Старым медным носом". Это прозвище до сих пор в ходу у нумизматов

В середине XVII века необычные медные монеты были изготовлены в Швеции: они представляли собой массивные прямоугольные пластины, весившие около 20 килограммов. Эта "мелочь" попала в руки ученых сравнительно недавно, когда водолазы нашли на дне Балтийского моря остатки средневекового судна, на борту которого оказалось несколько таких монет.

Похожие деньги, правда, меньших размеров, выпускались и в России. В 1725 году в обращение вошли медные рубли в виде квадратных пластин массой 1,6 килограмма. Вместе с рублями были выпущены и более мелкие квадратные монеты: полтины, полуполтины, гривны, пятаки и копейки. Пользоваться тяжелыми квадратными монетами оказалось не очень удобно, и выпуск их пришлось прекратить. В наши дни эти уникальные деньги ценятся у нумизматов на Вес золота.

Иногда же медные монеты, как ни парадоксально, оказываются намного дороже золотых. В Лондоне как-то с аукциона была продана маленькая медная монетка достоинством всего в 1 пенни. Но присутствовавшие в зале знали, что этому потускневшему кружочку металла отнюдь не "грош цена". В 1933 году монетный двор в Англии отчеканил всего шесть таких монет, причем пять из них хранятся в английском казначействе и Британском национальном музее, а шестая оставалась эти годы в частных коллекциях. Новому обладателю ее пришлось выложить на аукционе кругленькую сумму — 2600 фунтов стерлингов. Это более чем в полмиллиона раз превышает номинальную стоимость монеты.



В природе довольно много медных минералов. Пожалуй, самый красивый из них — малахит. Крупные залежи этого чудесного зеленого камня с неповторимыми узорами таят в себе недра седого Урала. В 1835 году здесь была найдена глыба, весившая 250 тонн. Золотые руки уральских мастеров-камнерезов превращали малахит в изделия сказочной красоты — шкатулки, вазы, столы, колонны. В Малахитовом зале ленинградского Эрмитажа можно увидеть огромные вазы из этого камня-самоцвета.

Богатые месторождения медных руд имеются в Африке — в Замбии и Заире. Любопытна история их открытия. В начале нашего века местный житель, охотясь на саблерогих антилоп-рон, ранил одну из них и стал преследовать ее, пока она не пала замертво на вершине скалы. Подойдя ближе, охотник увидел на скале изумрудно-зеленые прожилки. Отбитый камень он показал геологам и те установили, что природа спрятала здесь немалую часть своих медных кладов. Территория, на которой они находятся, получила название Меденосный пояс, а месторождение в Замбии, где была впервые найдена медь, с тех пор именуется Рон-Антелоп.

В честь меди в холле международного аэропорта замбийской столицы Лусаки установлен памятник — многотонная с зеленоватым налетом глыба медной руды. Такова своеобразная "визитная карточка" этого молодого африканского государства. А четырехгранный купол столичного здания, где располагается Национальное собрание Замбии, облицован огромными медными плитами, символизирующими природные богатства страны, фундамент ее экономики.

Небезынтересно отметить, что именно в замбийских меднорудных карьерах ученые обнаружили древнейшие на Земле следы жизни: в горных породах, насчитывающих миллиард лет, сохранились микрогалереи, проделанные многоклеточными организмами, которые примерно на 300 миллионов лет старше всех других самых "пожилых" представителей земной фауны, известных науке.

В отличие от Замбии, где меднодобывающая промышленность возникла лишь в нашем веке, на территории Швеции медные рудники действовали еще во времена викингов — тысячу лет назад. В музее города Фалуна, славившегося когда-то добычей меди, посетители невольно обращают внимание на довольно странный экспонат — огромную шляпу из этого металла. В далекие времена здесь жил шляпных дел мастер, видимо, знавший толк в рекламе. Он-то и заказал медянщикам цилиндр метровой высоты и, написав на нем "Изготовление шляп во дворе", выставил его для всеобщего обозрения и привлечения клиентов. Теперь надраенный до огненно-красного блеска оригинальный "головной убор" занял в музее почетное место среди предметов старины.

Есть медь и в другой стране на севере Европы — в Финляндии. Одно из недавно открытых здесь месторождений названо по имени его первооткрывателя — овчарки Лари, обученной профессии геолога. К сообщению о денежной премии, положенной за открытие, собака, как и следовало ожидать, отнеслась весьма сдержанно, зато ожерелье из сосисок, которым она была увенчана, доставило ей истинную радость.

В последнее время все более прочным становится союз геологии и ботаники — так называемая индикационная геоботаника. Еще П.П. Бажов, воспевший в своих замечательных сказах каменные сокровища Урала, писал о волшебных цветах и травах, открывающих людям кладовые золота, железа, меди. Корни многих растений, уходя в глубь земли, вытягивают из нее, словно насосы, растворы минеральных веществ. И если поблизости залегают руды какого-либо металла, содержание его в корнях, стеблях, листьях окажется явно выше нормы. При этом у каждого растения есть свое лакомое блюдо: кукуруза и жимолость неравнодушны к золоту, фиалки предпочитают цинк, полыни по вкусу марганец, сосна питает слабость к бериллию. Повышенное содержание в растении того или иного элемента служит сигналом для геологических поисков, которые довольно часто завершаются открытием месторождений. Так, с помощью зеленых друзей найдены залежи меди з Узбекистане и на Алтае.

"Большое видится на расстоянии", — сказал поэт. С ним, должно быть, полностью согласны геологи, которые, чтобы лучше рассмотреть Землю, пользуются в наши дни космической фотосъемкой. Находящийся на искусственном спутнике или орбитальной научной станции аппарат с помощью "фотоглаза" внимательно изучает земную поверхность, а работающая с ним в дуэте электронная вычислительная машина, в память которой заложены типичные геологические "пейзажи", подсказывает, на что следует обратить особое внимание. Тщательная расшифровка фотографий и практическая проверка участков Земли, показавшихся геологам интересными, дают неплохие результаты. Так, космическая геология уже позволила обнаружить в Пакистане неизвестные раньше запасы медных руд.

По железным и автомобильным дорогам, рекам и озерам, морям и океанам ежегодно перевозятся с мест добычи к металлургическим предприятиям миллионы тонн медной руды. Как ни странно, этот вполне безобидный груз порой неожиданно оказывается источником серьезной опасности. Так, сравнительно недавно медная руда стала… виновником аварии, которую потерпело норвежское грузовое судно "Анатина". Трюмы теплохода, направлявшегося к берегам Японии, были заполнены медным концентратом. Внезапно прозвучал сигнал тревоги: судно дало течь. Оказалось, что коварную шутку с моряками сыграл их груз: медь, содержащаяся в концентрате, образовала со стальным корпусом "Анатины" неплохую гальваническую пару, а испарения морской воды послужили электролитом. Возникший гальванический ток разъел обшивку судна до такой степени, что в ней появились пробоины, куда и хлынула океанская вода.

Представляет интерес еще одна сторона деятельности меди, но уже не как металла. Она принадлежит к числу так называемых биоэлементов, необходимых для нормального развития растений и животных. В ее "обязанности" входит ускорение химических процессов, протекающих внутри клеток. При отсутствии или недостатке меди в растительных тканях уменьшается содержание хлорофилла, листья желтеют, растение перестает плодоносить и может погибнуть. Не случайно медный купорос широко применяют в сельском хозяйстве.

Из представителей животного мира наибольшие количества меди содержат осьминоги, каракатицы, устрицы и некоторые другие моллюски. В крови ракообразных и головоногих медь, входящая в состав их дыхательного пигмента гемоцианина, играет ту же роль, что железо в крови других животных. Соединяясь с кислородом воздуха, гемоцианин синеет (потому-то у улиток "голубая кровь"), а отдавая кислород тканям — обесцвечивается. У животных, стоящих на более высокой ступени развития, и у человека медь содержится главным образом в печени. При недостаточном поступлении меди с пищей у человека развивается малокровие, появляется слабость.

Должно быть, поэтому многие народы приписывают меди целебные свойства. Непальцы, например, считают медь священным металлом, который способствует сосредоточению мыслей, улучшает пищеварение и лечит желудочно-кишечные заболевания (больным дают пить воду из стакана, в котором лежат несколько медных монет). Один из самых больших и красивых непальских храмов носит название "Медный".

Польские ученые установили, что в тех водоемах, где присутствует медь, карпы отличаются крупными габаритами. В прудах или озерах, где меди нет, быстро развивается грибок, который поражает карпов.



Если карпы неравнодушны к меди, то более солидные обитатели подводного мира акулы терпеть не могут этот элемент, точнее его ч соединение с серой — сульфат меди. Широкие эксперименты по проверке этого антиакульего препарата были проведены в США в начале второй мировой войны, когда от торпед и бомб тонуло немало кораблей и нужда в надежном средстве защиты от акул была велика. В решении этой проблемы приняли участие многие ученые и охотники на акул. Кстати, не остался в стороне и Эрнест Хемингуэй — он показал места, где сам не раз охотился на морских хищниц. Успех экспериментов превзошел все ожидания: акулы с жадностью хватали приманки» без сульфата меди и за версту обходили контрольные приманки с препаратом.

В действенности "антиакулина" поначалу усомнились австралийские специалисты. "Для наших акул (а австралийские хищницы считаются самыми кровожадными), — иронизировали они, — это вроде порошка от головной боли. Он послужит лишь острой приправой к жаркому". Однако когда в знаменитом Акульем заливе, у западного побережья Австралии, препарат был испробован, его эффективность вынуждены были признать даже самые отъявленные скептики.

С биологическими процессами связан и один из способов добычи меди. Еще в начале нашего века в Америке были закрыты медные рудники в штате Юта: решив, что запасы руды уже иссякли, хозяева рудников затопили их водой. Когда спустя два года воду откачали, в ней оказалось 12 тысяч тонн меди. Подобный случай произошел и в Мексике, где из заброшенных рудников, на которые все махнули рукой, только за один год было "вычерпано" 10 тысяч тонн меди.

Откуда же берется эта медь? Ученым удалось найти ответ. Среди многочисленных видов бактерий есть такие, для которых любимым лакомством служат сернистые соединения некоторых металлов. Поскольку медь в природе обычно связана с серой, эти бактерии неравнодушны к медным рудам. Окисляя нерастворимые в воде сульфиды меди, микробы превращают их в легко растворимые соединения, причем процесс протекает очень быстро. Так, если при обычном химическом окислении за 24 дня из халькопирита (одного из медных минералов) выщелачивается лишь 5 % меди, то в опытах с участием бактерий за 4 дня удалось извлечь 80 % этого элемента. Как видите, сравнение технико-экономических показателей явно в пользу микротружеников. Оговоримся, что в описанном случае им были созданы практически идеальные условия для работы: температура среды колебалась от 30 до 35 °C, минерал был измельчен и постоянно перемешивался с раствором. Но есть немало экспериментальных данных, свидетельствующих о неприхотливости бактерий: они охотно занимались любимым делом даже в суровых условиях Севера, например на Кольском полуострове.

Особенно полезно участие бактерий на завершающей стадии эксплуатации рудников: ведь в выработанных месторождениях, как правило, еще остается от 5 до 20 % руды. Но добыча этих остатков не оправдывается экономически, а подчас и вовсе невозможна. А вот бактериям ничего не стоит добраться до медных кладбищ и подобрать все крохи с барского стола.

Микроорганизмы можно использовать и для переработки отвалов. На мексиканском месторождении Кананеа, где добыча меди ведется уже более ста лет, возле шахт скопились огромные отвалы породы — десятки миллионов тонн. И хотя содержание меди в них было совсем незначительным, их попробовали орошать шахтной водой, которая затем стекала в подземные резервуары. Из каждого литра этой воды удалось извлечь по 3 грамма меди. Всего же только за месяц из "ничего" было добыто 650 тонн металла.

Бактерии "зачислены в штат" некоторых горнорудных предприятий и в нашей стране. Первая опытная установка по бактериальному выщелачиванию меди начала действовать еще в 1964 году на одном из крупнейших рудников Урала — Дегтярском. Здесь около отработанных карьеров и в отвалах обогатительной фабрики за много лет образовалось новое "месторождение" бедной медной руды. Ее-то и отдали во власть микроорганизмов. На их трудолюбие жаловаться не приходилось: дополнительно была добыта не одна тонна ценного металла. Сейчас в Дегтярске сооружена уже промышленная установка. Массовое "оформление" бактерий на работу происходит и на других предприятиях Урала и Казахстана.

Исследования, проведенные в Институте микробиологии Академии наук СССР, показали, что вкусы промышленных бактерий довольно разнообразны: помимо меди, с их помощью можно извлекать из земных недр железо, цинк, никель, кобальт, титан, алюминий и многие другие элементы, в том числе такие ценные, как уран, золото, германий, рений. Ученые института доказали возможность получения путем бактериального выщелачивания редких металлов галлия, индия, таллия.

Биометаллургические процессы весьма перспективны. Уже сейчас подземное выщелачивание — самый дешевый способ получения меди: людям не приходится опускаться под землю, отпадает необходимость в заводах по обжигу и обогащению медной руды. Всю эту сложную работу охотно выполняют миллиарды крохотных "металлургов", которые, словно сказочные гномы, днем и ночью без устали трудятся, помогая людям получать нужный металл.



А разве не заманчива идея "командировать" этих тружеников в труднодоступные глубинные горизонты, где хранятся несметные рудные богатства? Ведь чтобы добыть их, горнякам приходится порой опускаться в глубь Земли на сотни метров, а кое-где, как, например, в заполярном Талнахе, на руднике "Таймырский", даже на полтора километра. Попробуем пофантазировать и представим себе геомикробиометаллургическое предприятие будущего. Далеко в толщу Земли погружены трубы, по которым к рудной породе подводится нужный биораствор. Проходя через породу, раствор обогащается теми или иными металлами, а поднимаясь затем на поверхность, "прихватывает" их с собой. Остается лишь извлечь металлы из раствора и превратить в слитки, изделия или какую-либо другую металлопродукцию.

Известный советский ученый академик А.А. Имшенецкий писал: "Огромную роль играют микроорганизмы в круговороте веществ в природе. Развитые в свое время В.И. Вернадским идеи геомикробиологии находят уже сейчас практическое применение. Известно, что микробы виновны в образовании ряда рудных ископаемых. Еще Петр I приказал на севере нашей страны добывать со дна озер знаменитую "копеечную" руду для производства пушек. Ее создали… микробы. В ближайшее время в промышленности начнут широко применяться микробы как активные "производители" ценных металлов. Каких-нибудь двадцать лет тому назад это казалось фантастическим, а сегодня люди научились направлять и интенсифицировать деятельность этих невидимых "металлургов". Сейчас в ряде мест земного шара, закачивая в уже брошенные (в связи с истощением) шахты воду, насыщенную микроорганизмами, получают уран, медь, германий и другие металлы в промышленных масштабах. Нет сомнения, что использование микробов в гидрометаллургии сделает ее одной из ведущих отраслей промышленности конца нашего столетия. Культуры микробов, окисляющие соединения серы и других элементов, явятся одним из наиболее совершенных и дешевых металлургических "агентов", да к тому же это производство легко полностью автоматизировать".

…Давно стал достоянием истории медный век, но человек не расстается с медью — своим старым и преданным другом.


Покрывало для стали

Загадка Мешоко. — Идол из Дакии. — Свидетельствует Марко Поло. — Фальшивое серебро или индийское олово? — Подобно птице Феникс. — Лавры достаются Чемпиону. — Солнце в тумане. — Задолго до рождения. — Серебристые узоры. — Союзники становятся конкурентами. — Уникальная коллекция. — Отрицательная роль. — Прогулки по Неве. — Три события в прошлом веке. — Столетние ожидания. — Жертвуя собой. — Стартовая горячка. — Пистолет заряжен. — Пудра из "философской шерсти". — Стеклянные агаты. — Это не Эль Греко! — Радуга телеэкрана. — Почему подрались крысы? — О чем говорят анютины глазки? — Богатства нужно охранять. — Со дна Красного моря. — Вести из космоса.


В начале 60-х годов в предгорьях Северного Кавказа велись археологические раскопки древнего поселения Мешоко. Давным-давно, примерно за два с половиной тысячелетия до нашей эры, в этих местах жили племена скотоводов, пользовавшиеся медными и бронзовыми орудиями труда. Среди многих, найденных здесь мелких металлических поделок, особый интерес вызвал сильно окисленный зеленовато-бурый небольшой предмет в форме трубочки, по-видимому, украшавший когда-то шею одной из местных модниц. Чем же привлекло это скромное украшение современных историков и археологов?

Спектральный анализ показал, что в материале, из которого была изготовлена трубочка, явно преобладал цинк. Неужели этот металл был известен здесь чуть ли не пять тысячелетий назад?

С цинковыми рудами человек знаком с давних времен: еще в древности, более трех тысяч лет назад, многие народы умели выплавлять латунь — сплав меди с цинком. Но вот в чистом виде цинк долго не давался в руки химикам и металлургам: извлечь этот металл из его оксида оказалось нелегким делом. Чтобы разорвать узы, связывающие цинк с кислородом, нужны были высокие температуры, заметно превышающие температуру его кипения, поэтому образовавшиеся пары цинка, встречаясь с кислородом воздуха, снова превращались в оксид.

Разорвать этот замкнутый круг долгое время не удавалось. Все же древние мастера Индии и Китая примерно в V веке до н. э. научились конденсировать пары цинка без доступа воздуха в глиняных сосудах и получать таким путем слитки синевато-белого металла. Спустя несколько столетий искусством плавки цинка овладели и некоторые европейские страны. Так, в Трансильвании, на территории нынешней Румынии, где в начале нашей эры находилась римская провинция Дакия, был найден металлический идол, отлитый из сплава, богатого цинком (свыше 85 %). Но позднее секрет получения этого металла оказался утеря ным. Вплоть до второй половины XVII века цинк доставлялся в Европу из стран Востока и считался большой редкостью.

Вот почему находка в Мешоко так удивила и заинтересовала археологов. Пришлось повторить анализ, но линии спектра вновь подтвердили, что исследуемый предмет состоит из цинка лишь с небольшими примесями меди. Быть может, цинковая поделка имеет более позднее происхождение и случайно оказалась среди действительно очень древних изделий? Но эта версия практически отпала после того, как были уточнены условия находки: цинковое украшение было обнаружено на глубине, соответствующей III тысячелетию до н. э., куда вряд ли могли попасть более "молодые" предметы. Не исключено, что украшение из Мешоко — самое древнее из всех известных на сегодня цинковых изделий.

Средневековье оставило нам немало упоминаний о цинке. Описания выплавки этого металла можно встретить в китайских и индийских источниках VII–VIII веков. Знаменитый венецианский путешественник Марко Поло, посетивший в конце XIII века Персию, рассказал в своей книге о том, как получали цинк персидские мастера. Впрочем цинком металл начал называться лишь в XVI веке, после того, как этот термин появился в трудах Парацельса — известного ученого эпохи Возрождения. Каких только имен не знал металл прежде: фальшивое серебро, спелтер, туция, шпаутер, индийское олово, контерфей. Закрепившееся за ним латинское название "цинк" переводится как "белый налет" (по одной из версий оно произошло от древнегерманского слова "цинко", означавшего, в частности "бельмо на глазу")



В 1721 году немецкий химик и металлург Иоганн Фридрих Генкель (у него учился молодой М.В. Ломоносов в период пребывания во Фрейберге) сумел выделить цинк из минерала галмея. Генкель "сжег" галмей, а из образовавшейся "золы" получил блестящий металлический цинк, который он в своих сочинениях уподобил птице Феникс, восставшей из пепла.

Первый в Европе цинковый завод был сооружен в английском городе Бристоле в 1743 году — через четыре года после того, как Джон Чемпион взял патент на дистилляционный способ получения цинка из окисленных руд. В принципе бристольская технология мало чем отличалась от той, которой пользовались древние безымянные металлурги, но поскольку они лишены были возможности запатентовать свой способ, лавры изобретателя промышленного процесса производства цинка достались Чемпиону. Спустя примерно два десятилетия Чемпион, продолжавший упорно "тренироваться" в области выплавки цинка, сумел разработать еще один процесс, при котором сырьем служили уже не окисленные, а сульфидные руды.

Если бристольской завод выдавал ежегодно 200 тонн цинка, то в наши дни мировая выплавка этого металла измеряется миллионами тонн. По масштабам производства он занимает третье место среди цветных металлов, уступая лишь признанным грандам цветной металлургии — алюминию и меди. Однако у цинка есть одно неоспоримое преимущество перед большинством промышленных металлов — малая стоимость, обусловленная простотой получения (дешевле его на мировом рынке только железо и свинец). Наряду с древним дистилляционным процессом, на цинковых заводах широко применяется электролитический способ, при котором цинк осаждается на алюминиевых катодах, а затем переплавляется в индукционных печах.

Любопытно, что знаменитый английский изобретатель Генри Бессемер, прославившийся созданием сталеплавильного конвертера, в 1868 году сконструировал солнечную печь, в которой удавалось плавить цинк и медь. Печь, однако, была технически несовершенна, да к тому же природные условия Туманного Альбиона явно не благоприятствовали ее практическому применению.

Свою трудовую деятельность цинк, как уже говорилось, начал задолго до рождения: металлурги древнего мира, бросая в огонь вместе с углем и медью серые камни, содержащие соединения цинка, получали латунь — отличный сплав, обладающий высокой прочностью и пластичностью, коррозионной стойкостью и красивым цветом, точнее гаммой цветов, зависящих от содержания цинка и других компонентов. В отличие от обычной красной меди, латунь на Руси называли желтой медью: при увеличении содержания цинка цвет сплава меняется от красноватого до светло-желтого. Латунь с небольшой добавкой алюминия имеет приятный золотистый цвет и используется в наши дни для изготовления знаков отличия и художественных изделий. Еще Аристотель писал о меди, которая "отличается от золота только вкусом". Очевидно, "золотая медь" — не что иное, как латунь.

Долгое время считалось, что памятник Минину и Пожарскому, сооруженный в начале прошлого века на Красной площади в Москве, выполнен из бронзы. Но недавние реставрационные работы внесли коррективы в этот вопрос: как оказалось, материалом для замечательного творения скульптора И.П. Мартоса послужила не бронза, а латунь.

В Индии есть селение Бидар, известное своими декоративными изделиями, которые местные мастера изготовляют из сплава меди, цинка и олова. Литые заготовки — кувшины, тарелки, статуэтки — покрывают особым раствором, после чего металл становится совершенно черным. Затем художники наносят на него разные узоры или рисунки, напоминающие инкрустацию серебром. Эти узоры никогда не тускнеют, чем и объясняется популярность изделий из Бидара не только в Индии, но и далеко за ее пределами.

Обычно цинк и медь выступают в сплавах как союзники, дополняя и обогащая друг друга. Но вот недавно они оказались в положении "конкурирующих фирм", причем цинк в буквальном смысле вытеснил медь из сплава. Произошло это в США, где до последнего времени цент — самая мелкая монета — чеканился из сплава, содержащего 95 % меди и 5 % цинка. Несколько лет назад принято решение изменить состав сплава. В него войдут те же компоненты, но уже совсем в другом соотношении: 97,6 % цинка и всего 2,4 % меди. Эта "перестановка" обусловлена тем, что цинк значительно дешевле меди, в связи с чем рационализаторское предложение финансистов сулит казне немалую выгоду.

Известно немало цинковых сплавов (с незначительными добавками алюминия, меди, магния), характеризующихся хорошими литейными свойствами и низкой температурой плавления. Из них отливают сложные тонкостенные детали и другие точные изделия, в том числе миниатюрные типографские литеры. В середине прошлого века по проекту русского скульптора И.П. Витали были отлиты и установлены в Георгиевском зале Большого Кремлевского дворца в Москве восемнадцать цинковых колонн с декоративным орнаментом и статуями, увенчанными лавровыми венками.

Уникальной коллекцией цинкового литья располагает один из жителей ГДР. Вот уже четверть века он собственноручно отливает из цинка маленькие, не более 5 сантиметров высотой, фигурки людей и животных. Коллекция включает около полутора тысяч интересных композиций. Пожалуй, самая впечатляющая из них посвящена происшедшей в 1813 году вблизи Лейпцига битве, где армия Наполеона, не оправившаяся еще после Бородинского сражения, потерпела крупное поражение от войск России, Пруссии, Австрии и Швеции. Композиция "Битва народов" состоит примерно из тысячи элементов — фигурок солдат и лошадей, орудий, повозок.

Увлечению немецкого коллекционера в немалой степени способствует сравнительно невысокая температура плавления цинка — около 420 °C. Многие свойства этого металла зависят от его чистоты. Как правило, он легко растворяется в кислотах, но если довести чистоту до "пяти девяток" (99,999 %), то те же кислоты уже не могут справиться с ним даже при сильном нагревании. Чистота служит для цинка залогом не только химической неуязвимости, но и высокой пластичности: такой металл легко вытягивается в тончайшие нити. А вот обычный технический цинк проявляет довольно капризный характер: он соглашается прокатываться в ленту, листы и пластины лишь в определенном интервале температур — от 100 до 150 °C, а при обычных температурах и выше 250 °C вплоть до точки плавления этот металл весьма хрупок — его можно без труда растереть в порошок.

В современных химических источниках тока цинковые пластины играют "отрицательную роль" — служат электродом со знаком "минус", где происходит окисление металла. Впервые цинк попробовал свои силы на этом поприще еще в 1800 году, когда итальянский ученый Алессандро Вольта создал свой гальванический элемент ("вольтов столб"). Спустя два года с помощью огромной по тем временам гальванической батареи, состоявшей из 4200 медных и цинковых кружков, русский физик В.В. Петров впервые получил электрическую дугу.

В 1838 году русский электротехник Б.С. Якоби сконструировал электроход — лодку с электрическим двигателем, питавшимся током от гальванических батарей. Некоторое время лодка плавала вверх и вниз по Неве, перевозя до четырнадцати пассажиров. Однако такой двигатель был очень неэкономичным, что дало немецкому химику Юстусу Либиху основание заявить: "Гораздо выгоднее прямо сжигать уголь для получения теплоты или (заботы, чем расходовать этот уголь на добывание цинка, а затем уже сжиганием его в батареях получать работу в электродвигателях". Не нашли тогда успеха и попытки применить электрическую тягу от батарей на суше. Знаменитый английский физик Джеймс Прескотт Джоуль будто бы однажды то ли в шутку, то ли всерьез заметил, что дешевле прокормить лошадь, чем менять цинк в электрической батарее.

В наши дни эта идея обрела второе дыхание: по дорогам многих стран уже снуют тысячи электромобилей, причем их конструкторы при выборе движущей силы склонны отдать предпочтение воздушно-цинковым аккумуляторным батареям, которые заменяют десятки лошадей, позволяя проходить без "подкормки", т. е. без подзарядки, более сотни километров. Крохотные источники тока такого типа используются в слуховых аппаратах, часовых индикаторах, фотоэкспонометрах, микрокалькуляторах. В обычной плоской батарейке карманного фонарика под бумажной рубашкой находятся три цинковых цилиндрика: "сгорая" (т. е. окисляясь), цинк рождает ток, зажигающий лампочку фонарика. Для более солидных устройств надежными источниками тока, способными одновременно питать десятки приборов, служат аккумуляторы с электродами из серебра и цинка. Такой аккумулятор работал, например, на борту одного из советских искусственных спутников Земли.



Возникший в последние годы энергетический кризис заставил заняться поисками источников энергии многие крупные научные и промышленные организации. Но от профессиональных изобретателей не отстают и любители. Так, некий часовщик из английского города Киддерминстер решил воспользоваться для этой цели… обычным лимоном. Вставив в него цинковую и медную пластинки с выводами, изобретатель получил оригинальную электрическую батарею. В результате реакции лимонной кислоты с медью и цинком возникал ток, которым в течение нескольких месяцев питался крохотный моторчик, приводивший в движение рекламную табличку в витрине часовой мастерской. Чем не изобретение? Но вот беда: по подсчетам специалистов, чтобы обеспечить током, например, всего один телевизор, нужна батарея из нескольких миллионов лимонов.

Более мощный растительный источник тока предложил американский биохимик лауреат Нобелевской премии Мелвин Калвин. Он разработал солнечную батарею, в которой ток создают совместными усилиями оксид цинка и хлорофилл растений. С поверхности зеленой электроплантации размером с небольшую комнату можно собрать "урожай" тока мощностью в 1 киловатт.

Видимо, в недалеком будущем, может быть уже в конце нашего века, мы станем свидетелями новых достижений солнечно-растительной энергетики, но пока вернемся вновь в прошлое столетие, чтобы познакомиться с тремя важными событиями, имеющими прямое отношение к цинку.

Первое из них произошло в 1850 году: француз Жилло предложил оригинальный способ изготовления типографских клише. На цинковую пластину кислотостойкой краской вручную наносили рисунок и затем поверхность металла протравливали азотной кислотой. При этом окрашенные участки оставались целыми и невредимыми, а в местах, где не было краски, кислота "съедала" цинк, образуя углубления. Изображение становилось рельефным и при печати на бумаге появлялся нужный рисунок. В дальнейшем жиллотипия (так поначалу назывался этот способ) заметно усовершенствовалась и превратилась в цинкографию, с помощью которой печатные машины всего мира ежедневно воспроизводят несметное число рисунков и фотографий в книгах, газетах, журналах.

В 1887 году известный немецкий ученый Генрих Рудольф Герц обнаружил явление фотоэффекта — испускание веществом электронов под действием света. Спустя год фотоэффект был тщательно изучен русским физиком А. Г. Столетовым, который провел в лаборатории Московского университета изящный опыт, вошедший в историю науки. К отрицательному полюсу гальванической батареи он присоединил цинковую пластинку, а к положительному — металлическую сетку, расположив ее напротив пластины на некотором от нее расстоянии. Естественно, что по этой разомкнутой цепи ток не шел, и стрелка гальванометра неподвижно стояла на нуле до тех пор, пока ученый не направил на цинковую пластинку яркий луч света — стрелка тотчас же сдвинулась с места. Это означало, что по цепи пошел ток. Столетов еще более усилил освещение пластинки и стрелка переместилась дальше, свидетельствуя об увеличении тока. Как только свет был отключен, ток в цепи исчез и стрелка вновь замерла на нуле. Этот прибор по сути дела был первым фотоэлементом — устройством, без которого немыслима современная техника.

В том же году, когда Столетов осуществил свой исторический опыт, цинковая пластинка стала, "соучастницей" интересного изобретения: немецкий инженер Берлинер, работавший в США, создал свой аппарат для воспроизведения звука — граммофон, предложив использовать в качестве звуконосителя цинковый диск, покрытый тонким слоем воска. С диска можно было снять металлическую копию — матрицу для массового производства граммофонных пластинок. Первая в мире граммпластинка, изготовленная самим Берлинером, хранится в Национальном музее США в Вашингтоне. В 1907 году в Париже граммпластинки с записями Энрико Карузо, Франческо Таманьо, Аделины Патти и других выдающихся певцов были торжественно помещены в оцинкованные герметические футляры для длительного хранения. Вскрыть футляры намечено через 100 лет, т. е. в 2007 году.

В современной технике применяется не только монолитный цинк, но и цинковая пыль. Так, пиротехникам она помогает окрашивать пламя в голубой цвет. Металлурги используют ее для извлечения из цианистых растворов золота и серебра. Даже при получении самого цинка не обходятся без этой пыли: с ее помощью раствор сульфата цинка очищают от меди и кадмия при гидрометаллургическом (электролитическом) способе производства. Металлические мосты, конструкции промышленных зданий, крупные машины и механизмы часто окрашивают серой краской, предохраняющей металл от коррозии; в состав краски тоже входит цинковая пыль.

Уж коли мы упомянули коррозию, пора сказать о важнейшем "амплуа" цинка: почти половина всего мирового производства этого металла идет на защиту стали от злейшего врага — ржавчины, пожирающей ежегодно десятки миллионов тонн железа. Оцинкованные ведра и корыта, кровля домов и водосточные трубы служат долгие годы, в то время как на обычной листовой стали первый же дождик может нарисовать рыжие разводы.

Почему же именно цинку доверяется нелегкая и почетная служба по охране стальных "границ?" Ведь он отнюдь не слывет стойким борцом против химических агрессоров, как, допустим, хром, никель или кобальт? Оказывается, именно в этом и кроется ответ на вопрос. Подобно тому как женщина, по выражению кого-то из мудрецов, сильна своей слабостью, цинк надежно защищает железо от коррозии, потому что сам… бессилен ей противостоять. Цинк характеризуется большей химической активностью, чем железо, и при возникновении угрозы окисления он тут же подставляет себя под удар: жертвуя собой, спасает от гибели железо. Не случайно такой способ защиты иногда называют "жертвенным".



Даже когда на цинковом панцире появляется царапина, коррозия не может делать свое ржавое дело: пока на поверхности стального изделия есть хоть крупица цинка, железо не будет разрушаться. В этом смысле никелевые или хромовые покрытия, обладающие высокой коррозионной стойкостью, на практике порой оказываются не столь надежными: они отлично служат лишь до первого повреждения, но малейшая, буквально точечная, брешь, возникшая на них, открывает агрессивным компонентам доступ к железу, и оно начинает ржаветь "на глазах" у никеля или хрома, пользующихся своей химической неприкосновенностью.

Если учесть, что цинк к тому же значительно дешевле, чем другие защитники стали от коррозии, станет понятно, почему цинковые покрытия уверенно занимают первое место — как по масштабам, так и по важности — среди всех металлопокрытий.

В последнее время цинковые покрытия расширили сферу защитной деятельности: их начали наносить на поверхность металлических конструкций, испытывающих большие тепловые нагрузки. Так, прежде конструкции стартовых комплексов для запуска космических ракет из-за перегревов со временем теряли прочность. Во избежание этого металл теперь покрывают слоем цинка. Благодаря низкой температуре кипения, он во время стартовой "горячки" быстро испаряется, поглощая большое количество тепла и тем самым защищая металлоконструкции от перегрева.

Технология цинкования довольно проста. Чаще всего для этой цели стальные листы, трубы или детали погружают непосредственно в расплавленный цинк. Но попробуй погрузи в расплав, например, мачту линии электропередачи: потребуется "ванночка" размером с огромный плавательный бассейн. В таких случаях пользуются методом напыления с помощью различных устройств. Разработан специальный пистолет, заряжаемый металлической проволокой и стреляющий струей жидкого металла, который, застывая, покрывает поверхность обрабатываемого металла равномерным защитным слоем. А чтобы покрытие было блестящим, применяют электролитический метод цинкования.

Многогранна сфера деятельности. не только самого цинка, но и его соединений. Еще в средние века арабские и западноевропейские медики применяли в лечебных целях '"белый снег" — пушистый порошок оксида цинка, который алхимики именовали "философской шерстью". Мази, детские присыпки, глазные капли, содержащие в том или ином виде этот элемент, вы можете встретить и сегодня в любой аптеке. Редкая женщина не пользуется оксидом цинка, может быть, и не подозревая об этом: а ведь пудра — не что иное, как мельчайший порошок этого цинкового соединения с добавкой ароматических, красящих и других веществ. При очень сильном увеличении крупицы пудры напоминают мохнатого паука с растопыренными во все стороны лапками.

Примерно два столетия назад во Франции и Англии появились цинковые белила, которые, в отличие от применявшихся издавна свинцовых, были безвредны для человеческого организма и поэтому быстро вошли в обиход. Вскоре новую краску стали изготовлять и в других странах. Так, в 1807 году один из журналов, издававшихся в России, поместил статью "О приготовлении белил из цинкового оксида, которые могут заменить обыкновенные белила". Цинк может служить веской уликой против художников, промышляющих подделкой работ под знаменитых мастеров прошлого. Если на экспертизу попадает картина, якобы принадлежащая кисти Брейгеля Старшего, Рубенса или Эль Греко, а анализ красок указывает на присутствие в них цинковых белил, можно не сомневаться: перед вами явная фальшивка.

Без оксида цинка не обходятся предприятия, выпускающие резину и линолеум. С давних пор знаком цинк и со стеклом: еще в 1851 году на Всемирной выставке в Лондоне огромный интерес вызвала новинка стекольной промышленности — цинковый хрусталь, обладавший особой гладкостью и блеском. В наше время художники-стеклоделы взяли на вооружение сульфид цинка, позволяющий окрашивать декоративное стекло богатой палитрой цветов и оттенков, превращать его в яшму или мрамор, агат или лазурит.

В 20-х годах нашего века кристалл оксида цинка успешно дебютировал в радиосвязи: с его помощью удалось установить тогда рекорд дальности приема радиосигналов. Нашлась работа для соединений этого элемента и в телевизионной технике: три основных цвета на телеэкране — синий, зеленый и красный — возникают благодаря люминесцентным свойствам сульфида, селенида и фосфата цинка, активированных серебром, марганцем или другими добавками. Искусственному кристаллу селенида цинка отводится ответственная роль в создании в перспективе лазерного телевидения: площадь экрана цветного лазерного телевизора будет достигать нескольких квадратных метров — яркое красочное изображение займет всю стену в квартире будущего. Соединения цинка обладают и полупроводниковыми свойствами, что также сулит им отличные перспективы.

В цинке нуждается не только техника — в малых дозах он необходим живым и растительным организмам. Суточная потребность человека в этом микроэлементе колеблется от 5 до 20 миллиграммов. Особенно большую потребность в нем испытывают люди, часто заглядывающие в рюмку: алкоголь как бы вытесняет цинк из организма. Обследования людей-карликов, проведенные в Иране и Египте, показали, что задержка роста вызвана, в частности, низким содержанием цинка в потребляемой ими пище. А вот крысы-самки, из рациона которых он был полностью исключен, вскоре стали злыми драчуньями. Приобретенная черта характера передалась затем потомству, причем наиболее преуспел в этом отношении "слабый пол".



У некоторых беспозвоночных морских животных цинк выполняет те же функции, что железо в крови человека: в золе моллюсков иногда оказывалось до 12 % цинка. В заметных количествах он содержится в яде змей, особенно гадюк и кобр. Ученые предполагают, что этот элемент защищает змею от собственного яда.

Важную роль играет цинк и в мире растений. Пшеница, например, может погибнуть, если его не окажется в почве. Довольно много цинка в винограде, апельсинах, грушах, есть он в помидорах, луке, салате, богаты им грибы — маслята, лисички, подберезовики.

Давным-давно было подмечено, что многие растения предпочитают селиться вблизи тех или иных рудных месторождений. Так, лесная фиалка и полевые анютины глазки тяготеют к землям, содержащим цинк. Об этом влечении знали древние рудознатцы, используют его при поиске спрятанных в недрах полезных ископаемых и современные геологи.

Наиболее распространенный минерал цинка — сфалерит, который называют также цинковой обманкой. За какие же грехи получил камень такое обидное прозвище? По-видимому, это связано с тем, что примеси различных элементов окрашивают минерал во всевозможные цвета — в них немудрено запутаться и принять сфалерит за что-нибудь другое. В горах Алтая часто попадается так называемая "бурундучная" руда, представляющая собой смесь цинковой обманки и бурого шпата. Эти полосатые камни и впрямь похожи на лесного зверька.

Как правило, в природе цинк находится в виде полиметаллических руд, содержащих также свинец, медь, железо, многие редкие металлы. Одно из европейских месторождений цинка и свинца послужило причиной образования целого государства. Произошло это в прошлом столетии, когда после разгрома наполеоновской империи часть входивших в нее земель должна была отойти к странам-победительницам. При разделе "земельного имущества" между Нидерландами и Пруссией возник спор из-за округа Моренэ, находившегося на границе этих государств. В конце концов в 1816 году было принято компромиссное решение: часть округа вошла в состав Нидерландов, часть — в состав Пруссии, а часть, на которой располагались богатые цинковые и свинцовые рудники (из-за них-то и разгорелся сыр-бор), была объявлена нейтральной. Так возникла карликовая республика Моренэ, занимавшая территорию всего в 3,3 квадратных километра и насчитывавшая лишь несколько сот жителей. Но ведь суверенитет страны и ее минеральные ресурсы нужно охранять. Для защиты республики была создана армия в составе… одного военнослужащего — он исполнял функции и солдата, и главнокомандующего. (Вряд ли в его присутствии кто-либо решался утверждать, что один в поле не воин.) К середине 80-х годов прошлого века запасы цинковых и свинцовых руд практически иссякли, но государство Моренэ просуществовало вплоть до 1920 года, а затем вошло в состав Бельгии.

В последнее время внимание специалистов привлекли необычные природные богатства: во впадинах Красного моря, на глубине около двух километров, обнаружены залежи полужидких руд цинка, меди, серебра. Возник проект создания специального судна, с борта которого на дно будет опущена труба — через нее руда в виде пульпы поступит из морских глубин на борт судна. Здесь она превратится в богатый цинком рудный концентрат.

Итак, цинковые руды добываются не только на суше, но и под водой, а вот свойства этого металла и его сплавов изучаются не только в земных условиях, но и в космическом пространстве: среди экспериментов, подготовленных болгарскими учеными-материаловедами для проведения на борту советской орбитальной станции "Салют", было выращивание кристаллов цинка и получение его сплава с железом. Чем порадует нас космический цинк?


«Одежда» урановых стержней

Мартин Клапрот совершает открытие. — Что вам приснилось? — Без работы. — Постоянный спутник. — Серьезные разногласия. — "Купание" в щелочах. — Многогранная деятельность. — Не опасаясь перегрева. — В поисках призвания. — Судьбы "братьев". — Посторонним вход воспрещен. — Реактор "Наутилуса". — Заслуги и грехи. — Проблема за проблемой. — Богатства в отвалах. — На океанском берегу. — Древнейшие на Земле. — Склонность к "разбуханию". — Побочные профессии. — Лампа Нернста. — На все вкусы. — Что происходит в Монлуи? — "Столица солнца". — Явное недоразумение.


В 1789 году немецкий химик Мартин Генрих Клапрот, анализируя одну из разновидностей минерала циркона, обнаружил новый элемент, который он назвал цирконием. Благодаря красивой окраске — золотистой, оранжевой, розовой — циркон еще в эпоху Александра Македонского считался драгоценным камнем. Название минерала происходит, по-видимому, от персидского слова "заргун" — золотистый.

Циркон (в литературе встречаются и другие названия этого минерала: гиацинт, яцинт, яргон, джаргон) использовали в старину не только как украшение, но и как амулет, который "сердце обвеселит, и кручину и неподобные мысли отгоняет, разум и честь умножает". Один из древнерусских эскулапов с профессиональной осведомленностью утверждал в своем труде о медицине, что тот "кто яхонт червленый при себе носит, снов страшных и лихих не увидит, скрепит сердце свое и в людях честен будет". (Яхонтом на Руси называли многие драгоценные камни, в том числе и цейлонский гиацинт).

В свободном виде цирконий впервые выделил в 1824 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус. Однако получить чистый цирконий в те времена не представлялось возможным, и физические свойства этого металла долгое время не были изучены. В течение десятков лет цирконий, подобно многим новым металлам, не мог найти себе занятие по душе, в то время как такие давно известные металлы, как железо, медь, свинец, умели показать товар лицом и потому не страдали от отсутствия предложений.

Только в начале нашего века ученым удалось получить свободный от примесей цирконий и тщательно исследовать свойства этого металла. Оказалось, что у него есть постоянный спутник — гафний. Более 130 лет химики не замечали, что гафний присутствует (причем иногда в довольно больших количествах) з цирконии. Объясняется это поразительным сходством их химических свойств. Впрочем, по некоторым вопросам у этих элементов имеются серьезные разногласия, но об этом будет рассказано несколько ниже.

Чистый цирконий — внешне похожий на сталь, но более прочный металл, обладающий высокой пластичностью. Одно из важных свойств циркония — его исключительная стойкость ко многим агрессивным средам. По антикоррозийным4 качествам цирконий превосходит такие стойкие металлы, как ниобий и титан. Нержавеющая сталь теряет в пятипроцентной соляной кислоте при 60 °C примерно 2,6 миллиметра в год, титан — около 1 миллиметра, а цирконий — в тысячу раз меньше. Особенно велико сопротивление циркония действию щелочей; в этом отношении ему уступает даже тантал, который по праву снискал себе репутацию выдающегося борца с химической коррозией. Лишь цирконий может позволить себе длительное "купание" в щелочах, содержащих аммиак, — весьма агрессивных средах, противопоказанных всем без исключения другим металлам.

Благодаря высокой коррозионной стойкости цирконий нашел применение в столь ответственной области медицины, как нейрохирургия. Из сплавов циркония изготовляют кровоостанавливающие зажимы, хирургический инструмент, а в ряде случаев даже нити для наложения швов при операциях мозга.

После того как ученые заметили, что добавки циркония к стали значительно улучшают многие ее свойства, цирконий был возведен в ранг ценного легирующего элемента. Деятельность циркония на этом поприще многогранна: он повышает твердость и прочность стали, улучшает ее обрабатываемость, прокаливаемость, свариваемость, благоприятно влияет на жидкотекучесть стали, измельчает содержащиеся в ней сульфиды, делает структуру металла мелкозернистой.

При введении циркония в конструкционную сталь заметно возрастает ее окалиностойкость: потери в массе стали, в которой содержится 0,2–0,3 % циркония, после трехчасовой выдержки при 820 °C примерно в шесть-семь раз меньше, чем той же стали, но не легированной цирконием.

Цирконий значительно повышает и коррозионную стойкость сталей. Так, после трехмесячного Пребывания в воде конструкционной стали потеря в массе в пересчете на 1 квадратный метр составила 16,3 грамма, в то время как образец той же стали, но с добавкой 0,2 % циркония, "похудел" лишь на 7,6 грамма.

Циркониевую сталь можно нагревать до высоких температур, не опасаясь перегрева. Это позволяет интенсифицировать процессы ковки, штамповки, термообработки, цементации металла.

Плотная мелкозернистая структура и высокая прочность циркониевой стали в сочетании с хорошей жидкотекучестью позволяют изготовлять из нее отливки с более тонкими стенками, чем из обычной стали. Например, из стали с цирконием были отлиты опытные тонкостенные детали со стенками толщиной 2 миллиметра; толщина стенок этих деталей из такой же стали, но не содержащей циркония, составляла не менее 5–6 миллиметров.

Цирконий оказался хорошим союзником и для многих— цветных металлов. Добавка этого элемента к меди резко увеличивает ее прочность и жаропрочность, почти не снижая электропроводности. Высокой прочностью и электропроводностью обладает меднокадмиевый сплав с небольшим содержанием циркония. Введение его в алюминиевые сплавы заметно повышает их прочность, пластичность, сопротивление коррозии, теплостойкость. Прочность магнийцинковых сплавов при добавке незначительных количеств циркония возрастает примерно вдвое. Коррозионная стойкость сплава титана с цирконием в пятипроцентной соляной кислоте при 100 °C в десятки раз выше, чем у технически чистого титана. Добавка циркония к молибдену заметно повышает твердость этого металла. Цирконий вводят в марганцовистую латунь, в алюминиевые, никелевые, свинцовые бронзы.

И все же, как ни важна и почетна роль легирующего элемента для сталей и сплавов, она не могла удовлетворить цирконий. Он продолжал искать и нашел свое настоящее призвание. Но прежде чем рассказать об этом, вернемся к его колыбели — в химическую лабораторию Мартина Клапрота.

Дело в том, что в 1789 году Клапрот открыл не только цирконий, но и еще один замечательный элемент, которому суждено было сыграть выдающуюся роль в науке и технике XX века. Этим элементом был уран. Ни сам Клапрот, ни кто-либо другой не могли тогда предвидеть, как сложатся судьбы "братьев" — циркония и урана. Пути их разошлись надолго: в течение полутора веков ничто не связывало эти элементы. И только в наши дни после долгой разлуки они встретились вновь. Сначала об этом знали лишь очень немногие ученые и инженеры, работавшие в области ядерной энергетики, куда, как известно, посторонним вход воспрещен. Встреча состоялась в атомных реакторах, где уран использовали как ядерное топливо, а цирконий должен был служить оболочкой для урановых стержней. Впрочем, точности ради, отметим, что еще за несколько лет до этого американские ученые попробовали применять цирконий в качестве материала для ядерного реактора, который был установлен на первой атомной подводной лодке США "Наутилус". Однако вскоре выяснилось, что из циркония выгоднее делать не стационарные детали активной зоны реактора, а оболочки топливных элементов. Вот тогда-то уран и попал в объятия циркония.



Выбор на цирконий пал не случайно: физикам было известно, что он, в отличие от многих других металлов, легко пропускает нейтроны, а именно таким свойством, называемом нейтронной прозрачностью, должен обладать материал для корпусов урановых стержней. Правда, некоторые металлы — магний, алюминий, олово — в этом отношении сходны с цирконием, но они легкоплавки и нежаропрочны. Цирконию же, который плавится лишь при 1850 °C, тепловые нагрузки ядерной энергетики вполне по плечу.

Однако и у циркония есть кое-какие грешки, которые могли бы помешать ему работать в этой ответственной области. Дело в том, что прозрачен для нейтронов только цирконий высокой степени чистоты. Вот тут-то и приходится снова вспомнить о гафнии — металле, который по химическим свойствам может быть назван близнецом циркония. Но взгляды на нейтроны у них оказались противоположными: гафний с жадностью поглощает нейтроны (в сотни раз сильнее, чем цирконий). Более того, примеси гафния даже в гомеопатических дозах способны испортить "кровь" цирконию и лишить его нейтронной прозрачности. Технические условия на цирконий так называемой реакторной чистоты допускают присутствие в нем не больше нескольких сотых долей процента гафния. Но и такие крохи до вольно существенно — в несколько раз — снижают нейтронную прозрачность циркония.



Поскольку в природе эти металлы обычно находятся вместе, получить полностью свободный от гафния цирконий — задача колоссальной трудности. И тем не менее химикам и металлургам пришлось взяться за эту проблему, так как атомная промышленность крайне нуждалась в конструкционном материале.

Когда задача была решена, на повестку дня встала другая: добиться того, чтобы при изготовлении конструкций из чистейшего циркония в процессе сварки в него не попадали чужеродные атомы, которые могли бы оказаться непреодолимой преградой на пути нейтронов и тем самым свести на нет все достоинства этого металла. К тому же сварку нужно было проводить таким образом, чтобы не нарушить однородность металла: сварочный шов должен обладать теми же свойствами, что и свариваемый материал. На помощь был призван электронный луч. Чистота и точность электроннолучевой сварки позволили решить и эту проблему — цирконий стал "одеждой" урановых стержней.

Именно тогда и произошел резкий скачок в производстве этого металла: только за десятилетие — с 1949 по 1959 год — мировое производство циркония возросло в тысячу раз! В ход пошли большие скопления цирконовых песков, которые раньше служили отходами при добыче других ископаемых. Так, в Калифорнии при добыче золота драгами в руслах древних рек вместе с золотом на промывку поднимали значительное количество циркона, но из-за отсутствия спроса его сбрасывали в отвалы. В штате Орегон (США) в годы войны добывали хромит, а попутно получали некоторое количество циркона, который не интересовал тогда промышленность и потому его не вывозили с места добычи. Когда же вскоре после войны начался циркониевый бум, все эти отвалы оказались лакомым кусочком.

Сейчас крупные месторождения этого ценного элемента разрабатывают в США, Австралии, Бразилии, Индии, странах Западной Африки; значительными запасами циркониевого сырья располагает и Советский Союз. Отличной рудой циркония часто служат прибрежные пески. В Австралии, например, цирконовые россыпи простираются почти на 150 километров вдоль океанского побережья. А недавно в западной части этого материка, недалеко от города Микатарра, студенты-геологи, исследовавшие сухое русло протекавшей здесь когда-то реки, обнаружили в выветрившихся песчаных породах кристаллы циркона, которые оказались самыми древними на Земле. К этому выводу пришли геофизики Национального университета в Канберре, определившие, что возраст найденных цирконовых вкраплений исчисляется в 4,1–4,2 миллиарда лет: они на несколько сот миллионов лет старше любых других известных науке минеральных образований. Иными словами, найденный в Австралии циркон образовался спустя лишь каких-нибудь 300–400 миллионов лет после того, как сформировалась наша планета.

Потребность в цирконии растет из года в год, так как этот материал приобретает все новые специальности. Его свойство в нагретом состоянии жадно поглощать газы используют, например, в электровакуумной технике, в радиотехнике.

Некоторые металлы, в том числе цирконий, в процессе гидрирования, т. е. насыщения водородом, меняют свою кристаллическую решетку и заметно увеличиваются в объеме — намного больше, чем при обычном нагреве. На этом свойстве "разбухания" основан изобретенный советскими специалистами оригинальный способ соединения металлических и других поверхностей в тех случаях, когда сварка или пайка помочь не в силах, например, когда нужно изготовить двухслойную трубу из различных материалов — легкоплавкого (алюминия, меди, пластмасс) и тугоплавкого (жаропрочной стали, вольфрама, керамики). В чем же суть нового способа? Если на цилиндр из склонного к "разбуханию" металла плотно насадить одну на другую две разнородные трубы, а затем подвергнуть металл гидрированию, то, "разбухая", он плотно припечатает эти трубы друг к другу. Так, например, втулки из нержавеющей стали и алюминиевого сплава, надетые на кольцо из циркония, после часового пребывания в атмосфере водорода при 400 °C "склеились" настолько прочно, что их невозможно было разъединить.

Из смеси порошка металлического циркония с горючими соединениями изготовляют осветительные ракеты, дающие большое количество света. Циркониевая фольга при горении дает в полтора раза больше света, чем алюминиевая. "Вспышки" с циркониевым заполнением удобны тем, что занимают совсем мало места — они могут быть величиной с наперсток. К циркониевым сплавам все внимательнее присматриваются конструкторы ракетной техники: вполне возможно, что из жаропрочных сплавов этого элемента будут выполнены передние кромки космических кораблей, предназначенных для регулярных рейсов в просторах вселенной.

Дождевые плащи обязаны своей влагонепроницаемостью солям циркония, которые входят в состав особой эмульсии для пропитки тканей. Соли циркония применяют также для изготовления цветных типографских красок, специальных лаков, пластических масс. В качестве катализатора соединения циркония используют при производстве высокооктанового моторного топлива. Сернокислые соединения этого элемента славятся отличными дубильными свойствами.

Полезное применение нашел тетрахлорид циркония. Электропроводность пластинки из этого вещества меняется в зависимости от давления, которое на нее действует. Это свойство и было использовано в конструкции универсального манометра — прибора для измерения давления. При малейшем изменении давления изменяется и сила тока в цепи прибора, шкала которого отградуирована в единицах давления. Эти манометры очень чувствительны: с их помощью можно определять давление от стотысячных долей атмосферы до тысяч атмосфер.

Для многих радиотехнических приборов — ультразвуковых генераторов, стабилизаторов частоты и других — нужны так называемые пьезокристаллы. В некоторых случаях им приходится работать при повышенных температурах. С этой точки зрения несомненный интерес представляют кристаллы цирконата свинца, которые практически не меняют своих пьезоэлектрических свойств до 300 °C.

Рассказывая о цирконии, нельзя не упомянуть о его оксиде — одном из самых тугоплавких веществ природы: температура плавления его — около 2900 °C. Оксид циркония широко используют при получении высокоогнеупорных изделий, жаростойких эмалей, тугоплавких стекол. Еще более тугоплавкий материал — борид этого металла. Из него изготовляют чехлы для термопар, которые могут находиться в расплавленном чугуне непрерывно в течение десяти-пятнадцати часов, а в жидкой стали два-три часа (кварцевые чехлы выдерживают лишь одно-два погружения не более чем на 20–25 секунд).



Оксид циркония обладает интересным свойством: сильно нагретый, он излучает свет настолько интенсивно, что может быть использован в осветительной технике. Это свойство подметил еще в конце прошлого века известный немецкий физик Вальтер Герман Нернст. В сконструированной им лампе (вошедшей в историю техники как лампа Нернста) стержни накаливания были изготовлены из оксида циркония. В лабораторных опытах это вещество и сейчас иногда применяют в качестве источника света.

Добрым словом вспоминают оксид циркония ученые Физического института им. П.Н. Лебедева Академии наук СССР (ФИАН): на основе оксидов циркония и гафния им удалось создать удивительные кристаллы, которых нет в природе. Фианиты — так стали называть эти рукотворные самоцветы — не только быстро завоевали признание ювелиров, но и обрели большую популярность в мире науки и техники. Достаточно отметить тот факт, что они успешно справляются с ролью лазерных материалов.

А вот французские ученые используют оксид циркония как исходный материал для получения этого металла с помощью солнечной энергии. Еще в 50-х годах в Монлуи — крепости, построенной в XVII веке в Восточных Пиренеях на высоте 1500 метров над уровнем моря, была сооружена солнечная печь, спроектированная группой исследователей под руководством профессора Феликса Тромба. На состоявшемся в Монлуи симпозиуме по использованию солнечной энергии участникам продемонстрировали эту печь в действии.

"Медленно, почти незаметно, специальная платформа поднимает горстку белого порошка к фокусу большого параболического зеркала. Вот платформа достигла фокуса и перед глазами ученых и инженеров вспыхнуло ослепительно яркое белое пламя.

Белый порошок — это оксид циркония… Помещенный в фокус параболического зеркала, где температура концентрированных солнечных лучей достигает 3000 °C, порошок расплавился. Возникшую при этом вспышку можно наблюдать только через темные стекла. И маленькая кучка раскаленного вещества, лежащего на платформе, напоминала извергающийся вулкан какой-то далекой геологической эры".

Так описывает процесс получения "солнечного" циркония один из участников симпозиума. Специальный отражатель, состоящий из множества отдельных зеркал и достигающий 12 метров в поперечнике, с помощью фотоэлементов автоматически вращается вслед за Солнцем. Отраженные им лучи отбрасываются на большое параболическое зеркало диаметром 10 метров. Тепловая мощность этого зеркала, которое концентрирует солнечные лучи в жерле печи, эквивалентна 75 киловаттам.

В десяти километрах от Монлуи, в маленькой горной деревушке Одейо, сооружена еще одна солнечная печь — крупнейшая в мире. Тех, кто приезжает в "столицу солнца" (так местные жители с гордостью стали именовать Одейо), встречает необычный пейзаж, похожий на декорации для съемок научно-фантастического фильма. Рядом со старинной остроконечной церковкой возвышается ультрасовременное многоэтажное здание — Лаборатория солнечной энергии. Весь северный фасад его представляет собой огромное параболическое зеркало — высотой 40 и шириной 50 метров. На противоположном склоне горы рядами размещены десятки зеркал довольно внушительных размеров — гелиостаты. Солнечные лучи, пойманные гелиостатами, направляются сначала на параболическое зеркало, а оттуда, собранные в пучок, попадают в плавильную печь, где создается температура 3500 °C. Тепло, развиваемое солнечным "зайчиком" в жерле печи, эквивалентно 1000 киловатт электроэнергии. Печь может производить до 2,5 тонны циркония в день.

Главное достоинство солнечных печей заключается в том, что в процессе плавки в металл не попадают ненужные примеси — им неоткуда взяться. Поэтому получаемые здесь металлы и сплавы характеризуются высокой чистотой и пользуются постоянным спросом. Есть и еще один весомый аргумент в пользу такого способа плавки: с Солнцем не нужно расплачиваться за использованную энергию — щедрое светило безвозмездно отдает ее людям.

В заключение остановимся на одном недоразумении. Земная кора содержит больше циркония, чем, например, меди, никеля, свинца или цинка. Тем не менее, в отличие от этих металлов, цирконий называют редким. Когда-то это объяснялось большой рассеянностью циркониевых руд, трудностью извлечения циркония, да еще и тем, что в технике этот металл был действительно "редким гостем". Теперь же, когда производство циркония с каждым годом неуклонно растет и он находит все новые и новые области применения, термин "редкий" для него уже теряет свой смысл. Но прошлое есть прошлое, и на вопрос о происхождении цирконий вправе с гордостью отвечать: "Из редких".


Сорок первый

Где вы прописаны? — Без эксцессов. — Соседи заинтригованы. — Посылка с берегов Колумбии. — 150 лет спустя. — Два открытия. — "Учинить ему новый допрос… " — В честь богини печали. — "Колумбисты" примиряются с судьбой. — Водой не разольешь. — Овчинка стоит выделки. — Нет худа без добра. — Признание. — Важные дела. — Выручает пустота. — Мороз не страшен. — Ошибка приводит к открытию. — Без всякого сопротивления. — Рекорд приходится уступить. — Как поймать двух зайцев? — Соперник циркония. — В борьбе с газом. — Ответственный медицинский работник. — Валютные операции. — Предсказание сбывается.


К середине прошлого века было открыто уже несколько десятков химических элементов. Но, увы, они не имели тогда ни собственного угла, ни постоянной прописки. И лишь в 1869 году, когда Дмитрий Иванович Менделеев построил многоэтажное здание своей Периодической системы, все открытые к тому времени элементы обрели, наконец, пристанище.

При распределении жилой площади заслуги будущих жильцов перед наукой и техникой, а также стаж работы во внимание не принимались. Учитывались только личные качества (в первую очередь атомная масса), наклонности, сходство с ближайшими соседями. Большую роль при этом играли и связи (разумеется, химические). Во избежание возможных неурядиц жильцов с разными характерами и взглядами на жизнь размещали как можно дальше друг от друга.

В пятом подъезде (т. е. в пятой группе) на пятом этаже (точнее, в пятом периоде) в квартире № 41 поселился жилец с красивым именем — Ниобий. Кто он такой? Откуда родом?

…В середине XVII века в бассейне реки Колумбии (Северная Америка) был найден тяжелый черный минерал с золотистыми прожилками слюды. Вместе с другими камнями, собранными в различных частях Нового' Света, этот минерал (названный впоследствии колумбитом) был отправлен в Англию в Британский музей. Без малого 150 лет пролежал камень под стеклом на стенде музея, числясь в списке экспонатов образцом железной руды. Но вот в 1801 году известный уже в то время химик Чарльз Хатчет заинтересовался этим красивым минералом. Анализ показал, что в камне действительно содержались железо, марганец, кислород, но наряду с ними имелся и какой-то незнакомый элемент, образующий вещество со свойствами кислотного оксида. Новый элемент Хатчет назвал колумбием.

Спустя год шведский ученый Андрее Густав Экеберг в некоторых скандинавских минералах нашел еще один новый элемент, названный им в честь мифологического героя танталом. Название, по-видимому, символизировало те трудности ("муки Тантала"), которые испытывали химики, пытаясь растворить оксид нового элемента в кислотах. Свойства тантала и Колумбия оказались совершенно идентичными, и многие ученые, в том числе знаменитый Йене Якоб Берцелиус, решили, что имеют дело не с двумя различными элементами, а с одним и тем же — танталом.

В дальнейшем Берцелиус усомнился в правильности такой точки зрения. В письме к своему ученику немецкому химику Фридриху Вёлеру он писал: "Посылаю тебе обратно твой X, который я вопрошал, как мог, но от которого я получил уклончивые ответы. "Ты титан?" — спрашивал я. Он отвечал: "Вёлер же тебе сказал, что я не титан". Я также установил это. "Ты цирконий?" — "Нет, — отвечал он. — Я же растворяюсь в соде, чего не делает цирконовая земля". — "Ты олово?" — "Я содержу олово, но очень мало" — "Ты тантал?" — "Я с ним родствен, — отвечал он. — Но я постепенно растворяюсь в едком кали и осаждаюсь из него желто-коричневым". — "Ну что же ты за дьявольская вещь?" — спросил я. Тогда мне показалось, что он ответил: "Мне не дали имени". Между прочим, я не вполне уверен, действительно ли я это слышал, потому что он был справа от меня, а я очень плохо слышу на правое ухо. Так как твой слух лучше моего, то я тебе шлю этого сорванца назад, чтобы учинить ему новый допрос…"

Но и Вёлеру не удалось разобраться во взаимоотношениях элементов, открытых Хатчетом и Экебергом. Лишь в 1844 году немецкий химик Генрих Розе после многотрудных поисков, на которые ушло полтора десятка лет, сумел доказать, что минерал колумбит содержит два различных элемента — тантал и Колумбии, которому Розе дал новое имя — "ниобий" (по древнегреческой мифологии богиня печали и страданий Ниоба — дочь Тантала). Однако в некоторых странах (США, Англии) долго сохранялось первоначальное название элемента — Колумбии, — и только в 1950 году Международный союз чистой и прикладной химии решил покончить с этой разноголосицей и предложил химикам всего мира именовать этот элемент ниобием



Первое время американские и английские химики пытались добиться отмены этого решения, которое казалось им несправедливым, но приговор был окончательным и обжалованию не подлежал. Пришлось "колумбистам" примириться с этим ударом судьбы, а в химической литературе США и Англии появился новый символ "Nb".

Совместное проживание ниобия и тантала в природе, обусловленное их чрезвычайным химическим сходством, долгое время тормозило развитие промышленности этих металлов. Лишь в 1866 году швейцарский химик Жан Шарль Галиссар де Мариньяк сумел разработать первый промышленный способ разделения химических близнецов. Он воспользовался различной растворимостью некоторых соединений этих металлов: комплексный фторид тантала не растворяется в воде, аналогичное соединение ниобия достаточно хорошо растворимо в ней. В усовершенствованном виде способ Мариньяка применяли до недавнего времени, однако, сейчас на смену ему пришли новые, более эффективные способы — избирательная экстракция, ионный обмен, ректификация галогенидов.

В конце XIX века французский химик Анри Муассан получил чистый ниобий электротермическим путем, восстанавливая оксид ниобия углеродом в электропечи.

В наши дни производство металлического ниобия представляет собой сложный многостадийный процесс. Сначала ниобиевую руду обогащают. Полученный концентрат сплавляют с различными плавнями (едким натром, гидросульфитом или содой), затем выщелачивают, в результате чего выпадает нерастворимый осадок гидроксида ниобия и тантала. Затем близнецов разлучают, и ниобий оказывается в виде оксида или хлорида. Восстановлением этих соединений при высокой температуре удается получить порошкообразный ниобий, который нужно превратить в компактный металл, пригодный для обработки.

Это достигается следующим образом. Из порошка под большим давлением прессуют так называемые штабики (заготовки) прямоугольного или квадратного сечения. Штабики спекают в вакууме в несколько этапов, причем на заключительной стадии температура достигает 2350 °C. В дальнейшем ниобий поступает в дуговую вакуумную печь, где и завершается весь цикл превращения ниобиевой руды в металл.

Несколько лет назад промышленность освоила электроннолучевую плавку ниобия, исключающую такие трудоемкие промежуточные операции, как прессование и спекание. При этом способе на порошкообразный ниобий направляют мощный поток электронов. Порошок начинает плавиться, и капли металла падают на ниобиевый слиток, который по мере проплавления порошка растет и постепенно выводится из рабочей камеры.

Как видите, ниобий проходит длинный путь, прежде чем руда становится металлом. И все же овчинка стоит выделки: сегодня ниобий очень нужен промышленности. А начинал он свою трудовую деятельность в… отвалах.

Как это ни парадоксально, но в те времена его считали лишь вредной примесью к олову и при добыче этого металла громадные количества ниобия выбрасывали на свалку. Та же учесть постигла его и тогда, когда промышленный мир заинтересовался танталом, а к ниобию еще оставался равнодушным: при переработке танталовых руд ниобиевая "пустая" порода шла в отвал. Но нет худа без добра, и впоследствии, когда ниобий был по достоинству оценен человеком, эти отходы производства превратились в богатейшие "месторождения" ниобиевых руд.

После того как в 1907 году немецкому химику Вернеру фон Больтону удалось получить этот металл Бикомпактном виде, ниобий, подобно многим другим своим тугоплавким собратьям, попробовал свои силы в производстве электроламп в качестве материала для нитей накаливания. Но, как известно, прижился здесь только вольфрам, а всем остальным пришлось искать удачи на другом поприще.

К 1925 году относятся первые попытки использовать ниобий в качестве легирующего элемента: в США были проведены исследования по замене им вольфрама, содержащегося в быстрорежущей стали. Эти опыты оказались неудачными, но важно было другое: ниобий попал в поле зрения металлургов.

В 1930 году общий мировой запас изделий из ниобия (листов, проволоки и др.) составлял всего… 10 килограммов. Но вскоре пришло признание, а вместе с ним резко возросло и производство этого металла. Ниобий сумел доказать, что он с полным правом может быть назван "витамином" стали. Присадка его к хромистой стали улучшала ее пластичность, увеличивала коррозионную стойкость. Было установлено, что введение в нержавеющую сталь ниобия (до 1 %) предотвращает выделение карбидов хрома по границам зерен и, следовательно, устраняет межкристаллитную коррозию. Добавка его к конструкционным сталям значительно повышает сопротивление удару при пониженных температурах; сталь приобретает способность легко выдерживать переменные нагрузки, что имеет большое значение, например, в авиастроении.

Важную роль было суждено сыграть ниобию в сварочном деле. До тех пор, пока сварке подвергали лишь обычные стали, никаких трудностей этот процесс не представлял. Но когда сварщикам пришлось иметь дело со специальными легированными сталями сложного химического состава, например с нержавеющей, оказалось, что сварной шов теряет многие ценные свойства, которыми обладает свариваемый металл. Как улучшить качество шва? Пробовали изменить конструкцию сварочного аппарата — не помогло. Меняли состав электродов — безуспешно. Пытались вести сварку в атмосфере инертных газов — никакого эффекта. Вот тут-то на помощь пришел ниобий. Сталь, в которую был введен этот элемент, можно было сваривать, не беспокоясь о качестве шва: он ни в чем не уступал соседним слоям металла, не подвергавшимся сварке.

До последнего времени большие трудности возникали при необходимости получить прочное соединение тугоплавких металлов, например ниобия с молибденом. Выручила… пустота. Оказалось, что в вакууме температура плавления многих веществ значительно ниже, чем в обычных условиях. Ученые не замедлили воспользоваться этим обстоятельством, чтобы преодолеть барьер "несовместимости": сварка тугоплавких металлов в вакууме дала отличные результаты.

Как легирующий элемент ниобий широко известен в цветной металлургии. Так, алюминий, легко растворяющийся в щелочах, не реагирует с ними, если в него ввести всего 0,05 % ниобия. Медь и ее сплавы при добавке этого элемента приобретают твердость, титан, молибден и цирконий становятся более прочными и жаростойкими. При низких температурах многие сплавы и стали хрупки, как стекло. Оказалось, что ниобий в состоянии избавить их от этого недостатка. Небольшая добавка ниобия позволяет металлу сохранять свою прочность даже при восьмидесятиградусных морозах. Это качество особенно важно для деталей реактивных самолетов, летающих на больших высотах



Сам ниобий охотно вступает в союз с другими элементами. Когда одна из американских фирм выпустила партию якобы сверхчистого ниобия, заказчики были весьма удивлены, что он не плавится при 2500 °C, хотя температура плавления чистого ниобия несколько ниже. Лабораторный анализ помог установить, что в этом "сверхчистом" ниобии содержались небольшие количества циркония. Так неожиданно был открыт сверхжаростойкий ниобий-циркониевый сплав.

Ряд ценных качеств придают ниобию и добавки других металлов. Вольфрам и молибден повышают теплостойкость металлического ниобия, алюминий делает его прочнее, медь значительно улучшает его электропроводность. Чистый ниобий проводит электрический ток почти в десять раз хуже, чем медь. Сплав же ниобия с 20 % меди обладает высокой электропроводностью и при этом он вдвое прочнее и тверже чистой меди. В союзе с танталом ниобий способен противостоять серной и соляной кислотам даже при 100 °C.

Ниобий — незаменимая составная часть сплавов для рабочих лопаток турбин реактивных двигателей, где металл должен сохранять свою прочность при высоких температурах. Из ниобийсодержащих сплавов и чистого ниобия изготовлены некоторые детали сверхзвуковых самолетов, космических ракет, искусственных спутников Земли.

Еще совсем недавно явлением сверхпроводимости интересовались только физики. Сейчас сверхпроводимость уже перешагнула границы лабораторий и начинает вторгаться в технику, где для ее практического применения открываются широкие перспективы. В чем же сущность этого явления?

Более 70 лет назад было обнаружено, что при очень низких температурах в некоторых металлах, сплавах и химических соединениях ток начинает протекать без всяких потерь — сопротивление исчезает. Но для этого металл нужно охладить почти до абсолютного нуля, т. е. до —273 °C. Очень высокой (если только здесь уместен этот термин), а значит, сравнительно легко достижимой температурой перехода в сверхпроводящее состояние (18 К, или —265 °C) характеризуется станнид ниобия — соединение ниобия с оловом. Изготовленные из него сверхпроводящие магнитные катушки создают колоссальные магнитные поля: магнит размером чуть больше обычной консервной банки, в котором обмоткой служит лента из такого соединения, способен создать поле напряженностью в 100 тысяч эрстед (для сравнения укажем, что напряженность магнитного поля Земли составляет всего несколько эрстед).

Долгое время станнид ниобия считался рекордсменом по температурному порогу сверхпроводимости, но в 1974 году он вынужден был уступить этот титул другому представителю семейства ниобия — его германиду, т. е. соединению с германием. Теперь рекордная критическая температура, ниже которой наблюдается эффект сверхпроводимости, составляет примерно 23 К (или —250 °C). В экспериментах, проведенных американскими учеными, через квадратный сантиметр пленки из германида ниобия удавалось передать ток в миллион ампер. Это значит, что для снабжения электроэнергией среднего по величине города достаточно будет двух небольших, толщиной с карандаш, сверхпроводящих трубок.

Ниобий широко используют в технике и в чистом виде. Исключительно высокая коррозионная стойкость этого металла обусловила его применение в химическом машиностроении. Интересно, что при изготовлении аппаратуры и трубопроводов солянокислотного производства ниобий не только служит конструкционным материалом, но и играет при этом роль катализатора, давая возможность получить более концентрированную кислоту. Каталитические способности ниобия используют и в других процессах, например при синтезе спирта из бутадиена.

Весьма почетна и служба ниобия в атомных реакторах, где он трудится бок о бок с цирконием, порой вполне успешно конкурируя с ним. Подобно цирконию, ниобий обладает нейтронной прозрачностью (т. е. способностью пропускать нейтроны) и наряду с этим очень высокой температурой плавления, значительной жаростойкостью, стойким сопротивлением химическим воздействиям, отличными механическими свойствами. Кроме того, ниобий почти не взаимодействует с расплавленными щелочными металлами. Жидкие натрий и калий, применяемые в качестве теплоносителей в ядерных реакторах некоторых типов, могут свободно циркулировать по ниобиевым трубам, не причиняя им никакого вреда. Для ниобия характерна невысокая искусственная (наведенная) радиоактивность, поэтому из него можно делать контейнеры для хранения радиоактивных отходов или установки по их использованию.

Следует упомянуть еще об одном интересном свойстве этого металла: он отличный газопоглотитель. Так, при обычной температуре в 1 грамме ниобия может быть растворено более 100 кубических сантиметров водорода; даже при 500 °C растворимость водорода в ниобии составляет около 75 кубических сантиметров на грамм. Это свойство металла используют в производстве высоковакуумных электронных ламп. При откачивании ламп в них все же остается некоторое количество газов, мешающих работе. Ниобий, нанесенный на детали ламп, как губка, поглощает эти газы, обеспечивая тем самым весьма высокий вакуум. Детали электронных ламп, изготовленные из ниобия, более экономичны, чем танталовые или вольфрамовые, и служат гораздо дольше. Так, срок службы мощных генераторных ламп с ниобиевым катодом достигает 10 тысяч часов.

Как и тантал, ниобий совершенно не вызывает раздражения тканей человеческого тела, срастается с ним и остается инертным даже после длительного воздействия жидкой среды организма. Благодаря этим свойствам ниобий обратил на себя внимание хирургов и теперь с полным правом может считать себя ответственным медицинским работником.

В последнее время поговаривают, что ниобий решил всерьез заняться… валютными операциями. Дело в том, что в связи с нехваткой серебра американские финансисты предполагают для изготовления металлических денег использовать вместо него ниобий, поскольку стоимость ниобия примерно соответствует стоимости серебра.

Если проследить по различным литературным источникам за данными о содержании ниобия в земной коре, то окажется, что на протяжении последних нескольких десятков лет оно постоянно… возрастает. Разумеется, фактические запасы этого металла на нашей планете остаются практически постоянными, а вот число разведанных месторождений его все время увеличивается. В последние годы новые значительные залежи ниобиевых руд обнаружены в Африке. Самый крупный поставщик концентратов ниобия на мировой рынок — Нигерия, где расположены громадные скопления колумбита.

В нашей стране подлинной кладовой полезных ископаемых по праву считается Кольский полуостров. Веками земли этого края слыли бесплодными и бесполезными, хотя еще в 1763 году М.В. Ломоносов предсказывал: "По многим доказательствам заключаю, что и в северных земных недрах пространно и богато царствует натура и берега Белого моря должны быть не скудны минералами". За годы Советской власти здесь открыто множество важных месторождений, найдены десятки ценных минералов, в том числе попарит, содержащий до 8 % ниобия. Любопытно, что этот минерал, обнаруженный замечательным исследователем Кольского полуострова академиком А.Е. Ферсманом в Хибинах, ни в каких других местах земного шара не встречается.

…Вот вы и познакомились с жильцом квартиры № 41, на дверях которой висит табличка с надписью "Ниобий".


Союзник железа

Без приправ не обойтись! — Под чужим именем. — Ошибка древних греков. — На Монетном дворе. — В знак протеста. — "Небоскреб" в 1600 этажей. — Авария на ровном месте. — Мечта парикмахеров. — Надежная опора. — "Принимают нагрузку на себя …" — Стекло меняет свой цвет. — "Запчасти" человека. — Верные друзья. — Тайна самурайских мечей. — Танк становится неуязвимым. — Лезвие бритвы. — Родственные души. — Мороз не страшен. — Любимец бобов. — На чем стоит "Союз рыжих"? — Во всем "виноват" молибден? — Непрошенные гости. — Скромное место. — "Военный" металл. — Высоко в горах. — Миллионы метров. — Где ключи от сундуков?


Чтобы приготовить вкусное блюдо, кулинар добавляет к нему различные специи. Чтобы выплавить сталь с ценными свойствами, сталевар вводит в нее различные легирующие элементы.

У каждой приправы своя цель. Одни улучшают вкусовые качества кушанья, другие делают его ароматным и аппетитным, третьи придают ему остроту, четвертые… Трудно сосчитать все назначения специй. Но еще труднее перечислить все те замечательные свойства, которые приобретает сталь при добавке хрома, титана, никеля, вольфрама, молибдена, ванадия, циркония и других элементов.

Одному из верных союзников железа — молибдену — и посвящен этот рассказ.

…Молибден был открыт в 1778 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле. Название элемента происходит от греческого слова "молибдос". В том, что новорожденный был окрещен греческим именем, нет ничего удивительного — многие химики, перед тем как наречь открытые ими элементы, заглядывали в греческие "святцы". Удивительно другое: в переводе на русский язык "молибдос" означает… "свинец". Что же заставило этот элемент скрываться под чужим именем? Почему именно свинцу молибден обязан своим названием?

А ларчик просто открывался. Дело в том, что еще древним грекам был известен минерал свинца галенит, который они называли "молибдена". В природе существует другой минерал — молибденит, как две капли воды похожий на галенит. Это сходство и ввело греков в заблуждение: они считали, что имеют дело с одним и тем же минералом — молибденой. Такого же мнения придерживались в то время ученые и других стран. Вот почему Шееле, обнаружив в этом минерале неизвестную "землю", без долгих размышлений назвал ее "молибденовой".

Теперь предстояло выделить из нее новый металл. Хотя Шееле к этому времени уже обрел мировую известность и был членом Королевской шведской Академии наук, он продолжал работать в скромной аптеке, где и проводил свои химические исследования. Но в аптеке не было печи, в которой "молибденовая земля", прокаленная с углем, восстановилась бы до металла. Шееле вспомнил, что подходящая для этой цели печь есть на Монетном дворе в Стокгольме, где работал его друг Петер Якоб Гьельм, и обратился к нему за помощью. Надежды оправдались: Гьельм вскоре сумел выделить элемент в виде металлического порошка, правда, сильно загрязненного карбидами.

Лишь почти сорок лет спустя, когда ни Шееле, ни Гьельма уже не было в живых, их знаменитому соотечественнику Йёнсу Якобу Берцелиусу удалось получить более или менее чистый молибден и определить многие его свойства.

Подобно многим своим собратьям по Периодической системе, молибден совершенно нетерпимо относится к посторонним примесям и, словно в знак протеста, в корне меняет свойства. Тысячные и даже десятитысячные доли процента кислорода или азота придают молибдену большую хрупкость. Именно поэтому во многих руководствах по химии, изданных в начале XX века, утверждалось, что молибден почти не поддается механической обработке. На самом же деле чистый молибден, несмотря на высокую твердость, — достаточно пластичный материал, который сравнительно легко прокатывается и куется.



Первая запись в "трудовой книжке" молибдена появилась несколько столетий назад, когда минерал молибденит начали использовать в качестве грифелей[4]. Как и графит, молибденит состоит из множества чешуек, размеры которых настолько малы, что если уложить их одна на другую, то высота "небоскреба" из 1600 этажей-чешуек окажется равной… 1 микрону. Именно благодаря этим чешуйкам молибденит умеет писать и рисовать: на бумаге он оставляет зеленовато-серый след.

В наши дни уже не встретишь молибденитовых грифелей: карандашной промышленностью монопольно завладел графит. Но дисульфид молибдена (химическое название молибденита) нашел себе другое применение. Впрочем, прежде чем рассказать об этом, поведаем вам небольшую историю.

Случилось это на Симферопольском шоссе во время испытаний опытной партии автомобилей "Запорожец". Все шло благополучно, но вдруг на полном ходу одна из машин перевернулась на совершенно ровном месте. К счастью, сидевшие в машине люди отделались, как говорится, легким испугом. Причина аварии была загадкой до тех пор, пока машину не разобрали по косточкам. Выяснилось, что одна из шестерен коробки передач, которая должна была свободно вращаться на стальной втулке, намертво приварилась к ней. Разумеется, такой "тормоз" сработал мгновенно.

Чтобы подобные аварии не повторялись в дальнейшем, нужно было подобрать подходящую смазку. Вот тут и вспомнили о молибдените, вернее, о его способности расслаиваться на отдельные микроскопические чешуйки. Они-то и должны были послужить надежной смазкой для трущихся деталей коробки передач.

Стоит на мгновенье опустить стальную деталь в жидкость, содержащую лишь 2 % дисульфида молибдена, и поверхность детали покрывается тонким слоем отличной твердой смазки. Однако у такой смазки есть коварный враг — высокая температура. При нагреве дисульфид молибдена начинает превращаться в молибденовый ангидрид, который, хоть и не причиняет вреда поверхностям деталей, но и не обладает, к сожалению, смазочными свойствами. Как же избежать этого?



Оказалось, что перед нанесением дисульфидного слоя деталь необходимо обработать в горячей фосфатной ванне. В этом случае частицы дисульфида проникают в мелкие поры фосфатного покрытия и на поверхности детали образуется тончайшая смазочная пленка, которая способна выдерживать колоссальные нагрузки — несколько тонн на квадратный сантиметр. Втулки, покрытые этой пленкой, испытывали при тяжелых режимах работы — и ни одного случая приварки. С тех пор "Запорожцы" исколесили нашу страну вдоль и поперек, но злополучный узел передач не подводил больше ни разу.

Созданием смазочной пленки не исчерпывается благотворное влияние дисульфида молибдена на стальную поверхность: если обработать молибденитом режущий инструмент, то он станет более стойким, более долговечным. Когда об этом чудесном свойстве молибденита узнали некоторые парикмахеры, они с завидной оперативностью поспешили внедрить его в практику.

Но вернемся к молибдену. Благодаря тугоплавкости и низкому коэффициенту теплового расширения этот металл широко применяют в электротехнике, радиоэлектронике, технике высоких температур. Крючки, на которых подвешена вольфрамовая нить в обыкновенной электрической лампочке, сделаны из молибдена; если бы в стеклянный стерженек лампы была впаяна дающая свет вольфрамовая проволочка, то стекло вскоре бы треснуло из-за ее теплового расширения, а молибден при нагреве практически не расширяется и поэтому не доставляет стеклу никакого беспокойства. Из него изготовляют аноды, сетки и другие детали радиоламп, рентгеновских трубок. Как конструкционный материал молибден нашел применение в энергетических ядерных реакторах. Молибденовые спирали неплохо зарекомендовали себя в качестве нагревателей мощных вакуумных электропечей сопротивления, где развиваются весьма высокие температуры. Среди экспонатов Политехнического музея в Москве можно увидеть небольшую молибденовую лодочку с выращенным в ней искусственным кристаллом алюмо-иттриевого граната.

В США создано оригинальное стекло, изменяющее свой цвет в зависимости от… времени дня. Под действием солнечного света стекло становится синим, а с наступлением темноты — вновь прозрачным. Этот эффект обусловлен добавками молибдена, который либо вводят в расплавленное стекло, либо в виде тонкой прозрачной пленки вклеивают между двумя слоями стекла.

Жаропрочные молибденовые сплавы оказались отличным материалом для ответственных деталей космических ракет, ракетных двигателей, кромок крыльев сверхзвуковых самолетов. А в медицине нашел применение сплав комохром, состоящий из кобальта, молибдена и хрома: из этого сплава изготовляют "запчасти" для… человека. Да-да, не удивляйтесь) Комохром легко уживается с тканями организма человека, и хирурги успешно пользуются им для замены поврежденных суставов.

Еще в Вавилоне при постройке жилищ строители армировали глину тростником, а в Древней Греции железными прутьями укрепляли мраморные колонны при сооружении дворцов и храмов. Этот принцип лег в основу создания нового класса современных конструкционных материалов, названных композиционными, поскольку они представляют собой композицию двух или нескольких разнородных компонентов. Каждый из них занят своим делом: одни, например, противостоят высокому нагреву, износу или агрессивным средам, а другие при этом уверенно сопротивляются растяжению. Такое разделение труда позволяет заметно облегчить многие конструкции, что особенно важно для авиационной и космической техники. Варьируя соотношение компонентов, можно получать материалы с нужной прочностью, жаропрочностью, модулем упругости и другими заданными свойствами. Для ряда пластичных металлов (никеля, кобальта, титана и др.) в роли арматуры, которая принимает на себя непосильные для них растягивающие нагрузки, уверенно выступает молибденовая проволока: благодаря этой "начинке" прочностные характеристики материала могут быть повышены во много раз.

Разнообразное применение нашли соединения молибдена. Благодаря ему эмали приобретают высокую кроющую способность. Молибденовые красители используют в производстве керамики и пластических масс, в кожевенной, меховой и текстильной промышленности. Оксид молибдена служит катализатором при крекинге нефти и других химических процессах, в аналитической химии без малого полтора столетия трудится молибдат аммония — важный реактив, с помощью которого химики определяют содержание фосфора в рудах, сталях, сплавах и многих других материалах.

Как видите, работы у молибдена хватает. А ведь мы пока говорили лишь о побочных занятиях этого металла и ни словом не обмолвились о его важнейшей профессии. Помните, в начале очерка молибден был назван верным союзником железа. Вот об этой дружбе железа с молибденом мы и расскажем подробнее — ведь три четверти всего добываемого на земле молибдена потребляет металлургия специальных сталей. В нашей стране сталь, содержащая этот элемент, впервые была выплавлена в 1886 году на Путиловском заводе в Петербурге. Однако применение молибдена для улучшения свойств стали имеет гораздо более древнюю историю.

Долгое время никто не мог раскрыть тайну большой остроты самурайских мечей. Многие поколения металлургов безуспешно пытались выплавить сталь, подобную той, из которой еще в XI–XIII веках изготовляли'холодное оружие в стране Восходящего Солнца. В конце концов секрет удалось раскрыть: загадочная сталь, наряду с другими элементами, содержала молибден, который ухитрялся одновременно повышать и твердость, и вязкость металла, в то время как обычно увеличение твердости сопровождается ростом хрупкости.

Сочетание высокой твердости с вязкостью крайне необходимо для броневой стали. Броня англо-французских танков, появившихся в 1916 году на полях сражений первой мировой войны, была выполнена из твердой, но хрупкой марганцовистой стали. Увы, этот массивный панцирь толщиной 75 миллиметров снаряды немецкой артиллерии прошивали, как масло. Но стоило добавить к стали лишь 1,5–2 % молибдена, как танки оказались неуязвимыми несмотря на то, что толщина броневого листа была уменьшена чуть ли не втрое.



Чем же объяснить такое поистине чудодейственное перерождение брони? Дело в том, что молибден задерживает рост зерна в процессе кристаллизации стали и тем самым придает ей мелкую однородную структуру, обеспечивающую высокие свойства металла. Большинству легированных сталей присуща так называемая хрупкость после отпуска. Стали же, содержащие молибден, не подвержены этому недугу, благодаря чему их можно подвергать термической обработке, не опасаясь возникновения внутренних напряжений. Молибден заметно повышает прокаливаемость стали. Легированная этим элементом сталь характеризуется также значительной прочностью при высоких температурах и большим сопротивлением ползучести. Сходное влияние на свойства стали оказывает и вольфрам, но действие молибдена, например, на прочность металла значительно эффективнее: 0,3 % молибдена могут заменить 1 % вольфрама — металла более дефицитного.

Молибденовая сталь — это не только броня, но и стволы орудий и ружей, детали самолетов и автомобилей, паровые котлы и турбины, режущие инструменты и бритвенные лезвия. Благотворно влияет молибден и на свойства чугуна: повышается прочность металла, увеличивается его износостойкость.

Высокая легирующая способность молибдена обусловлена тем, что он имеет такую же кристаллическую решетку, как и железо. Радиусы их атомов также очень близки между собой. Ну, а родственным душам легко найти общий язык. Впрочем, молибден дружен не только с железом. Сплавы молибдена с хромом, кобальтом, никелем обладают отличной кислотоупорностью и применяются для производства химической аппаратуры. Для некоторых сплавов тех же элементов характерно большое сопротивление истиранию. Сплавы молибдена с вольфрамом могут заменять платину. Для изготовления электротехнических контактов используют сплавы этого элемента с медью и серебром.

В холодильной технике широко применяют сжиженные газы, в частности азот. Чтобы сохранить его в жидком состоянии, нужен лютый мороз — почти 200 градусов. При такой температуре обычная сталь становится хрупкой, как стекло. Контейнеры для хранения жидкого азота делают из особой хладостойкой стали, но и она долгое время страдала одним существенным недостатком: сварные швы на ней имели низкую прочность. Устранить этот недостаток помог молибден. Прежде в состав присадочных материалов, применяемых при сварке, входил хром, который, как оказалось, приводил к растрескиванию кромок шва. Исследования позволили установить, что молибден, наоборот, предотвращает образование трещин. После многочисленных опытов был найден оптимальный состав присадки: она должна содержать 20 % молибдена. А сварные швы теперь так же легко переносят двухсотградусный мороз, как и сама сталь.

Молибден оказывает стали и другую помощь: если смешать мелкий молибденовый порошок с аскорбиновой кислотой (витамином С), то образуется смесь, которая надежно защищает стальные и другие металлические изделия от коррозии. Как видно, витамины полезны не только людям, но и металлам.

Плодотворно трудится молибден и на сельскохозяйственной ниве. Введенные в микроскопических количествах в почву или в пищу животных некоторые элементы буквально творят чудеса. Один из таких кудесников — молибден. Ничтожно малые дозы этого микроэлемента существенно повышают урожай многих культур, улучшают их качество. Особенно неравнодушны к молибдену бобовые растения. Семена гороха, обработанные молибдатом аммония, дали на обычном поле урожай почти на треть выше обычного. Концентрируясь в клубеньках бобовых, молибден способствует усвоению ими атмосферного азота, крайне необходимого для развития растений. Благодаря молибдену возрастает содержание белковых веществ, хлорофилла и витаминов в растительных тканях. Но этот элемент далеко не всем дарит свою благосклонность: на некоторые сорняки он действует губительным образом.

Необычные исследования были проведены японскими учеными из университета в Осаке. Анализируя с помощью самых современных средств остатки сожженных волос, они пришли к выводу, что цвет волос зависит от наличия в них микродоз тех или иных металлов. Так, светлые волосы, например, оказались богаты никелем, золотистые — титаном. Если владельцы огненно-рыжей шевелюры недовольны ею, то все претензии они должны предъявлять молибдену: именно он, по мнению японских пигментологов, и придает волосам такую окраску. Стало быть, если бы действительно существовал разоблаченный Шерлоком Холмсом "Союз рыжих", то на его эмблеме с полным правом мог бы красоваться символ молибдена.



Этот элемент дал повод известному английскому ученому в области молекулярной биологии лауреату Нобелевской премии Ф. Крику и его коллеге профессору Л. Ореллу выдвинуть гипотезу инопланетного происхождения земной жизни. В основе наследственного механизма всех живых существ лежит, как известно, один и тот же генетический код. По мнению биологов, такое единообразие свидетельствует, что вся жизнь на Земле развилась из одной и той же колонии микроорганизмов. А поскольку непременным спутником биохимических процессов является сравнительно редко встречающийся на нашей планете молибден, можно предположить, что эта первородная колония попала к нам с другого небесного тела, богатого молибденом. Гипотеза весьма любопытна, хотя в ней немало уязвимых мест.

К сожалению, иногда молибден оказывается втянутым в дела, которые благотворными отнюдь не назовешь. О негативной стороне его деятельности рассказали исследования советских ученых, проведенные в одной далекой морской экспедиции.

В конце 1966 года от причалов Владивостока отошел "Михаил Ломоносов". Этот специальный научный корабль должен был обследовать различные участки мирового океана и определить степень зараженности их радиоактивными веществами. Не один месяц судно бороздило океан, и все это время на его борту, словно пограничники, несли вахту чуткие приборы — счетчики Гейгера, в любой момент готовые обнаружить появление радиоактивных гостей.

В один из дней корабль готовился пересечь экватор в самой пустынной части Тихого океана. Круглые сутки на палубе судна с большой скоростью вертелись лопасти вентилятора, заглатывая тысячи кубометров морского воздуха и направляя его в фильтры, которые могли задерживать пылинки размером даже в сотые доли микрона. Периодически фильтры вместе с накопившейся пылью сжигали и с помощью чувствительных приборов определяли радиоактивность образовавшегося пепла. Внезапно счетчики Гейгера взволновались не на шутку: в пепле оказались радиоактивные изотопы молибден-99 и неодим-147. Эти изотопы живут очень непродолжительное время. Так, период полураспада молибдена-99 всего 67 часов. Замерами и расчетами ученые установили точную дату появления непрошенных гостей — 28 декабря 1966 года. И действительно, как сообщило агентство Синьхуа, в этот день Китай испытывал свое ядерное оружие. За несколько суток ветер разнес образовавшиеся радиоактивные "осколки" на тысячи миль.

Справедливости ради, следует отметить, что в этой опасной игре с огнем молибден исполняет весьма скромную роль. В ближайшем же будущем, как мы вправе надеяться, силы мира добьются полного запрещения ядерных испытаний — тогда он вовсе перестанет выступать в столь неблаговидном амплуа и будет заниматься лишь полезной для человека деятельностью. Ну, а в том, что молибден нужен людям для самых различных целей, а значит, и в достаточно больших количествах, вы уже убедились. Каковы же запасы этого элемента на нашей планете?

На долю молибдена приходится всего 0,0001 % от всех атомов земной коры. По распространенности в природе он занимает в ряду элементов таблицы Д.И. Менделеева довольно скромное место — в шестом десятке, однако, месторождения этого металла встречаются во многих местах земного шара.

Если в начале нашего века добыча молибдена составляла всего несколько тонн, то уже в годы первой мировой войны производство этого металла возросло почти в 50 раз (броня-то ведь нужна была!). В послевоенный период добыча молибденовых руд резко упала, но затем, начиная примерно с 1925 года, наблюдался новый рост производства молибдена, достигший максимума (30 тысяч тонн) в 1943 году, т. е. во время второй мировой войны. Не случайно поэтому молибден иногда называют "военным" металлом.

На территории нашей страны крупное месторождение молибденовых руд было открыто на Северном Кавказе в 1934 году студенткой-геологом Верой Флёровой, нашедшей в ущелье реки Баксан молибденит. "Вера бродила по балке уже несколько часов и основательно утомилась. И вдруг! Усталости как не бывало. Сердце застучало в бешенном ритме, дыхание перехватило. Девушка снова и снова щупала шершавую поверхность небольшого кварцевого обломка, проводила по нему тонкими пальцами и на пальцах оставался серо-голубоватый "лунный" след. Сделала еще десятка два шагов и снова стремительно нагнулась. Подобрала такой же камень. Взяла лупу и буквально впилась в кусок породы с металлическими вкраплениями. Да, сомнений не было: эти металлические вкрапления в кварце не что иное, как молибденит. Молибденовая руда!"

Так в книге о Вере Флёровой (Л. Кафтанова. Вера Флёрова. М.: Политиздат, 1971, с. 75–76.) описано событие, ставшее знаменательной вехой в истории отечественной редкометаллической промышленности. Через два года на месте находки уже строился молибденовый рудник. К сожалению, Вере не суждено было увидеть, как здесь, высоко в горах, вырос город Тырныауз, который своим рождением был обязан ей — замечательной девушке, с детства мечтавшей найти волшебный камень: в 1936 году Вера трагически погибла в горах. Подвесной мостик, по которому она переходила через Баксан, обрушился в бурные воды горной реки. Имя Веры Флёровой носят одна из площадей Тырныауза и пик, возвышающийся над городом. На одном из горных склонов, в стороне от шумных трасс, стоит скромный обелиск. Медленно и величаво проплывают над ним облака, а неподалеку по стальным канатам скользят вагонетки с волшебным камнем.

Молибденовые руды перерабатывают главным образом в ферромолибден, который и используют в металлургии качественных сталей и специальных сплавов. Первые промышленные опыты по получению ферромолибдена относятся к концу прошлого столетия. В 1890 году был разработан способ получения сплава восстановлением оксидом молибдена. Но этими опытами практически и ограничилось производство ферромолибдена в царской России. В 1929 году силикотермическим методом удалось выплавить сплав, содержащий 50–65 % молибдена. Успешные опыты В.П. Елютина, проведенные в 1930–1931 годах, позволили в дальнейшем внедрить этот метод в металлургическую промышленность.

Но технике нужны не только молибденовые стали, но и изделия из чистого молибдена. А вот их-то долгое время и не удавалось изготовить. Но почему? Ведь сравнительно чистый порошок из этого металла научились получать давным-давно? Виной всему была тугоплавкость молибдена — она не позволяла превращать порошок в монолитный металл путем сплавления. Пришлось искать иные пути. В 1907 году в лабораторных условиях впервые была получена молибденовая нить. Для этого порошок молибдена перемешали с клейким органическим веществом и приготовленную массу продавили через матричное, отверстие. Образовавшуюся при этом клейкую нить поместили в атмосферу водорода и пропустили через нить электрический ток. Как и следовало ожидать, нить разогрелась, органическое вещество выгорело, а металл сумел проплавиться и осесть на проволоке (водород же пригодился для того, чтобы молибден при нагреве не окислился).

Спустя три года был выдан патент на получение тугоплавких металлов, в частности молибдена, методом порошковой металлургии, которым пользуются и в наше время. Металлический порошок прессуют, спекают, затем подвергают прокатке либо волочению — лента или проволока готова к использованию в технике.

В СССР молибденовую проволоку начали выпускать в 1928 году, а уже спустя три года ее производство составило 20 миллионов метров.

В последние годы для производства молибдена стали применять дуговой вакуумный переплав, зонную и электроннолучевую плавку — с такими помощниками дела пошли еще веселее.

…Мы уже говорили о том, что запасы молибденовых руд в земной коре ограничены. Так, быть может, через какое-нибудь время они будут исчерпаны и перед человечеством встанет проблема, где раздобыть столь нужный металл?

Нет, пока мы можем быть спокойны за судьбу своих потомков. Ведь, помимо земной коры, громадные количества самых различных элементов содержатся в водах океанов и морей. Если морские богатства разделить поровну между всеми жителями нашей планеты, то каждый из нас станет обладателем несметных сокровищ. Достаточно сказать, что одного только золота Нептун может выдать из своих кладовых примерно тонны по три на душу населения. Вот уже действительно — золотое дно! А что касается молибдена, то его мы бы получили тонн по сто на человека.

Люди пока еще только пытаются подобрать ключи к голубым сундукам Нептуна. Но подберут. Обязательно подберут.


Лунный металл

Александр Македонский вынужден отступить. — "Священные сосуды" Кира. — Серебряные подковы. — Вторая древнейшая профессия. — Августейшие профили. — Повествует легенда. — Выкуп за князя Игоря. — Клад в мусорной яме. — Хитрость русских бояр. — Вице-губернатор получает наказ. — Тайна Невьянской башни. — Фамильное серебро. — Сервиз графа Орлова. Грабеж не удался. — На добрую память. — "Пострадавший" циклон. — Три рекорда. — Зеркальный блеск. — Две серебряные ложки. — Тоньше некуда. — Под знаком Луны. — История с географией. — Королева благословляет пирата. — Ночное веселье. — На морском дне. — Фиппс собирает "урожай". — Находка аквалангиста. — Помогут ли дельфины? — Сон в руку.


Одерживая одну победу за другой, войско Александра Македонского неудержимо продвигалось на восток. Покорены Персия и Финикия, Египет и Вавилон, Бактрия и Согдиана. В 327 году до н. э. греки вторглись в пределы Индии. Казалось, нет такой силы, которая могла бы остановить грозную армию великого полководца. Но внезапно среди греческих воинов начались тяжелые желудочно-кишечные заболевания. Истощенные и обессиленные солдаты взбунтовались, требуя возвращения домой. Как ни влекла царя жажда новых завоеваний, он вынужден был повернуть назад.

Но вот что любопытно: греческие военачальники заболевали во много раз реже, чем рядовые воины, хотя делили с ними все тяготы и невзгоды походной жизни.

Более двух тысячелетий понадобилось ученым, чтобы найти причину этого загадочного явления: суть ее в том, что солдаты греческой армии пили в то время из оловянных бокалов, а военачальники — из серебряных. Серебро же обладает замечательным свойством: будучи растворено в воде, оно убивает находящиеся в ней болезнетворные бактерии, причем, чтобы обезвредить литр воды, достаточно несколько миллиардных долей грамма серебра. Вот почему пользовавшаяся серебряными кубками армейская знать была в значительно меньшей степени подвержена заболеваниям, чем простые воины.

Историк античного мира Геродот рассказывает, что еще в VI веке до н. э. персидский царь Кир во время своих многочисленных походов сохранял питьевую воду в серебряных "священных сосудах". В индийских религиозных книгах также встречаются упоминания о том, как обеззараживали воду, погружая в нее раскаленное серебро. Во многих странах существовал обычай при освящении колодцев бросать в них серебряные монеты.

Пожалуй, водоочистительную деятельность серебра можно считать древнейшей профессией этого металла, с которой он не расстается и в наши дни: ионы серебра помогают сохранять запас питьевой воды для космонавтов на орбитальных научных станциях "Салют".

Порой по прихоти некоторых влиятельных особ серебру приходилось заниматься совсем нелепыми делами. Так, известный своим расточительством римский император Нерон не нашел ничего лучшего, как подковать серебряными подковами тысячи своих мулов. Но это было не более чем эпизодом в биографии металла. Его вторая древнейшая профессия — ей он посвятил всю свою жизнь — заключалась в том, чтобы быть мерилом ценности, служить деньгами.

Первые серебряные монеты появились за несколько столетий до нашей эры. В Древнем Риме, например, как свидетельствует Плиний Старший, монеты из серебра — денарии — начали чеканить в 269 году до н. э. С середины I века до н. э. на римских денариях обычно изображались профили императоров. Первым из них такой чести удостоился Юлий Цезарь. Даже император Квинтилл, которому довелось в 270 году провести всего семнадцать дней в этой высокой должности, успел оставить потомкам серебряные монеты со своим-августейшим ликом.

Со временем сюжеты на монетах, выпускаемых в разных странах, становились все разнообразнее и порой были весьма любопытными. Так, в 1528 году в Богемии были выпущены в обращение серебряные талеры, на которых был изображен дикарь, держащий в одной руке дубину, а в другой — светильник. За какие же заслуги попал дикарь на серебряную монету?

Как повествует легенда, дикий обитатель богемских гор, узнав, что люди ищут серебро, пришел к ним, зажег светильник и позвал их за собой. Долго люди шли за дикарем, как вдруг его светильник погас, а сам он исчез. Там, где это произошло, было обнаружено богатое месторождение серебра.

На Руси собственные серебряные монеты появились примерно в IX–X веках. Сохранились "сребреники" русского князя Владимира. На одной стороне их изображен князь, сидящий на престоле ("столе"), а на другой — родовой знак. Надпись на монете гласит: "Володимир на столе, а се его серебро".

В XII и XIII веках русские монеты исчезли из обращения. К этому времени объединенные в Киевскую Русь земли вновь распались на отдельные княжества и чеканка единой для всей страны монеты прекратилась. Это время историки называют безмонетным периодом. Деньгами снова стали служить слитки серебра — гривны, весившие 200 граммов. Покупательная способность такой денежной единицы была очень высока: за одну гривну отдавали двести беличьих шкурок. А за князя Игоря, попавшего в 1185 году в плен к половцам, те, как утверждает древний летописец, потребовали выкуп две тысячи серебряных гривен.

Солидная гривна не всегда оказывалась удобной для расчетов — ведь приходилось не только князей выкупать, но и совершать менее значительные финансовые и торговые операции. Нужна была более мелкая "монета" — гривны стали рубить пополам. Так появились на свет рубли.

Монголо-татарское иго также задержало возобновление чеканки русских денег. В обращении находились выпускаемая Золотой— Ордой серебряная монета диргема, или денга (по-татарски "денга" — звенящий). Постепенно слово "денга" перешло в нашем языке в "деньги".

Лишь в середине XIV века, когда русскому народу удалось ослабить монголо-татарское иго, на Руси вновь стали чеканить собственные монеты. В 1534 году, во время правления Елены Глинской — матери Ивана Грозного — была создана единая для всего русского государства денежная система. На мелкой серебряной деньге изображали всадника с мечом — монеты получили название мечевых. На деньгах покрупнее, тоже серебряных, чеканили всадника, вооруженного копьем. Такие монеты стали называть копейными — отсюда и произошло слово "копейка".

Сейчас уже трудно докопаться до истины, но, вероятно, с появлением первых денег появились и первые фальшивомонетчики. При раскопках одного из поселений викингов английские археологи нашли старинную арабскую монету, выпущенную тысячу лет назад. В список находок монета была занесена как серебряная, однако вскоре в эту запись пришлось внести коррективы: анализ, проведенный с помощью рентгеновских лучей, показал, что "серебряная" монета изготовлена из меди и лишь покрыта тонким слоем серебра. Надо отдать должное мастерству древнего фальшивомонетчика: качество выпускаемой им продукции было весьма высоким. Нет сомнения, что его современники, не располагавшие точными методами анализа, принимали искусно сделанные фальшивые деньги за чистую монету.



Любопытна и другая аналогичная находка, обнаруженная археологами при раскопках вблизи Ташкента: в мусорной яме средневекового городища покоился клад из шестнадцати серебряных дирхем, выпущенных в начале XI века в государстве Караханидов. Когда монеты очистили, оказалось, что они медные и лишь слегка "припудрены" серебром. Но историки знают: правившая в тот период династия чеканила дирхемы лишь из чистого серебра. Специалисты пришли к выводу, что монеты поддельные. Оставалось неясным, как они попали в мусорную яму. Видимо, о незаконном промысле стало известно властям, и, чтобы избавиться от улик, древний фальшивомонетчик припрятал монеты на время в мусорной яме своего дома. Там они и пролежали без малого тысячу лет.

К XVII веку относится подделка денег, осуществленная в государственных масштабах. Шел 1654 год. Изнурительная война с Польшей, которую вела Россия, опустошила казну, а потребность в деньгах все возрастала. Царь Алексей Михайлович увеличил и без того большие налоги, но обнищавший народ уже не в состоянии был их платить. И тогда боярин Федор Ртищев придумал способ, который, как он полагал, мог обогатить казну, а на самом деле привел к пагубным последствиям.

В то время в России имели хождение серебряные деньги. Поскольку своего серебра тогда русское государство не имело, монеты изготовляли из… иностранных монет. Обычно для этой цели использовали западноевропейские яхимовсталеры (их чеканили в чешском городе Яхимове), или, как их называли в России, "ефимки": на них сбивали латинскую надпись и ставили русскую.

По совету Ртищева и других бояр царь попытался извлечь пользу из переделки. Ефимок обходился казне в 50 копеек, а царь приказал ставить на нем рублевый знак. Наряду с этим решено было выпускать и более мелкие монеты из дешевой меди. Ценить же их было велено как серебряные. По подсчету царских финансистов, эта реформа обещала дать казне 4 миллиона рублей дохода — в несколько раз больше того, что давали в год все налоги! От таких сумм у царя вскружилась голова, и он повелел делать новые монеты "наспех, днем и ночью, с великим радением… чтобы денег вскоре наделать много".

Дешевые деньги наводнили Россию. Но в денежном обращении существуют свои законы, которые не подвластны даже монархам. Если денег выпущено больше, чем положено, их покупательная способность падает и, как следствие, повышаются цены на все товары. Это и произошло в русском государстве. Простой люд очень быстро почувствовал на себе последствия царской реформы. Резко возросли цены на хлеб и другие продукты, причем в уплату за товар торговцы требовали только серебро. Но где же его было взять, если оно в больших количествах оседало в царских хранилищах? В стране начался голод. Чаша народного терпения переполнилась, и в 1662 году в Москве вспыхнуло восстание — "Медный бунт". Восстание было жестоко подавлено царем, но все же народ добился своего: медные деньги были изъяты из обращения и заменены серебряными



Во время царствования Петра I изготовление денег было сосредоточено на Московском денежном дворе, расположенном в районе, который назывался Китай-городом. В 1711 году сенат "приговорил: серебряные деньги делать на одном Денежном дворе, что в Китае". Позднее, в 1724 году, по указу царя был учрежден Монетный двор в Санкт-Петербурге. Это предприятие — Ленинградский монетный двор — действует поныне и недавно отметило свой двухсотпятидесятилетний юбилей.

Петр I принимал энергичные меры, чтобы расширить добычу золота и серебра. Но, несмотря на достигнутые им результаты, еще долго продолжалась закупка этих ценных металлов за границей. Сохранились любопытные документы, свидетельствующие об этом. Так, в 1734 году правительство поручило иркутскому вице-губернатору купить в Китае большое количество серебра.

Примерно в то же время рудознатцам Акинфия Демидова — представителя могущественной династии уральских горнозаводчиков — удалось обнаружить залежи серебряных руд. По действовавшим тогда государственным законам, серебряная руда, где бы и кем она ни была найдена, поступала в собственность императорского двора. Но Демидов не желал расставаться с новыми богатствами. Он начал чеканить свои монеты, ничем не отличающиеся от царских. Впрочем, отличие все же было: демидовские деньги содержали больше серебра, чем государственные. Видимо, это единственный случай в истории, когда фальшивые деньги были ценнее настоящих.

Если верить легенде, в Невьянске — вотчине Демидовых — находился подпольный монетный двор. Здесь в подвале высокой башни прикованные к стенам рабы днем и ночью чеканили фальшивые деньги. Это была ужасная тюрьма, откуда никто не мог выйти, чтобы тайна Невьянской башни не стала известна правительству. Но, несмотря ни на что, сведения о ней все же просачивались в столицу. Сначала это были только слухи, и даже сама императрица Анна Иоановна не рисковала портить отношения с некоронованным королем Урала. Правда, рассказывают, что однажды, получая при игре с Демидовым в карты выигрыш новенькими серебряными монетами, она неожиданно спросила его: "Твоей или моей работы, Никитич?" Тот встал из-за стола, развел руками и, склонив голову, с улыбкой ответил: "Мы все твои, матушка-государыня: и я — твой, и все мое — твое!".

Но вскоре произошло событие, которое положило конец тайному монетному двору. Один из демидовских мастеров, спасаясь от гнева хозяина, сумел бежать из Невьянска в Петербург. Как только об этом узнал Демидов, он снарядил погоню, приказав догнать и убить беглеца, а если это не удастся сделать, — скакать что есть сил в столицу и сообщить императрице "радостную весть" об открытии залежей серебра.

Беглец не был пойман — пришлось сообщить "радостную весть". В Невьянск направилась комиссия для приема серебряных богатств. За два дня до ее приезда Акинфий распорядился открыть шлюзы, отделявшие подвал башни от озера, и все находившиеся там рабочие — главные свидетели демидовского преступления — навеки остались под водой.

Серебро издавна применяли и в ювелирном деле: из него изготовляли чайные и столовые сервизы, кубки, бокалы, пудреницы, табакерки и другие предметы роскоши. Большую слабость к изделиям из этого металла питала русская и французская аристократия, для которой фамильное серебро служило как бы визитной карточкой, свидетельствующей о знатном происхождении и богатстве его владельцев. Уникальный сервиз принадлежал графу Орлову: в него входило 3275 предметов, для изготовления которых было израсходовано около двух тонн чистого серебра!

Издавна славились новгородские мастера серебряных дел, создавшие свою неповторимую школу резьбы и чеканки по серебру. Изготовленные ими кубки, чаши, стаканы поражали современников красотой узора. Найдены записи, свидетельствующие, что в конце XVI века в Новгороде работало около ста крупных мастеров-серебряников, а крестечникам, сережечникам, колечникам (так называли мелких ремесленников — по виду выпускаемой продукции) не было числа. Сохранившиеся серебряные изделия новгородских художников экспонируются в Оружейной палате, Государственном историческом музее. Русском музее в Ленинграде.

Из чистого серебра изготовлена огромная люстра Успенского собора — одного из замечательных памятников архитектуры, расположенного на территории Московского Кремля. Происхождение ее таково. Во время войны 1812 года этот драгоценный металл был награблен французскими солдатами, но "по техническим причинам" вывезти его из России не удалось. Серебро отбили у врага, и в память о победе над Наполеоном русские мастера изготовили эту уникальную люстру, состоящую из нескольких сот художественных деталей.

Роль металла, украшающего быт человека, серебро не потеряло и в наши дни, но сегодня у него находится много, пожалуй, более серьезных и важных дел. С тех пор как в 1839 году французский художник и изобретатель Дагер разработал способ получения изображения на светочувствительных материалах, серебро неразрывно связало свою судьбу с фотографией. Тончайший слой бромида серебра, нанесенный на фотографическую пленку или бумагу, и является главным действующим лицом в этом процессе. Под влиянием световых лучей, падающих на пленку, бромид серебра распадается. Бром при этом химически связывается с имеющейся в слое желатиной, а серебро выделяется в виде мельчайших кристалликов, невидимых даже в обычный микроскоп. Степень разложения бромида серебра зависит от силы освещения: чем оно ярче, тем больше выделится серебра. Дальнейшая обработка (проявление и фиксация) позволяет получить на пленке негативное изображение, которое затем в истинном виде переносится при печати на фотобумагу. Как ни усовершенствовалась за более чем вековое существование фотография, она практически немыслима пока без серебра и его соединений

Интересную и полезную работу нашли ученые иодиду серебра: с его помощью удается довольно успешно бороться с… тропическими циклонами. Но каким же образом? Чтобы уменьшить разрушительную силу циклона, его нужно как бы растянуть, т. е. увеличить в диаметре. Добиться этого и помогает иодид серебра, способный конденсировать атмосферную влагу в капельки дождя. Такие опыты уже проводили. Первым "пострадал" в 60-х годах ураган "Бейла". На его пути при помощи самолетов поставили завесу из иодидно-серебряной взвеси высотой 10 и длиной 30 километров. Несмотря на столь внушительные размеры для ее "устройства" понадобилось всего несколько центнеров иодида серебра. Налетев на завесу, ничего не "подозревавший" циклон свернул ее в "трубочку" и поглотил. В тот же момент облачная стена вокруг его центральной части, называемой "глазом", распалась, пролившись дождем, и скорость урагана резко упала. Правда, он "не растерялся" и вновь начал создавать облачную стену, но уже гораздо большего диаметра, а значит, движущуюся значительно медленнее, чем прежде. Разрушительная сила "посеребренного" циклона стала намного меньше.



Как ни интересна деятельность соединений серебра, физические свойства и техническое применение самого металла представляют, пожалуй, еще больший интерес. Дело в том, что серебро — рекордсмен среди металлов сразу по трем показателям: по отражательной способности, электропроводности и теплопроводности. Благодаря первому из этих свойств серебро с середины прошлого века и по сей день используют в производстве зеркал. Стекло, покрытое тончайшим слоем этого металла, служит не только непременным атрибутом нашего быта, но и инструментом врачей, важной деталью микроскопов, телескопов и других оптических приборов.



Уникальное "умение" серебра проводить электрический ток и тепло делают его практически незаменимым во многих электро- и радиотехнических устройствах. Проволоку из этого металла можно встретить в точнейших физических приборах, он служит материалом для клемм чувствительных реле, серебряными припоями соединяют важные элементы различной аппаратуры. Для этой цели серебро использовали еще древние мастера: в гробнице Тутанхамона были обнаружены медные трубы, части которых спаяны серебром.

Чтобы подчеркнуть роль серебра как материала для пайки ответственных деталей, поведаем об одной истории, связанной с первыми шагами отечественного ракетостроения. Этими проблемами занималась в те годы группа изучения реактивного движения (ГИРД), во главе которой стоял тогда еще мало кому известный молодой инженер СП. Королев.

Поскольку вначале энтузиасты работали в ГИРДе на общественных началах, они в шутку так расшифровали название своей "фирмы": "группа инженеров, работающих даром". М.Н. Баланина-Королева, мать будущего академика, вспоминала, что однажды, придя, домой, сын спросил: "Мамочка, у нас есть что-нибудь серебряное?" Мария Николаевна очень удивилась этому вопросу, поскольку знала, что Сергей совершенно равнодушен и к деньгам, и к драгоценностям. "Зачем тебе, сын?" — "Понимаешь, какое дело… Паять двигатель надо, реактивный. Но только серебром".

Мария Николаевна вышла из комнаты и вскоре вернулась с двумя серебряными ложками. "Вот все имеющееся у нас в доме серебро", — с этими словами она отдала ложки сыну. Наградой матери был его крепкий, от души, поцелуй.

В многочисленных автоматических устройствах, космических ракетах и подводных лодках, вычислительных машинах и ядерных установках, средствах связи и сигнализации непременно имеются контакты. За свою долгую службу каждый из них срабатывает миллионы раз. Чтобы выдержать такую колоссальную нагрузку, контакты должны быть износостойкими, надежными в эксплуатации, отвечающими ряду электротехнических требований. Материалом для контактов обычно служит серебро. У специалистов нет к нему претензий: металл отлично справляется с этой трудной ролью. Особенно высокие качества демонстрирует серебро, если к нему добавить редкоземельные элементы. Срок службы таких контактов возрастает в несколько раз.

Еще одна особенность серебра — удивительная пластичность, из него удается изготовить прозрачный листик толщиной всего в четверть микрона (т. е. 0,00025 миллиметра), а серебряная крупица, весящая 1 грамм, может превратиться в тончайшую проволоку-паутинку длиной около 2 километров!

Чистое серебро — красивый белый металл. Вот что писал о нем в одной из своих книг М.В. Ломоносов: "Второй высокий металл называется серебро. Сие от золота разнится больше цветом и тягостию. Цвет его столь бел, что ежели серебро совсем чисто и только после плавления вылито, а не полировано, то кажется оно издали бело, как мел".

Благодаря светлому блеску серебра древние ассирийцы называли его металлом Луны и считали священным, подобно тому как египтяне поклонялись желтому металлу Солнца — золоту. Знаком молодой Луны серебро обозначалось в алхимической литературе. Латинское название элемента "аргентум" происходит от заимствованного из санскритского языка слова, означающего "белый, светлый".

Поскольку речь зашла о названиях, расскажем об одном не лишенном интереса факте. Географическая карта не раз служила подсказкой при выборе имени для вновь открытых химических элементов. Взгляните на таблицу Менделеева — вам охотно подтвердят это германий и франций, европий и америций, скандий и калифорний. Таких примеров много, а вот случай, когда крупная река и даже целое государство получили название в честь металла, пожалуй, уникален. Металлом, которому суждено было попасть в "историю с географией", оказалось серебро. Произошло это более четырех с половиной столетий назад при следующих обстоятельствах.

В начале XVI века испанский мореход Хуан Диас де Солис, плавая вдоль берегов Южной Америки, обнаружил устье большой реки, которую он без ложной скромности назвал своим именем. Спустя двенадцать лет вверх по течению этой реки довелось плыть капитану Себастьяну Каботу. Он был поражен количеством серебра, которое его матросы награбили у местных жителей, живших на берегах реки. Кабот решил назвать ее Ла-Платой, т. е. серебряной (по-испански "плата" — серебро). Отсюда впоследствии произошло и название всей страны. В начале XIX века владычество Испании кончилось, и, чтобы не вспоминать об этом печальном периоде, жители страны латинизировали ее название. Так на географических картах появилось слово "Аргентина".

Существует и другая легенда, в которой серебро также фигурирует в качестве "крестного отца" при рождении географического названия.

В 1577 году от берегов Англии отошла группа кораблей, которыми командовал вновь испеченный адмирал Фрэнсис Дрейк. Высокий морской чин был пожалован ему королевой Елизаветой за многолетнюю и плодотворную-пиратскую деятельность. Да и целью нового плавания с тайного благословения королевы, был грабеж принадлежащих Испании городов тихоокеанского побережья Южной Америки. Елизавета и ее знатные вельможи, ставшие "акционерами" общества по насильственному изъятию ценностей "Дрейк и К0", рассчитывали нажиться с помощью "железного пирата", имя которого было слишком хорошо известно мореплавателям всех стран.

В течение долгих месяцев эскадра Дрейка бороздила моря и океаны, добросовестно "трудясь" на благо королевы. В многочисленных штормах и баталиях Дрейк потерял четыре корабля из пяти, но его флагман "Золотая лань" своими дерзкими и внезапными налетами по-прежнему наводил ужас на жителей прибрежных городов. Однажды под вечер, когда уже стемнело, пират появился вблизи Кальяо, где стояло на рейде около тридцати испанских судов. Смелости Дрейку было не занимать: "Золотая лань" вошла в гавань и простояла всю ночь бок о бок с кораблями противника. Испанские моряки, изрядно хлебнувшие рому, далеко за полночь веселились на палубах и громко рассуждали о кораблях, которые незадолго до этого покинули порт с ценными грузами. Один из них, по словам моряков, был буквально набит сокровищами. Узнав об этом, Дрейк без промедления снялся с якоря и устремился в погоню.

Корабль пиратского адмирала не случайно именовался "Золотой ланью": редкое судно могло поспорить с ним в быстроте. Не мудрено, что уже вскоре у берегов Эквадора испанский галеон был взят на абордаж. Вот как описывает дальнейшие события один из помощников Дрейка: "На следующее утро начался осмотр и подсчет, длившийся шесть дней… Мы нашли здесь драгоценные камни, тринадцать сундуков с серебряными монетами, восемьдесят фунтов золота, двадцать шесть бочек нечеканенного серебра… В исходе шестого дня мы простились и расстались с хозяином судна: он, несколько облегченный, поспешил в Панаму, а мы — в открытое море".

Дальновидный Дрейк понимал, что "Золотой лани" еще предстоит очень долгое плавание. Не исключено, что испанцы попытаются вернуть захваченные пиратами богатства (которые они, в свою очередь, награбили у населения Южной Америки), а ход перегруженного ценным металлом корабля убавился. Здравый смысл или алчность? Дрейк принял правильное решение: десятки тонн серебра полетели за борт. В память о серебряных сокровищах, с которыми ему пришлось расстаться, адмирал — пират назвал находящийся неподалеку островок Ла-Платой.

Этот случай, разумеется, далеко не единственный, когда золото, серебро и другие драгоценности оказывались на морском дне. За многовековую историю мореплавания тысячи кораблей терпели по разным причинам крушения и отправлялись в морскую бездну, порой унося с собой несметные богатства. Они-то издавна и не дают покоя многочисленным искателям кладов.

Первым подводным кладоискателем, чье имя сохранила история, был Уильям Фиппс, который в конце XVII века по заданию английского короля Якова II снарядил экспедицию, чтобы отобрать у моря сокровища испанского галеона, затонувшего с огромным грузом серебра на сравнительно небольшой глубине у Багамских островов. Плотник по профессии, Фиппс соорудил водолазный колокол — деревянную бочку, опоясанную железными обручами. В этом первобытном батискафе он сам не раз опускался на дно. Но главными добытчиками сокровищ были матросы и нанятые туземцы, которые с утра до вечера ныряли вблизи рифа, где покоилось судно.

Изнурительная работа продолжалась много недель, зато подводный "урожай" оказался сказочно богатым. Ловко уходя от преследования пиратов, Фиппс, который был к тому же искусным моряком, благополучно довел два набитых серебром судна до берегов Англии.

За прошедшие три столетия предпринималось множество попыток завладеть подводными кладами, но океан неохотно отдает свою добычу. XX век предоставил искателям затонувших сокровищ новые возможности: сегодняшний аквалангист имеет гораздо больше шансов на успех, чем ныряльщики прошлого, которые могли рассчитывать лишь на свои легкие. Удачливым оказался, например, один из американских аквалангистов, который, кстати, и не помышлял о поисках драгоценных металлов. Летом 1949 года он занимался подводными съемками на побережье Флориды. Однажды на двадцатиметровой глубине ему попались обломки какого-то корабля. Тщательно осмотрев судно, пловец обнаружил несколько пушек, якорь и три тыжелых бруска продолговатой формы. Он не поленился поднять их на поверхность и был с лихвой вознагражден: бруски оказались слитками чистого серебра с хорошо сохранившимся клеймом. Специалисты определили, что клеймо принадлежит древнему серебряному руднику в Панаме, а обнаруженный аквалангистом корабль — один из четырнадцати испанских галеонов, которые погибли во время чудовищного урагана, пронесшегося в тех местах весной 1715 года.

Технический прогресс не обделил своим вниманием и подводных искателей счастья. Помимо акваланга, к ним на помощь пришли магнитометры, чуткие щупы, герметичные фонари, особые насадки на судовые винты, размывающие песок и донный ил. Ходят слухи, что одна из зарубежных фирм занята специальной подготовкой дельфинов, которые, пользуясь собственным эхолотом, будут наводить пловцов и водолазов на желанную цель. Словом, берегись, океан! Однако пока он не спешит расстаться со своими богатствами, веками покоящимися на его дне.

Серебряные клады довольно часто отыскиваются и на суше. Не так давно, например, клад в тысячу арабских серебряных монет был найден на шведском острове Готланд, причем при довольно любопытных обстоятельствах. Нашел его… кролик — обыкновенный серый кролик, который пожелал отрыть себе нору в окрестностях небольшого городка Бюрс. В ходе "строительных работ" на зверька вдруг обрушился град металлических кругляшек, и бедняга приложил немало усилий, чтобы вышвырнуть их подальше из норы. Вскоре они попались на глаза археологам, проводившим раскопки на острове. Монеты были переданы в Стокгольмский исторический музей, и специалисты сумели раскрыть тайну этого клада.

Когда-то в старину Готланд был одним из богатейших торговых центров Европы, куда съезжались купцы из многих стран. Сотни и тысячи серебряных монет переходили из рук в руки, но порой скапливались у наиболее удачливых торговцев. Иногда эти богатства попадали в руки викингов, совершавших походы на остров с отнюдь не познавательными целями. По преданию, клад, найденный кроликом, был зарыт в землю в те далекие времена одним из предводителей викингов Ставером. И вот что интересно: на протяжении многих десятилетий народная молва утверждала, будто бы примерно полтора века назад подвыпившему готландскому крестьянину приснился черт, который дал ему горсть серебряных монет якобы из клада Ставера и под большим секретом сообщил, что через пять поколений люди найдут весь клад, припрятанный могущественным викингом "на черный день".

Имела ли эта легенда какие-нибудь реальные основы — трудно сказать. Но как бы то ни было, именно через пять поколений на том самом месте, которое фигурировало в легенде, клад был обнаружен. Не ясно только одно: почему черт решил скрыть от крестьянина такое важное обстоятельство, что главную роль в этой находке суждено сыграть кролику.


«Твердый», но … мягкий

Гибель экспедиции. — "Оловянная чума". — Шутки русской зимы. — Пропана пуговиц. — Во всем виноваты ведьмы. — Атомы располагаются посвободней. — "Вакцина" против "чумы". — "Оловянный крик". — Конкурентов нет. — Секрет саксонцев. — Банки в баньке. — Судьба оловянного солдатика. — Гефест снаряжает Ахилла. — У маленькой Мэри … — Высокая температура? — Твердый или мягкий? — Деньги ацтеков. — Юлий Цезарь может подтвердить. — Король был неправ. — Руда в "упаковке". — Весомый экспонат. — На вечном поселении. — Поиски в Святом Носу? — Эталон Лондонской биржи. — Стеклянная лента. — Ловушка для солнца. — Провал "банковской операции".


В 1910 году английский полярный исследователь капитан Роберт Скотт снарядил экспедицию, целью которой было добраться до Южного полюса, где в то время еще не ступала нога человека. Много трудных месяцев продвигались отважные путешественники по снежным пустыням антарктического материка, оставляя на своем пути небольшие склады с продуктами и керосином — запасы на обратную дорогу. В начале 1912 года экспедиция, наконец, достигла Южного полюса, но к своему великому разочарованию Скотт обнаружил там записку: выяснилось, что на месяц раньше здесь побывал норвежский путешественник Руаль Амундсен. Но главная беда поджидала Скотта на обратном пути. На первом же складе не оказалось керосина: жестянки, в которых он хранился, стояли пустые. Уставшие, продрогшие и голодные люди не могли согреться, им не на чем было приготовить пищу. С трудом добрались они до следующего склада, но и там их встретили пустые банки: весь керосин вытек. Будучи не в силах сопротивляться полярной стуже и страшным буранам, разразившимся в то время в Антарктиде, Роберт Скотт и его друзья вскоре погибли.

В чем же крылась причина таинственного исчезновения керосина? Почему тщательно продуманная экспедиция окончилась так трагически? Какую ошибку допустил капитан Скотт?

Причина оказалась простой. Жестяные банки с керосином были запаяны оловом. Должно быть, путешественники не знали, что на морозе олово "заболевает": блестящий белый металл сначала превращается в тускло-серый, а затем рассыпается в порошок. Это явление, называемое "оловянной чумой", и сыграло роковую роль в судьбе экспедиции.

А ведь подверженность олова "заболеванию" на холоде была известна задолго до описанных событий. Еще в средние века обладатели оловянной посуды замечали, что на морозе она покрывается "язвами", которые постепенно разрастаются, и в конце концов посуда превращается в порошок. Причем стоило "простудившейся" оловянной тарелке прикоснуться к "здоровой", как та вскоре тоже начинала покрываться серыми пятнами и рассыпалась.

В конце прошлого века из Голландии в Россию был отправлен железнодорожный состав, груженный брусками олова. Когда в Москве вагоны открыли, в них обнаружили серый ни на что не пригодный порошок — русская зима сыграла с получателями олова злую шутку.

Приблизительно в эти же годы в Сибирь направилась хорошо снаряженная экспедиция. Казалось, все было предусмотрено, чтобы сибирские морозы не помешали ее успешной работе. Но одну оплошность путешественники все же допустили: они взяли с собой оловянную посуду, которая вскоре вышла из строя. Пришлось вырезать ложки и миски из дерева. Лишь тогда экспедиция смогла продолжить свой путь.

В начале XX века в Петербурге на складе военного оборудования произошла скандальная история: во время ревизии к ужасу интенданта выяснилось, что оловянные пуговицы для солдатских мундиров исчезли, а ящики, в которых они хранились, доверху заполнены серым порошком. И хотя на складе был лютый холод, горе-интенданту стало жарко. Еще бы: его, конечно, заподозрят в краже, а это ничего, кроме каторжных работ, не сулит. Спасло бедолагу заключение химической лаборатории, куда ревизоры направили содержимое ящиков: "Присланное вами для анализа вещество, несомненно, олово. Очевидно, в данном случае имело место явление, известное в химии под названием "оловянная чума"".

Какие же процессы лежат в основе этих превращений олова? В средние века невежественные церковники считали, что "оловянная чума" вызывается наговорами ведьмы, и поэтому многие ни в чем не повинные женщины были сожжены на "очистительных" кострах. С развитием науки нелепость таких утверждений становилась очевидной, но найти истинную причину "оловянной чумы" ученые еще долго не могли.



Лишь после того, как на помощь металловедам пришел рентгеновский анализ, позволивший заглянуть внутрь металлов и определить их кристаллическое строение, удалось полностью реабилитировать "ведьм" и дать подлинно научное объяснение этому загадочному явлению. Оказалось, что олово (как, впрочем, и другие металлы) может иметь различные кристаллические формы. При комнатной и более высокой температуре самой устойчивой модификацией (разновидностью) является белое олово — вязкий, пластичный металл. При температуре ниже 13 °C кристаллическая решетка олова перестраивается так, чтобы атомы расположились в пространстве менее плотно. Образующаяся при этом новая модификация — серое олово — уже теряет свойства металла и становится полупроводником. Внутренние напряжения, которые возникают в местах контакта разных кристаллических решеток, приводят к тому, что материал трескается и рассыпается в порошок. Одна модификация переходит в другую тем скорее, чем ниже окружающая температура. При —33 °C скорость этого превращения достигает максимума. Вот почему сильные морозы так быстро и безжалостно расправляются с оловянными изделиями.

Но ведь олово широко применяют для пайки радиоэлектронной (особенно полупроводниковой) аппаратуры, для полуды проводов и различных деталей, вместе с которыми оно попадает и в Арктику, и в Антарктиду, и в другие холодные места нашей планеты. Значит, все эти приборы, в которых использовано олово, быстро выходят из строя? Разумеется, нет. Ученые научились делать олову "прививки", обеспечивающие металлу иммунитет против "оловянной чумы". Подходящей для этой цели "вакциной" служит, например, висмут. Атомы висмута, поставляя дополнительные электроны в решетку олова, стабилизируют его состояние, что полностью исключает возможность "заболевания".



Чистое олово обладает любопытным свойством: при изгибе прутков или пластинок этого металла слышен легкий треск — "оловянный крик". Этот характерный знак возникает вследствие взаимного трения кристаллов олова при их смещении и деформации. Сплавы же олова с другими металлами в подобных ситуациях, как говорится, держат язык за зубами.

Почти половина всего добываемого в мире олова расходуется сегодня на производство белой жести, используемой главным образом для изготовления консервных банок. Здесь в полной мере проявляются ценные качества металла: его химическая устойчивость по отношению к кислороду, воде, органическим кислотам и, вместе с тем, полная безвредность его солей для человеческого организма. Олово прекрасно справляется с этой ролью и практически не знает конкурентов. Не случайно его называют "металлом консервной банки". Благодаря тончайшему оловянному слою, покрывающему жесть, люди имеют возможность подолгу хранить миллионы тонн мяса, рыбы, фруктов, овощей, молочных продуктов.

Прежде для нанесения оловянного покрытия применяли горячий способ, при котором очищенный и обезжиренный лист железа погружали в расплавленное олово. Если же надо было полудить одну сторону листа, ее очищали, нагревали и натирали оловом. Сейчас этот способ уже сдан в архив, а на смену ему пришло лужение в гальванических ваннах.

Истории техники известен пример промышленного шпионажа, связанный с производством белой жести. Во второй половине XVII века Англия, располагавшая и железом, и оловом, тем не менее вынуждена была покупать белую жесть, поскольку английские железодельцы не знали секрета ее изготовления. К тому времени металлурги Саксонского княжества уже более ста лет умели лудить тонкие железные листы и их продукция шла, во многие страны. Раскрыть тайну немецких мастеров было поручено в 1665 году некоему Эндрю Яррантону. Спустя несколько лет он так описывал цели своей "творческой командировки" в вышедшем в свет трактате "Способы укрепления Англии на море и на суше": "Мне предоставили достаточную сумму денег, чтобы покрыть расходы на путешествие туда, где делают листы белой жести. Оттуда я должен был привезти искусство ее изготовления". Визит в Саксонию оказался успешным, и вскоре английские промышленники уже могли похвастать отличной белой жестью собственного производства.

Но перенесемся вновь на три столетия вперед и мысленно представим себе гору из сотен миллиардов консервных банок, ежегодно выпускаемых в наше время во всех странах мира. Рядом с этой сооруженной фантазией консервной горой гигант Эверест, должно быть, выглядел бы не более чем скромный холмик. Рано или поздно пустая жестяная банка попадает на мусорную свалку, однако олову (а в каждой банке его примерно полграмма) не грозит быть здесь навеки погребенным: человек заботится о том, чтобы извлечь ценный металл и вновь использовать его для своих нужд.

Собранные жестянки направляются в специальную установку, где под действием щелочей и электрического тока железо вынуждено снимать оловянную рубашку. Из этой своеобразной "бани" выходят очищенная жесть и светлые оловянные слитки — они готовы снова превратиться в консервные банки.

Характерная особенность олова — его легкоплавкость. Помните, как в сказке Ганса Христиана Андерсена мгновенно растаял в огне стойкий оловянный солдатик, когда по злой воле он оказался в печке?

Благодаря сравнительно низкой температуре плавления этот металл снискал репутацию основного компонента припоев и легкоплавких сплавов. Интересно отметить, что сплав олова (16 %) с висмутом (52 %) и свинцом (32 %) может расплавиться даже в кипятке: температура плавления этого сплава всего 95 °C, в то время как его составляющие плавятся при значительно более высокой температуре: олово — при 232 °C, висмут — при 271 °C, а свинец — при 327 °C. Еще более охотно переходят в жидкое состояние сплавы, в которых олово служит добавкой к галлию и индию: известен, например, сплав, плавящийся уже при 3 °C. Сплавы такого типа применяют в электротехнике как предохранители.

Хорошие литейные свойства, ковкость, красивый серебристо-белый цвет открыли перед оловом двери декоративно-прикладного искусства. Еще в Древней Греции и Древнем Египте из него выполняли украшения, напаянные на другие металлы. Гомер рассказывает в "Илиаде", как древнегреческий бог огня и кузнечного ремесла Гефест, выковав для героя Ахилла — щит, нанес на него рисунок из олова. В более позднее время, примерно в XIII веке, в Европе появились оловянные блюда, чаши, кубки, церковная утварь и другие изделия с рельефными изображениями

Олово — один из немногих материалов, используемых для изготовления органных трубок: считается, что этот металл придает звуку силу и чистоту. Со звуком связана и другая строка из биографии олова: в 1877 году знаменитый американский изобретатель Томас

Алва Эдисон с помощью созданного им фонографа впервые записал на оловянной фольге, покрытой слоем воска, а затем воспроизвел слова, вошедшие в историю звукозаписи: "У маленькой Мери был маленький ягненок".

С давних пор олово — важная составляющая различных бронз, типографских сплавов, баббитов (такое название получили изобретенные еще в 1839 году американцем Баббитом подшипниковые сплавы, способные стойко сопротивляться истиранию).



В технике широко применяются и многочисленные химические соединения олова. Они служат протравой при крашении хлопка и шелка, придают фарфору и стеклу красные оттенки, выступают в роли золотистой краски, при необходимости создают плотные дымовые завесы. Органические соединения этого элемента делают ткани водоотталкивающими, предотвращают гниение древесины, уничтожают насекомых-вредителей. Но, пожалуй, из всех соединений олова наибольшую известность в технике приобрел его станнид, который переходит в сверхпроводящее состояние при сравнительно высокой температуре: если большинство металлов, сплавов, соединений теряет всякое сопротивление электрическому току лишь вблизи абсолютного нуля, то станнид ниобия беспрепятственно пропускает ток уже при 18 К (или —255 °C).

Начало знакомства человека с оловом теряется в глубине веков. Поначалу олово применяли лишь в союзе с медью: сплав этих металлов, называемый бронзой, был известен задолго до начала нашей эры. Бронзовые орудия были значительно тверже и прочнее медных. Видимо, этим и объясняется латинское название олова "станнум" — от санскритского слова "ста" — твердый, стойкий. Само же олово в чистом виде — мягкий металл, совсем не оправдывающий свое название. Время узаконило этот исторический парадокс, и металлурги сегодня легко обрабатывают податливое олово, не подозревая, что имеют дело с "твердым" материалом.

Изделия из бронзы были найдены при раскопках захоронений, сделанных почти шесть тысячелетий назад. Плиний Старший, говоря о зеркалах, утверждал, что "наилучшие из известных нашим праотцам были сделаны в Брундизие из смеси меди и олова".

Установить точно период, когда человеческое общество стало использовать олово в чистом виде, довольно трудно. В одной из египетских могил, относящейся к эпохе XVIII династии (середина первого тысячелетия до н. э.), найдены кольцо и бутылка из олова, которые и считаются наиболее ранними оловянными изделиями. В трудах греческого историка Геродота (V век до н. э.) мы находим упоминание об оловянных покрытиях, предохраняющих железо от ржавчины.

В одной из древних крепостей перуанских индейцев инков ученые обнаружили чистое олово, предназначенное, по-видимому, для получения бронзы: обитатели этой крепости славились как отличные металлурги и искусные мастера по изготовлению бронзовых изделий. Должно быть, инки не использовали олово в чистом виде, так как в крепости не удалось найти ни одного оловянного изделия.

Испанский конкистадор Эрнан Кортес, в начале XVI века завоевавший Мексику, писал: "Несколько небольших кусочков олова были найдены у туземцев провинции Такско в виде очень тонких монет; продолжая мои поиски, я обнаружил, что в этой провинции, а также во многих других, оно использовалось в качестве денег…"

В середине 20-х годов в Англии проводились раскопки у старинного замка, который был построен в III веке до н. э. Археологам удалось найти плавильные ямы, а в них — шлак, содержащий олово. Это означало, что здесь более двух тысяч лет назад была развита оловянная промышленность. Кстати, и Юлий Цезарь в своей книге "Комментарий по поводу Галльской войны" упоминает о производстве олова в некоторых районах Британии.

В 1971 году состоялась посмертная реабилитация 94 английских чеканщиков монет, которые были осуждены… 847 лет назад. Еще в 1124 году король Генрих I обвинил рабочих своего монетного двора в мошенничестве: кто-то донес ему, что при чеканке серебряных монет в металл добавляют слишком много олова. Королевский суд был скор, и суровый приговор — отрубить преступникам правую руку — придворные палачи тут же привели в исполнение. И вот спустя восемь с половиной столетий один из оксфордских ученых, подвергший злополучные монеты тщательному анализу при помощи рентгеновских лучей, пришел к твердому выводу: "Монеты содержат очень мало олова. Король был неправ".

С незапамятных пор основным источником олова служил минерал касситерит, или оловянный камень. Еще задолго до нашей эры финикийцы снаряжали свои корабли к далеким Касситеридам — так назывались богатые оловянной рудой небольшие острова в Северной Атлантике, вблизи Британских островов. В более поздние времена центр мировой добычи олова переместился на Малайский архипелаг. С этим металлом тесно связана вся история Малайзии, земли которой издавна славились своими оловянными богатствами. Современная столица этого государства Куала-Лумпур (что в переводе означает "устье мутной реки") — сравнительно молодой красивый город, возникший во второй половине прошлого века на месте, где китайские старатели нашли крупное месторождение оловянной руды. Каждый, кто побывал в Куала-Лумпуре, увозит отсюда сувенир из олова — вазочку, пепельницу, подсвечник, сделанные искусными руками малайзийских мастеров.

Но иногда из этой страны вывозят и совсем другие "сувениры", о чем свидетельствует случай, произошедший на границе Малайзии и Сингапура. Эти страны связаны дамбой, проходящей через пролив Джохор. Проложенное по дамбе шоссе всегда заполнено автомобилями. В один из дней к контрольно-пропускному пункту на малайзийской стороне подъехал автопоезд, груженный огромными бетонными столбами. Столбы как столбы, однако что-то показалось таможенникам подозрительным, и они решили "прощупать" груз: приказали шоферу отъехать в сторону, при помощи автокрана сняли один из столбов с машины и тяжелой кувалдой раскололи его на части. И что же? Профессиональное чутье не подвело работников таможни: в каждой болванке находился металлический контейнер с оловянным концентратом — желанным сырьем для владельцев оловоплавильного завода в Сингапуре. Всего в бетонной "упаковке" было 127 тонн богатого концентрата. В другой раз в огромной автоцистерне, которую называют здесь "сухопутным танкером", вместо пальмового масла, как утверждал водитель, оказалось восемь с половиной тонн все того же контрабандного концентрата.

Значительные запасы оловянных руд есть и в Советском Союзе — на Дальнем Востоке, в Забайкалье, Казахстане. В музее комбината "Дальолово" в Уссурийске хранится редкий по величине сросток оловянного камня: он весит чуть ли не полцентнера.

Несколько лет назад в нашей стране был создан портативный переносной прибор — гамма-резонансный оловоискатель. Чтобы определить содержание олова в руде с точностью до сотых долей процента, геологу, вооруженному таким прибором, потребуется всего несколько минут. Ценность прибора заключается еще и в том, что он реагирует только на касситерит и не обращает внимания на другой минерал, содержащий олово, — станнин, который в качестве оловянного сырья значительно меньше интересует промышленность.

Крупное открытие было сделано советскими учеными, установившими, что своеобразным индикатором присутствия олова в том или ином геологическом районе может служить фтор. Многочисленные анализы и эксперименты позволили как бы воспроизвести картину рудообразования, происходившего многие миллионы лет назад. В те далекие времена олово, как выяснилось, находилось в виде комплексного соединения, в котором непременно присутствовал фтор. Постепенно олово и его соединения выпадали в осадок, образуя месторождения, а его бывший компаньон фтор оставался вблизи залежей оловянных руд на вечное поселение. Это открытие позволяет определять возможные районы залегания олова и даже прогнозировать его запасы.

Геологи ищут касситерит не только на суше, но и под водой. Поиски уже увенчались успехом: россыпи оловянного камня удалось обнаружить на дне Японского моря в одной из бухт. Богаты им и прибрежные воды морей Северного Ледовитого океана — Ванькина губа, акватория мыса Святой Нос и другие районы. Большую помощь морским рудознатцам оказывают аквалангисты. Да и сами геологи к своей обычной экипировке добавили акваланг, без которого в шельфе Святого Носа не поковыряешь.



Добытый касситерит поступает на металлургические предприятия, где превращается в олово. В первые месяцы Великой Отечественной войны из Подмосковья в Новосибирск был эвакуирован оловокомбинат, который дал первую плавку уже в начале 1942 года. Тогда комбинат выпускал лишь черное 85 %-ное олово, но и такой металл в то трудное время был очень нужен стране. Сейчас сибирское олово высокой чистоты (от первых букв этих слов образована марка металла — ОВЧ), предназначенное для полупроводниковой промышленности, зарегистрировано на Лондонской бирже в качестве эталона, не превзойденного по качеству ни одной фирмой мира. Металл марки ОВЧ-000 содержит 99,9995 % олова, а металл ОВЧ-0000 еще чище: в нем всего 0,0001 % примесей.

Дефицитность олова заставляет ученых и инженеров постоянно искать ему заменители. В то же время этот металл находит все новые области применения. Американская фирма "Форд мотор" построила завод, на котором применен любопытный метод производства непрерывной широкой ленты для оконного стекла. Жидкое стекло из печи попадает в огромную, длиной в несколько десятков метров, ванну и здесь растекается по слою расплавленного олова. Поскольку металлический расплав имеет идеально гладкую поверхность, стекло, остывая и затвердевая на нем, тоже становится совершенно гладким. Такое стекло не нуждается в шлифовке и полировке, что существенно сокращает производственные расходы.

Оригинальное стекло, которое служит своеобразной ловушкой для солнца, создали советские ученые. Выглядит оно совсем как обычное, но отличается от него тем, что покрыто тончайшей пленкой оксида олова. Эта невидимая для глаза пленка беспрепятственно пропускает солнечный свет, но не позволяет тепловым лучам переходить границу в обратном направлении. Такое стекло — находка для овощеводов: в нагретой солнцем за день теплице ночью сохранится почти та же температура, в то время как через обычное стекло тепловые джоули один за другим к утру без труда проскользнули бы наружу. В новых теплицах растения чувствуют себя уютно, даже если на улице стоит десятиградусный мороз. Стекло с оловянным покрытием пригодится для различных солнечных нагревателей и других устройств, где энергия дневного светила превращается в тепло.

Биография олова будет неполной, если не рассказать об одной почти детективной истории со счастливым концом, в которой этот металл сыграл далеко не последнюю роль.

…Вторая мировая война подходила к концу. Понимая, что ближайшее будущее не сулит ничего приятного, правители "независимого" Словацкого государства, сфабрикованного Гитлером в 1939 году на территории Чехословакии, задумали кое-что припрятать на черный день. Проще всего, как им казалось, было запустить руки в золотой фонд, созданный трудом словацкого народа. Однако группа патриотов, занимавших ответственные банковские посты, решила не допустить этого. Часть золота была тайно переведена в швейцарский банк и блокирована там до конца войны в пользу Чехословацкой Республики. Кое-что удалось переправить партизанам. Но часть золота все же осталась еще в сейфах Братиславского банка.

Один из главарей марионеточного правительства по секрету сообщил немецкому послу в Братиславе о ценностях, хранящихся в бронированных подвалах, и попросил выделить солдат для проведения "банковской операции" по изъятию золота. Пришлось, правда, брать третьим компаньоном еще и генерала войск СС, но зато в успехе грабежа можно было не сомневаться.

Эсэсовцы окружили здание банка, и офицер, угрожая служащим расстрелом, приказал сдать ценности. Через несколько минут ящики с золотом перекочевали из сейфов в эсэсовские грузовики. Дельцы радостно потирали руки, не подозревая, что в ящиках хранятся слитки "золота", предусмотрительно изготовленные директором Монетного двора из… олова. А служащие банка еще раз проверили замки на тайниках, где хранилось настоящее золото, и стали с нетерпением дожидаться освобождения своей страны от гитлеровских войск.


Рожденный в муках

Грехи и муки Тантала. — Сходство вводит в заблуждение. — Ясность внесена. — Рука об руку. — На 101-м году жизни. — Предчувствия не обманули. — Нужна характеристика. — Со спичечную головку. — Интерес растет. — Бессилие царской водки. — Ремонт черепов? — Танталовые нервы. — Гуманная миссия. — Солидный заказчик. — Чудовищные температуры не страшны. — Работа под напряжением. — Долой газы! — Солидарность с Танталом. — Завидное постоянство. — В руках ювелиров. — Затраты окупаются.


Мифологический сын Зевса фригийский царь Тантал, слывший любимцем богов, удостоился великой чести: он был допущен к их собраниям и трапезам, обычно проходившим на священной горе Олимп. Но Тантал начал злоупотреблять столь высоким доверием. Сначала он разгласил некоторые тайные решения, принятые олимпийцами. Затем в разгар божественного ужина похитил со стола нектар и амброзию. Скрепя сердце боги сделали вид, что не заметили этих грехов. Но однажды Тантал проявил неслыханную жестокость и к тому же явное непочтение к богам: пригласив их к себе на пиршество, подал мясное блюдо, приготовленное из тела убитого им накануне собственного сына Пелопса. Этого разгневанные властелины неба уже не могли простить и решили обречь Тантала на вечные муки жажды, голода и страха.

С тех пор стоит он в преисподней по горло в прозрачной воде. Под тяжестью созревших плодов склоняются к нему ветви деревьев. Когда томимый жаждой Тантал открывает уста, чтобы напиться, вода уходит от его губ. Стоит ему протянуть руку к сочным плодам, ветер поднимает ветвь, и обессилевший от голода грешник не может ее достать. А над его головой нависла скала, грозя вот-вот обрушиться.

Так мифы древней Греции повествуют о "муках Тантала".

Должно быть, не раз пришлось шведскому химику Андресу Густаву Экебергу вспомнить о мучениях этого мифологического страдальца, когда он безуспешно пытался растворить в кислотах открытую им в 1802 году в одном из скандинавских Минералов новую "землю". Столько раз, казалось, ученый был близок к цели, но выделить из "земли" новый металл ему так и не удалось. В конце концов он вынужден был отказаться от этой затеи, но, видимо, в память о своих мучениях решил назвать новичка "танталом".

Спустя некоторое время выяснилось, что у тантала есть близнец, который, правда, появился на свет годом раньше, но почти не отличался от него по свойствам. Этим близнецом был Колумбии, открытый в 1801 году англичанином Чарльзом Хатчетом. Их поразительное сходство ввело в заблуждение многих химиков. После долгих споров они пришли к ошибочному выводу, что речь идет об одном и том же элементе — тантале.

Заблуждаться ученым суждено было более сорока лет. Лишь в 1844 году немецкому химику Генриху Розе удалось внести ясность в этот запутанный вопрос и доказать, что Колумбии, как и тантал, имеет полное право претендовать на индивидуальное место под Солнцем. А уж поскольку налицо были родственные связи этих элементов. Розе дал Колумбию новое имя — ниобий, которое подчеркивало их семейственность (мифологическая богиня Ниоба — дочь Тантала).



С тех пор тантал и ниобий шагают рука об руку по жизненному пути. А путь этот был тернистым…

На протяжении многих десятилетий промышленный мир не проявлял к танталу никакого интереса. Да, собственно говоря, тантала, как такового, попросту и не существовало: ведь в чистом компактном виде тантал удалось получить лишь после того, как он отпраздновал столетие со дня своего рождения. Это произошло в самом начале нашего века — в 1903 году. И тогда же, т. е. на 101-м году жизни, он получил наконец приглашение на работу: узнав, что этот металл обладает весьма тугоплавким характером, ученые решили использовать его для нитей электроламп. Не имея других предложений, тантал вынужден был дать согласие, хотя чувствовал, что это не его призвание.

И, действительно, суровые законы конкурентной борьбы, царящие в мире металлов, вскоре лишили тантал работы. На это теплое местечко был взят другой металл — вольфрам, который оказался еще более тугоплавким.

Снова потянулись годы вынужденного безделья. На "бирже труда" котировались лишь те металлы, которые либо были давно известны, либо успели представить свои отличные характеристики, заверенные физиками, химиками и другими учеными. Тантал в то время имел мало знакомств в мире науки и техники и вынужден был сидеть сложа руки. Но удача все же пришла: в 1922 году он был успешно применен в выпрямителях тока, а спустя год — в радиолампах. Тогда же началась разработка промышленных методов получения этого металла.

Любопытно, что первый промышленный штабик тантала (полуфабрикат, подвергаемый дальнейшей обработке), который был получен в 1922 году, не превышал по величине спичечную головку. В последнее время на танталовых заводах рождаются штабики иногда в тысячу раз крупнее первенца.

Тантал — редкий металл: в земной коре на его долю приходится лишь 0,0002 %. Однако минералов, содержащих этот элемент, в природе насчитывается более 130 (как правило, тантал в них неразлучен с ниобием). До второй мировой войны добыча тантало-ниобиевых руд была невелика, однако уже к концу войны она возросла в несколько раз. Повышенный интерес к танталу объясняется просто: к этому времени науке стали известны многие его ценные свойства, которые не могли оставить равнодушными представителей различных областей техники и других сфер человеческой деятельности.

Что же представляет собой тантал? Это тяжелый светло-серый металл со слегка синеватым отливом. По тугоплавкости (температура плавления около 3000 °C) он уступает лишь вольфраму и рению. Высокая прочность и твердость сочетаются в нем с отличными пластическими характеристиками. Чистый тантал хорошо поддается механической обработке, легко штампуется, раскатывается в тончайшие листы (толщиной в сотые доли миллиметра) и проволоку. Но несомненно самым важным свойством тантала является исключительная химическая стойкость — в этом отношении он уступает только благородным металлам, да и то не во всех случаях. Тантал не растворяется даже в таких грозных химических агрессорах, как царская водка и концентрированная азотная кислота. При 200 °C в 70 %-ной азотной кислоте тантал вовсе не подвергается коррозии; в серной кислоте при 150 °C коррозии также не наблюдается, а при 200 °C металл корродирует лишь на 0,006 миллиметра в год. Это делает тантал ценным конструкционным материалом для химической промышленности.



Танталовую аппаратуру применяют при производстве многих кислот (соляной, серной, азотной, фосфорной, уксусной), пероксида водорода, брома, хрома. На одном из предприятий, использующих газообразный хлористый водород, детали из нержавеющей стали выходили из строя уже через два месяца. Но как только сталь была заменена танталом, даже самые тонкие детали (толщиной 0,3–0,5 миллиметра) оказались практически вечными: срок службы их увеличился до двадцати лет. Лишь плавиковая кислота вправе утверждать, что перед ней пасует сам тантал.

Танталовые катоды применяют при электролитическом выделении золота и серебра. Достоинство этих катодов в том, что осадок золота и серебра растворяется царской водкой, которая не может причинить вреда танталу.

Уникальное качество тантала — его высокая биологическая совместимость с живыми тканями, т. е. способность уживаться с тканями тела, не вызывая их раздражения. На этом свойстве основано широкое применение его в медицине, главным образом в восстановительной хирургии — для "ремонта" человеческого организма. Пластинки из этого металла используют при повреждениях черепа. В литературе описан случай, когда из танталовой пластинки было создано искусственное ухо, причем пересаженная с бедра кожа при этом настолько хорошо прижилась, что ухо трудно было отличить от настоящего. Танталовая пряжа служит для возмещения мускульной ткани. С помощью тантала хирурги укрепляют после операции стенки брюшной полости. Танталовые скрепки, подобные тем, которыми сшивают тетради, надежно соединяют кровеносные сосуды. Сетки из тантала применяют при изготовлении глазных протезов. Тончайшие нити этого металла заменяют сухожилия и даже нервные волокна. И если выражение "железные нервы" обычно употребляется в переносном смысле, то людей с танталовыми нервами вы, быть может, не раз встречали на улице.

Медицина хотя и не самое важное, но, пожалуй, самое благородное занятие тантала. Право, есть что-то символическое в том, что именно на долю металла, названного в честь мифологического мученика, выпала гуманная миссия — облегчать людские страдания и муки.

На медицинские нужды расходуется примерно 5 % производимого в мире тантала. Около 20 % потребляет химическая промышленность. Основной же заказ на этот металл и его соединения (более 45 %) поступает от металлургов. В последние годы тантал все чаще используют в качестве легирующего элемента в специальных сталях — высокопрочных, коррозионностойких, жаропрочных. Действие, оказываемое на сталь танталом, сходно с влиянием ниобия. Добавка этих металлов к обычным коррозионностойким хромистым сталям повышает их прочность, понижает хрупкость после закалки и отжига.



Очень важная область применения тантала — производство жаропрочных сплавов, в которых все больше и больше нуждается ракетная и космическая техника. Замечательными свойствами обладает конструкционный сплав, состоящий из 90 % тантала и 10 % вольфрама. Листы из такого сплава можно применять до 2500 °C, а более массивные детали выдерживают чудовищные температуры — выше 3300 °C! За рубежом этот сплав считают вполне надежным для изготовления форсунок, выхлопных труб, деталей систем газового контроля и регулирования, передней кромки и многих других ответственных узлов космических кораблей. В тех случаях, когда сопла ракет охлаждаются жидким металлом, способным вызвать коррозию (литием или натрием), без сплава тантала с вольфрамом просто невозможно обойтись.

Еще более поразительной становится жаропрочность деталей из танталовольфрамового сплава, если на них нанесено покрытие — слой карбида тантала (температура плавления 4000 °C). При опытных запусках ракет такие сопла выдерживали колоссальные температуры, при которых сплав без покрытия довольно быстро корродирует и разрушается.

Карбид тантала отличается и очень высокой твердостью (близкой к твердости алмаза), благодаря которой он широко применяется в производстве твердых сплавов. При скоростном резании металл настолько нагревается, что стружка приваривается к режущему инструменту — кромка его выкрашивается, ломается. Резцам, изготовленным из твердых сплавов на основе карбида тантала, выкрашивание не грозит, и они служат весьма продолжительный срок.



Многие записи в "трудовой книжке" тантала свидетельствуют о его тесных связях с электрическим током: значительная часть мирового производства этого металла потребляется электротехнической и электровакуумной промышленностью. Танталовые выпрямители применяют в сигнальной службе железных дорог, телефонных коммутаторах, противопожарных сигнальных системах. Миниатюрные танталовые конденсаторы используют в передаточных радиостанциях, радарных установках и других электронных схемах.

Тантал служит материалом для различных деталей электровакуумных приборов. Как и ниобий, он является отличным геттером, т. е. газопоглотителем. Так, при 800 °C тантал способен поглотить 740 объемов газа. Адсорбируя газы, оставшиеся в электронных лампах после откачки вакуум-насосами, геттеры обеспечивают высокую степень разрежения. Из тантала изготовляют горячую арматуру ламп — аноды, сетки, катоды косвенного накала и другие нагреваемые детали. В тантале особенно нуждаются те лампы, которые, работая при высоких температурах и напряжениях, должны долго сохранять точные характеристики. В некоторых типах вакуумных ламп тантал применяют для поддержания давления газа на определенном уровне.

Танталовую проволоку можно встретить в криотронах — сверхпроводящих элементах, используемых в вычислительной технике.

Упомянем еще об одном электротехническом занятии тантала: он служит отличным материалом для газовых разрядников. Металл, словно из солидарности со своим мифическим тезкой Танталом, бросает вызов Зевсу-громовержцу, разряжая молнии, которые тот в гневе посылает на землю.

При производстве искусственного шелка волоки для протягивания нитей имеют мельчайшие отверстия — диаметр их равен сотым долям миллиметра. Волоки часто засоряются, и их постоянно приходится чистить. Но при этом диаметр отверстия должен оставаться строго постоянным. Естественно, что для волок необходим прочный, износостойкий, некорродируемый материал. Вот почему эти детали изготовляют из тантала — металла, отвечающего всем этим требованиям.

В последнее время тантал начал пробовать свои силы и в ювелирном деле: во многих случаях ему удается успешно заменять платину. Такая замена дает солидную экономию: ведь платина во много раз дороже тантала. Ювелирной деятельности этого металла способствует его свойство покрываться тончайшей пленкой красивых радужных цветов. Тантал используют для изготовления часов, браслетов, различных украшений.

Международное Бюро мер и весов во Франции и Бюро стандартов США применяют тантал вместо платины для изготовления стандартных аналитических разновесов большой точности. В производстве наконечников для перьев автоматических ручек тантал выступает как заменитель весьма дорогого иридия.

Конечно, конкурировать по стоимости с платиной или иридием танталу тяжело, однако цены на него тоже довольно высоки. Во многом это объясняется дороговизной используемых в производстве тантала материалов и сложностью технологии его получения. Достаточно сказать, что для получения 1 тонны танталового концентрата необходимо переработать до 3000 тонн руды. Но все затраты окупаются с лихвой.

…Уже отошли в область преданий молодые годы тантала, когда он был полон сил и желания трудиться, но тем не менее рисковал прослыть тунеядцем. В наши дни, как вы убедились, работы у этого металла хватает. А сколько важных, нужных и интересных дел ему еще предстоит свершить!..


Дающий свет

Нужны ли комментарии? — "Волчья пена". — Открытие великого аптекаря. — К братьям приходит удача. — "Самокал Мюшета". — Пасовать не намерен. — Цвет персика. — Опыты в Петербурге. — Успех немецких инженеров. — Голь на выдумки хитра. — Лакомый кусочек. — Держи карман шире. — Томительное молчание. — "Делянка" князей Владимировичей. — К чертовой матери. — "Помощь" со стороны. — В холод и зной. — Возвращение "беглецов". — У поверхности Солнца. — Миллиарды молний. — Минуты и века. — "Уран-1" в Монреале. — Вес в обществе. — Ювелирная точность. — "Усы" входят в моду. — "Пушистый" вольфрам. — Слоеное зеркало. — По программе "Союз" — "Аполлон".


Названия многих элементов говорят сами за себя: водород — "рождающий воду"; углерод — "рождающий уголь"; менделевий, эйнштейний, фермий, кюрий, курчатовий названы в честь выдающихся ученых; европий, америций, франций, германий, калифорний — производные от географических понятий. Но есть элементы, названия которых, как говорится, нуждаются в комментариях. К таким элементам относится вольфрам.

Даже перевод слова "вольфрам" — волчья пена — вряд ли объяснит происхождение этого названия. В самом деле, что может быть общего у элемента VI группы Периодической системы Д.И. Менделеева с лесным хищником?

…Еще в давние времена металлурги не раз сталкивались со странным явлением: время от времени по совершенно непонятным причинам выплавка олова из руды резко падала. Поскольку технико-экономические показатели плавки не могли не волновать и наших предков, они стали внимательно присматриваться к оловянной руде, идущей в плавку. Вскоре им удалось подметить такую закономерность: неприятности возникали тогда, когда в руде встречались тяжелые камни бурого или желтовато-серого цвета. Вывод напрашивался сам собой: камень "пожирает олово, как волк овцу". А коли так, то пусть и зовется этот злой камень "волчьей пеной" — вольфрамитом. В некоторых других странах, например в Швеции, встречался подобный минерал тунгстен, что означает "тяжелый камень".

Открытие вольфрама связано с именем знаменитого шведского химика Карла Вильгельма Шееле. Фармацевт по профессии, он работал в аптеках ряда городов, где и проводил свои замечательные исследования, немало обогатившие науку. В 1781 году Шееле установил, что тунгстен (впоследствии названный шеелитом) представляет собой соль неизвестной тогда кислоты, и выделил из нее белый порошок — оксид нового элемента. Но дальше этого у него дело не пошло.

Тунгстеновой проблемой всерьез заинтересовались испанские химики братья Фаусто и Хуан Хозе д'Элуяр, начавшие проводить опыты с вольфрамитом и тунгстеном. Лишь спустя два года к ним пришла удача. Смешав белый порошок, полученный из вольфрамита, с толченым древесным углем, они сильно нагрели смесь в тигле. Когда охлажденный после опыта тигель был открыт, в нем оказалась темно-коричневая масса, рассыпавшаяся в руках. Вооружившись лупой, исследователи заметили в порошке крохотные металлические шарики — один, другой, третий. Это был вольфрам. Могли ли думать братья д'Элуяр, глядя на крупицы нового металла, что ему суждено произвести поистине переворот в промышленности?

В 1864 году англичанин Роберт Мюшет впервые ввел вольфрам (примерно 5 %) как легирующую добавку в сталь. Сталь, вошедшая в историю металлургии под названием "самокал Мюшета", могла выдерживать красное каление, не только сохраняя, но и увеличивая свою твердость, т. е. обладала свойством самозакалки. Резцы, изготовленные из этой стали, позволили в полтора раза повысить скорость резания металла (7,5 метра в минуту вместо 5).

Спустя четыре десятилетия появилась быстрорежущая сталь, содержащая уже до 8 % вольфрама. Теперь скорость резания металла достигла 18 метров в минуту. Прошло еще несколько лет, и скорость обработки металла возросла до 35 метров в минуту. Так примерно за полвека вольфрам сумел повысить производительность металлорежущих станков в семь раз!



Ну, а как еще выше поднять скорость резания? Стали это уже было не под силу, и даже вольфрам не мог ей ничем помочь. Неужели достигнут предел? Неужели быстрее резать металл невозможно?

Ответ дал все тот же вольфрам. Нет, он не исчерпал еще своих возможностей и не намерен пасовать перед температурой в битве за скорость обработки металла. В 1907 году был создан сплав, состоящий из вольфрама, хрома и кобальта — стеллит, ставший родоначальником широко известных ныне твердых сплавов, которые позволили еще более повысить скорость резания. В наши дни она достигает уже 2000 метров в минуту.

От 5 до 2000! Такой громадный путь пройден техникой металлообработки. И вехами на этом пути были все новые и новые вольфрамовые материалы.

Современные твердые сплавы представляют собой полученную спеканием смесь карбидов вольфрама и некоторых других элементов (титана, ниобия, тантала). При этом зерна карбидов как бы цементируются кобальтом. Такие материалы не теряют твердости даже при 1000 °C, допуская тем самым колоссальные скорости обработки металла. Твердость одного из сплавов на основе карбида вольфрама — "рэлита" настолько велика, что если по образцу из этого сплава провести напильником, то на нем (на напильнике!) остается борозда

Металлообработка была основным, но не единственным направлением, по которому вольфрам вторгался в технику. Еще в середине прошлого века было замечено, что ткани, пропитанные натриевой солью вольфрамовой кислоты, приобретали огнеупорность. Широкое распространение получили тогда же и краски, содержащие вольфрам, — желтые, синие, белые, фиолетовые, зеленые, голубые. Эти краски использовали в живописи, в производстве керамики и фарфора. Кстати, до сих пор сохранились изготовленные еще в XVII веке в Китае по заказу императора изумительные фарфоровые изделия, окрашенные в необычайно красивый цвет — "цвет персика". По преданию, чтобы добиться этого, древним мастерам пришлось провести около восьми тысяч опытов с различными минералами и соединениями. Как показал анализ, проведенный уже в наши дни, своей нежной окраской фарфор обязан оксиду вольфрама.

В 1860 году нагревом чугуна с вольфрамовой кислотой был получен сплав железа с вольфрамом. Твердость этого сплава заинтересовала многих химиков и металлургов. Вскоре удалось разработать промышленный способ производства ферровольфрама — это послужило мощным толчком к использованию вольфрама в металлургии.

Прошло еще несколько лет, прежде чем были предприняты первые попытки ввести вольфрам в ружейную и орудийную сталь. В конце прошлого века такую сталь выплавил на Путиловском заводе в Петербурге профессор В.Н. Липин — один из организаторов производства легированной стали в России (впоследствии член-корреспондент Академии наук СССР). Даже небольшое количество вольфрама, добавленное к стали, значительно повышало сопротивляемость ружейных и орудийных стволов разъеданию пороховыми газами. Раньше других это сумели оценить немецкие, инженеры. В годы первой мировой войны легкие германские пушки выдерживали до пятнадцати тысяч выстрелов, в то время как русские и французские орудия выходили из строя уже после шести-восьми тысяч выстрелов.

Естественно, что в эти годы добыча вольфрамовой руды резко возросла. Если в 90-х годах прошлого века в мире ежегодно добывалось лишь 200–300 тонн вольфрамовой руды, то уже в 1910 году добыча ее составила 8 тысяч тонн, а в 1918 году достигла 35 тысяч тонн.

И все же вольфрама не хватало. Особенно остро нуждалась в нем Германия, почти не располагавшая собственными источниками этого металла. Правда, готовясь к войне, дальновидные немцы запаслись впрок вольфрамовой рудой, но вскоре эти запасы иссякли, а военная промышленность продолжала настойчиво требовать вольфрамовую сталь.

Нужда заставила немецких металлургов поломать голову. Но ведь недаром говорят: голь на выдумки хитра. Выход из трудного положения был найден: вспомнили, что "волчья пена", съедая олово, увлекала его с собой в шлаки, а на территории Германии, где несколько столетий выплавлялся этот металл, скопились целые горы оловянных шлаков. Вскоре металлурги уже начали получать из них вольфрам. Разумеется, полностью утолить вольфрамовый голод шлаки не могли, но "заморить червячка" с их помощью удалось.

В царской России даже в период общего подъема вольфрамовой промышленности добыча этого ценнейшего металла была ничтожной. В 1915 году с Забайкальского месторождения на Ижорский завод близ Петрограда поступило всего 1,4 тонны вольфрамовой руды, а в 1916 году Мотовилихинскому заводу в Перми было отгружено 8,7 тонны. Производство ферровольфрама в России в эти годы составляло лишь несколько десятков пудов.

На Забайкальское месторождение, как на лакомый кусочек, поглядывали многие иностранные фирмы, главным образом шведские и японские. Летом 1916 года геологи одной японской компании провели в тех краях поисковую разведку. Должно быть, результаты поисков были многообещающими, так как руководители компании предприняли не одну попытку прибрать к рукам этот подземный клад, однако в аренде его им было отказано.



Наиболее крупное здешнее месторождение вольфрама в те годы арендовали на паях промышленник Толмачев и горный инженер Зикс. Эти дельцы сочли выгодным для себя передать аренду шведской фирме, представители которой, обследовав месторождение, весьма им заинтересовались. Толмачев уже намеревался отхватить 30 тысяч рублей в качестве аванса по договору с фирмой, но этой сумме не суждено было перекочевать в его карман: заподозрив, что Толмачев умышленно занизил предполагаемые запасы вольфрама, геологический комитет предложил ввиду трудностей военного времени реквизировать толмачевские рудники и передать их в ведение кабинета царского двора. Высочайшее согласие на эту акцию вскоре было получено.

В своих воспоминаниях о том периоде академик А.Е. Ферсман писал: "До Октябрьской революции работа комиссии естественных производительных сил Академии наук не могла развернуться. В тяжелых условиях, в которых находилась тогда русская наука, инициатива ученых наталкивалась на бесчисленные препятствия. Даже на разработку такой исключительно важной проблемы, как освоение месторождений вольфрама, в течение двух лет Академия наук не могла получить самых ничтожных кредитов".

К сожалению, перед учеными стояли не только финансовые, но и другие, пожалуй, еще более сложные проблемы. Показателен в этом смысле эпизод, о котором вспоминает в одной из своих книг крупнейший ученый-кораблестроитель академик А.Н. Крылов. В январе 1917 года, т. е. в последние недели царствования Николая II, комиссия естественных производительных сил Академии наук обсуждала вопрос о месторождениях вольфрама, которого так не хватало тогда России. Докладчик — влиятельный царский сановник — сообщил, что залежи руд этого металла имеются на территории Туркестана и для снаряжения туда экспедиции требуется 500 рублей. После его доклада наступило молчание. Почти все присутствующие на заседании знали о том, что вольфрамом богаты и недра Алтая, но заговорить об этом никто не решался: ведь весь Алтайский край — один из богатейших районов русской земли — принадлежал близким родственникам царя великим князьям Владимировичам, а о том, чтобы в их владениях проводить геологоразведочные работы, грешно было даже подумать.

Томительную паузу нарушил А.Н. Крылов: "Насчет туркестанских рудников дело обстоит весьма просто — вот пятьсот рублей, — и, вынув бумажку с портретом Петра I, он передал ее председательствовавшему на заседании А.Е. Ферсману. — Сложнее дело с Алтаем. Докладчик не сказал, что рудники находятся на землях великих князей Владимировичей. Вольфрам — это быстрорежущая сталь, т. е. более чем удвоение выделки шрапнелей. Если где уместна реквизиция или экспроприация, то именно здесь: не будет шрапнелей — это значит проигрыш войны, а тогда не только Владимировичи, но и вся династия к чертовой матери полетит".

Еще одним препятствием, тормозившим развитие вольфрамовой промышленности в нашей стране, была "помощь" зарубежных специалистов. В 1931 году в музее Московского университета, разбирая старые минералогические коллекции, ученые натолкнулись на образцы шеелита из неизвестного до того времени месторождения в Таджикистане. Оказалось, что эти образцы были найдены еще в 1912 году и присланы в Москву для исследования. Однако привлеченные в качестве консультантов немецкие геологи забраковали месторождение как нерентабельное, и царское правительство поставило на нем крест. Комиссия, направленная в Таджикистан спустя несколько месяцев после музейной находки, обнаружила там крупные залежи вольфрама.

Примерно в эти же годы известный советский геолог академик С.С. Смирнов вместе со своими учениками развернул на территории нашей страны широкие поиски вольфрамовых месторождений. Не одну тысячу километров в холод и зной пришлось преодолеть геологам. Пешком, на собаках, на оленях исколесили они вдоль и поперек многие районы страны. И там, где проходили мужественные разведчики недр — в Забайкалье, Якутии, на Охотском побережье, возникали новые рудники, строились новые заводы — создавалась советская вольфрамовая промышленность.

В наше время примерно 80 % всего добываемого в мире вольфрама потребляет металлургия качественных сталей, около 15 % идет на производство твердых сплавов, остальные 5 % промышленность использует в виде чистого вольфрама — металла, обладающего удивительными свойствами.

Чтобы расплавить вольфрам, его нужно нагреть до такой температуры, при которой большинство металлов уже испаряется — до 3410 °C. Сам же вольфрам мог бы оставаться в жидком состоянии даже вблизи самого Солнца: температура кипения его почти 6000 °C. Тугоплавкость этого элемента и обеспечила ему применение в одной из важнейших отраслей промышленности — электротехнике.

С тех пор как в начале XX века вольфрамовая нить вытеснила применявшиеся ранее для изготовления электрических ламп угольные, осмиевые и танталовые нити, каждый вечер в наших домах вспыхивают крохотные вольфрамовые молнии. Ежегодно в мире производят несколько миллиардов электроламп. Миллиарды огней!.. А много ли это? Судите сами: с начала нашего летоисчисления человечество прожило лишь немногим более миллиарда минут[5].

Ученые и инженеры постоянно совершенствуют электрическую лампу, стремясь к тому, чтобы ее жизнь продолжалась как можно дольше. Подобно тому как тает горящая восковая свеча, при включении лампы вольфрам начинает испаряться с поверхности нити накаливания. Чтобы уменьшить испарение и тем самым продлить срок службы лампы, в нее под давлением обычно вводят различные инертные газы. А недавно предложено использовать для этой цели пары иода, который, как выяснилось, играет любопытную роль: он ловит испарившиеся молекулы вольфрама, вступает с ним в химическую связь, а затем оседает на нити, тем самым возвращая ей "беглецов". Такая лампа намного долговечнее.

Ассортимент электрических ламп, выпускаемых промышленностью, весьма разнообразен: от миниатюрных "бусинок", используемых в медицине, до мощных прожекторных "солнц". В 1967 году на Всемирной выставке в Монреале в павильоне СССР демонстрировалась установка радиационного нагрева "Уран-1", одним из главных элементов которой служит лампа оригинальной конструкции, снабженная водяным и воздушным охлаждением. В сравнительно небольшой колбе из жаростойкого кварца, наполненной инертным газом ксеноном, находятся два вольфрамовых электрода. При включении лампы между электродами вспыхивает газовая плазма, раскаленная до 8000 °C. Специальный зеркальный отражатель, по сравнению с которым обычные зеркала кажутся тусклыми жестянками, направляет инфракрасные лучи искусственного солнца (лампа воссоздает солнечный спектр) в оптическую систему установки, где они фокусируются в единый поток диаметром чуть больше сантиметра. Температура в фокусе пучка лучей достигает 3000 °C. В этом горячем режиме "Уран-1" может непрерывно работать сотни часов.

Широкое применение в технике находят так называемые катодные лучи, которые представляют собой поток электронов, вырывающихся с поверхности металлического катода в вакуум (электронная эмиссия). Как показала практика, одним из лучших материалов для катодов оказался вольфрам.

Одна из важных особенностей вольфрама — высокая плотность: он такой же тяжелый, как золото. В этом отношении вольфрам немного уступает лишь осмию, иридию и платине, но зато он значительно уступает им и в цене. Для самолетов или космических ракет тяжесть материала, как правило, явный недостаток, однако в некоторых других областях техники это качество, как говорится, на вес золота. Но ведь не будут же конструкторы и в самом деле применять в таких случаях золото или платину — слишком накладно. А вот вольфрам здесь вполне подходит: на его основе созданы так называемые тяжелые сплавы, уже нашедшие себе разнообразное применение. Из них изготовляют радиационные экраны (более надежные, чем свинцовые), контейнеры для радиоактивных изотопов, всевозможные балансиры и противовесы в часах и других устройствах, роторы гироскопов, сердечники для бронебойных снарядов и прочие детали и изделия, которые должны иметь солидный "вес в обществе".

Чистый вольфрам обладает и колоссальной прочностью: его сопротивление разрыву достигает. 40 тонн на квадратный сантиметр, значительно превышая прочность лучшей стали. И такие отменные прочностные характеристики металл ухитряется сохранять даже при 800 °C!

Высокая прочность металлического вольфрама сочетается с хорошей пластичностью: из него можно вытянуть тончайшую проволоку, 100 километров которой весят всего 250 граммов!

Вольфрамовая проволока, широко применяющаяся в электролампах, обрела недавно еще одну профессию: ее предложено использовать в качестве режущего инструмента для обработки хрупких материалов. Ультразвуковой генератор при помощи преобразователя придает вольфрамовой нити колебательные движения, и она медленно, но верно врезается в обрабатываемый материал. Новый "резак" легко справляется с такими капризными материалами, как кварц, рубин, ситалл, стекло, керамика, разрезая их с ювелирной точностью на части или оставляя в них пазы и щели любой формы, любых размеров. Но как ни велика прочность вольфрамовой проволоки, она не идет ни в какое сравнение с прочностью "усов" из этого металла — тончайших кристалликов, которые в сотни раз тоньше человеческого волоса. Советские физики сумели получить вольфрамовые "усы" диаметром всего две миллионные доли сантиметра. Их прочность составляет 230 тонн на квадратный сантиметр — это почти равно абсолютному потолку прочности, т. е. теоретическому пределу для земных веществ, определенному расчетным путем. Но такой чудо-металл существует пока только в стенах лабораторий



Используемый же в технике чистый вольфрам получают восстановлением его оксида водородом. Образующиеся при этом мельчайшие вольфрамовые пылинки прессуют и спекают, нагревая электрическим током до 3000 °C. Из этого вольфрама вытягивают нити накаливания электроламп, штампуют детали радиоламп и рентгеновских трубок, изготовляют контакты для рубильников, электродов, выключателей.

Учеными разработан плазменно-дуговой метод выращивания крупных монокристаллов вольфрама, молибдена и других тугоплавких металлов. 8 Институте металлургии Академии наук СССР этим методом получен большой монокристалл вольфрама — он весит 10 килограммов. Благодаря высокой чистоте такой металл отличается необычными механическими свойствами: даже при очень низких температурах он сохраняет пластичность, а при значительном нагреве почти не теряет своей прочности. Монокристаллы находят применение во многих электровакуумных приборах.

Ученые обнаружили у вольфрама весьма любопытную способность — активно улавливать и накапливать солнечный свет. Речь, правда, идет не о самом металле, а о его тончайшей пленке, полученной осаждением вольфрама из газовой фазы. Металл с такой поверхностью, нагретый до 500 °C, может долго удерживать эту температуру, если на него будут падать лучи Солнца. Чем же объясняется столь своеобразный тепловой эффект? Если рассмотреть пленку в микроскоп, то она покажется пушистой: поверхность ее представляет собой "заросли" дендритных кристалликов-волосков, в которых и "запутываются" солнечные лучи.

Огромные панели с множеством почти не заметных для глаза волосков вольфрама с нанесенным на них золотым покрытием физики используют для определения траектории движения протонов.

Как известно, рентгеновские лучи обладают высокой проникающей способностью. Но у каждой медали есть и обратная сторона: эти лучи не желают ни отражаться, ни преломляться. А жаль: ведь если бы удалось их сфокусировать, ученые могли бы подумать о рентгеновских микроскопах и лазерах — перед наукой открылись бы новые интересные перспективы. Все же недавно удалось создать так называемое рентгеновское зеркало, отражающее некоторую часть лучей, в том числе, и это особенно важно, даже падающих перпендикулярно к поверхности. Зеркало состоит из нескольких десятков чередующихся слоев вольфрама и углерода, осажденных на тонкой кремниевой подложке. Толщина каждого слоя вольфрама меньше 1 нанометра (т. е. одной миллиардной доли метра!), а каждый слой углерода в два раза толще (если только здесь уместен этот термин). Строгое соблюдение размеров слоев нужно для того, чтобы избежать возможной интерференции лучей, значительно ослабляющей их отражение. Общая толщина необычного зеркала всего 0,38 миллиметра, а диаметр 76,2 миллиметра.

Интересный эксперимент, в котором деятельное участие принимал вольфрам, был проведен во время совместного полета советских и американских космонавтов по программе "Союз" — "Аполлон". В земных условиях трудно, а зачастую и невозможно получить сплав металлов, значительно различающихся по плотности: в процессе плавки и кристаллизации частицы более тяжелого компонента будут стремиться в нижние "этажи" слитка, а в верхних "поселятся" частицы более легкого металла. Естественно, что пользоваться сплавом с таким разношерстным составом практически нельзя. Иное дело — космическая плавка. Здесь, в условиях невесомости, все металлы равны — и легкие, и тяжелые, поэтому сплав обещает быть равномерным и по составу, и по структуре. Вот и решено было выплавить в космосе сплав легковесного и легкоплавкого алюминия с солидным тяжеловесом — вольфрамом, обладающим к тому же рекордной тугоплавкостью.

Этот эксперимент — только начало освоения космической технологии. "Пройдет немного времени, — говорит один из участников исторического полета Валерий Кубасов, — и в космосе совместными силами мы сможем создать целые заводы. Они займутся совершенно новой металлургией — получением сплавов и материалов, которые невозможно получить в условиях Земли".

…Много веков металлы верно служат человеку, помогая ему создавать удивительный мир техники. И одно из почетных мест среди них по праву принадлежит вольфраму — металлу, стоящему на огненных рубежах.


За тремя замками

Находка конкистадоров. — Указ испанского короля. — Снова в Европе. — Близкие родственники. — Первый в России. — "Алмазная" сталь. — Штурм крепости. — Оплошность министра финансов. — На добрую память. — Клад в отходах. — Лауреат Демидовской премии. — В грамм добыча. — Радушный прием. — Искры гаснут на ветру? — С большой скоростью. — Это было в Донбассе. — В грозный год. — Прозрачные зеркала. — Дар Монтесумы. — Измерьте температуру. — Три ключа. — Равнение на платину. — "Для всех времен, для всех народов". — Оранжевые лучи. — Платина ставит диагноз. — Не чувствуя боли. — Скромный пляжный костюм. — Высокая честь.


В XVI и XVII веках испанские конкистадоры бесцеремонно расхищали богатства древних государств ацтеков и инков. Тонны золота, серебра, изумрудов заполняли трюмы галеонов, которые постоянно курсировали между Америкой и Испанией. Однажды завоеватели, передвигаясь вдоль реки Платино-дель-Пинто (Колумбия), обнаружили на ее берегах золото и крупицы неизвестного им тяжелого серебристого металла. Из-за высокой тугоплавкости он оказался ни на что не пригодным и лишь затруднял очистку золота. Новый металл испанцы решили назвать платиной, что означает "серебрецо" ("серебришко", "плохое серебро"), выразив тем самым свое недоброе к нему отношение.

Все же довольно большие количества платины были вывезены в Испанию, где ее продавали по цене, значительно более низкой, чем серебро. Вскоре испанские ювелиры обнаружили, что платина хорошо сплавляется с золотом, и те из них, кто был не чист на руку, стали примешивать ее к золоту при изготовлении ювелирных изделий и фальшивых монет. Об этих "проделках" ювелиров стало известно королю, и тот не нашел ничего лучшего, как издать указ, требующий прекратить ввоз в страну никчемного металла, а заодно и уничтожить все его запасы, чтобы мошенники-ювелиры не могли больше морочить голову честным людям.

Чиновники королевских монетных дворов собрали всю имевшуюся в Испании и ее колониях платину, получившую к этому времени такие нелестные прозвища, как "гнилое золото", "лягушачье золото", и публично предали этот металл "казни" по причине его "лживой сущности": собранную платину утопили в море и реках — там, где поглубже. В дальнейшем такую операцию повторяли еще не раз. Столь печально завершился первый этап в биографии платины.

В середине XVIII века в Испании вышел в свет двухтомный труд мореплавателя, астронома и математика Антонио де Ульоа "Путешествие по Южной Америке". Находясь там в экспедиции, ученый заинтересовался самородной платиной, привез ее в Европу и подробно описал в своей книге, после чего опальный металл привлек к себе внимание многих европейских ученых.

Обстоятельное изучение платины провел шведский химик Хенрик Шеффер, который доказал, что она является не смесью уже известных металлов (например, золота и железа), как утверждали некоторые ученые, а новым химическим элементом.

Исследование платины привело к открытию нескольких металлов, сопутствующих ей в природе и получивших общее название платиновых: в 1803 году были открыты палладий и родий, в 1804 году — осмий и иридий, а спустя сорок лет химикам стал известен и последний элемент этой группы — рутений.

Работам в этой области в немалой степени способствовал тот факт, что в 1819 году на Урале вблизи Екатеринбурга (ныне Свердловск) геологи обнаружили россыпные месторождения платины. Спустя пять лет в этих краях начал действовать первый в России платиновый рудник. О богатстве уральских россыпей говорит забавный факт: в те времена местные охотники били дичь дробью из платины.



Примерно тогда же этот металл начали использовать как добавку к стали. "6 фунтов стали расплавлены были с 8 золотниками очищенной платины в огнепостоянном глиняном горшке, охраняя металл от доступа воздуха, — писал в 1825 году "Горный журнал". — Расплавленная масса была вылита в чугунную форму и скоро охлаждена в холодной воде. По разломе стального бруска сталь оказалась весьма однородной сыпи и столь мелкой, что простыми глазами невозможно было усмотреть зернистого ее сложения. Будучи выточена и закалена, без отпуска, она резала стекло, как алмаз, рубила чугун и железо, не притупляясь… Вообще платинистая сталь гораздо тверже всех доселе известных и выдерживает наибольшие удары, не ломаясь". За необыкновенно высокую твердость такая сталь получила название "алмазной". В этой роли платина выступала довольно долго, но затем вынуждена была уступить свое место менее дорогому и к тому же еще более способному вольфраму.

Важную страницу в биографию платины вписал известный русский инженер и ученый П.Г. Соболевский. Возглавив петербургскую Соединенную лабораторию Департамента горных и соляных дел, Горного кадетского корпуса и Главной горной аптеки, он вместе со своим сотрудником металлургом В.В. Любарским приступил к исследованию сырой платины и разработке технологии превращения ее в ковкий металл. Вся загвоздка заключалась в том, что ни одна из существовавших тогда печей не могла нагреть платину до точки ее плавления, равной 1769 °C, или хотя бы до близкой к ней температуры. А это являлось необходимым условием, без которого платина не соглашалась принимать ту или иную нужную форму. Да, было над чем поломать голову.

Если крепостью не удается овладеть штурмом, приходится искать другие пути. Так и поступили исследователи. Они заполнили губчатой платиной (такой пористый металл получался при химической обработке руд) специально изготовленные железные формы, спрессовали ее на винтовом прессе, нагрели до белого каления, затем вновь подвергли большому давлению. И металл сдался: минуя плавление, губчатая платина превратилась в монолитные изделия, которые нельзя было отличить от литых. Так в 1826 году впервые в истории техники был создан и применен на практике оригинальный технологический процесс, сохранивший свое значение и по сей день: он лежит в основе современных методов порошковой металлургии.

Заслуги Соболевского были отмечены министром финансов Е.Ф. Канкриным. Он предложил ежегодно выдавать ученому "в примерное вознаграждение" по 2500 рублей сверх жалованья, "доколе на службе пребывает". Царь утвердил предложение министра.

Тогда же Соболевскому было поручено приступить к чеканке 3-, 6- и 12-рублевых платиновых монет. Уже вскоре петербургский Монетный двор начал полным ходом выпускать такие деньги. За сравнительно короткий срок было выпущено почти полтора миллиона платиновых монет, на которые пошло около 15 тонн платины. Однако цена на этот металл росла, как говорится, не по дням, а по часам, и правительство поняло, что совершило ошибку: платиновые деньги становились все дороже и дороже, в результате чего их истинная стоимость значительно превысила нарицательную и уже вскоре они фактически вышли из обращения. Этому, с одной стороны, способствовали меры, принятые министерством финансов с целью возвращения платины в казну, а с другой стороны, инициатива частных лиц, которые предпочитали расплачиваться другими деньгами, оставляй платиновые себе "на добрую память". Сейчас эти монеты — большая редкость: их можно увидеть лишь в очень немногих крупных нумизматических коллекциях.

Выпуск платиновых монет неожиданно оказал пользу науке. В лаборатории Монетного двора скопилось довольно много остатков платиновых руд — отходов от производства монет. В 1841 году профессор химии Казанского университета Карл Карлович Клаус попросил Монетный двор прислать ему для исследования несколько фунтов этих остатков. Просьба была удовлетворена, и ученый приступил к анализу, казалось бы, ни на что не пригодных отходов. К своему удивлению он обнаружил в них до 10 % платины и небольшие количества осмия, иридия, палладия и родия.

Никого до этого не волновавшие остатки сразу превратились по сути дела в богатейший клад. Клаус немедленно сообщил о полученных результатах в Горное управление. Спустя некоторое время ученый приехал в Петербург, где его принял граф Канкрин. Тот внимательно отнесся к сообщению химика и оказал ему содействие в получении платиновых остатков для дальнейших исследований.

Упорный труд Клауса увенчался успехом: ему удалось доказать, что среди прочих, уже известных элементов платиновые остатки содержат новый металл, которому ученый в честь нашей страны дал имя "рутений" (от латинского названия России). За это открытие Клаус получил полную Демидовскую премию, присуждавшуюся российской Академией наук.

Добыча платины на Урале быстро росла. Показательно, что еще в начале XX века на долю России приходилось около 95 % от общего количества платины, добываемой в мире (остальные 5 % производила Колумбия). В дальнейшем на мировой рынок начала поступать платина из Южной Африки, Канады.

Характерно, что если ежегодное мировое производство золота давно перевалило за тысячу тонн, то добыча платины и сейчас исчисляется лишь десятками тонн. В этом нет ничего удивительного: слова поэта "в грамм добыча, в год труды" могут быть с полным правом отнесены к платине. Действительно, чтобы получить грамм этого металла, приходится порой перерабатывать сотни кубометров руды — целый железнодорожный вагон. Это объясняется чрезвычайной бедностью платиновых руд и отсутствием крупных месторождений платины. В самородном же состоянии она встречается крайне редко. Самый большой из когда-либо найденных самородков платины весил менее 10 килограммов.

Практическое применение этот металл стал находить еще в начале прошлого века, когда кому-то пришла в голову удачная мысль изготовить из него реторты для хранения концентрированной серной кислоты. С тех пор исключительно высокая стойкость платины по отношению к кислотам обеспечивает ей радушный прием в химических лабораториях, где она служит материалом для тиглей, чашей, сеток, трубок и других лабораторных атрибутов. Большое количество платины расходуется также на изготовление кислото- и жароупорной аппаратуры химических заводов.

Несмотря на то что платиновый винт, которым перемешивают стекломассу на знаменитых стекловаренных заводах Чехословакии, стоит три четверти миллиона крон, а платиновый тигель, где происходит этот процесс, — вдвое больше, игра стоит свеч: такое оборудование считается самым современным, позволяющим получать высококачественные стекла для микроскопов, биноклей и других оптических приборов.

Химики нашли платине еще одно важное применение: она оказалась активнейшим катализатором для многих химических процессов. Эта способность платины позволила венгерским изобретателям создать недавно зажигалку нового типа: в ней нет ни традиционного зубчатого колесика; ни кремня. Стоит снять колпачок — тотчас же появляется пламя: выходящий из зажигалки газ вспыхивает от соприкосновения с воздухом. Но эта реакция протекает лишь в присутствии катализатора. Им служит платиновое колечко, через которое вытекает газ. Такой зажигалке не страшен ветер. Более того, чем он сильнее, тем энергичнее идет реакция, тем длиннее язычок пламени. Как только кольцо закрывается колпачком, пламя гаснет.

В качестве катализатора платина совершенно необходима для окисления аммиака при производстве азотной кислоты. Смесь аммиака и воздуха с большой скоростью продувают через тончайшую платиновую сетку (имеющую до пяти тысяч отверстий на каждый квадратный сантиметр), при этом образуются оксиды азота и водяные пары. При растворении оксида азота в воде и получается азотная кислота.

В практику заводского производства азотной кислоты платина вошла благодаря работам пионера отечественной азотнокислотной промышленности И.И. Андреева, в течение долгого времени изучавшего влияние различных катализаторов на окисление аммиака. Произошло это в годы первой мировой войны, когда потребность в азотной кислоте, необходимой для получения взрывчатых веществ, резко возросла. Еще бы: ведь на каждый килограмм взрывчатки расходовалось более двух килограммов азотной кислоты. К концу 1916 года месячная потребность русской армии во взрывчатых веществах составляла около 6400 тонн. Естественное сырье для получения азотной кислоты имелось лишь в Чили, поэтому все участвовавшие в войне страны, испытывая острейший азотно-кислотный голод, лихорадочно искали пути его утоления.

Тогда-то Андреев и предложил использовать в качестве искомого сырья аммиак, содержащийся в отходах коксового производства. Проведенные им исследования убедили его в высоких каталитических способностях платины и в том, что в ее присутствии аммиак окисляется очень энергично. По предложению и проекту Андреева в Донбассе, где были сосредоточены коксохимические предприятия, а следовательно, имелось достаточно аммиака, начали строить завод для производства азотной кислоты. Летом 1917 года он уже дал свою первую продукцию — азотнокислотная проблема была успешно решена.

О громадном значении, которое к этому времени придавалось платине, можно судить по такому факту: в грозном для нашей страны 1918 году в России был организован специальный институт по изучению этого металла, вошедший позднее в состав Института общей и неорганической химии Академии наук СССР. Здесь и поныне ведется большая научно-исследовательская работа, связанная с химией и технологией элементов платиновой группы.

В платине сегодня нуждаются не только химики. Способность хорошо впаиваться в стекло делает ее важным материалом для изготовления многих стеклянных приборов.

Нанося тончайший слой этого металла на стекло, получают платиновые зеркала, обладающие любопытным свойством — так называемой односторонней прозрачностью: со стороны источника света зеркало непрозрачно и отражает находящиеся перед ним предметы, как и обычное зеркало. Но с теневой стороны оно прозрачно, как стекло, и, таким образом, вы можете видеть все, что находится по другую его сторону. Платиновые зеркала получили одно время широкое распространение в США. Их вставляли вместо стекол в окна нижних этажей различных контор и учреждений, а в жилых помещениях они с успехом заменяли занавеси.


Кстати,

первые платиновые зеркала, но не стеклянные, а "цельнометаллические", представлявшие собой хорошо обработанный и отполированный до блеска лист платины, изготовляли еще древние ацтеки. Как они это делали, — до сих пор загадка: ведь платина хорошо куется только при белом калении, т. е. при очень высокой температуре, недоступной металлургам того времени. Но, как бы то ни было, знаменитый вождь ацтеков Монтесума послал несколько таких зеркал в дар королю Испании. Монарх "не остался в долгу": в 1520 году Монтесума был взят в плен конкистадорами, а затем казнен.

Свойство губчатой платины поглощать большие объемы газа лежит в основе удивительного явления: водород или кислород, заключенные в герметически закрытый платиновый сосуд, при нагревании "вытекают" из него, поскольку молекулы газа проходят сквозь платиновые стенки сосуда, как вода сквозь сито.

Плодотворно трудится платина и в сфере измерения высоких температур. В технике довольно широко применяют платиновые термометры сопротивления. Принцип их действия основан на том, что при нагревании электрическое сопротивление платины возрастает по очень строгой и постоянной зависимости от температуры. Подключенная к прибору, регистрирующему изменение сопротивления, платиновая проволочка без промедления сигнализирует ему о самых незначительных колебаниях температуры.

Еще более распространены так называемые термопары — несложные, но очень чуткие термоизмерительные приборы. Если спаять две проволочки из разных металлов, а затем нагреть место спая, то в цепи появится электрический ток. Чем выше температура нагрева, тем большая электродвижущая сила возникает в цепи термопары. Для изготовления этих приборов часто используют платину и ее сплав с родием или иридием.

Вместе с иридием платина уже довольно продолжительное время выполняет ответственнейшее поручение общества. В Ленинграде на Московском проспекте есть внешне ничем не примечательное здание, у входа в которое висят черные таблички, где на двух языках — по-русски и по-французски — написано: "Государственные эталоны СССР". Это — один из корпусов Всесоюзного научно-исследовательского института метрологии имени Д.И. Менделеева. Здесь в сейфе за толстыми дверями хранится эталон килограмма, изготовленный еще в 1883 году из сплава платины (90 %) с иридием (10 %).

Войти в этот сейф, где поддерживают строго постоянную температуру и влажность, можно лишь в присутствии трех человек: директора института, ученого хранителя государственных эталонов и ученого хранителя данного эталона. Каждый из них имеет ключ только от одного из трех замков сейфа. Массивная дверь откроется лишь тогда, когда в замки вставлены все три ключа. Эталон, представляющий собой цилиндрик высотой и диаметром 39 миллиметров, покоится на подставке из горного хрусталя под двумя стеклянными колпаками.

Периодически на сверхчувствительных метрологических весах, реагирующих даже на дыхание человека, государственный эталон "экзаменует" вторичные эталоны. Чтобы избежать даже малейших толчков, вызванных движением на улице или работой каких-нибудь механизмов в самом здании, весы установлены на фундаменте глубиной 7 метров. Для сохранения в помещении постоянной температуры и влажности весами управляют дистанционно — из соседней комнаты.

За свое без малого столетнее существование государственный эталон килограмма, несмотря на тщательное хранение, все же изменил свою массу на 0,017 миллиграмма. Но это отклонение столь незначительно, что в апреле 1968 года платино-иридиевый цилиндрик вновь был утвержден Государственным эталоном килограмма СССР.

В том же самом сейфе в специальном футляре хранится и платино-иридиевый стержень, который еще недавно служил государственным эталоном метра. Эта линейная единица, равная одной сорокамиллионной части длины парижского меридиана, была установлена во Франции в 1791 году. Спустя восемь лет был изготовлен первичный эталон метра, который и сейчас находится в Париже, в Международном бюро мер и весов. На нем начертано: "Для всех времен, для всех народов". Метр действительно стал самой распространенной на нашей планете мерой длины. С 1889 года и до недавнего времени точная копия парижского эталона, выполненная даже из металла той же самой плавки, служила "главным метром" нашей страны.

Ученые постоянно ищут новые пути повышения точности эталонов, и в 1960 году платино-иридиевому стержню пришлось подать' в отставку. На смену ему пришел луч криптоновой лампы. Более двадцати лет эталоном метра служила длина, равная 1650763,73 длины волны оранжевого излучения криптона-86. Но как же пользоваться таким эталоном? Эти заботы легли на плечи специального интерференционного прибора, который определяет, укладывается ли длина волны необходимое число раз в сличаемой метровой мере. Но жизнь не стоит на месте, и в 1983 году международный съезд метрологов принял новое определение метра: отныне метром считается расстояние, которое проходит лазерный луч за 1299791458-ю долю секунды.

Существует еще один эталон — световой, также непосредственно связанный с платиной. В качестве его используют свечение, исходящее из полости трубки (материалом для нее служит плавленый оксид тория), погруженной в расплавленную платину. Измерения проводят во время затвердевания платины. Поскольку в это время температура ее не меняется, единица силы света (свеча, или кандела) воспроизводится с очень высокой степенью точности.

Платина завоевывает прочные позиции в медицине. Специальные электроды из этого металла, вводимые в кровеносные сосуды, служат хирургам многих стран для диагностики различных, главным образом сердечных заболеваний. Такой метод называется платино-водородным, так как в основе его лежит электрохимическая реакция между этими элементами. Интересное и важное применение нашли платине недавно американские врачи из штата Огайо. Они разработали принципиально новый метод анестезии, который заключается в следующем. Платиновой пластинкой длиной несколько сантиметров спинной мозг соединяют с электрическим стимулятором. При малейшем движении пациента аппарат посылает электрический сигнал в мозг, блокируя таким образом болевые ощущения



В большом почете платина у зубных техников, которых привлекает ее неокисляемость — важнейшее свойство материала для протезов. Однако в чистом виде платина слишком мягка, чтобы успешно выполнять эту роль, зато ее сплавы, обладающие и высокой прочностью, успешно служат в качестве зубных коронок и искусственных зубов. Сначала для повышения твердости к платине добавляли серебро и никель, затем для этой цели стали использовать золото и платиновые металлы. В союзе с ними коррозионностойкая платина обретает к тому же необычайную износостойкость — любой орешек ей становится по зубам. Немалая часть добываемой в мире платины поступает сегодня в руки ювелиров, которые начали проявлять к ней особенный интерес после того, как цены на этот металл в несколько раз превысили цены на золото. Уже перед первой мировой войной вошли в моду платиновые кольца, броши, серьги, брелки и другие украшения. Порой этому ценнейшему металлу приходится по прихоти толстосумов играть малоприятную роль — из него изготовляют цепочки для любимых болонок или клетки для ученых попугаев. А несколько лет назад в Лондоне демонстрировалась новинка купального сезона — пляжный костюм типа "мини-бикини". Этот скромный наряд стоил "всего" 50 тысяч долларов, — поскольку в ткань были вплетены платиновые нити и, кроме того, из платины были выполнены различные украшения, скромно, но со вкусом дополняющие модель. По вполне понятным причинам во время показа костюма манекенщицу сопровождал вооруженный охранник. Но если в зале хватило одного стража, то на пляже понадобится целый взвод телохранителей. Впрочем, это уже мелочи.

Наряду с чистой платиной ювелиры используют и ее сплавы с другими металлами, которые вводятся либо для повышения твердости, либо чтобы сделать украшения дешевле в расчете на покупателей, не обладающих большим достатком, но не желающих тем не менее отставать от моды.

В СССР платине оказана большая честь: из нее сделано рельефное изображение В.И. Ленина на высшем ордене нашей страны. В канун Игр XXII Олимпиады, проходивших в 1980 году в Москве, были выпущены в обращение советские олимпийские монеты. Самые дорогие из них — достоинством в 150 рублей — изготовлены из платины.


«Царь металлов» — металл царей

"Скромное" желание. — Орешек не по зубам. — В Долине царей. — Заботы Семирамиды. — Удобства ради. — "Хирургическая" операция. — И днем, и ночью. — Проделки Синей бороды. — В предрассветный час. — Выкуп Атауальпы. — Храм Солнца. — Океан мстит. — "Золотые лихорадки". — Коллекция императрицы. — Не лыком шиты! — Сюткин пьет горькую. — На смену лотку. — "Рекордсмены" из Австралии. — Каменный костюм Будды. — В глубокой тайне. — Бактерии-золотоежки. — "Алхимики" XX века. — Архимед уличает мошенников. — Кто остался в дураках? — Хитрость кассира. — Медали в царской водке. — В вечном плену. — Находка в пирамиде Хефрена. — "Золотые печати". — По дну Атлантики. — Космический "налог".


Золото!.. Ни один другой металл не играл столь зловещей роли в многовековой истории человечества. За право владеть им велись кровопролитные войны, уничтожались целые государства и народы, совершались тяжкие преступления. Сколько горя, страданий и мук принес людям этот красивый желтый металл…

Пожалуй, первым, кому золото доставило массу неприятностей и хлопот, был фригийский царь Мидас. Вот что рассказывает об этом один из мифов Древней Греции.

Однажды сын Зевса Дионис, бог вина и веселья, вместе со своей многочисленной свитой бродил по прекрасной земле Фригии. Постепенно от шумной компании отстал сильно захмелевший любимый учитель Диониса Силен. Его заметили фригийские крестьяне, связали гирляндами из цветов и привели к царю Мидасу. Тот сразу узнал в добродушном пьяненьком старичке Силена, с почетом принял его во дворце и десять дней пировал в честь высокого гостя. На десятый день Мидас сам отвел Силена к Дионису, который на радостях пообещал Мидасу выполнить любое его желание.

"О великий бог Дионис, — воскликнул счастливый царь Фригии, — повели, чтобы все, к чему я прикоснусь, превращалось в чистое блестящее золото!" "Скромное" желание было выполнено, и ликующий Мидас поспешил в свой дворец. Вот он обломал по дороге зеленую дубовую ветвь — она тотчас же стала золотой, тронул рукою в поле колосья — в тот же миг их зерна превратились в золотые, сорвал яблоко — оно сразу заблестело золотым отливом. Решил помыть руки — вода стекла с ладоней золотыми струями. Радости Мидаса нет границ. Но вот царь сел за стол и только тут понял, какой ужасный дар выпросил он у Диониса. От одного прикосновения в золото обращалось все — и хлеб, и вино, и яства. Испуганный царь, которому грозила смерть от голода и жажды, простер руки к небу и воскликнул: "Смилуйся, смилуйся, о Дионис! Прости! Я молю тебя о милости! Возьми назад дар!" По велению Диониса отправился Мидас к истокам реки Пактол. Чистые воды смыли с него злополучный дар.

Если фригийскому царю выпала малопочетная роль открыть список пострадавших от поклонения золоту, то в наши дни некая дама почтенного возраста буквально зубами нацарапала свое имя где-то в конце этого списка. Дело было так.

В одном из самых фешенебельных отелей Японии предприимчивая туристическая компания установила ванну из чистого золота. Несмотря на баснословную цену, желающих совершить омовение в этой ванне было хоть отбавляй. Доходы банно-туристической компании росли как на дрожжах. Но с каждым днем прибавлялось и забот. Пришлось даже нанять отряд детективов, так как некоторые клиенты, уединившись в ванной комнате, доставали запрятанные в полотенца зубила и пытались вырубить хоть немного золотишка на память. Бдительные стражи лишили собирателей сувениров возможности проносить с собой какой бы то ни было инструмент. Теперь уже клиентам приходилось рассчитывать только на собственные силы. И вот та самая дама, о которой мы уже говорили, когда время ее омовения подошло к концу, решила… отгрызть край золотой ванны. Но орешек оказался не по зубам, и спустя несколько дней даме пришлось примерять вставную челюсть



Поговаривают, будто бы окрыленная успехом компания не думает останавливаться на достигнутом, а собирается установить в своих лучших гостиницах золотые унитазы.

Сама по себе эта мысль не нова. Еще в 1921 году В.И. Ленин, выражая яркой гиперболой презрение к желтому божку, писал: "Когда мы победим в мировом масштабе; мы, думается мне, сделаем из золота общественные отхожие места на улицах нескольких самых больших городов мира". И тут же добавлял: "Пока же: беречь надо в РСФСР золото, продавать его подороже, покупать на него товары подешевле".

История золота — это история цивилизации. Первые крупицы этого металла попали в руки людей несколько тысячелетий назад, и тогда же он был возведен человеком в ранг драгоценного. Самой богатой золотом страной древнего мира считался Египет. Не случайно при раскопках захоронений египетской знати археологи находят много украшений и других золотых предметов. "Отблески золота вспыхнули всюду, чуть только брызнул первый луч… Золото на полу, золото на стенах, золото там, в самом отдаленному углу, где рядом со стеною стоит гроб, золото яркое и светлое, как если бы оно только что вышло совсем новое из рук золотых дел мастера…", — писал один из участников первого проникновения в могилу неизвестного фараона, найденную в 1907 году в Долине Царей близ Фив, на левом берегу Нила.

Спустя пятнадцать лет английский археолог Говард Картер обнаружил там же гробницу фараона Тутанхамона, правившего в XIV веке до н. э. Тысячелетия сохранили здесь бесценные произведения древнего искусства, многие из которых сделаны из чистого золота. Мумия юного фараона покоилась в золотом гробу, весившем 110 килограммов. Необычайно красива маска Тутанхамона, выполненная из золота и разноцветных поделочных камней.

Но в могилы и склепы попадала лишь малая толика тех поистине неисчислимых богатств, которыми были окружены властители древнего мира при жизни. Так, согласно легендам, царица Ассирии Семирамида, чтобы снискать себе милость богов, отливала из чистого золота их гигантские изображения. Одна такая статуя, высотой около 12 метров, весила тысячу вавилонских талантов (примерно 30 тонн). Еще более грандиозной была статуя богини Реи: на нее ушло восемь тысяч талантов чистого золота (почти 250 тонн). Богиня восседала на троне, по сторонам которого стояла "стража": два больших золотых льва.

Приблизительно два с половиной тысячелетия назад появились первые золотые монеты. Родиной их стала Лидия — могущественное рабовладельческое государство, располагавшееся в западной части Малой Азии. Лидия вела обширную торговлю с Грецией и своими восточными соседями. Для удобства расчетов при торговых сделках лидийцы ввели в обращение золотую чеканную монету — статер, на которой была изображена бегущая лисица — символ главного лидийского бога Бассарея.

После завоевания Лидии персидским царем Киром золотые монеты начали чеканить и в других странах Ближнего и Среднего Востока. Широкое распространение получили, например, дарики — монеты царя Персии Дария I, на которых он изображен стреляющим из лука.

Среди монархов находились и такие, которые весьма оригинально пополняли золотыми монетами свою казну. В 1285 году королем Франции стал Филипп IV по прозвищу Красивый. Трудно сказать, был ли он действительно хорош собой, но о том, что он был хитрым и алчным правителем, свидетельствуют многочисленные факты. Стремясь расширить свои владения, Филипп IV вел бесконечные войны, которые требовали много денег. Постоянно ощущая финансовые затруднения, король, не страдавший, видимо, излишней щепетильностью, шел на всевозможные махинации и обман. По его тайному приказу награбленные золотые монеты подвергались на монетном дворе "хирургической" операции: их обтачивали, а из полученных опилок изготовляли новые. Такой метод "размножения" золотых денег позволял из 100 монет получать 110–115, а если постараться, то и больше. Филипп IV лично осуществлял контроль над выпуском новых денег, и горе было тому, кто не очень усердно содействовал укреплению королевской власти.

Средние века ознаменовались пышным расцветом алхимии, ставшей повальным увлечением, которому отдавались и стар, и млад. Попытки превратить в золото другие металлы предпринимались с давних пор, но никогда прежде они не носили столь массового характера. Днем и4 ночью в мрачных подземельях каменных замков светилось пламя в печах алхимиков, бурля и переливаясь всеми цветами радуги, кипели на огне таинственные жидкости в ретортах, удушливый дым поднимался из котлов и тиглей.

Веря в возможность отыскания "философского камня" и получения с его помощью золота, алхимики и их покровители стремились опередить своих конкурентов. На этой почве росло взаимное недоверие, возникали поводы для нелепых обвинений в совершенных якобы преступлениях. Так, например, в 1440 году французский маршал Жиль де Лаваль барон де Ретц, вошедший в историю под зловещим именем Синей бороды, был обвинен в убийстве сотен девушек, из крови которых, по мнению церкви, он и его друг алхимик Франсула Прелатти изготовляли золото. По требованию епископа Нантского барон де Ретц и Прелатти были преданы в руки инквизиции и вскоре сожжены на костре. Спустя почти пять веков, в 1925 году, под развалинами замка, где когда-то обитал барон де Ретц, была обнаружена кварцевая золотоносная жила, из которой Прелатти добывал золото для Синей бороды.

В начале XVI века, когда алхимические страсти еще бушевали в Европе, испанские и португальские завоеватели нашли более доходный способ добычи золота: они подвергли варварскому грабежу древние государства Америки, открытой в 1492 году Христофором Колумбом. Накопленное за много веков ацтеками, инками, майя и другими народами Нового Света золото широким потоком хлынуло в Европу.

Конкистадорам и не снились те сказочные сокровища, которые предстали перед ними на земле Америки. Когда в 1519 году Эрнан Кортес высадился в порту Веракрус, индейцы, не подозревавшие, какую печальную судьбу уготовил им белокожий пришелец, преподнесли ему в дар, помимо множества украшений, два огромных диска величиной с колесо телеги — золотой и серебряный. Диски символизировали Солнце и Луну.

У древних народов, населявших Латинскую Америку, золото считалось священным металлом, металлом бога Солнца. Их властелины и жрецы придумали немало ритуалов, которые должны были свидетельствовать о нерушимой связи между властью сильных мира сего и богатством, дарованным им богами в виде золота. Один из таких ритуалов заключался в следующем. В предрассветный час вождя ацтеков натирали благовонным маслом, а затем по сигналу верховного жреца обсыпали золотой пудрой. Позолоченный вождь, восседая в окружении свиты на камышовом плоту, отправлялся в плавание по глади озера навстречу восходящему солнцу. Когда раскаленный диск поднимался из-за гор, начиналось торжественное омовение вождя, во время которого жрецы осыпали его из золотых кубков и чаш кольцами, браслетами, кулонами и другими украшениями из золота. После этой процедуры ни у кого не должно было оставаться сомнений в том, что их властелин — сын Солнца.

Огромные количества золота скапливались в храмах. Потолок одного из них был весь усыпан ажурными золотыми звездами, золотыми стрекозами, бабочками, птицами, которые, словно невесомые, парили над людьми и были так великолепны, что их красота вызывала трепетное восхищение у всех, кто попадал в этот храм.

Одним из главарей испанского вторжения был Франсиско Писарро. В начале 30-х годов XVI века ступил он на землю инков, где в то время шли междоусобные войны. Само по себе появление чужеземцев поначалу не предвещало для инков никаких бед. Напротив, их вождь Великий Инка Атауальпа решил, что это боги явились помочь ему победоносно завершить войну.

Писарро пригласил Великого Инку на пир. Атауальпа прибыл на торжества на золотых носилках, украшенных перьями. Ни он, ни его свита не были вооружены. Этого только и нужно было коварному завоевателю. По его сигналу испанцы напали на гостей, перебили всю свиту, а самого вождя взяли в плен.

Продержав Атауальпу несколько дней под стражей, Писарро пообещал ему свободу, если тот в течение двух месяцев наполнит золотом большую комнату, в которой был заточен, на высоту поднятой руки. Великий Инка согласился на этот фантастический выкуп. По всей стране были разосланы гонцы Атауальпы, и вскоре к месту его заточения потянулись вереницы носильщиков, сгибающихся под тяжестью золотых сосудов, статуэток, украшений и других изделий. Груда золота росла, и все же, когда истекло два месяца, комната еще не была заполнена до оговоренной высоты. И хотя вождь инков убеждал Писарро, что ждать осталось немного, тот решил казнить его, так как, по мнению конкистадоров, Великий Инка мог оказаться для них опасным противником.

Когда стало известно о смерти Атауальпы, в пути находились караваны лам, груженных золотом. Инки спешили, чтобы выкупить своего вождя, но, узнав, что он убит испанцами, весь свой драгоценный груз спрятали в горах Азангар, что означает в переводе "самое отдаленное место". В числе прочих сокровищ из рук завоевателей ускользнула громадная золотая цепь: по преданию, чтобы поднять ее, требовалось не менее двухсот человек.

Но спрятать все свои богатства инки не могли. Испанцам удалось захватить и разграбить Куско — один из богатейших городов Перу. Его украшением служил покрытый золотом храм Солнца. Стены и потолок центрального зала храма были отделаны золотыми листами, а на восточной стороне его сиял золотой диск — лик бога с глазами, выложенными из самоцветов. Когда первые лучи восходящего солнца падали на этот диск, загадочные глаза бога загорались разноцветными огнями. К храму примыкал золотой сад. Деревья, кустарники, птицы — все было искусно сделано из золота. В саду стояли золотые троны, на которых восседали изваяния сыновей Солнца — Великих Инков.

Уже через несколько недель после прихода Писарро священный город Куско был разграблен до основания. Испанские конкистадоры бесцеремонно уничтожали создававшуюся веками культуру инков. Ценнейшие творения древних мастеров они переплавляли в золотые слитки, которые были удобны для транспортировки через океан.

На протяжении двух столетий флотилии груженных золотом галеонов, ежегодно отходили от берегов Нового Света, держа курс на Пиренейский полуостров. Но, словно мстя завоевателям, океан не раз вырывал из их рук награбленное золото и надежно скрывал его в своих пучинах.

В 1622 году неподалеку от Флориды, не выдержав жестокого шторма, затонули испанские галеоны "Сайта Маргарита" и "Нуэстра Сеньора де Аточа", унесшие на дно большое количество золота и других драгоценностей. Спустя два десятилетия жертвой свирепого урагана стали шестнадцать галеонов "Золотого флота", направлявшихся в испанский порт Севилью. Исторические документы, сохранившиеся в архивах, свидетельствуют, что общая стоимость груза этих кораблей (а везли они в основном золото) составляет десятки миллионов долларов. Четырнадцать галеонов "Золотого флота" поглотил океан у берегов Америки весной 1715 года, когда там пронесся ураган невиданной силы.

Всего, по подсчетам историков, в Карибском море, например, покоятся останки примерно ста галеонов. Приблизительно столько же кораблей затонуло у юго-восточной оконечности Флориды. Багамские и Бермудские острова — кладбище более шестидесяти испанских судов. Наконец, около семидесяти галеонов лежат на дне Мексиканского залива. И все они могут быть без преувеличения названы золотыми, так как на борту каждого судна находились громадные богатства. Достаточно сказать, что один из них — галеон "Санта Роза" — увлек за собой на морское дно груды золота и другие сокровища из дворца знаменитого Монтесумы. Всего же, по мнению некоторых зарубежных специалистов, океан "позаимствовал" у человека золота, серебра и прочих ценностей на несколько сот миллиардов долларов.

Эти фантастические суммы вот уже несколько веков волнуют умы кладоискателей. Особенно большой размах поиски подводных кладов приняли в последнее время. Во многих странах издаются книги, атласы, карты, где указаны точные и предполагаемые координаты гибели судов, начиненных драгоценностями. Ежегодно сотни экспедиций отправляются в море на добычу золота и серебра. Порой морским кладоискателям сопутствует удача, чаще их ждет разочарование. Но океан продолжает манить к себе тысячи искателей сокровищ

Поскольку поиски золота на океанском дне связаны со многими трудностями, гораздо более массовый характер всегда носили попытки обнаружить этот желтый металл на суше. Как только в какой-нибудь части земного шара удавалось открыть новый золотоносный клочок земли, туда тотчас же устремлялись тысячи и тысячи искателей счастья, охваченных приступом золотой лихорадки — болезни, которая не фигурирует ни в одном медицинском справочнике, но зато замечательно описана во многих рассказах Джека Лондона и Брет-Гарта.



Из-за нескольких граммов золотого песка люди теряли человеческий облик, братья стреляли друг в друга, сыновья убивали отцов. Так было в начале XVIII века, когда месторождения золота обнаружили в Бразилии. Так было в середине прошлого столетия, когда толпы золотоискателей хлынули в раскаленную Калифорнию, а через несколько лет — в пустыни Австралии. Так было в 80-х годах XIX века, когда глаза любителей наживы загорались безумным блеском при слове 'Трансвааль". Так было спустя десяток лет, когда эпицентрами золотой горячки стали ледяной Клондайк и покрытая снегами Аляска, которую незадолго до этого царское правительство буквально за гроши продало Соединенным Штатам Америки.

Сохранились фотоснимки "черных змей", прокладывавших дорогу через заснеженные вершины полярных гор: это были бесконечные вереницы людей, тащивших на плечах или на маленьких санках свой скарб — их влекла мечта вернуться назад с мешками, наполненными золотом. Увы, для большинства золотоискателей эта мечта так и не сбылась.

В прошлом веке месторождения золота были обнаружены и в Сибири — на берегах Лены. Но история русского золота восходит к более ранним временам.

Еще в начале XVII века появились первые русские золотые монеты — гривенники и пятаки, выпущенные в обращение Василием Шуйским.

При императрице Елизавете Петровне появилась крупная золотая монета — достоинством в 10 рублей. В соответствии с титулом властительницы России монету назвали империалом. Видимо, Елизавета Петровна была неравнодушна к золотишку: после ее кончины во дворце осталось солидное наследство — множество больших и малых сундуков, набитых золотыми червонцами.



От самодержцев старались не отставать и маститые вельможи. Так, в 1711 году князь Гагарин решил удивить мир своим богатством и заказал себе роскошную карету, обитую заморским шелком. Колеса он повелел оковать серебром, а подковы восьмерки лошадей сделать из чистого золота. Знай, дескать, наших: тоже, мол, не лыком шиты!

Добыча золота в России началась в середине XVIII века, после того как в 1745 году крестьянин Ерофей Марков во время поисков хрусталя для Троицкой лавры открыл на берегу уральской реки Березовки первое месторождение этого металла. Урал стал колыбелью отечественной золотопромышленности.

Здесь же на Урале был обнаружен и самый большой в нашей стране самородок золота, весивший 36 килограммов. Нашел его в 1842 году в бассейне реки Миасс мастеровой Миасского завода Никифор Сюткин. В Петербурге, куда вскоре была доставлена находка, она вызвала настоящий переполох. Шутка ли — крупнейший самородок России! Смотритель прииска был награжден орденом Станислава, управляющий промыслами — годовым окладом жалованья. Ну а главный виновник торжества? Один старый журнал писал, что Сюткин "запил горькую, опустился, стал опаздывать на работу и не мог остановиться до тех пор, пока его опухшего, оборванного и скованного по рукам и ногам не привели по распоряжению администрации завода на прииск и не подвергли жестокому истязанию розгами в присутствии сбежавшихся на удары барабана приисковых работников".

Условия работы на золотых приисках царской России были невыносимо тяжелыми. С утра до позднего вечера съедаемые комарами и мошкарой старатели, не разгибая спины, промывали на своих примитивных лотках тонны песка. Не случайно то тут, то там возникали забастовки. Наиболее известная из них, вспыхнувшая в 1912 году на Ленских приисках, вошла в историю русского революционного движения.



Новая техника, новые порядки пришли на золотые прииски после революции. Из полукустарного промысла добыча золота превратилась в одну из наиболее современных отраслей индустрии. Старательский лоток можно встретить в наши дни только в музее. Золото добывают сегодня с помощью драг — машин, достигающих высоты четырехэтажного дома, оснащенных автоматическими устройствами, приборами дистанционного управления, промышленными телевизионными установками. По подсчетам экономистов, мощная драга, которую обслуживают всего несколько человек, заменяет тяжелый ручной труд двенадцати тысяч старателей.

Отделенные от пустой породы мельчайшие крупицы золота подвергают дальнейшей обработке, получая в конце концов небольшие золотые слитки. Но зачастую этот металл встречается в виде природных слитков — самородков. Об одном из них — крупнейшем в России — мы уже упоминали. Самые же большие в мире самородки были найдены в Австралии в прошлом веке. В 1869 году произошла встреча с "желанным незнакомцем", весившим 71 килограмм. А спустя три года была обнаружена "плита Холтермана", которая вместе с включениями породы весила 285 килограммов, из них примерно 100 приходилось на долю золота. Эти уникальные подарки природы не сохранились: оба самородка были переплавлены в слитки.

Подчас золото оказывается в самых неожиданных местах. Близ Бангкока — столицы Таиланда — стояла неизвестно кем и когда привезенная сюда огромная статуя Будды. Полвека назад на этом месте решили построить крупный лесопильный завод, в связи с чем статую необходимо было перенести на другое место. И вот, когда ее снимали с фундамента, несмотря на принятые меры предосторожности, внезапно лопнул каменный бюст Будды и в глубине образовавшейся трещины что-то заблестело. Руководители работы решили снять со статуи облицовку, и перед присутствующими предстал Будда, выполненный из чистого золота и весящий 5,5 тонны. Специалисты установили, что этот памятник старины насчитывает не менее семи столетий. По-видимому, в годы междоусобных феодальных войн владельцы золотого Будды на всякий случай надели на него каменный "костюм", а вот вновь раздеть его им что-то помешало. Сейчас статуя хранится в знаменитом Золотом святилище Бангкока.

За всю свою историю человечество добыло не более 100 тысяч тонн золота. Много ли это? Пожалуй, нет. Для подтверждения приведем наглядный пример: если это количество золота представить в виде куба, то высота его окажется равной всего 17 метрам. Только в земной коре, по мнению геологов, заключено приблизительно 100 миллиардов (!) тонн золота. Практически неисчерпаемые запасы этого металла растворены в водах океанов и морей нашей планеты. Океанские золотые "клады" постоянно пополняются: реки, протекающие через золотоносные районы, вымывают драгоценный металл из горных пород и доставляют к морю.

Попытки извлекать золото из морской воды предпринимались не раз. Одним из первых это сделал сразу же после первой мировой войны немецкий химик Фриц Габер, движимый идеей облегчить Германии выплату контрибуций. В 1920 году в Далеме при субсидии банка и Франкфуртской пробирной палаты в глубочайшей тайне был создан комитет по отысканию способа извлечения золота из морской воды. За восемь лет непрерывных поисков Габеру удалось разработать точнейшие методы анализа, позволявшие определять золото при содержании его всего 0,0000000001 грамма на литр, и способы, с помощью которых концентрация этого элемента в воде могла быть увеличена в 10 тысяч раз. Казалось бы, удача близка. Но… (как часто в самый последний момент возникает это непредвиденное "но"…) тщательно проведенные анализы показали, что фактическое содержание золота в морской воде примерно в тысячу раз меньше, чем предполагал Габер. Стало ясно, что овчинка не стоит выделки.

При современном уровне техники такая задача уже не представляется неразрешимой. Многие зарубежные фирмы ведут сейчас исследования в этой области, и, кто знает, может быть уже в ближайшие годы океан станет неисчерпаемым золотым прииском.

Весьма любопытно еще одно направление, по которому идут сейчас, например, ученые Франции и СССР: речь идет о биометаллургических процессах. Сравнительно недавно науке стали известны бактерии, "пожирающие" золото. Некоторые разновидности плесневых грибков оказались способны как бы высасывать его из растворов, покрываясь при этом пленкой позолоты. Грибную пленку сушат, прокаливают и получают золото, правда, в очень мизерных количествах. Этот способ пока не вышел из стен лабораторий, но ученые убеждены, что интенсивную биохимическую деятельность ряда живых существ вполне можно использовать на практике — извлекать золото из различных горных пород.

В наши дни золото можно получать и из… других металлов. "Позвольте, — спросите вы, — неужели осуществилась многовековая мечта алхимиков и "философский камень", наконец, найден?" Дело тут не в "философском камне" — его с успехом заменяет ядерная физика. Бомбардируя нейтронами в атомных реакторах иридий, платину, ртуть, таллий, ученые "добывают" радиоактивные изотопы золота. Для этой цели можно использовать и ускорители — кольцевые или линейные установки, где с помощью электрических и магнитных полей разгоняют заряженные частицы.

Шутки ради заметим, что современные английские физики, должно быть, уже не раз нарушили закон, который был подписан еще в XIV веке королем Генрихом IV: "Никому, кто бы он ни был, не разрешается превращать простые металлы в золото". За последующие несколько столетий никто так и не смог стать закононарушителем, несмотря на то, что желающих было хоть отбавляй, и лишь в XX веке королевский закон был "попран" учеными.

Итак, с историей золота и с добычей его читатель уже познакомился. Ну а что же представляет собой этот металл? Какое применение он находит сегодня?

Золото — один из самых тяжелых металлов. Именно это свойство позволило Архимеду уличить в мошенничестве придворных ювелиров сиракузского царя Гиерона, изготовивших по его заказу золотую корону. Царь попросил ученого выяснить, из чистого ли золота сделана корона или часть его заменена другим металлом. В наши дни такая задача по плечу школьнику. Но в III веке до н. э. даже великому Архимеду пришлось поломать голову, чтобы выполнить поручение царя. Ученый поступил так: он взвесил корону, а затем погрузил ее в воду и определил объем вытесненной воды. Разделив массу короны на этот объем, он получил не 19,3 (что соответствует плотности золота), а меньшую величину. Это означало, что ювелиры присвоили часть золота, заменив его другим, более легким металлом.



Чистое золото — очень мягкий и пластичный металл. Кусочек его величиной со спичечную головку можно вытянуть в проволоку длиной в несколько километров или расплющить в прозрачный голубовато-зеленый лист площадью 50 квадратных метров.

Если царапнуть ногтем по чистому золоту, на нем останется след. Поэтому золото, идущее на ювелирные изделия, обычно содержит так называемые лигатуры — добавки меди, серебра, никеля, кадмия, палладия и других металлов, придающих золоту прочность. В тех же случаях, когда обрабатывают золото в чистом виде, довольно большие количества его превращаются в пыль.

В конце прошлого века в США произошел любопытный случай. Неподалеку от филадельфийского монетного двора стояла старая-престарая церквушка. Когда однажды ее начали ремонтировать, один из жителей города предложил продать ему никуда не годную крышу за довольно крупную сумму — три тысячи долларов. Церковная община решила, что покупатель рехнулся, но уж коли доллары сами просятся в руки, не воспользоваться этим просто грех. Сделка состоялась и… церковники остались в дураках. Сметливый покупатель счистил с кровли краску и сжег ее — в золе оказалось около 8 килограммов золота, стоимость которого значительно превышала сумму, уплаченную им общине. Оказалось, что в течение многих лет пылинки золота вылетали через трубу плавильни монетного двора и оседали на всех окружающих предметах, а больше всего — на церковной кровле.



Не менее хитрым оказался кассир одного из крупных европейских банков. Событие, о котором идет речь, произошло накануне первой мировой войны, когда в большинстве стран имели хождение золотые деньги. Ежедневно в кассы банков стекались тысячи монет, где их подсчитывали, сортировали и запечатывали в бумагу. Обычно эти операции выполняли на специальных деревянных столах. Но однажды один из кассиров, прежде чем начать работу, постелил на стол принесенный из дома кусок сукна и на нем разложил деньги. Начальство пришло в восторг от такой акк